CN114797521A - 一种微纳米氢气泡水发生系统及其运行控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微纳米氢气泡水发生系统，阀门模块与管路模块互通构成水输送网络，微纳米气泡水发生器、电解模块、储水模块、水泵模块分别接入水输送网络中，使得储水模块与微纳米气泡水发生器的出口连接，电解模块、外界清水分别通过水泵模块与微纳米气泡水发生器的入口连接，储水模块通过水泵模块与电解模块连接，氢气处理模块与储水模块连接，储水模块外接排水管，阀门模块、水泵模块分别与控制模块信号连接。并提供了其运行控制方法。本系统可内嵌于洗涤设备中，也可以外置形式作为单独设备，为洗涤设备提供不同参数的预洗水、主洗水和漂洗水，并处理洗涤排放水循环使用，不使用洗涤剂，减少洗涤和漂洗时间，减少洗涤污水的排放。

Description

一种微纳米氢气泡水发生系统及其运行控制方法
技术领域
本发明涉及洗涤气泡水生产技术领域，尤其是涉及一种微纳米氢气泡水发生系统及其运行控制方法。
背景技术
传统洗涤设备采用“机械搅拌+化学洗涤剂”的洗涤方式，存在用水量大、洗涤剂用量大、能耗高、环境污染严重等问题。随着洗涤技术的不断革新，微纳米气泡洗涤、离子水洗涤、微粒子洗涤等无化学洗涤剂的洗涤模式逐渐代替传统洗涤模式。其中，微纳米气泡发生方式研究起步早，多年研究表明，微纳米气泡具有在溶液中停留时间长、传质效率高、比表面积大、Zeta电位高等特性，微纳米气泡技术适用于很多领域，如饮用水和废水处理、地下水净化、生物医学工程，以及其他工业应用，如洗涤、农业、渔业和食品。
目前微纳米气泡水发生方式主要包括机械旋转剪切法、加压溶解法、电解法、微管道切割法、超声波空化法等，但上述方法存在微纳米气泡发生效率低、微纳米气泡含量低、存留时间短等问题，并且产生的微纳米气泡水的ORP(氧化还原电位)、pH等清洗能力参数，达不到去除深度污渍的要求。
专利“超量氢气杀菌洗衣机”(ZL201410146213.5)在洗衣机内设置了电解模块，通过电解法产生氢气，通过氢气的还原性来用于改善洗衣机的洗涤效果。但是该发明中电解产生的氢气和臭氧、过氧化氢和其他有毒有害成分被一同释放至洗涤腔，同时该发明中电解模块设置在洗涤腔内，存在漏电隐患，易造成危险事故。专利“微纳米气泡发生装置”(ZL201710881983.8)通过多级离心泵吸水功能在管道内形成负压而将空气中的气体吸入管内，再将水气融合的水在压力罐内形成压力后，水气融合的压力水加速通过导流管与活动件之间的缝隙产生摩擦而产生微纳米气泡。发明专利申请“一种微纳米气泡发生器”(CN202111250111.4)通过设置多个渐缩流道、喉部流道、渐扩流道等流道结构，喉部流道和渐扩流道前部分主要进行水流对气泡的剪切破碎过程，多流道的存在增大了气液接触面积，增强了剪切破碎过程。在各流道交汇处利用空化溃灭产生能量进行二次破碎。两级破碎过程共同作用下，有效的减小了气泡粒径。上述方法气泡发生效率低，微米和纳米级气泡含量未知且不可控，pH和ORP等清洗能力参数能否达到去除深度污渍的要求不得而知。应用于衣物洗涤仍需要添加化学洗涤剂，环境污染问题依然存在。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种微纳米氢气泡水发生系统，为洗涤设备提供不同洗涤功能(参数)的洗涤水，实现洗涤设备节水减污，环保高效。并提供了其运行控制方法。
技术方案：一种微纳米氢气泡水发生系统，包括微纳米气泡水发生器、电解模块、氢气处理模块、储水模块、阀门模块、管路模块、水泵模块、控制模块，阀门模块与管路模块互通构成水输送网络，微纳米气泡水发生器、电解模块、储水模块、水泵模块分别接入水输送网络中，使得储水模块与微纳米气泡水发生器的出口连接，电解模块、外界清水分别通过水泵模块与微纳米气泡水发生器的入口连接，储水模块通过水泵模块与电解模块连接，氢气处理模块与储水模块连接，储水模块外接排水管，阀门模块、水泵模块分别与控制模块信号连接。
进一步的，本系统还包括臭氧发生模块、传感器模块、洗涤排放水处理模块、洗涤模块，臭氧发生模块通过水输送网络与微纳米气泡水发生器连接，传感器模块安装于储水模块上并与控制模块信号连接，洗涤排放水处理模块、洗涤模块分别接入水输送网络中并分别通过水泵模块与储水模块连接，洗涤模块通过水输送网络与微纳米气泡水发生器、储水模块、洗涤排放水处理模块连接。
进一步的，微纳米气泡水发生器包括一个A段管以及至少一个B段管和/或至少一个C段管，A段管为微纳米气泡水发生器的首段，其尾端依次连接B段管和/或C段管，使微纳米气泡水发生器构成分段连接的管状结构。
最佳的，微纳米气泡水发生器包括依次通过法兰连接的一个A段管、第一个B段管、第一个C段管、第二个C段管、第二个B段管，A段管为微纳米气泡水发生器的入口，第二个B段管为微纳米气泡水发生器的出口。
进一步的，A段管的两端为A入水口和A出水口，A入水口和A出水口分别设有A入水口法兰和A出水口法兰，A入水口法兰和A出水口法兰上均设有一个密封槽一，密封槽一内均设有密封圈一，A段管的管壁上设有进气口，进气口一端上设有进气口法兰，另一端垂直穿入A段管内，此端的外周面上均布有细微孔洞；
B段管包括B外壳，其两端的B入水口和B出水口分别设有B入水口法兰和B出水口法兰，B入水口法兰和B出水口法兰上均设有一个密封槽二，B段管内部设有螺旋导流片，其外周面与B外壳的内周面固定，螺旋导流片中间沿其轴向设有支撑杆，螺旋导流片、支撑杆和外壳三者形成导流通道，导流通道的通道壁上螺旋均布有多个水流切割片；
C段管包括C外壳，其两端的C入水口和C出水口分别设有C入水口法兰和C出水口法兰，C入水口法兰和C出水口法兰上均设有密封槽三，C外壳内部设有导流通道，导流通道内沿其流向依次间隔设有斜导流片以及多个水流切割片，斜导流片靠近C导流通道入口，多个水流切割片呈螺旋均布。
最佳的，C导流通道内径为B外壳内径的0.3～0.5倍，螺旋导流片的螺距为B外壳内径的0.6～0.8倍，螺旋导流片的倾斜角度为10～20°，斜导流片倾角为10～20°。
最佳的，B外壳内径D为20～25mm，此时，接入微纳米气泡水发生器中水流的供水压力为0.3～0.5Mpa，水流速大于0.85m/min。
进一步的，阀门模块包括清水阀门、电解水阀门、洗涤水储水阀门、储水模块排水阀门；
管路模块包括清水管、电解水出水管、进水管、电解水进水管、洗涤水储水管、储水模块排水管；
水泵模块包括清水泵、电解水出水泵、电解水进水泵；
清水管一端通过清水泵与外界清水连通，另一端通过清水阀门与进水管一端连接，进水管另一端与微纳米气泡水发生器的入口连接；电解水进水管一端通过电解水进水泵与储水模块连接，另一端与电解模块连接，电解模块通过电解水出水泵与电解水出水管一端连接，电解水出水泵与电解水出水管之间设有电解水阀门，电解水出水管另一端与进水管连接；洗涤水储水管一端通过洗涤水储水阀门与微纳米气泡水发生器连接，另一端与储水模块连接，储水模块接有储水模块排水管，储水模块排水管上设有储水模块排水阀门；清水阀门、电解水阀门、洗涤水储水阀门、储水模块排水阀门、清水泵、电解水进水泵分别与控制模块信号连接。
进一步的，阀门模块包括臭氧阀门、洗涤水注入阀门、储水模块注水阀门；
管路模块包括臭氧经臭氧进气管、洗涤水注水管、储水模块注水管、洗涤水外注管；水泵模块包括储水模块注水泵；
臭氧进气管一端与臭氧发生模块连接，另一端通过臭氧阀门与微纳米气泡水发生器连接，洗涤水注水管一端与洗涤水外注管连接，洗涤水注水管的另一端通过洗涤水注入阀门与微纳米气泡水发生器连接，储水模块注水管一端通过储水模块注水泵与储水模块连接，另一端通过储水模块注水阀门与洗涤水外注管连接，臭氧阀门、洗涤水注入阀门、储水模块注水阀门、储水模块注水泵分别与控制模块信号连接。洗涤水外注管的另一端可外接如洗涤设备等需要气泡水的机器进行相关产品的清洗，洗涤水外注管将本系统说产生的气泡水对外输送进行相关洗涤作业。
最佳的，传感器模块包括温度传感器、ORP传感器、pH传感器和液位传感器，四者分别安装于储水模块上并分别与控制模块信号连接。
一种上述的微纳米氢气泡水发生系统的运行控制方法，包括以下步骤：
步骤1：上电，启动系统运行；
步骤2：上位机接收检测到的储水模块中气泡水质和水位数据并进行数据处理和结果判断；
步骤3：在步骤2中，当结果判断未达到要求时，上位机根据实时设定的洗涤需求，发出控制信号给下位机，下位机通过控制模块控制系统进行主洗水或漂洗水的制备，直至结果判断满足要求；
步骤4：在步骤2和步骤3中，当结果判断满足要求时，上位机根据实时设定的洗涤需求，发出控制信号给下位机，下位机通过控制模块将储水模块中的洗涤水注入外接洗涤设备，并进行洗涤；
步骤5：洗涤完毕后，上位机发出指令给下位机，下位机通过控制模块控制洗涤设备进行废水排放后，关闭整个系统。
进一步的，上位机与下位机信号连接，上位机包括数据接受处理模块，下位机包括控制模块，下位机还与操作执行模块信号连接。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：
(1)本系统产生的微纳米氢气泡水用于布草/衣物洗涤，克服了传统“机械搅拌+化学洗涤剂”以及“微纳米气泡+少量化学洗涤剂”等洗涤方式的不足，具有不用洗涤剂、无环境污染、洗涤效果佳等优势；
(2)本系统采用多级螺旋导流片导流切割和斜导流片导流切割等方式，克服现有的机械旋转剪切法、超声波空化法等效率低的问题，可快速高效产生含有大量微纳米气泡的洗涤水。导流腔内设有大量水流切割装置，在水流高速螺旋流动时，切割水流中的气泡，高速切割时可有效降低气泡直径，使其成为微纳米气泡，可有效增加水中微纳米气泡含量。
(3)可针对不同的应用场景，将本系统可内嵌于洗涤设备中，也可作为单独设备以外置形式使用，为洗涤设备提供不同参数的预洗水、主洗水和漂洗水，并处理洗涤排放水循环使用，节约水资源，减少洗涤和漂洗时间，减少洗涤污水的排放。
(4)本发明可针对不同的洗涤对象或污染程度，通过控制水参数和供气参数，产生不同洗涤能力的洗涤水，包括微纳米氢气泡主洗水，具有消毒功能的微纳米臭氧泡的预洗水和漂洗水，满足不同洗涤用水需求。
(5)本系统能够实时检测洗涤水参数，以保障最佳洗涤效果的洗涤参数范围，包括ORP值(-500～-900mV)、pH(10～13)、温度(20～70℃)、电导率(可测5～10ms/cm)，并根据设定值自动控制微纳米氢气泡洗涤水发生装置运行参数，获得最佳洗涤效果的微纳米氢气泡洗涤水。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为微纳米气泡水发生器的结构示意图；
图3为本发明微纳米气泡水发生器的轴侧立体透视图；
图4为微纳米氢气泡水发生系统运行控制组成与逻辑结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
一种微纳米氢气泡水发生系统，如图1所示，包括微纳米气泡水发生器1、电解模块2、臭氧发生模块3、氢气处理模块4、储水模块5、传感器模块6、阀门模块7、管路模块8、水泵模块9、控制模块11，同时可接入洗涤排放水处理系统10以及洗涤系统14，形成一个及洗涤水制备、物品洗涤、洗涤废水处理的一个完备系统。
储水模块5上部设有氢气处理模块4，可将储水模块5内逸出的氢气通过稀释500～1000倍，使氢气浓度达到安全水平(<0.1％)后排出，避免储水模块5中氢气含量过高而产生爆炸；储水模块5底部设有传感器模块6，传感器模块6包括分别与控制模块11信号连接的温度传感器、ORP传感器、pH传感器和液位传感器，分别测量储水模块5中水的温度、ORP、pH和液位信息，并将测得的数据发送至控制模块11。
阀门模块7与管路模块8互通构成水输送网络，阀门模块7包括清水阀门71、电解水阀门72、臭氧阀门73、洗涤水储水阀门75、洗涤水注入阀门76、储水模块注水阀门77、洗涤排放水阀门78和储水模块排水阀门79、外排阀门710；管路模块8包括清水管801、电解水出水管802、进水管803、进气管804、臭氧进气管805、电解水进水管806、洗涤水储水管807、洗涤水注水管808、储水模块注水管809、洗涤水外注管810、洗涤水排放管811、处理水循环管812和储水模块排水管813；水泵模块9包括清水泵91、电解水出水泵92、电解水进水泵93、储水模块注水泵94和处理水循环泵95。
控制模块11与洗涤水传感器模块6、阀门模块7和水泵模块9通过电源线和信号线连接；控制模块11可控制阀门的开闭，控制水泵的运行或停止，同时采集洗涤水传感器模块6的数据。
外界清水与微纳米气泡水发生器1的入口连接，清水管801一端通过清水泵91与外界清水连通，另一端通过清水阀门71与进水管803一端连接，进水管803另一端与微纳米气泡水发生器1的入口连接，清水泵91将清水通过清水管801和进水管803泵至微纳米气泡水发生器1中，清水管801上设有清水阀门71，控制模块11控制清水泵91的启停和清水阀门71的开闭，可控制是否供应清水至微纳米气泡水发生器1。
臭氧进气管805一端与臭氧发生模块3连接，另一端通过臭氧阀门73与微纳米气泡水发生器1连接，臭氧发生模块3产生的臭氧经臭氧进气管805进入微纳米气泡水发生器1中，臭氧进气管805上设有臭氧阀门73，控制模块11控制臭氧阀门73的开闭进而控制是否供应臭氧至微纳米气泡水发生器1。臭氧发生模块3为现有的可以产生臭氧的设备。
洗涤水储水管807一端通过洗涤水储水阀门75与微纳米气泡水发生器1连接，另一端与储水模块5连接，储水模块5接有储水模块排水管813，储水模块排水管813上设有储水模块排水阀门79，控制模块11控制储水模块排水阀门79开闭，控制是否排放储水模块5中的水，本装置长期不用情况下，可将储水模块5中的水排净。洗涤水注水管808一端与洗涤水外注管810连接，洗涤水注水管808的另一端通过洗涤水注入阀门76与微纳米气泡水发生器1连接，洗涤水外注管810的另一端与洗涤系统14连接。外界清水经过微纳米气泡水发生器1后可转化为微纳米气泡水，可通过洗涤水储水管807流向储水模块5中，也可通过洗涤水注水管808和洗涤水外注管810流向洗涤系统14，洗涤系统14为具有清洗功能的现有洗涤设备14；洗涤水储水管807上设有洗涤水储水阀门75，洗涤水注水管808上设有洗涤水注入阀门76，控制模块11控制洗涤水储水阀门75和洗涤水注入阀门76的开闭状态，进而控制微纳米气泡水发生器1出水的流向。
电解水进水管806一端通过电解水进水泵93与储水模块5连接，另一端与电解模块2连接，电解模块2通过电解水出水泵92与电解水出水管802一端连接，电解水出水泵92与电解水出水管802之间设有电解水阀门72，电解水出水管802另一端与进水管803连接，电解水进水泵93将储水模块5中的水通过电解水进水管806泵至电解模块2，电解后产生含有微米级氢气泡的水，电解水出水泵92将含有微米级气泡的水通过电解水出水管802和进水管803泵至微纳米气泡水发生器1，电解水出水管802上设有电解水阀门72，控制模块11控制电解水进水泵93启停和电解水阀门72开闭，进而控制是否供应含有微米级氢气泡水至微纳米气泡水发生器1。
储水模块注水泵94将储水模块5中的水通过储水模块注水管809和洗涤水外注管810泵至洗涤设备14，储水模块注水管809上设有储水模块注水阀门77，控制模块11通过控制储水模块注水泵94启停以及储水模块注水阀门77开闭，进而控制是否供应储水模块5中的水至洗涤设备14。
储水模块注水管809一端通过储水模块注水泵94与储水模块5连接，另一端通过储水模块注水阀门77与洗涤水外注管810连接，洗涤水排放管811一端与洗涤系统14连接，另一端通过洗涤排放水阀门78与洗涤排放水处理系统10连接，处理水循环管812一端通过处理水循环泵95与洗涤排放水处理系统10连接，另一端与储水模块5连接，洗涤排放水处理系统10上还设有外排阀门710。洗涤设备14排放水经洗涤水排放管811进入洗涤排放水处理装置10，洗涤水排放管811上设有洗涤排放水阀门78，控制模块11控制洗涤排放水阀门78开闭，进而控制洗涤排放水是否流入洗涤排放水处理装置10，洗涤排放水处理装置10将洗涤排放水处理后，形成可重复使用的洁净水，处理水循环泵95将处理后的洁净水通过处理水循环管812泵至储水模块5中，控制模块11也可打开外排阀门，将洗涤排放水处理装置10处理后的水直接向外排出；
微纳米气泡水发生器1包括一个A段管以及至少一个B段管和/或至少一个C段管，A段管为微纳米气泡水发生器1的首段，其尾端依次连接B段管和/或C段管，使微纳米气泡水发生器1构成分段连接的管状结构。各段管状结构中，A段管为入水段，B段管为螺旋导流片切割段，C段管为斜导流切片割段。微纳米气泡水发生器1最简结构为一个A段管+一个B段管或一个A段管+一个C段管，其后可任意组合增加B段管和/或C段管，可有效提高微纳米气泡水发生效率。
如图2、3所示，微纳米气泡水发生器1的结构为A段管+B段管+C段管+C段管+B段管的五段式结构，相邻两管之间通过法兰连接。
A段管的两端为A入水口102和A出水口108，A入水口102和A出水口108分别设有A入水口法兰103和A出水口法兰107，A入水口法兰103和A出水口法兰107上均设有一个密封槽一101，密封槽一101内均设有密封圈一，A段管的管壁上设有进气口104，进气口104一端上设有进气口法兰106，另一端垂直穿入A段管内，此端的外周面上均布有细微孔洞131。A入水口法兰103与外部供水管通过快速卡扣锁紧连接，并在密封槽一101内设密封圈一起密封效果。
当外部供水时，若供水为含有气泡的水，则水流直接经A出水口108流出，若供水为不含气泡的水，则通过进气口104和细微孔洞131将气体补充进水中，细微孔洞131可降低气泡直径，有利于后续产生微纳米气泡水，此时产生的含有气泡的水经A出水口108流出。进气口104还可用于输入臭氧。
B段管包括B外壳114，其两端的B入水口110和B出水口116分别设有B入水口法兰109和B出水口法兰115，B入水口法兰109和B出水口法兰115上均设有一个密封槽二130，B段管内部设有螺旋导流片111，其外周面与B外壳114的内周面固定，螺旋导流片111中间沿其轴向设有支撑杆112，螺旋导流片111、支撑杆112和外壳114三者形成导流通道，导流通道的通道壁上螺旋均布有多个水流切割片113。
当含有气泡的水流从B入水口110进入后，经螺旋导流片111导流，经过螺旋导流片111与支撑杆112和外壳114形成的横截面积较小的导流通道，水流会高速通过导流通道，此时，含有气泡的水流被水流切割片113切割，形成微纳米级气泡水经B出水口116流出；B段管的螺旋导流结构可在不改变B外壳114内径的情况下，缩小水流的导流通道横截面积，进而提高水流通过的速度，提高微纳米气泡水发生质量和效率。
C段管包括C外壳121，其两端的C入水口119和C出水口124分别设有C入水口法兰118和C出水口法兰125，C入水口法兰118和C出水口法兰125上均设有密封槽三130，C外壳121内部设有导流通道120，导流通道120内沿其流向依次间隔设有斜导流片122以及多个水流切割片123，斜导流片122靠近C导流通道120入口，多个水流切割片123呈螺旋均布。
当含有气泡的水流从C入水口119进入后，经斜导流片122导流，以螺旋形式流向横截面积较小的C导流通道120，水流会高速通过C导流通道120，此时，含有气泡的水流被水流切割片123切割，形成微纳米级气泡水，经C出水口124流出；C段管通过缩小C导流通道120直径，减小C导流通道120横截面积，进而提高水流通过的速度，提高微纳米气泡水发生质量和效率；C段管内部直径变化处设有圆角，可减少水流通过的阻力。
本实施例中，微纳米气泡发生器1由A段管和B段管组成基础结构，其后延长增加2个C段管和1个B段管；各段之间通过快速卡扣将各段法兰部分连接，便于安装或更换各段，同时各段法兰贴合部分的密封槽内装有密封圈，起密封效果；由A段管进入的含有气泡的水，经后续B段管、C段管、C段管和B段管切割后，形成微纳米气泡水流出。设B外壳114内径为D，则C导流通道120内径为0.3～0.5D；螺旋导流片111的螺距为0.6～0.8D，倾斜角度为10～20°；斜导流片122倾角为10～20°；当D取20～25mm时，外部供水压力为0.3～0.5Mpa，以保证水流速>0.85m/min。
通过控制模块控制各水泵启停和各阀门开闭，微纳米氢气泡水发生系统可将注入的清水转化为具有不同功能的洗涤水，包括含有微纳米氢气泡的主洗水、含有微纳米臭氧气泡的预洗水和漂洗水；同时，微纳米氢气泡水发生系统可将洗涤排放水净化处理后循环使用。
上述的微纳米氢气泡水发生系统的气泡水制备方法，其中，制备微纳米氢气泡水(主洗水)包括以下步骤：
步骤(1)：启动系统，注入清水；
S1-1：下发指令控制模块11打开清水阀门71和洗涤水储水阀门75，关闭其余阀门；
S1-2：启动清水泵91将清水通过清水管801和进水管803注入微纳米气泡水发生器1中，此时微纳米气泡水发生器1将清水转化为含有少量微纳米气泡的水，通过洗涤水储水管807注入储水模块5；
S1-3：监控储水模块5，注满后关闭清水泵91；否则循环执行S1-2；
步骤(2)：设定主洗水控制参数；
用户根据不同洗涤对象，在上位机100系统界面上设定主洗水控制参数值(图4)，包括：ORP设定值范围为-500～-900mV，pH设定值范围为10～13，洗涤水温度设定范围为20～70℃；
步骤(3)：产生微米级氢气泡的纯碱性离子水；
S3-1：控制模块11打开电解水阀门72和洗涤水储水阀门75，关闭其余阀门；
S3-2：启动电解水进水泵93将储水模块5中的水通过电解水进水管806注入电解模块2，电解模块2包括正、负极电解槽，正负极电解槽中间设有离子交换膜，离子交换膜具有隔水作用，只允许正离子通过；注入的水进入负极电解槽中，正极电解槽含有清水和电解质，通过电解在负极电解槽中产生含有微米氢气泡的纯碱性离子水，而正极电解槽产生氧气、二氧化碳，可持续使用，不产生酸水；
步骤(4)：启动电解水出水泵92，进行微纳米氢气泡水转化；
S4-1：阀门模块7的开关状态不变，启动电解水出水泵92将电解模块2中负极电解槽中产生的微米氢气泡的纯碱性离子水通过电解水出水管802和进水管803进入微纳米气泡水发生器1，其中，电解水出水泵92为增压水泵，将水压增加至0.3Mpa左右，随后产生的含有微纳米氢气泡水通过洗涤水储水管807进入储水模块5；
S4-2：在微纳米氢气泡水转化过程中，氢气处理装置4运行，将储水模块5内逸出的氢气通过空气稀释后排出；
S4-3：洗涤水传感器模块6实时采集水温、ORP和pH发送至控制模块11，经数据处理给出储水模块5中水质参数是否达标的判断结论(设定值)，若水质参数未达标，则循环运行步骤3和步骤4；
S4-4：关闭电解水进水泵93和电解水出水泵92；
步骤(5)：使用主洗水洗涤布草；
S5-1：当需要主洗水进行布草洗涤时，控制模块11下发指令打开储水模块注水阀门77，关闭其余阀门；
S5-2：启动储水模块注水泵94将达标的主洗水通过储水模块注水管809和洗涤水外注管810注入洗衣机的洗涤槽；
S5-3：洗涤槽中水位达到要求时，关闭注水阀门77，开始洗涤。
其中，主洗水参数设定值包括：ORP设定值范围为-500～-900mV，pH设定值范围为10～13，洗涤水温度设定范围为20～70℃，用户根据不同洗涤对象设定不同的主洗水参数。
制备微纳米臭氧气泡水(预洗水和漂洗水)包括以下步骤：
步骤一：操作控制模块11打开清水阀门71、臭氧阀门73和洗涤水注入阀门76，并关闭其余阀门；
步骤二：控制模块11下发指令启动清水泵91将清水通过清水管801和进水管803注入微纳米气泡水发生器1中；
步骤三：控制模块11下发指令打开臭氧阀门73，并启动臭氧发生模块，为微纳米气泡水发生器1供应臭氧；此时微纳米气泡水发生器1产生含有微纳米臭氧气泡的预洗水(或漂洗水)，
步骤四：含有微纳米臭氧气泡的预洗水(或漂洗水)通过洗涤水注水管808和洗涤水外注管810注入洗涤设备14，洗涤水量达标后，关闭清水泵91、臭氧发生模块3和所有阀门；
步骤五：启动外接洗涤设备14，使用预洗水(或漂洗水)洗涤布草。
微纳米氢气泡水发生系统可独立于洗涤设备14之外，配合洗涤设备14的运行阶段，为洗涤设备14提供预洗水、主洗水和漂洗水，并回收处理洗涤排放水循环使用，若洗涤设备14洗涤用水量较大，微纳米氢气泡水发生系统供水能力不足，可外置多台微纳米氢气泡水发生系统；微纳米氢气泡水发生系统也可内嵌于洗涤设备14中，配合洗涤设备14的运行阶段，为洗涤设备14提供预洗水、主洗水和漂洗水，并回收处理洗涤排放水循环使用。
如图4所示，微纳米氢气泡水发生系统的整个运行控制模块由上位机100和下位机200PLC组成，包括数据接受处理模块300、控制模块11和操作执行模块400；系统运行控制过程是通过下发上位机100数据处理结果给下位机200，以控制各水泵启停和各阀门开闭实现的。操作执行模块400包括传感器模块6、阀门模块7、水泵模块9，传感器模块6实现X水位检测以及Y水质检测。微纳米氢气泡水发生系统可将注入的清水转化为具有不同功能的洗涤水，包括含有微纳米氢气泡的主洗水、含有微纳米臭氧气泡的预洗水和漂洗水；同时，微纳米氢气泡水发生系统也可将洗涤排放水经净化处理后循环使用。微纳米氢气泡水发生系统的具体运行控制方法包括如下步骤：
步骤1：上电，启动系统运行；
步骤2：上位机100的数据接受处理模块300接受传感器模块6传送的检测数据信息，包括气泡水质和水位数据，并进行数据处理和结果判断，满足设定的水质和水位要求，向下位机200发出指令，下位机200通过控制模块11下发执行步骤5的指令，否则执行步骤3；
步骤3：主洗水转化控制；
S31：上位机100指令控制模块11启动清水泵91和传感器模块6中的液位传感器，实施微纳米氢气泡主洗水制备；
S32：启动电解水泵93，通过离子交换膜获得纯碱性离子水，并通过水泵92和阀门72，输出电解水至气泡发生器1；
S33：通过传感器模块6中的温度、PH以及ORP等传感器，监测主洗水转化的水质参数是否达标；若水质参数未达标(设定值)的，执行步骤S31；
S34：通过氢气浓度检测传感器，监控微纳米气泡主洗水制备过程中逸出氢气的浓度是否达标；若氢气浓度大于安全设定值，由控制模块(11)控制氢气处理模块(4)运行，通过空气稀释后排出；
S35：仅需要主洗水洗涤时，执行步骤5、7、8；
步骤4：预洗水或漂洗水转化；
S41：打开清水阀门71，注入清水至气泡发生器1中；
S42：开启臭氧阀门73，洗涤水注入阀门76，关闭其余阀门，启动臭氧发生模块7；
S43：通过控制模块11调节臭氧阀门73的开度，实现微纳米氢气泡水中臭氧含量的控制；
S44：监控预洗水或漂洗水转化量达标后，关闭清水泵91、臭氧发生模块3和所有阀门；
S45：仅需要预洗或漂洗水洗涤时，执行步骤6；
步骤5：通过控制模块11控制洗涤注水阀门77，将制备好的微纳米气泡主洗水，经注水管(809)和洗涤水外注管(810)，注入外接洗涤设备14，并进行洗涤；
步骤6：通过控制模块11控制洗涤注水阀门76，将制备好的微纳米气泡预洗或漂洗水，经注水管(808)和洗涤水外注管(810)，注入外接洗涤设备14，并进行洗涤；
步骤7：洗涤排放水处理；
洗涤后的排放水，经排放阀门78控制注入排放水处理装置10净化处理后，通过水泵95控制，经管路8注入储水模块5循环使用；当传感器模块6中的液位传感器检测出储水模块5中的水位已满，也可以将洗涤净化水经排放阀门710直接排放；
步骤8：洗涤完成后，关闭系统以及水泵模块和阀门模块。

Claims (12)

1.一种微纳米氢气泡水发生系统，其特征在于：包括微纳米气泡水发生器(1)、电解模块(2)、氢气处理模块(4)、储水模块(5)、阀门模块(7)、管路模块(8)、水泵模块(9)、控制模块(11)，阀门模块(7)与管路模块(8)互通构成水输送网络，微纳米气泡水发生器(1)、电解模块(2)、储水模块(5)、水泵模块(9)分别接入水输送网络中，使得储水模块(5)与微纳米气泡水发生器(1)的出口连接，电解模块(2)、外界清水分别通过水泵模块(9)与微纳米气泡水发生器(1)的入口连接，储水模块(5)通过水泵模块(9)与电解模块(2)连接，氢气处理模块(4)与储水模块(5)连接，储水模块(5)外接排水管，阀门模块(7)、水泵模块(9)分别与控制模块(11)信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种微纳米氢气泡水发生系统，其特征在于：还包括臭氧发生模块(3)、传感器模块(6)，臭氧发生模块(3)通过水输送网络与微纳米气泡水发生器(1)连接，传感器模块(6)安装于储水模块(5)上并与控制模块(11)信号连接。
3.根据权利要求1所述的一种微纳米氢气泡水发生系统，其特征在于：微纳米气泡水发生器(1)包括一个A段管以及至少一个B段管和/或至少一个C段管，A段管为微纳米气泡水发生器(1)的首段，其尾端依次连接B段管和/或C段管，使微纳米气泡水发生器(1)构成分段连接的管状结构。
4.根据权利要求3所述的一种微纳米氢气泡水发生系统，其特征在于：微纳米气泡水发生器(1)包括依次通过法兰连接的一个A段管、第一个B段管、第一个C段管、第二个C段管、第二个B段管，A段管为微纳米气泡水发生器(1)的入口，第二个B段管为微纳米气泡水发生器(1)的出口。
5.根据权利要求3或4所述的一种微纳米氢气泡水发生系统，其特征在于：A段管的两端为A入水口(102)和A出水口(108)，A入水口(102)和A出水口(108)分别设有A入水口法兰(103)和A出水口法兰(107)，A入水口法兰(103)和A出水口法兰(107)上均设有一个密封槽一(101)，密封槽一(101)内均设有密封圈一，A段管的管壁上设有进气口(104)，进气口(104)一端上设有进气口法兰(106)，另一端垂直穿入A段管内，此端的外周面上均布有细微孔洞(131)；
B段管包括B外壳(114)，其两端的B入水口(110)和B出水口(116)分别设有B入水口法兰(109)和B出水口法兰(115)，B入水口法兰(109)和B出水口法兰(115)上均设有一个密封槽二(130)，B段管内部设有螺旋导流片(111)，其外周面与B外壳(114)的内周面固定，螺旋导流片(111)中间沿其轴向设有支撑杆(112)，螺旋导流片(111)、支撑杆(112)和外壳(114)三者形成导流通道，导流通道的通道壁上螺旋均布有多个水流切割片(113)；
C段管包括C外壳(121)，其两端的C入水口(119)和C出水口(124)分别设有C入水口法兰(118)和C出水口法兰(125)，C入水口法兰(118)和C出水口法兰(125)上均设有密封槽三(130)，C外壳(121)内部设有导流通道(120)，导流通道(120)内沿其流向依次间隔设有斜导流片(122)以及多个水流切割片(123)，斜导流片(122)靠近C导流通道(120)入口，多个水流切割片(123)呈螺旋均布。
6.根据权利要求5所述的一种微纳米氢气泡水发生系统，其特征在于：C导流通道(120)内径为B外壳(114)内径的0.3～0.5倍，螺旋导流片(111)的螺距为B外壳(114)内径的0.6～0.8倍，螺旋导流片(111)的倾斜角度为10～20°，斜导流片(122)倾角为10～20°。
7.根据权利要求6所述的一种微纳米氢气泡水发生系统，其特征在于：B外壳(114)内径D为20～25mm，此时，接入微纳米气泡水发生器(1)中水流的供水压力为0.3～0.5Mpa，水流速大于0.85m/min。
8.根据权利要求1所述的一种微纳米氢气泡水发生系统，其特征在于：阀门模块(7)包括清水阀门(71)、电解水阀门(72)、洗涤水储水阀门(75)、储水模块排水阀门(79)；
管路模块(8)包括清水管(801)、电解水出水管(802)、进水管(803)、电解水进水管(806)、洗涤水储水管(807)、储水模块排水管(813)；
水泵模块(9)包括清水泵(91)、电解水出水泵(92)、电解水进水泵(93)；
清水管(801)一端通过清水泵(91)与外界清水连通，另一端通过清水阀门(71)与进水管(803)一端连接，进水管(803)另一端与微纳米气泡水发生器(1)的入口连接；电解水进水管(806)一端通过电解水进水泵(93)与储水模块(5)连接，另一端与电解模块(2)连接，电解模块(2)通过电解水出水泵(92)与电解水出水管(802)一端连接，电解水出水泵(92)与电解水出水管(802)之间设有电解水阀门(72)，电解水出水管(802)另一端与进水管(803)连接；洗涤水储水管(807)一端通过洗涤水储水阀门(75)与微纳米气泡水发生器(1)连接，另一端与储水模块(5)连接，储水模块(5)接有储水模块排水管(813)，储水模块排水管(813)上设有储水模块排水阀门(79)；清水阀门(71)、电解水阀门(72)、洗涤水储水阀门(75)、储水模块排水阀门(79)、清水泵(91)、电解水进水泵(93)分别与控制模块(11)信号连接。
9.根据权利要求2所述的一种微纳米氢气泡水发生系统，其特征在于：阀门模块(7)包括臭氧阀门(73)、洗涤水注入阀门(76)、储水模块注水阀门(77)；
管路模块(8)包括臭氧经臭氧进气管(805)、洗涤水注水管(808)、储水模块注水管(809)、洗涤水外注管(810)；水泵模块(9)包括储水模块注水泵(94)；
臭氧进气管(805)一端与臭氧发生模块(3)连接，另一端通过臭氧阀门(73)与微纳米气泡水发生器(1)连接，洗涤水注水管(808)一端与洗涤水外注管(810)连接，洗涤水注水管(808)的另一端通过洗涤水注入阀门(76)与微纳米气泡水发生器(1)连接，储水模块注水管(809)一端通过储水模块注水泵(94)与储水模块(5)连接，另一端通过储水模块注水阀门(77)与洗涤水外注管(810)连接，臭氧阀门(73)、洗涤水注入阀门(76)、储水模块注水阀门(77)、储水模块注水泵(94)分别与控制模块(11)信号连接。洗涤水外注管的另一端外接如洗涤设备等需要气泡水的功能性机器进行相关产品的清洗，
10.根据权利要求2所述的一种微纳米氢气泡水发生系统，其特征在于：传感器模块(6)包括温度传感器、ORP传感器、pH传感器和液位传感器，四者分别安装于储水模块(5)上并分别与控制模块(11)信号连接。
11.一种权利要求1～4、6～10任一所述的微纳米氢气泡水发生系统的运行控制方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：上电，启动系统运行；
步骤2：上位机(100)接收检测到的储水模块(5)中气泡水质和水位数据并进行数据处理和结果判断；
步骤3：在步骤2中，当结果判断未达到要求时，上位机(100)根据实时设定的洗涤需求，发出控制信号给下位机(200)，下位机(200)通过控制模块(11)控制系统进行主洗水或漂洗水的制备，直至结果判断满足要求；
步骤4：在步骤2和步骤3中，当结果判断满足要求时，上位机(100)根据实时设定的洗涤需求，发出控制信号给下位机(200)，下位机(200)通过控制模块(11)将储水模块(5)中的洗涤水注入外接洗涤设备，并进行洗涤；
步骤5：洗涤完毕后，上位机(100)发出指令给下位机(200)，下位机(200)通过控制模块(11)控制洗涤设备进行废水排放后，关闭整个系统。
12.根据权利要求11所述的微纳米氢气泡水发生系统的运行控制方法，其特征在于：上位机(100)与下位机(200)信号连接，上位机(100)包括数据接受处理模块(300)，下位机(200)包括控制模块(11)，下位机(200)还与操作执行模块(400)信号连接。
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