CN108107930A - 一种利用金属离子进行除菌的电器的控制方法及电器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用金属离子进行除菌的电器的控制方法，属于电器领域，解决了现有技术中金属离子浓度无法精确控制的问题，解决该问题的技术方案主要是利用电流检测电路进行多次检测，并将正常的电解电流进行累加计算，然后利用获得的电流大小反馈出金属离子的浓度，实现金属离子浓度的精确控制，本发明主要用于金属离子除菌的电器。另外，本发明还提供一种电器，采用上述控制方法实现除菌。

Description

一种利用金属离子进行除菌的电器的控制方法及电器

技术领域

本发明涉及电器，特别是一种利用金属离子进行除菌的电器的控制方法及电器。

背景技术

近年来，随着生态环境的改变，人们对健康意识不断提升，在家用电器方面，人们对带有除菌功能的电器的需求不断增长。从目前来看，除菌方式主要有以下几种：阳光辐射(紫外线)除菌、高温除菌、臭氧除菌、金属离子(银离子)除菌等等。其中，金属离子除菌方式以其使用条件相对简单、成本相对低廉而广泛搭载在带有除菌功能的电器中。

带有银离子除菌功能的模块主要是利用银离子的强氧化性实现除菌效果。通常是在水中两片银电极之间施加电压，使银电极之间形成微弱的电流，而不断地使银电极析出带正电荷的银离子Ag⁺和负电荷电子e^-，Ag⁺离子不断地溶于水，在水中Ag⁺离子能吸附水中细菌，与细菌中的蛋白酶中的负电荷发生反应形成化合物，使它的催化剂—脢系统封闭、失活，使细菌失去代谢能力而死亡。同时Ag⁺离子也可以和病原体细胞的DNA结合，结合后彼此形成交叉链接，导致病原菌的DNA变性，抑制其复制，从而杀灭病原菌、病毒等。

但是，因Ag⁺离子的强氧化性，Ag⁺离子浓度过高不仅导致银电极的浪费并且会导致水污染；反之，Ag⁺离子浓度过低则无法发挥有效的除菌效果。实际使用中，根据银离子的电解浓度公式，Ag⁺离子浓度＝[(银单位质量×电流值×通电时间)/(法拉第常数×漂洗水量)]×电解效率，其中银单位质量＝107.8682g/mol，法拉第常数＝96482C/mol，电解效率一般为80％。因此可以分析得出，在洗衣机漂洗水量一定的情况下，Ag⁺离子的电解浓度主要和电流值I×通电时间t成正比，通电时间t由程序可以控制，是可控的。而电解电流I的大小受电解电压、电解时的水的温度、硬度(导电率)以及长期使用后银电极的尺寸大小的影响，是一个变量。换句话说，电解电流I的大小对Ag⁺离子电解浓度起着至关重要的作用，只要能保证一定时间内的电流值，也就能保证Ag⁺离子的电解浓度，也就能保证Ag⁺离子的除菌效果。

为此，在现有技术中，为了确保Ag+离子的电解浓度，主要有以下几个方案：

(1)采用恒定的电解电压及允许电流可变的方式，加大初期用于电解的银电极的尺寸，因保留了一定的余量，这样就解决了银电极在产品使用初期消耗快的问题，因此可避免水温、水质的影响，同时在产品使用末期电解过程中，也能保证电解电流值I在一定的范围内，从而满足银离子电解浓度的要求，确保银离子的除菌效果。

(2)采用可变的电解电压及恒定电流的方式，即不论银电极的大小，水温，水质如何变化，通过电路自动调节银电极两端的电压，以确保银离子电解电流的恒定，在一定的时间内保证银离子的浓度，从而保证除菌效果。

以上两种方案也有缺点，方案(1)中，以保留银电极的设计余量在一定程度上确保了银离子浓度，但因此需要很大的银电极，导致成本增加，同时有造成银离子浓度过高的隐患。方案(2)中，采用了可变电解电压以恒流的方式对银电极进行电解，从而确保了银离子的浓度，但因为恒流的驱动电路复杂，并且并非绝对的恒流，仍存在一定的偏差，因此精度方面、成本方面也并不是十分完美。

因此，如何精确地控制银离子电解浓度，如何恰到好处的实现除菌效果，仍然是一个值得继续研究的课题。

发明内容

本发明所要达到的目的就是提供一种利用金属离子进行除菌的电器的控制方法，实现金属离子浓度的精确控制。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种利用金属离子进行除菌的电器的控制方法，电器设有电解腔、电极驱动电路和电流检测电路，电解腔内设有电解电极，电极驱动电路用于向电解电极供电进行电解，电流检测电路用于检测两个电解电极间的电解电流大小，根据实验测定并存储电解电极间发生短路时的过电流阈值Imax、金属离子浓度满足除菌要求时的电解电流累计值I_GATE以及电解最长时间时能够满足除菌所需最低金属离子浓度的欠电流阈值Imin，控制方法包括以下步骤：

1)用户开启除菌功能，向电解腔内进水，电极驱动电路导通电解电极从而进行电解程序，使电解腔中产生含有金属离子的电解水；

2)电流检测电路每隔△t时间检测一次电解电流I_瞬时；

3)每次检测电解电流I_瞬时时均与过电流阈值Imax和欠电流阈值Imin进行比较，当I_瞬时不在Imin～Imax范围内，则判定电解电极异常，洗衣机执行异常程序指令，当I_瞬时在Imin～Imax范围内，则继续执行电解程序，并进行电解电流的累加计算来获得电解电流的累加值I_K；

4)当I_K达到I_GATE时，停止电解程序，开始后续程序；当电解程序执行至预定后续程序的最长时间结束后，I_K仍未达到I_GATE时，停止进水，停止电解程序，开始后续程序。

作为优选的方案，所述电流检测电路包括电压频率转换芯片，电流检测电路每隔△t时间通过电压频率转换芯片检测获得电解电流I_瞬时的大小。

作为优选的方案，所述电流检测电路包括比较器，电流检测电路每隔△t时间通过比较器检测判断电解电流I_瞬时大小所在的区间。

进一步优选的方案，所述比较器设有多个，其中一个比较器的检测区间为小于Imin，其中一个比较器的检测区间为大于Imax，其余比较器的检测区间将Imin～Imax分成多个依次相连且互不重叠的区间，根据I_瞬时落入的区间来调节电解时间t＝I_GATE/I_n，其中I_n为I_瞬时所在区间的下限值。

作为优选的方案，每次检测I_瞬时时均与过电流阈值Imax和欠电流阈值Imin进行比较，当I_瞬时＞Imax并且记录连续次数N达到预定值后，电器发出过电流异常的提示，当I_瞬时＜Imin并且记录连续次数M达到预定值后，电器发出欠电流异常的提示。

进一步优选的方案，电器发出欠电流异常的提示后，用户可选择关闭除菌功能而使用电器的其他功能。

作为优选的方案，所述电极驱动电路为恒压驱动电路。

作为优选的方案，所述金属离子为银离子、铜离子或锌离子。

作为优选的方案，所述电器包括用于检测进水温度的温度检测电路和/或用于检测进水硬度的硬度检测电路。

另外，本发明还提供一种电器，包括电解腔，电解腔内设有电解电极，电器设有电极驱动电路和电流检测电路，电极驱动电路用于向电解电极供电以进行电解，电流检测电路用于检测两个电解电极间的电解电流大小，电器采用上述的控制方法来进行除菌。

采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：通过在相同时间间隔多次检测电解电流I_瞬时，相比单次检测，可以减少因为某些时间点的电压不稳定导致的电流异常而出现的误判情况，并且将正常的电解电流I_瞬时进行累加获得来I_K后，再将I_K与I_GATE进行比较，从而判断金属离子的浓度是否达到预定要求，可以进一步降低进水温度高低、进水硬度大小及金属电极新旧对电解电流的影响，使得检测到的金属离子的浓度更加接近于实际值，从而实现金属离子浓度的精确控制。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例一中第一种检测方式的电路图；

图2为本发明实施例一中第二种检测方式的电路图；

图3为本发明实施例一应用在洗衣机时电解电流与电解时间的关系图；

图4为本发明实施例二的结构示意图。

具体实施方式

实施例一：

本发明首先提供一种利用金属离子进行除菌的电器的控制方法，电器设有电解腔、电极驱动电路和电流检测电路，电解腔内设有电解电极，电极驱动电路用于向电解电极供电进行电解，电流检测电路用于检测两个电解电极间的电解电流大小，根据实验测定并存储电解电极间发生短路时的过电流阈值Imax、金属离子浓度满足除菌要求时的电解电流累计值I_GATE以及电解最长时间时能够满足除菌所需最低金属离子浓度的欠电流阈值Imin。

控制方法包括以下步骤：

1)用户开启除菌功能，向电解腔内进水，电极驱动电路导通电解电极从而进行电解程序，使电解腔中产生含有金属离子的电解水；

2)电流检测电路每隔△t时间检测一次电解电流I_瞬时；

3)每次检测电解电流I_瞬时时均与过电流阈值Imax和欠电流阈值Imin进行比较，当I_瞬时不在Imin～Imax范围内，则判定电解电极异常，洗衣机执行异常程序指令，当I_瞬时在Imin～Imax范围内，则继续执行电解程序，并进行电解电流的累加计算来获得电解电流的累加值I_K；

4)当I_K达到I_GATE时，停止电解程序，开始后续程序；当电解程序执行至预定后续程序的最长时间结束后，I_K仍未达到I_GATE时，停止进水，停止电解程序，开始后续程序。

其中，后续程序在不同的电器中可以是实现不同功能，但都会使用含有金属离子的电解水进行除菌，例如在洗衣机中可以是漂洗程序，例如在智能便座中可以是冲洗程序，又例如在洗碗机中可以是清洗程序等等。假设完成后续程序的总时间是T1，预定后续程序的最长时间结束，是指电解程序执行的总时间已经达到T1，此时I_K仍未达到I_GATE，因此可以认为再继续执行电解程序，金属离子浓度也无法继续显著增加，因此直接停止电解程序，开始后续程序，避免造成电能浪费及时间过长。

在本发明中，通过在相同时间间隔多次检测电解电流I_瞬时，可以减少因为某些时间点的电压不稳定导致的电流异常而出现的误判情况，并且将正常的电解电流I_瞬时进行累加获得来I_K后，再将I_K与I_GATE进行比较，从而判断金属离子的浓度是否达到预定要求，可以进一步降低进水温度高低、进水硬度大小及金属电极新旧对电解电流的影响，使得检测到的金属离子的浓度更加接近于实际值，从而实现金属离子浓度的精确控制。

而电流检测电路检测电流的方式有两种，具体如下。

第一种检测方式是精确获得电解电流I_瞬时，电流检测电路包括电压频率转换芯片，电流检测电路每隔△t时间通过电压频率转换芯片检测获得电解电流I_瞬时的大小。如图1所示，电流检测电路先将电流I通过电阻R109转换为电压信号V，然后通过电压频率转换芯片将电压信号V转换为频率信号f，然后通过光电耦合器传给微型计算机，微型计算机即可通过频率信号f的大小来间接反馈电解电流I_瞬时的大小，然后通过I_K的计算来调整电解时间t，从而实现金属离子浓度的精确控制。

第二种检测方式是判断出电解电流I_瞬时处于哪一个数值区间，电流检测电路包括比较器，电流检测电路每隔△t时间通过比较器检测判断电解电流I_瞬时大小所在的区间。如图2所示，电流检测电路先将电流I通过电阻R109转换为电压V，然后利用多个比较器将电压分为若干区间，也就是将电流分为若干区间。

第二种检测方式可以有两种调整电解时间的方法。第一种方法如表1所示，当检测到电流I后判定其属于哪个电流档位，然后根据表1计算调整金属离子的电解时间，从而保证一定的浓度，进而在一定范围内保证除菌效果。

表1：

电解电流I瞬时	电解时间t
		I瞬时＜Imin	-
Imin≤I瞬时＜I1	IGATE/Imin
		I1≤I瞬时＜I2	IGATE/I1
I2≤I瞬时＜Imax	IGATE/I2
		I瞬时＞Imax	-

采用第二种检测方式时，需要比较器进行比较判断，即比较器需要有多个，以表1为例，其中一个比较器的检测区间为小于Imin，其中一个比较器的检测区间为大于Imax。哪个比较器向微型计算机发送信号则可以判断出电解电流I_瞬时处于哪一个数值区间。由于比较器只能判断电解电流I_瞬时所处的区间，并不能直接获得精确值，而为了提高检测精度，可以再增加两个比较器，利用多个比较器的检测区间将Imin～Imax分成三个依次相连且互不重叠的区间，是指每个比较器的检测区间都是唯一的，同时所有比较器的检测区间结合起来又能完全覆盖Imin～Imax这个范围。而为了金属离子的浓度得到保证，根据I_瞬时落入的区间来调节电解时间t＝I_GATE/I_n，其中I_n为I_瞬时所在区间的下限值。因为I_瞬时落入某个区间，一定代表着I_瞬时≥I_n，因此电解时间t的计算方式可以确保产生的金属离子只多不少。比较器设置越多，Imin～Imax区间分得越细，电流检测精度就越高，相应金属离子的浓度也越精确。

第二种检测方式中，采用第二种方法来调整电解时间t，可以参考第一种检测方式中通过I_K的计算来调整电解时间t，由于第二种检测方式只能判断I_瞬时处于哪一个数值区间，因此在计算I_K时，为了确保金属离子的浓度，可以使用I_n来计算I_K。

对于电解电流异常时的处理，为了避免出现误判，在每次检测I_瞬时时均与过电流阈值Imax和欠电流阈值Imin进行比较，当I_瞬时＞Imax并且记录连续次数N达到预定值后，电器发出过电流异常的提示，当I_瞬时＜Imin并且记录连续次数M达到预定值后，电器发出欠电流异常的提示。例如N＝5，即连续5次检测到I_瞬时＞Imax，则电器发出过电流异常的提示，例如短路报警等等，同样的取M＝5，则连续5次检测到I_瞬时＜Imin，电器发出欠电流异常的提示，例如提醒用户金属电极消耗殆尽，可以联系售后及时更换。电器发出欠电流异常的提示后，用户可选择关闭除菌功能而使用电器的其他功能，因为电器发出欠电流异常的提示，一般是金属电极耗尽，所以关闭除菌功能后，可以不影响电器其他功能的正常使用。

本发明中的电极驱动电路为恒压驱动电路，相比现有的恒流驱动电路，不去检测电压变化，因此不需要考虑金属电极的新旧、进水温度高低、进水硬度大小的影响，只要能够检测到电解电流的大小变化，即可获得金属离子的浓度的情况，实现精确控制。另外，金属离子可以为银离子、铜离子或锌离子，或者也可以是其他具备杀菌效果的金属离子。而为了提高检测精度，可以建立补偿机制，电器包括用于检测进水温度的温度检测电路和/或用于检测进水硬度的硬度检测电路，和/或是指温度检测电路和硬度检测电路择一或全选均可，通过温度检测电路进行温度补偿，通过硬度检测电路进行硬度补偿，可以对电流检测结果进行调整，提高电流检测精度。

作为具体产品的应用，可以拿一款洗衣机来举例说明。

首先可以通过实验测定在洗衣机中，Imax＝80mA，Imin＝30mA，而当I_GATE＝570000mA时，除菌率达到98％左右，可以很好地满足除菌要求。而当电解电流等于Imin时，电解时间170s可以达到90％的除菌效果，取△t＝10ms，后续程序为漂洗程序，漂洗时间为170s。电流检测电路每隔10ms检测一次电解电流I_瞬时，并进行累加获得I_K。如果正常电解的话，在一次除菌过程中，I_瞬时变化不大。采用第一种检测方式时，可以直接计算I_K并比较I_K与I_GATE，效果可见图3所示。采用第二种检测方式时，则需要根据I_瞬时计算出来的电解时间t来执行电解程序，电解时间t是执行电解程序的理论总时间。另外也可以通过计算电解程序所需要执行的剩余时间来调整电解时间t，具体是(I_GATE-I_K)/I_n来获得电解程序所需要执行的剩余时间，所以每隔△t计算出来剩余时间会越来越小。如果经过170s后，I_K仍然没达到I_GATE，则停止电解程序，开始漂洗程序。此时只要没有出现异常，即I_瞬时都能不小于Imin，则仍然能够保证除菌效果在90％以上。

实施例二：

本发明还提供一种电器，包括电解腔，电解腔内设有电解电极，电器设有电极驱动电路和电流检测电路，电极驱动电路用于向电解电极供电以进行电解，电流检测电路用于检测两个电解电极间的电解电流大小，电器采用上述的控制方法来进行除菌。

例如图4所示的洗衣机，电解腔2设在进水通道上，具体是进水口11连接进水阀12，进水阀12可以设置两个，一个进水阀12用于控制向洗衣机的内筒13进水，另外一个进水阀12用于控制向电解腔2进水，电解腔2与洗衣机的内筒13连通，当检测到金属离子的浓度达到除菌要求后，电解腔2的电解水排入洗衣机的内筒13中进行除菌漂洗。除菌漂洗一般是整个洗涤过程中的最后一次或倒数第二次漂洗，因此电解程序可以与前几次漂洗程序同时进行，从而节省除菌洗涤的总时间。

除了洗衣机外，本发明也适用于智能便座、洗碗机等可以应用除菌清洗功能的电器中。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明权利要求书中所定义的范围。

Claims (10)

1.一种利用金属离子进行除菌的电器的控制方法，电器设有电解腔、电极驱动电路和电流检测电路，电解腔内设有电解电极，电极驱动电路用于向电解电极供电进行电解，电流检测电路用于检测两个电解电极间的电解电流大小，根据实验测定并存储电解电极间发生短路时的过电流阈值Imax、金属离子浓度满足除菌要求时的电解电流累计值I_GATE以及电解最长时间时能够满足除菌所需最低金属离子浓度的欠电流阈值Imin，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

1)用户开启除菌功能，向电解腔内进水，电极驱动电路导通电解电极从而进行电解程序，使电解腔中产生含有金属离子的电解水；

2)电流检测电路每隔△t时间检测一次电解电流I_瞬时；

3)每次检测电解电流I_瞬时时均与过电流阈值Imax和欠电流阈值Imin进行比较，当I_瞬时不在Imin～Imax范围内，则判定电解电极异常，洗衣机执行异常程序指令，当I_瞬时在Imin～Imax范围内，则继续执行电解程序，并进行电解电流的累加计算来获得电解电流的累加值I_K；

4)当I_K达到I_GATE时，停止电解程序，开始后续程序；当电解程序执行至预定后续程序的最长时间结束后，I_K仍未达到I_GATE时，停止进水，停止电解程序，开始后续程序。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述电流检测电路包括电压频率转换芯片，电流检测电路每隔△t时间通过电压频率转换芯片检测获得电解电流I_瞬时的大小。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述电流检测电路包括比较器，电流检测电路每隔△t时间通过比较器检测判断电解电流I_瞬时大小所在的区间。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述比较器设有多个，其中一个比较器的检测区间为小于Imin，其中一个比较器的检测区间为大于Imax，其余比较器的检测区间将Imin～Imax分成多个依次相连且互不重叠的区间，根据I_瞬时落入的区间来调节电解时间t＝I_GATE/I_n，其中I_n为I_瞬时所在区间的下限值。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的控制方法，其特征在于，每次检测I_瞬时时均与过电流阈值Imax和欠电流阈值Imin进行比较，当I_瞬时＞Imax并且记录连续次数N达到预定值后，电器发出过电流异常的提示，当I_瞬时＜Imin并且记录连续次数M达到预定值后，电器发出欠电流异常的提示。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，电器发出欠电流异常的提示后，用户可选择关闭除菌功能而使用电器的其他功能。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的控制方法，其特征在于，所述电极驱动电路为恒压驱动电路。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的控制方法，其特征在于，所述金属离子为银离子、铜离子或锌离子。

9.根据权利要求1或2或3或4所述的控制方法，其特征在于，所述电器包括用于检测进水温度的温度检测电路和/或用于检测进水硬度的硬度检测电路。

10.一种电器，包括电解腔，电解腔内设有电解电极，电器设有电极驱动电路和电流检测电路，电极驱动电路用于向电解电极供电以进行电解，电流检测电路用于检测两个电解电极间的电解电流大小，其特征在于，所述电器采用权利要求1至9任一所述的控制方法来进行除菌。