CN107108276A

CN107108276A - 供水管理系统

Info

Publication number: CN107108276A
Application number: CN201480082080.8A
Authority: CN
Inventors: 伍薇; 李家俊
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-07-21
Filing date: 2014-07-21
Publication date: 2017-08-29
Also published as: US20170217788A1; WO2016011580A1

Abstract

公开了一种供水管理系统，该供水管理系统用于管理具有一个或多个水处理装置或控制装置的供水系统。该供水管理系统包括：一个或多个传感器(201、202、203、204、205、206)，每个传感器测量通过供水系统的供水的一个或多个参数；通信模块(103)，该通信模块连接到传感器(201、202、203、204、205、206)用于从传感器(201、202、203、204、205、206)接收数据形式的测量值；至少一个计算装置(106)，该至少一个计算装置远程地连接到该通信模块(103)以接收来自该通信模块(103)的数据，从而允许用户使用所述计算装置(106)基于所述数据实时地远程监测一个或多个处理装置或控制装置的状态。还公开了用于这种系统中的水处理装置或控制装置。

Description

供水管理系统

技术领域

本发明涉及供水管理系统和管理供水系统的方法。

背景技术

当前的供水系统通常包括：预过滤部分、自动关闭阀、反渗透膜、在线流量控制装置、后过滤部分以及储罐。通常，过滤器元件的更换由运行的时间或累积的流量来确定。由于没有测量或考虑水质，相对于供水系统的实际水质或其他性能因素，这些过滤器元件的更换计划没有被优化。相对于供水系统的实际水质或其他性能因素，推荐的可用更换计划也未被优化。

发明内容

技术方案

在第一方面，本发明提供了一种用于管理具有一个或多个水处理装置或控制装置的供水系统的供水管理系统，所述供水管理系统包括：

一个或多个传感器，每个传感器测量通过所述供水系统的供水的一个或多个参数；

通信模块，所述通信模块连接到所述传感器用于从传感器接收数据形式的测量值；和

至少一个计算装置，所述至少一个计算装置远程地连接到所述通信模块以接收来自所述通信模块的数据，从而允许用户使用所述计算装置基于所述数据来实时地远程监测所述处理装置或控制装置中一个或多个的状态。

在第二方面，本发明提供一种用于供水系统的水处理装置或控制装置，所述水处理装置或控制装置包括传感器，所述传感器是用于管理供水系统的供水管理系统的一部分，所述传感器测量通过所述供水系统的供水的一个或多个参数，所述供水管理系统包括：

至少一个计算装置，所述至少一个计算装置远程地连接到所述通信模块以接收来自所述通信模块的数据，从而允许用户使用所述计算装置基于所述数据实时地远程监测处理或控制装置的状态。

在第三方面，本发明提供一种用于供水系统的水处理装置或控制装置，所述水处理装置或控制装置包括识别装置，所述识别装置提供对应于所述水处理装置或控制装置的识别信息，用于供水管理系统中的所述识别装置包括：

通信模块，所述通信模块连接到所述传感器用于从传感器接收数据形式的测量值；

读取器，所述读取器检测所述供水系统中的水处理或控制装置的存在或不存在，从所述识别装置中读取识别信息，并向所述通信模块提供数据形式的识别信息；和

在第四方面，本发明还提供了一种水质量管理系统，包括：

服务器；

可通信地连接到所述服务器的一个或多个个人装置；

水净化子系统；

水监测子系统；以及

可连接到所述服务器的通信子系统；

水监测子系统从水净化子系统中收集水质和过滤器状态数据，服务器将水质和过滤器状态数据与设定的标准进行比较以监测水质并确定是否需要更换过滤器。

优选地，个人装置适于从服务器接收分析结果。优选地，个人装置适于向过滤系统发出控制命令。

在第五方面，本发明提供了一种管理水管理系统的方法，所述水管理系统包括：

服务器；

可通信地连接到所述服务器的一个或多个个人装置；

水净化子系统；

水监测子系统；以及

可连接到所述服务器的通信子系统；

所述水监测子系统从所述水净化子系统收集水质和过滤器状态数据；

所述方法包括：

将水质和过滤器状态数据与设定的标准进行比较，以监测水质并确定是否需要更换过滤器。

在第六方面，本发明还提供一种其上存储有可执行程序的非暂时性计算机可读存储介质，其中所述程序指示服务器执行本发明第五个方面中所述的方法。

本发明的各种实施例的其他特征在所附权利要求中限定。应当理解，在本发明的各种实施例中，这些特征可以以各种组合方式进行组合。

在整个说明书(包括权利要求书)中，词语“包括”、“包含”和其它类似词语应以包括的意义来解释，即，在“包括但不限于”的意义上，而不是排他或穷尽性的意义，除非另有明确说明或上下文明确要求是其他情况。

附图说明

现在将参照附图仅以举例的方式描述根据本发明最佳模式的优选实施例，其中：

图1是根据本发明一个实施例的供水管理系统的示意图；

图2是根据本发明另一实施例的供水管理系统的示意图；

图3是根据本发明一个实施例的识别装置和控制模块的一部分的示意图；

图4是根据本发明另一实施例的供水管理系统的示意图；

图5是根据本发明又一实施例的供水管理系统的示意图；

图6是根据本发明的再一个实施例的供水管理系统的示意图；

图7是根据本发明另一实施例的供水管理系统的示意图；

图8是根据本发明一个实施例的识别装置和读取器的一部分的示意图；以及

图9是根据本发明一个实施例的嵌入有TDS传感器的反渗透壳体的示意图。

具体实施方式

参考附图，一种用于管理供水系统的供水管理系统，其具有一个或多个水处理装置或控制装置。水处理装置或控制装置可以采用水处理装置的形式，诸如聚丙烯纤维过滤器311、活性炭过滤器312、动力学降解流动(KDF)过滤器313、活性炭过滤器361、聚丙烯纤维过滤器411、活性炭过滤器412、动力学降解流动(KDF)过滤器413、活性炭过滤器431，超滤过滤器402，其他类型的过滤器和反渗透膜304。水处理装置或控制装置可以采用水控制装置的形式，诸如入口电磁阀321、比例阀381、冲洗电磁阀382，其他类型的阀，压力开关305，其他类型的控制开关和储罐307。水处理装置或控制装置可以统称为过滤子系统101。

供水管理系统包括一个或多个传感器201、202、203、204、205、206，每个传感器测量穿过供水系统的供水的一个或多个参数。传感器可以统称为监测子系统102。一个或多个传感器测量供水的以下参数中的一个或多个：压力、pH、碱度、总溶解固体(TDS)、浊度、温度以及流速。

通信模块连接到所述传感器用于从传感器接收数据形式的测量值。如图1所示，通信模块采取通信子系统103和路由器104的形式。至少一个计算装置105、106远程地连接到所述通信模块以接收来自所述通信模块的数据，从而允许用户使用所述计算装置基于所述数据来实时地远程监测所述处理装置或控制装置中一个或多个的状态。

当至少一个测量值或从数据中推导的至少一个导出参数达到预定阈值时，计算装置105、106中的至少一个警告用户。当至少一个测量值或从数据中推导的至少一个导出参数达到预定阈值时，相同的计算装置或另一个计算装置可以发出控制信号以控制一个或多个水处理装置或控制装置。预定阈值可以由用户预设。预定阈值可以被预设用于水处理装置或控制装置中的一个或多个。例如，如果水处理装置或控制装置是过滤器，那么阈值可以是特定的流速和/或过滤器上的特定压力差，该特定的流速和/或特定压力差指示过滤器的健康。预定阈值可以作为另外一种选择或另外地按照行业标准。

在一个实施例中，所述传感器中的一个测量离开所述供水系统的供水的TDS，从而允许用户使用计算装置来远程记录或远程地实时监测离开供水系统的供水的TDS。在另一个实施例中，所述传感器中的一个测量进入所述供水系统的供水的TDS，从而允许用户使用计算装置来远程记录或远程地实时监测进入供水系统的供水的TDS。在另一实施例中，所述传感器中的一个测量离开所述供水系统的供水的TDS，并且所述传感器中的另一个测量进入所述供水系统的供水的TDS，从而允许用户使用计算装置来远程地记录或远程地实时监测离开和进入所述供水系统的供水的TDS的差。

在本实施例中，一个或多个水处理装置或控制装置是水过滤器361。传感器中的一个206是测量水过滤器361下游的下游压力的下游压力传感器。传感器中的另一个传感器205是测量所述水过滤器上游的上游压力的上游压力传感器，所述下游压力和上游压力之间的差限定了跨越水过滤器361的压降。另一个水处理装置或控制装置是反渗透膜304。传感器中的一个传感器204是是测量反渗透膜304下游的下游压力的下游压力传感器。传感器中的另一个传感器203是测量反渗透膜上游的上游压力的上游压力传感器，下游和上游压力之间的差限定跨越反渗透膜304的压降。

一个或多个水处理装置或控制装置结合有一个或多个传感器。例如，TDS传感器可以在制造时与过滤器集成。一个实施例在图9中示出。在该实施例中，TDS传感器嵌入在反渗透膜过滤器304的壳体中，且更具体地，TDS传感器位于反渗透膜过滤器304的净化水出口附近。

一个或多个水处理装置或控制装置包括提供识别信息的识别装置111。识别装置可以是以下之一：标签、条形码、近场通信(NFC)标签和射频识别(RFID)标签。

供水管理系统包括读取器112，读取器112检测供水系统中水处理装置或控制装置的存在或不存在，从识别装置111读取识别信息，并以数据的形式将识别信息提供给通信模块。对应于水处理装置或控制装置，识别信息可以包括以下信息项中的一个或多个：产品标识、产品序列号、型号、制造日期和校准数据。

在一个实施例中，对应于一个或多个水处理或控制装置，计算装置105、106中的至少一个具有预存储有校准数据的数据存储设备。对应于相应的水处理装置或控制装置，该特定计算装置从相应的标识信息确定校准数据。

在附图中所示的实施例中，供水管理系统具有两个或多个计算装置。计算装置中的至少一个是服务器105，并且其他计算装置中的一个或多个是与服务器105通信的客户端装置106。客户端装置106可以是以下之一：移动设备、智能电话、台式电脑、笔记本电脑和个人装置。

在根据本发明的另一方面的实施例中，提供了一种用于供水系统的水处理装置或控制装置，该水处理装置或控制装置包括传感器，所述传感器是用于管理供水系统的供水管理系统的一部分，所述传感器测量穿过供水系统的供水的一个或多个参数，所述供水管理系统包括：连接到所述传感器用于从传感器接收数据形式的测量值的通信模块；以及至少一个计算装置，该至少一个计算装置远程地连接到所述通信模块用于从所述通信模块接收所述数据，从而允许用户使用所述计算装置基于所述数据实时地远程监测处理装置或控制装置的状态。

在根据本发明的另一方面的实施例中，提供了一种用于供水系统的水处理装置或控制装置，所述水处理装置或控制装置包括识别装置，所述识别装置提供对应于所述水处理装置或控制装置的识别信息，所述识别装置用于供水管理系统中，包括：一个或多个传感器，每个传感器测量通过所述供水系统的供水的一个或多个参数；通信模块，该通信模块连接到所述传感器以从所述传感器接收数据形式的测量值；读取器，该读取器检测所述供水系统中的水处理装置或控制装置的存在或不存在，从所述识别装置中读取所述识别信息，并将所述识别信息以数据的形式提供给所述通信模块；和至少一个计算装置，该至少一个计算装置远程地连接到所述通信模块以从所述通信模块接收数据，从而允许用户使用所述计算装置基于所述数据来实时地远程监测所述处理装置或控制装置中的一个或多个的状态。

根据本发明的另一个实施例的水质管理系统包括服务器105、可通信地连接到服务器105的一个或多个个人装置106、监视子系统102以及可连接到服务器105的通信子系统103。水监测子系统102从水净化子系统101收集水质和过滤器状态数据。通信系统通常经由路由器104连接到因特网。服务器将水质和过滤器状态数据与设置的标准进行比较，以监测水质并确定是否需要更换过滤器。个人装置可以从服务器接收分析结果并且还向过滤系统101发出控制命令。

在水质管理系统的另一个实施例中，反渗透过滤系统在图4中示出。来自冷水供应管线的水首先进入预过滤单元301。在反渗透系统中可以使用多于一个的预过滤器。最常用的预过滤器是包括聚丙烯纤维过滤器311的沉积物过滤器。这些用于去除沙淤泥、泥土和其他沉积物。另外，活性炭过滤器312可用于除去氯，其可对反渗透膜304具有负面影响。反渗透膜304具有约0.0001微米的孔径，可有效地去除原生动物、细菌、病毒以及常见的化学污染物。在水离开储罐307之后，净化的水经过后过滤306。后过滤器通常是活性炭过滤器361。通过后过滤306从产物水中除去任何剩余的味道和气味。当储罐307装满时，进水电磁阀321进一步阻止任何水进入膜，从而停止产生水。通过关闭流动，该阀也阻止水流到排水管。一旦从饮用水龙头抽取水，则罐中的压力下降，并且进水电磁阀321打开，允许水流向反渗透膜304，并且废水(含有污染物的水)沿着膜排出单元308流下。当净化水的压力达到约3kg/cm²时，压力开关305将切断高压泵并停止产生水。当使用净化水并且压力降低至约1.5kg/cm²时，将恢复产生水。通过反渗透膜304的水流由比例阀381调节。储罐307内的气囊在罐充满时保持罐中的水加压。冲洗电磁阀382与比例阀381平行地与反渗透膜的废液出口连接。冲洗控制模块电连接到冲洗电磁阀382，并控制水冲洗电磁阀382的操作。

如果经过过滤器的水经历压降，那么在过滤器之前和之后的静压读数的差值提供了过滤器状况的良好指示。不同的过滤器配置和微米额定值有不同的更换规格。压力损耗是否可用作指示过滤器条件将取决于该特定过滤器类型的压降的可测量性。可测量性还将取决于压力传感器的精度。

根据流体的能量方程，总能量可以被总结为高度能量、速度能量和压力能量。能量方程则可以表示为：

p₁+ρv₁ ²/2+ρg h₁＝p₂+ρv₂ ²/2+ρg h₂+p_损耗 (1)

其中

p＝流体中的压力(Pa(N/m²)，psi(lb/in²))

p_损耗＝压力损耗(Pa(N/m²)，psi(lb/in²))

ρ＝流体密度(kg/m³，slugs/ft³)

v＝流速(m/s，ft/s)

g＝重力加速度(m/s²，ft/s²)

h＝高度(m，ft)

对于稳态流量v₁＝v₂，并且当高度变化可忽略h₁＝h₂时，(1)可以转换为：

p_损耗＝p₁-p₂ (2)

压力损耗可进一步分为：

1、由过滤器元件本身引起的压力损耗，其随着过滤器元件的劣化而增加。

2、由实际产品弯曲中的摩擦和速度变化引起的压力损耗，该压力损耗可以表示为流速的因变量。

当在特定流速下的压力损耗达到预设阈值时，系统可以提示用户更换过滤器。在一些实施例中，通过实验工作用实际产品获得压力损耗和这些因素之间的精确经验关系。

在水质管理系统的本实施例中，传感器单元#1 201安装在供水入口和预过滤单元之间，所述传感器单元对自来水参数进行测量，包括总溶解固体(TDS)、流量和入口压力。传感器单元#2 202安装在预过滤单元301的出口之间，并且跨越过滤器的压降提供了预过滤单元301中的过滤器的状况的累积指示。类似地，传感器单元#3 203和传感器#4 204之间的压力差，以及单元#5 205和传感器#6 206之间的压力差分别提供指示反渗透膜304和后过滤单元306的状况。传感器单元#6 206另外测量包括TDS的水参数，并且当与相应的入口水质量数据比较时提供关于水质量和过滤子系统的有效性的信息。

在水质管理系统的另一个实施例中，在图5中示出超滤系统。来自冷水供应管线的水首先进入超滤系统的预过滤单元401。在超滤系统中可以使用多于一个预过滤器。最常用的预过滤器是包括聚丙烯纤维过滤器411的沉积物过滤器。这些用于去除沙淤泥、泥土和其他沉积物。有时，动力学降解流动(KDF)过滤器413用于从供水中去除氯、铅、汞、铁和硫化氢。该方法还具有温和的抗细菌、藻酸和真菌的效果，并且可以减少石灰垢的积累。超滤过滤器402具有约0.01微米的孔径(孔径范围通过过滤器从0.001微米变化到0.05微米)。超滤在除去原生动物、细菌、病毒方面具有非常高的有效性，但是在除去化学物品方面具有低的有效性。后过滤器通常是碳，并且通过后过滤从产物水中除去任何剩余的味道和气味。传感器被策略性地放置以测量压降，并且如前文所述，它们的有效性将取决于过滤器类型和压力传感器的精度。

在水质管理系统的再一个实施例中，系统包括路由器104并且经由因特网连接到服务器105。由监测子系统102收集的数据被转发到与路由器104连接的通信子系统103。如在图6中所示，通信子系统103可以包括电力线通信调制解调器#1 1032和电力线通信调制解调器#2 1031。在另一个实施例中，如在图7中所示，通信子系统103可以包括无线模块1031和因特网网关1032。在服务器105中执行数据分析，包括将水质和过滤器状态数据与设定的标准进行比较以监测水质并确定是否需要更换过滤器。个人装置106可以从服务器接收分析结果并且还向过滤系统101发出控制命令。服务器可以通过SMS、电子邮件以及推送通知与个人装置通信，并且还能使用户能够使用应用程序实时地监测水质。

此外，在智能电话或用户的位置输入上使用支持GPS的位置数据将使得水质管理系统的位置能够被服务器105所获知。如果用户允许使用这些数据来执行所述统计分析，那么将允许服务器分析特定限定区域的供应源的水质。统计结果将提供特定区域的水质的全面情况。

优选地，如在图3中示出，监测子系统102包括：监测连接到子系统101、过滤器识别模块1022、控制模块1023的过滤器1021的每个传感器模块。

在水质管理系统的另一个实施例中，过滤器识别模块1022用于识别每个过滤器，信息包括每个过滤器的产品ID和序列号。该方法包括使用近场通信(NFC)标签和读取器。系统定期地读取标签信息以确定是否已更换过滤器。传感器单元可以嵌入到过滤器壳体中并且将其校准常数写入标签中。监视子系统102可以使用这些数据并且确保已经更新与该传感器单元相对应的正确的常数。或者，这些校准常数可以存储在服务器105中并且使得监测子系统102可以经由因特网访问。

由于本发明的实施例，用户将能够接收水质数据的实时更新并且详细分析穿过供水系统的供水的各种参数，从而改进水质监测以及过滤器更换计划的优化建议。

可以理解，上述实施例仅仅是适于阐述本发明原理的示例性实施例，本发明不仅仅限于此。在不脱离本发明之精神和实质的情况下，本领域普通技术人员可以做出各种变型和修改，并且这些变型和修改也包括在本发明的范围内。因此，尽管已经参考具体实例描述了本发明，但是本领域技术人员可以理解，本发明可以以许多其他形式实施。本领域技术人员还可以理解，所描述的各种实例的特征可以以其他组合形式来组合。特别地，存在上述电路布置的许多可能的排列，其使用相同无源的方法来实现无源功率因数校正，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims

1.一种用于管理具有一个或多个水处理装置或控制装置的供水系统的供水管理系统，所述供水管理系统包括：

通信模块，所述通信模块连接到所述传感器用于从传感器接收数据形式的测量值；以及

2.根据权利要求1所述的供水管理系统，其中一个或多个所述传感器测量所述供水的以下参数中的一个或多个：压力、pH、碱度、总溶解固体(TDS)、浊度、温度以及流速。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的供水管理系统，其中所述至少一个计算装置在当至少一个所述测量值或至少一个从数据中推导出的导出参数达到预定阈值时警告用户。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的供水管理系统，其中当至少一个所述测量值或至少一个从所述数据中推导出的导出参数达到预定阈值时，所述至少一个计算装置发出控制信号以控制一个或多个水处理装置或控制装置。

5.根据权利要求3至4中任一项所述的供水管理系统，其中所述预定阈值由用户预设。

6.根据权利要求3至4中任一项所述的供水管理系统，其中为一个或多个所述水处理装置或控制装置预设所述预定阈值。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的供水管理系统，其中所述预定阈值按照行业标准。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的供水管理系统，其中所述传感器中的一个测量离开所述供水系统的供水的TDS，从而允许用户使用计算装置来远程地记录或远程地实时监测离开供水系统的供水的TDS。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的供水管理系统，其中所述传感器中的一个测量进入所述供水系统的供水的TDS，从而允许用户使用计算装置来远程地记录或远程地实时监测进入供水系统的供水的TDS。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的供水管理系统，其中所述传感器中的一个传感器测量离开所述供水系统的供水的TDS，并且所述传感器中的另一个传感器测量进入所述供水系统的供水的TDS，从而允许用户使用计算装置来远程地记录或远程地实时监测离开和进入所述供水系统的供水的TDS的差。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的供水管理系统，其中一个或多个所述水处理装置或控制装置是水过滤器。

12.根据权利要求11所述的供水管理系统，其中所述传感器中的一个传感器是下游压力传感器，所述下游压力传感器测量所述水过滤器下游的下游压力。

13.根据权利要求12所述的供水管理系统，其中所述传感器中的另一个传感器是上游压力传感器，所述上游压力传感器测量所述水过滤器上游的上游压力，所述下游压力和上游压力之间的差限定了跨越水过滤器的压降。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的供水管理系统，其中一个或多个所述水处理装置或控制装置结合有一个或多个所述传感器。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的供水管理系统，其中一个或多个所述水处理装置或控制装置包括提供识别信息的识别装置。

16.根据权利要求15所述的供水管理系统，其中所述识别装置是以下之一：标签、条形码、近场通信(NFC)标签以及射频识别(RFID)标签。

17.根据权利要求15至16中任一项所述的供水管理系统，包括读取器，所述读取器检测所述供水系统中的水处理装置或控制装置的存在或不存在，从所述识别装置中读取识别信息，并以数据的形式向所述通信模块提供识别信息。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的供水管理系统，其中所述识别信息对应于所述水处理装置或控制装置包括以下信息项中的一个或多个：产品标识、产品序列号、型号、制造日期和校准数据。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的供水管理系统，其中所述至少一个计算装置具有对应于一个或多个所述水处理装置或控制装置的预存储有校准数据的数据存储设备，所述计算装置从相应的识别信息确定对应于相应的水处理装置或控制装置的校准数据。

20.一种根据权利要求1至19中任一项所述的具有两个或多个计算装置的供水管理系统，其中所述计算装置中的至少一个是服务器，并且一个或多个其他计算装置是与所述服务器通信的客户端装置。

21.根据权利要求20所述的供水管理系统，其中所述客户端装置是以下之一：移动装置、智能电话、台式电脑和笔记本电脑。

22.一种用于供水系统的水处理装置或控制装置，所述水处理装置或控制装置包括传感器，所述传感器是用于管理供水系统的供水管理系统的一部分，所述传感器测量通过所述供水系统的供水的一个或多个参数，所述供水管理系统包括：

23.一种用于供水系统的水处理装置或控制装置，所述水处理装置或控制装置包括识别装置，所述识别装置提供对应于所述水处理装置或控制装置的识别信息，所述识别装置用于供水管理系统中，包括：

读取器，所述读取器检测所述供水系统中的水处理装置或控制装置的存在或不存在，从所述识别装置中读取识别信息，并以数据的形式向所述通信模块提供识别信息；以及