申请日2012.05.24
公开(公告)日2014.02.05
IPC分类号C02F1/46; C02F1/469; B01D61/42; B01D35/06; C02F1/42
摘要
本发明提供了用于控制总溶解固体的设备和方法，以及包括用于控制总溶解固体的设备的水处理设备。所述总溶解固体控制设备包括：过滤单元，其包括通过输入电流从流入原水去除溶解固体的去离子过滤器;以及控制单元，其控制所述输入电流，使得从所述去离子过滤器排出的水符合目标总溶解固体。
权利要求书
1.一种总溶解固体(TDS)控制设备，该设备包括：
过滤单元，其包括通过输入电流从流入原水去除溶解固体的去离子过滤 器;以及
控制单元，其控制所述输入电流，使得从所述去离子过滤器排出的水符合 目标总溶解固体。
2.如权利要求1所述的总溶解固体控制设备，其特征在于，所述控制单元 向所述去离子过滤器施加预定的固定电压，并通过脉冲宽度调制(PWM)控制所 述输入电流。
3.如权利要求2所述的总溶解固体控制设备，其特征在于，所述控制单元 包括：
确定器，其通过利用输入电流确定流入去离子过滤器中的原水中所含的总 溶解固体;以及
输入电流确定器，其对经确定的总溶解固体与目标总溶解固体进行对比， 并基于比较结果，确定施加到去离子过滤器的输入电流;以及
输入电流供给器，其向去离子过滤器施加预定的固定电压，并通过脉冲宽 度调制(PWM)向去离子过滤器供给输入电流。
4.如权利要求3所述的总溶解固体控制设备，所述总溶解固体控制设备还 包括测量流入去离子过滤器的原水的流速的流速传感器。
5.如权利要求4所述的总溶解固体控制设备，其特征在于，所述输入电流 确定器基于经确定的总溶解固体和目标总溶解固体的比较结果以及通过流速 传感器测得的原水的流速，来确定施加到去离子过滤器的输入电流。
6.如权利要求5所述的总溶解固体控制设备，其特征在于，所述输入电流 确定器基于描述了与总溶解固体有关的原水的流速和施加到去离子过滤器的 电压和电流的表格，确定施加到去离子过滤器的输入电流。
7.如权利要求4所述的总溶解固体控制设备，其特征在于，所述确定器基 于描述了与总溶解固体有关的原水的流速和施加到去离子过滤器的电压和电 流的表格，确定流入原水中的总溶解固体。
8.如权利要求1所述的总溶解固体控制设备，其特征在于，所述去离子过 滤器通过电渗析(ED)、电去离子(EDI)和电容去离子(CDI)中的至少一种，从水 中去除溶解固体。
9.一种总溶解固体(TDS)控制方法，该方法包括：
向去离子过滤器施加预定的固定电压;
通过利用施加的固定电压，从流入去离子过滤器的原水中去除溶解固体;
测量通过施加的固定电压在去离子过滤器中流动的电流的振幅;
通过利用测得的电流的振幅，确定原水中的总溶解固体;
将经确定的总溶解固体与目标总溶解固体进行对比，并基于对比结果，确 定要施加到去离子过滤器的电流;以及
通过脉冲宽度调制(PWM)向去离子过滤器施加确定的电流。
10.如权利要求9所述的总溶解固体控制方法，所述总溶解固体控制方 法还包括测量流入去离子过滤器的原水的流速。
11.如权利要求10所述的总溶解固体控制方法，其特征在于，确定电流 的振幅是基于经确定的总溶解固体和目标总溶解固体的比较结果以及测得的 原水的流速，来确定施加到去离子过滤器的电流的振幅。
12.如权利要求11所述的总溶解固体控制方法，其特征在于，所述确定 电流的振幅是基于描述了与总溶解固体有关的原水的流速和施加到去离子过 滤器的电压和电流的表格，确定施加到去离子过滤器的电流。
13.如权利要求10所述的总溶解固体控制方法，其特征在于，所述确定 原水中的总溶解固体是基于描述了与总溶解固体有关的原水的流速和施加到 去离子过滤器的电压和电流的表格，确定流入原水的总溶解固体。
14.如权利要求9所述的总溶解固体控制方法，其特征在于，所述去离 子过滤器通过电渗析(ED)、电去离子(EDI)和电容去离子(CDI)中的至少一种， 从水中去除溶解固体。
15.一种水处理设备，其包括如权利要求1-8中任一项所述的总溶解固 体(TDS)控制设备。
说明书
用于控制总溶解固体的设备和方法,以及包括其的水处理设备
技术领域
本发明涉及水处理设备例如净水器或具有水离子化功能的净水器，用于控 制水处理设备的方法，用于控制总溶解固体的设备和方法，以及包括用于控制 总溶解固体的设备的水处理设备。更具体地，本发明涉及用于控制输出水中所 含的总溶解固体的水处理设备，用于控制所述水处理设备的方法，用于控制总 溶解固体的设备和方法，以及包括用于控制总溶解固体的设备的水处理设备。
水处理设备可用于处理水或废水并生产超纯水，并且可用于各种目的例如 工业目的和家用目的(包括商业目的)。但是，本发明特别地涉及用于生产饮 用水的水处理设备。由于用于生产饮用水的水处理设备接收原水(或水)，过 滤原水，并产生用于饮用的纯净水，因此在狭义上来说，它们会被称作净水器。 所述净水器可配置成接收原水(或水)，用过滤单元过滤原水，并将常温的纯 净水供给到用户，并且所述净水器还可配置成对所述常温的纯净水进行加热或 冷却，并将热水或冷水供给到用户。
在用于生产饮用水的水处理设备中，存在供给各种类型的功能水(例如， 离子水、碳酸水、含氧水以及纯净水)的功能水产生器。此外，还存在水加热 器、水冷却器和制冰器等，它们主要过滤接收自供水单元(例如水罐)的水， 然后对经过滤的水进行加热/冷却/冰冻。在本发明中，术语“水处理设备”用 作净水器、功能水产生器、水加热器、水冷却器、制冰器以及具有上述至少一 种功能的任意设备的总称。虽然出于描述方便示例性地给出了典型的净水器 (包括水离子化器)，但是应理解，此类净水器仅仅是根据本发明的实施方式 的水处理设备的例子。
背景技术
通常，根据其采用的水净化方法，将净水器分成超滤(UF)膜净水器和反渗 透(RO)膜净水器。
其中，已知RO膜净水器在去除污染物方面优于其他水净化方案。
RO膜净水器可包括过滤单元，该过滤单元包括沉淀物过滤器、前置碳过 滤器、RO膜过滤器以及后置碳过滤器，所述沉淀物过滤器从龙头接收原水， 并通过5微米细过滤器去除尘颗粒、沉淀物以及各种悬浮体等;所述前置碳过 滤器通过活性碳吸附去除致癌物质(例如，三卤甲烷(THM))、合成洗涤剂、 有害化学物(例如，杀虫剂)以及残留含氯组分等;所述RO膜过滤器包含0.0001 微米的RO膜，去除重金属(例如，铅和砷)、钠以及各种微生物等，并通过 排水管排出浓缩水;所述后置碳过滤器去除通过RO膜过滤器的水中所含的难 闻的气味和味道以及颜色。
UF膜净水器采用UF膜过滤器代替RO膜过滤器。所述UF膜过滤器是具 有数十至数百纳米(nm)的孔的多孔过滤器，其通过分布在膜表面的无数细孔去 除水中的污染物。
但是，典型的RO膜净水器不仅去除了原水中所含的重金属，还去除了其 中所含的各种矿物质组分，这导致无法满足用户摄取矿物质的需求。典型的UF 膜净水器的过滤性能不如典型的RO膜净水器，这导致无法满足用户对于纯水 (超纯水)的需求。
此外，典型的RO膜净水器会排出无法通过RO膜的浓缩水(生活水(live water))，导致严重的水浪费。
除此之外，典型的RO膜净水器或者典型的UF膜净水器要求高维护费用， 因为RO膜过滤器或者UF膜过滤器具有较短的使用寿命和替换周期。特别地， 在原水含有大量硬矿物质，例如金属离子的区域内，RO膜过滤器或UF膜过滤 器的使用寿命进一步地下降。
因此，本领域存在对于其他改进的净水器(水处理设备)的需要。
发明内容
技术问题
本发明的一个方面提供了水处理设备和用于控制水处理设备的方法，所述 水处理设备和用于控制水处理设备的方法可以根据总溶解固体和用户选择提 供各种类型的水(例如，具有丰富矿物质的矿质水，具有类似于由RO膜净水 器产生的水的纯度的超纯水)。
本发明的另一个方面提供了水处理设备和用于控制水处理设备的方法，所 述水处理设备和用于控制水处理设备的方法可以无需使用分离罐而提供过滤 的水，可以防止用户由于污染的罐而饮用受污染的水，并且可以降低由于不使 用分离罐相关的总尺寸和制造成本。
本发明的另一个方面提供了水处理设备和用于控制水处理设备的方法，所 述水处理设备和用于控制水处理设备的方法可以容易地产生离子水，同时具有 与RO膜净水器类似的过滤性能。
本发明的另一个方面提供了水处理设备和用于控制水处理设备的方法，所 述水处理设备和用于控制水处理设备的方法可以通过对过滤单元的最重要的 部件，去离子过滤器进行再使用，来增加过滤器使用寿命。本发明的另一个方 面提供了水处理设备和用于控制水处理设备的方法，所述水处理设备和用于控 制水处理设备的方法可以通过再循环流动通道来进行再循环操作的检查。
本发明的另一个方面提供了水处理设备和用于控制水处理设备的方法，所 述水处理设备和用于控制水处理设备的方法可以通过使用热水来对水输出单 元的内部或者与其相连的流动通道进行消毒。
本发明的另一个方面提供了水处理设备和用于控制水处理设备的方法，所 述水处理设备和用于控制水处理设备的方法可以容易地控制去除总溶解固体 过程中的去离子过滤器。
本发明的另一个方面提供了水处理设备和用于控制水处理设备的方法，所 述水处理设备和用于控制水处理设备的方法可以有效地防止产生的冰受到污 染。
本发明的另一个方面提供了总溶解固体控制设备和方法以及包括所述总 溶解固体控制设备的水处理设备，其可以通过电流控制简单并容易地控制总溶 解固体的下降率(溶解固体(离子物质)的去除率)。
技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种水处理设备，其包括：包括去离子过 滤器的过滤单元，用于通过施加电能去除流入水中所含的总溶解固体;水输出 单元，用于输出经过滤单元过滤的水;以及控制单元，用于控制施加到去离子 过滤器上的电能，以控制通过去离子过滤器过滤的水中所含的总溶解固体 (TDS)，或者通过去离子过滤器的总溶解固体的下降率。
根据本发明的另一个方面，提供了一种水处理设备，其包括：包括去离子 过滤器的过滤单元，用于通过施加电能去除流入水中所含的总溶解固体;离子 水产生单元，采用通过过滤单元过滤的水产生离子水;水输出单元，用于选择 性地输出通过过滤单元过滤的水和通过离子水产生单元产生的离子水;以及控 制单元，用于控制施加到去离子过滤器上的电能，以控制通过去离子过滤器过 滤的水中所含的总溶解固体(TDS)，或者通过去离子过滤器的总溶解固体的下 降率。
去离子过滤器可以通过电力从水中去除溶解固体。例如，本文中的所述去 离子过滤器可以通过电渗析(ED)、电去离子(EDI)和电容去离子(CDI)中的至少 一种，从水中去除溶解固体。
可以通过施加相反极性电能来再使用去离子过滤器。本文中，所述过滤单 元可以包括：纯净水流动通道，用于对去离子水进行过滤操作;再循环流动通 道，用于对去离子水进行再循环，其中可以通过再循环流动通道切换阀对纯净 水流动通道和再循环流动通道之间的流动通道进行切换;以及用于测量流入去 离子过滤器的流速的流速传感器，其可设置在再循环流动通道切换阀和去离子 过滤器之间。
可以在流速传感器和去离子过滤器之间将排水管与纯净水流动通道相连， 使得在去离子过滤器的再循环模式中，可以将已经通过去离子过滤器的水排出 到外部。此处，水处理设备还可包括显示单元，当在去离子过滤器的再循环模 式中通过流速传感器检测到流速时，该显示单元显示再循环失败。
控制单元可以控制施加到去离子过滤器的电能，使得取决于通过去离子过 滤器过滤的水中的总溶解固体或者取决于通过去离子过滤器的总溶解固体的 下降率，水的类型可以在输出前被分成至少两个阶段。
水处理设备还可包括加热单元和冷却单元中的至少一个，所述加热单元用 于加热通过过滤单元过滤的水，所述冷却单元用于冷却通过过滤单元过滤的 水，其中可以以分开的方式从加热单元和冷却单元中的至少一个输出两种或更 多种类型的水。
水处理设备还可包括制冰单元，其通过使用经由过滤单元过滤的水来产生 冰，其中所述制冰单元可通过使用两种或更多种类型的水来产生冰。
控制单元可以控制施加到去离子过滤器的电能，使得通过从原水以预定的 水平去除溶解固体来产生矿质水，并且可以输出含有的总溶解固体比矿质水更 少的超纯水。
所述矿质水可以是相对原水的总溶解固体的下降率大于或等于约30%且 小于约80%的水，而所述超纯水可以是通过去离子过滤器的总溶解固体的下降 率大于或等于约80%的水。
控制单元可以控制施加到去离子过滤器的电能，使得通过从原水以预定的 水平去除溶解固体来产生矿质水，并且可以输出含有的总溶解固体比矿质水更 少的超纯水;并且所述控制单元可以控制施加到去离子过滤器的电能，使得矿 质水可以以离子水产生模式流入到离子水产生单元中。此处，矿质水可以是相 对原水的总溶解固体的下降率大于或等于约30%且小于约80%的水。
水处理设备还可包括冷却单元和加热单元中的至少一个，其控制了通过过 滤单元过滤的水的温度。此处，所述冷却单元或加热单元可以对通过原水的水 压进行供给的水进行冷却或加热。
加热单元的输出侧可以选择性地与水输出单元的抽取口或排水管相连;并 且控制单元可以切换流动通道，使得在预定时间段内，加热单元的输出侧可与 排水管相连，以将留在加热单元内的水排出。此处，加热单元的输出侧可通过 设置在水输出单元内的排水流动通道切换阀与排水管相连。在通过排水管排出 留在加热单元中的水的至少一部分时间段内，控制单元可驱动加热单元，对设 置在水输出单元内的流动通道进行消毒。
控制单元可以向去离子过滤器施加预定的固定电压，并通过脉冲宽度调制 (PWM)控制施加到去离子过滤器的输入电流。
水处理设备还可包括：制冰单元，其通过使用经由过滤单元过滤的水产生 冰;以及设置在过滤单元和制冰单元之间的经消毒的水产生单元，以通过电解 产生混合氧化剂，其中所述制冰单元可使用含有通过经消毒的水产生单元产生 的混合氧化剂的经消毒的饮用水来产生冰。
水处理设备还可包括储存了通过过滤单元过滤的水的储存罐，其中，可以 将通过经消毒的水产生单元产生的混合氧化剂供给到所述储存罐;并且，制冰 单元可以通过使用存储在储存罐中的含有混合氧化剂的经消毒的饮用水来产 生冰。
可以将储存在储存罐中的经消毒的饮用水通过除氯过滤器，去除经消毒的 饮用水中所含的氯组分之后，将所述经消毒的饮用水供给到制冰单元。
根据本发明的另一个方面，提供了用于控制水处理设备的方法，所述水处 理设备包括通过施加电能去除流入水中所含的溶解固体的去离子过滤器，所述 方法包括：用户选择操作，用于从用户接收矿质水抽取，该矿质水抽取是通过 去除原水的溶解固体至预定的水平产生的，或者用于接收总溶解固体少于矿质 水的超纯水抽取;去离子过滤器驱动操作，用于根据用户选择操作中输入的水 类型，向去离子过滤器施加电能，以控制通过去离子过滤器过滤的水中所含的 总溶解固体，或者通过去离子过滤器去除的总溶解固体的下降率;以及水输出 操作，用于抽取通过去离子过滤器过滤的矿质水或超纯水。
根据本发明的另一个方面，提供了用于控制水处理设备的方法，所述水处 理设备包括通过施加电能去除流入水中所含的溶解固体的去离子过滤器，所述 方法包括：用户选择操作，用于从用户接收矿质水抽取，该矿质水抽取是通过 去除原水的溶解固体至预定的水平产生的，或者用于接收总溶解固体少于矿质 水的超纯水抽取;去离子过滤器驱动操作，用于根据用户选择操作中输入的水 类型，向去离子过滤器施加电能，以控制通过去离子过滤器过滤的水中所含的 总溶解固体，或者通过去离子过滤器去除的总溶解固体的下降率;离子水产生 操作，用于当输入离子水抽取时，通过使用去离子过滤器过滤的水来产生离子 水;以及水输出操作，用于抽取通过去离子过滤器过滤的矿质水或超纯水，或 者抽取在离子水产生操作中产生的离子水。
当在用户选择操作中选择离子水抽取时，去离子过滤器驱动操作可以控制 施加到去离子过滤器的电能，使得可以通过去离子过滤器产生矿质水。
所述矿质水可以是相对原水的总溶解固体的下降率大于或等于约30%且 小于约80%的水，而所述超纯水可以是通过去离子过滤器的总溶解固体的下降 率大于或等于约80%的水。
所述去离子过滤器可以通过电渗析(ED)、电去离子(EDI)和电容去离子(CDI) 中的至少一种，从水中去除溶解固体。
所述去离子过滤器驱动操作可以向去离子过滤器施加预定的固定电压，并 通过脉冲宽度调制(PWM)控制施加到去离子过滤器的输入电流。
根据本发明的另一个方面，提供了总溶解固体(TDS)控制设备，该设备包 括：过滤单元，其包括通过输入电流从流入原水去除溶解固体的去离子过滤器; 以及控制单元，其控制所述输入电流，使得从所述去离子过滤器排出的水符合 目标总溶解固体。
所述控制单元可以向去离子过滤器施加预定的固定电压，并通过脉冲宽度 调制(PWM)控制输入电流。
此处，控制单元包括：确定器，其通过利用输入电流确定了流入去离子过 滤器中的原水中所含的总溶解固体;输入电流确定器，其对经确定的总溶解固 体和目标总溶解固体进行比较，并基于比较结果，确定施加到去离子过滤器的 输入电流;以及输入电流供给器，其向去离子过滤器施加预定的固定电压，并 通过脉冲宽度调制(PWM)供给到离子过滤器的输入电流。
所述总溶解固体控制设备还可包括测量流入去离子过滤器的原水的流速 的流速传感器。
所述输入电流确定器可基于经确定的总溶解固体和目标总溶解固体的比 较结果以及通过流速传感器测得的原水的流速，来确定施加到去离子过滤器的 输入电流。
所述输入电流确定器可基于描述了与总溶解固体有关的原水流速和施加 到去离子过滤器的电压和电流的表格，来确定施加到去离子过滤器的输入电 流。
所述确定器可基于描述了与总溶解固体有关的原水流速和施加到去离子 过滤器的电压和电流的表格，来确定流入原水中的总溶解固体。
所述去离子过滤器可以通过电渗析(ED)、电去离子(EDI)和电容去离子(CDI) 中的至少一种，从水中去除溶解固体。
根据本发明的另一个方面，提供了总溶解固体(TDS)控制方法，所述方法 包括：向去离子过滤器施加预定的固定电压;通过使用施加的固定电压，从流 入去离子过滤器的原水去除溶解固体;测量通过施加固定电压的去离子过滤器 中的电流流动的振幅;使用测得的电流的振幅来确定原水中的总溶解固体;对 经确定的总溶解固体和目标总溶解固体进行比较，并基于比较结果，确定施加 到去离子过滤器的电流;以及通过脉冲宽度调制(PWM)向离子过滤器施加确定 的电流。
总溶解固体控制方法还可包括测量流入去离子过滤器的原水的流速。
所述电流振幅的确定可基于经确定的总溶解固体和目标总溶解固体的比 较结果以及测得的原水的流速，来确定施加到去离子过滤器的电流。
所述电流振幅的确定可基于描述了与总溶解固体有关的原水的流速和施 加到去离子过滤器的电压和电流的表格，来确定施加到去离子过滤器的电流。
所述确定原水中的总溶解固体可基于描述了与总溶解固体有关的原水的 流速和施加到去离子过滤器的电压和电流的表格，来确定流入原水的总溶解固 体。
所述去离子过滤器可以通过电渗析(ED)、电去离子(EDI)和电容去离子(CDI) 中的至少一种，从水中去除溶解固体。
根据本发明的另一个方面，提供了包括上述总溶解固体(TDS)控制设备的 水处理设备。
发明的有益效果
根据本发明的一些示例性实施方式，通过施加电能来控制通过去离子过滤 器去除的总溶解固体和/或总溶解固体的下降率。因此，可以按照用户的需求， 供给在总溶解固体含量方面有所不同的各种类型的水，例如矿质水和超纯水。 具体来说，可以选择超纯水或矿质水，从而可以根据用户选择提供所需的水。 同样地，甚至是在冷水、热水和/或冰的情况下，也可以根据用户选择提供所需 的水，例如矿质水或超纯水。
根据本发明的一些示例性实施方式，可以经由原水压力通过水输出单元抽 取通过过滤单元过滤的水。因此，无需提供分离罐。因此，可以解决罐污染的 问题，并且可以降低水处理设备的总尺寸和制造成本。特别地，由于是以直接 水的方式实现冷水和热水的供给，因此可以供给具有各种温度的水。同样地， 由于无需提供分离罐，所以可以防止由于罐污染导致的供给污染的水。
根据本发明的一些示例性实施方式，对施加到去离子过滤器的电能进行控 制。因此，可以产生可由RO膜净水器抽取的超纯水。同样地，将矿质水供给 到离子水产生单元以产生离子水(碱水)。因此，可以通过低电能驱动产生具 有所需pH的碱水或酸水。也就是说，由于向离子水产生单元供给了富含总溶 解固体的矿质水，可以容易地产生离子水，而这对于典型RO膜净水器是困难 的。
根据本发明的一些示例性实施方式，由于可以通过再循环操作对去离子过 滤器进行再循环，因此相对于典型RO膜过滤器和UF膜过滤器，可以增加去 离子过滤器的使用寿命。
根据本发明的一些示例性实施方式，由于可以通过流速传感器检测去离子 过滤器的再循环，所以可以检测是否需要对去离子过滤器进行再循环。
根据本发明的一些示例性实施方式，由于可以使用通过加热单元产生的热 水对水输出单元中的流动通道或者与其相连的流动通道进行消毒，所以可以改 善卫生。
根据本发明的一些示例性实施方式，通过经消毒的水产生单元产生经消毒 的饮用水，并且使用所述经消毒的饮用水产生冰。因此，可以向用户提供未被 污染的冰。此外，即使将冰在冰存储处存储长时间，也可以使得冰的污染最小 化。
根据本发明的一些示例性实施方式，当提供储存罐来制冰时，向所述储存 罐提供由经消毒的水产生单元产生的混合氧化剂。因此，可以防止储存罐中细 菌或微生物的繁殖，从而可以使用无污染的干净的水来产生冰。具体来说，如 果在冰中含有少量混合氧化剂，则即使冰在冰存储处存储长时间的情况下，也 可以防止冰中的细菌或微生物的繁殖。同样地，当将储存在储存罐中的经消毒 的饮用水通过除氯过滤器(可以吸附经消毒的饮用水中所含的氯组分(混合氧 化剂))之后，将所述经消毒的饮用水供给到制冰单元。因此，可以去除由于 氯组分引起的气味或味道，从而消除用户可能经受的不良感觉。
根据本发明的一些示例性实施方式，当使用电流控制来驱动去离子过滤器 时，可以确定(测定)原水或者去离子过滤器中过滤的水所含的总溶解固体， 而无需使用分离的传感器。此外，由于考虑了原水的流速来控制总溶解固体， 可以向用户供给具有所需水平的经过滤的水。
具体来说，由于根据本发明的一些示例性实施方式的水处理设备控制方法 和总溶解固体控制设备和方法使用电流控制方案，因此相比于使用电压控制方 案的情况，它们具有简单配置，低出错率和高反馈速度。
此外，由于根据本发明的一些示例性实施方式的水处理设备控制方法和总 溶解固体控制设备和方法使用电流控制方案，因此它们可以无需使用分开的传 感器来确定原水中的总溶解固体，并且因此可以控制总溶解固体的下降率。
根据本发明的一些示例性实施方式，由于根据原水的流速考虑了补偿水 平，因此用户可以获得含所需水平的总溶解固体的水，例如矿质水或超纯水。
