本发明涉及一种电解银离子水流杀菌消毒装置，包括竖直接入管系中的形成双层管结构的外壳套管和内管，内管包括内管进口接头段、内管出口接头段和内管杀菌消毒段，内管杀菌消毒段内设有银电极装置和水流量测量装置，水流量测量装置包括磁性转子流量计和流量计霍尔传感器。本发明还公开了一种水流杀菌消毒方法，包括测流量、算电流和电流输出等步骤。本发明电解银离子水流杀菌消毒装置及方法采用磁性转子流量计和流量计霍尔传感器采集开放管系的适时水流量信息，根据管系流量的变化适时调节电解强度，没有储水过程，适时净化水流，无二次污染，灭菌效率高。
1.一种电解银离子水流杀菌消毒装置的水流杀菌消毒方法，其特征是所述电解银离子水流杀菌消毒装置包括外壳套管(100)和内管，外壳套管(100)套接在所述内管外部形成双层管结构，所述双层管结构竖直接入管系中，所述内管包括内管进口接头段(211)、内管出口接头段(212)和内管杀菌消毒段，内管进口接头段(211)设在所述内管下部的进口端，内管进口接头段(211)伸出外壳套管(100)的部分与管系上游管路密封连通，内管出口接头段(212)设在所述内管上部的出口端，内管出口接头段(212)伸出外壳套管(100)的部分与管系下游管路密封连通，所述内管杀菌消毒段内设有银电极装置和水流量测量装置，所述银电极装置设置在靠近内管进口接头段(211)处，所述水流量测量装置设置在靠近内管出口接头段(212)处，所述水流量测量装置包括磁性转子流量计(221)和流量计霍尔传感器(222)，水流从内管进口接头段(211)向上依次流经所述银电极装置和所述水流量测量装置后从内管出口接头段(212)流出，流量计霍尔传感器(222)测量磁性转子流量计(221)磁性转子的位移；
所述电解银离子水流杀菌消毒装置还包括银离子释放控制装置，所述银离子释放控制装置通过设在外壳套管(100)外壁上的MICRO USB端口与所述银电极装置电连接，所述银离子释放控制装置包括电源模块、流量控制单元、中央控制单元和电极控制单元，所述电源模块通过USB-MINI 5V端口给所述流量控制单元、中央控制单元和电极控制单元供电，所述流量控制单元通过光耦电路将水流量信号输入所述中央控制单元，所述中央控制单元根据所述水流量信号向所述电极控制单 元传送电解控制信号，所述电极控制单元根据所述电解控制信号通过所述MICRO USB端口给所述银电极装置供电，所述电极控制单元包括TLC5620数模转换器、LM324运放跟随电路和为所述LM324运放跟随电路提供电源的CS5171升压电路，所述LM324运放跟随电路包括LM324B同相放大器电路和扩流式电压跟随器电路，所述扩流式电压跟随器电路包括LM324A电压跟随器和扩流三极管，所述中央控制单元通过所述TLC5620数模转换器的DACA端口输出的电压信号经过所述LM324B同相放大器电路和扩流式电压跟随器电路放大后从所述MICRO USB端口输出；
⑴将电解银离子水流杀菌消毒装置按从下向上的水流方向竖直接入管系中，水流量测量装置的流量计霍尔传感器根据检测得到的水流量信息通过银离子释放控制装置的流量控制单元向中央控制单元传送一定频率的方波信号；
⑵中央控制单元将采集到的方波信号频率F按照公式I＝(F×M)/C计算得出保持特定银离子浓度参数M的电解电流I，所述公式中的C是流量控制单元固定常数，所述流量控制单元固定常数C的单位是Hz×min/L，所述银离子浓度参数M的单位是mA×min/L；
⑶中央控制单元根据求得的电解电流I经换算通过电极控制单元的TLC5620数模转换器DACA端口输出0～5V的电压信号；
⑷TLC5620数模转换器DACA端口输出的0～5V的电压信号经过LM324运放跟随电路的LM324B同相放大器电路按2.4倍率放大成0～ 12V的电压信号；
⑸LM324B同相放大器电路输出的0～12V电压信号经过扩流式电压跟随器电路的LM324A电压跟随器和扩流三极管通过MICRO USB端口向银电极装置输出电解电流I，银电极装置在电解电流I作用下释放银离子对水流进行杀菌消毒。
2.根据权利要求1所述的水流杀菌消毒方法，其特征在于，所述银电极装置包括一对沿所述内管轴向延伸布置的银电极，水流流经所述一对银电极进行杀菌消毒。
3.根据权利要求1所述的水流杀菌消毒方法，其特征在于，所述银电极装置包括一组沿所述内管径向布置的网孔银电极装置，所述网孔银电极装置包括一对网孔状银电极，水流流经所述一组网孔银电极装置进行杀菌消毒。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的水流杀菌消毒方法，其特征在于，在内管进口接头段(211)与所述银电极装置间的所述内管内沿径向设有高密度滤布甲，在所述银电极装置与所述水流量测量装置间的所述内管内沿径向设有高密度滤布乙，所述高密度滤布甲和高密度滤布乙过滤水流中的有害颗粒。
5.根据权利要求4所述的水流杀菌消毒方法，其特征在于，所述高密度滤布甲和/或所述高密度滤布乙上设有磁性物质，所述磁性物质吸附水流中的含铁颗粒。
6.根据权利要求1所述的水流杀菌消毒方法，其特征在于，所述LM324运放跟随电路还包括LM324C同相放大器电路，所述中央控制 单元通过所述TLC5620数模转换器的DACB端口输出的电压信号经过所述LM324C同相放大器电路放大后从所述MICRO USB端口输出。
7.根据权利要求6所述的水流杀菌消毒方法，其特征在于，所述银离子释放控制装置还包括LED指示灯电路和ISP6PIN在系统可编程接口电路，所述LED指示灯电路包括LED1指示灯支路和LED2指示灯支路，所述LED指示灯电路与所述中央控制单元电连接，所述ISP6PIN在系统可编程接口电路与所述中央控制单元电连接。
8.根据权利要求6所述的水流杀菌消毒方法，其特征在于，在步骤⑷中，TLC5620数模转换器DACB端口通过LM324C同相放大器电路也同时输出2～12V的电压信号，所述2～12V的电压信号也同时通过MICRO USB端口接入银电极装置。
一种电解银离子水流杀菌消毒装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种利用电解银离子对水源杀菌消毒的装置及方法，特别涉及一种针对水流的适时电解银离子水源杀菌消毒的装置及方法，属于水处理设备领域。
背景技术
[0002] 银在水源杀菌消毒处理过程中具有重要的作用，银的杀菌能力极强，不同价态的银均具有杀菌效果。目前，杀灭水源中有害微生物是水处理的一项重要过程，这主要是因为水中的微生物极易传播疾病，危害人类健康，另外，工业用水中的微生物还会形成生物膜，引起设备的腐蚀和堵塞，影响工业生产，而且水中微生物会消耗某些水处理药剂，增加水处理成本。银作为一种优良的杀菌材料具有广谱杀菌、效率高、持久性好、安全性高等突出特点，这不仅表现在银离子对水中的藻类、细菌、真菌、病毒等微生物都能起到一定的杀灭作用，对循环冷却水中容易滋生的蓝、绿藻类也有较好的杀灭作用，而且银离子能够从已杀灭菌体中游离出来，再次发挥杀菌作用，具有效果持久的特点。银作为饮用水中的微量元素是一种对健康影响不大的无毒害化学物质。
[0003] 公开号是CN2725278Y的专利文件公开了一种智能型水循环系统的铜/银离子杀菌装置，这种杀菌装置包括铜银离子控制器、铜电极、银电极或复合电极、外壳和铜银离子浓度传感器，铜银离子控制器产生的直流电压接到铜电极和银电极的端头，铜银离子控制器根据铜银离子浓度传感器采集的铜银离子浓度信息控制电解直流电压。这种电解铜/银离子杀菌装置根据闭合管系中特定储水器内的铜银离子浓度变化调节电解强度，不能适时掌握管系中其他区域的铜银离子浓度，调节不够准确，容易造成二次污染，实际灭菌效果一般。
[0004] 公开号是CN104570884A的专利文件公开了一种电解银离子释放量控制电路及方法，这种电解银离子释放量控制电路包括电源、中央控制电路、恒流控制电路和电极控制电路，电极控制电路与外部银电极电连接。这种控制电路也是根据特定水域内银离子的浓度变化控制电解强度的，当电解水量和电流恒定时，通过控制电解时间调节银离子浓度，当电解水量不恒定时，调节电流和电解时间达到维持特定银离子浓度的目的，因此必然存在水源储存过程，从而造成二次污染，而且基于电解时间的控制方式必然导致灭菌等待过程，灭菌效率不佳。
[0005] 公开号是CN204550127U的专利文件公开了一种应用于生活热水军团菌消毒的银离子消毒装置，这种消毒装置包括银离子发生装置和电解银离子释放量控制电路，银离子发生装置包括壳体，壳体上设有循环水泵法兰，壳体内顶部设有银电极，电解银离子释放量控制电路包括电源、中央控制电路、恒流控制电路和电极控制电路，电极控制电路与外部银电极电连接。这个方案相比CN104570884A的方案多公开了循环水管路设备，其银离子发生装置是配合特定的控制电路设计的简易电级装置，其整体方案仍然是建立在通过水量、电流和电解时间的调节维持特定水域银离子浓度的过程，容易造成二次污染，灭菌效率低。
发明内容
[0006] 本发明电解银离子水流杀菌消毒装置及方法公开了新的方案，采用磁性转子流量计和流量计霍尔传感器采集开放管系的适时水流量信息，根据管系流量的变化适时调节电解强度，解决了现有装置存在二次污染和灭菌效率低的问题。
[0007] 本发明电解银离子水流杀菌消毒装置包括外壳套管100和内管，外壳套管100套接在内管外部形成双层管结构，上述双层管结构竖直接入管系中，内管包括内管进口接头段211、内管出口接头段212和内管杀菌消毒段，内管进口接头段211设在内管下部的进口端，内管进口接头段211伸出外壳套管100的部分与管系上游管路密封连通，内管出口接头段
212设在内管上部的出口端，内管出口接头段212伸出外壳套管100的部分与管系下游管路密封连通，内管杀菌消毒段内设有银电极装置和水流量测量装置，银电极装置设置在靠近内管进口接头段211处，水流量测量装置设置在靠近内管出口接头段212处，水流量测量装置包括磁性转子流量计221和流量计霍尔传感器222，水流从内管进口接头段211向上依次流经银电极装置和水流量测量装置后从内管出口接头段212流出，流量计霍尔传感器222测量磁性转子流量计221磁性转子的位移。
[0008] 本发明还公开了一种基于上述装置的杀菌消毒方法，包括步骤：⑴将电解银离子水流杀菌消毒装置按从下向上的水流方向竖直接入管系中，水流量测量装置的流量计霍尔传感器根据检测得到的水流量信息通过银离子释放控制装置的流量控制单元向中央控制单元传送一定频率的方波信号；⑵中央控制单元将采集到的方波信号频率F按照公式I＝(F×M)/C计算得出保持特定银离子浓度参数M的电解电流I，所述公式中的C是流量控制单元固定常数，所述流量控制单元固定常数C的单位是Hz×min/L，所述银离子浓度参数M的单位是mA×min/L；⑶中央控制单元根据求得的电解电流I经换算通过电级控制单元的TLC5620数模转换器DACA端口输出0～5V的电压信号；⑷TLC5620数模转换器DACA端口输出的0～5V的电压信号经过LM324运放跟随电路的LM324B同相放大器电路按2.4倍率放大成0～12V的电压信号；⑸LM324B同相放大器电路输出的0～12V电压信号经过扩流式电压跟随器电路的LM324A电压跟随器和扩流三极管通过MICRO USB端口向银电极装置输出电解电流I，银电极装置在电解电流I作用下释放银离子对水流进行杀菌消毒。
[0009] 本发明电解银离子水流杀菌消毒装置及方法采用磁性转子流量计和流量计霍尔传感器采集开放管系的适时水流量信息，根据管系流量的变化适时调节电解强度，没有储水过程，适时净化水流，无二次污染，灭菌效率高。
附图说明
[0010] 图1是本发明电解银离子水流杀菌消毒装置主视示意图。
[0011] 图2是图1中装置的左视示意图。
[0012] 图3是银离子释放控制装置电路原理图。
[0013] 图4是电解银离子水流杀菌消毒装置实施例一剖面示意图。
[0014] 图5是电解银离子水流杀菌消毒装置实施例二剖面示意图。
[0015] 图6是银离子释放控制装置电路图。
[0016] 图7是电级控制单元的AD转换和运放跟随电路图。
[0017] 图1～7中，100是外壳套管，211是内管进口接头段，212是内管出口接头段，221是磁性转子流量计，222是流量计霍尔传感器，TLC5620是数模转换芯片，CS5171是升压芯片，LM324A是运放跟随芯片，LM324B是同相放大芯片，LM324C是同相放大芯片，ISP6PIN是在系统可编程接口芯片。
具体实施方式
[0018] 以下结合附图，对本发明作进一步说明。
[0019] 如图1所示，本发明电解银离子水流杀菌消毒装置示意图。电解银离子水流杀菌消毒装置包括外壳套管100和内管，外壳套管100套接在内管外部形成双层管结构，上述双层管结构竖直接入管系中，外壳套管对内管起到保护壳体的作用。内管包括内管进口接头段211、内管出口接头段212和内管杀菌消毒段，内管进口接头段211设在内管下部的进口端，内管进口接头段211伸出外壳套管100的部分与管系上游管路密封连通，内管出口接头段
212设在内管上部的出口端，内管出口接头段212伸出外壳套管100的部分与管系下游管路密封连通，上述密封连通的方式可以采用密封过盈套接，也可以采用内外螺纹配合密封胶布的方式实现。内管杀菌消毒段内设有银电极装置和水流量测量装置，银电极装置设置在靠近内管进口接头段211处，水流量测量装置设置在靠近内管出口接头段212处，水流首先经过银离子灭菌再流经水流量测量装置。为了实现上述银电极装置释放适量银离子的技术要求，本方案公开了以下两种银电极布置方案。
[0020] 实施例一
[0021] 如图4所示，为了取得最佳的灭菌效果，本方案银电极的布置方式采用了最大限度扩大影响范围的设计思路，具体是银电极装置包括一对沿内管轴向延伸布置的银电极，水流流经一对银电极进行杀菌消毒。图4示出了上述一对银电极从内管杀菌消毒段进口一致沿轴向延伸至靠近水流量测量装置的位置，从而实现了最佳的电解银离子空间范围。
[0022] 实施例二
[0023] 如图5所示，区别于实施例一，本方案采用了另一种多对银电极的布置方式，实际操作时可以开启其中一对或多对电极同时工作，如果其中一对银电极出现故障，也不影响其他银电极的正常工作，从而避免了采用单一电极对方案中的因银电极故障导致装置功能失效的问题。以上方案具体是银电极装置包括一组沿内管径向布置的网孔银电极装置，网孔银电极装置包括一对网孔状银电极，水流流经一组网孔银电极装置进行杀菌消毒。图5示出了上述方案的具体实现方式，图中银电极对上下层叠排列，可以采用水平的方式，也可以采用与水平面呈一定角度的倾斜布置方式以增加电极的表面积，提高电解效率。一组网孔银电极装置中具体包含网孔银电极装置数量的确定可以根据内管的长度来选择，也可以根据特定的水流特点选择。
[0024] 本方案的水流量测量装置包括磁性转子流量计221和流量计霍尔传感器222，水流从内管进口接头段211向上依次流经银电极装置和水流量测量装置后从内管出口接头段212流出，流量计霍尔传感器222测量磁性转子流量计221磁性转子的位移。上述磁性转子流量计和流量计霍尔传感器可以选择适合内管管径的现有方案，也可以根据具体应用场合适当改变其外部形状和尺寸。由于转子流量计流道狭窄，长期使用后水流中的固体颗粒物容易沉积形成卡堵，为了解决这个问题，本方案在内管进口接头段211与银电极装置间的内管内沿径向设有高密度滤布甲，在银电极装置与水流量测量装置间的内管内沿径向设有高密度滤布乙，高密度滤布甲和高密度滤布乙过滤水流中的有害颗粒，上述高密度滤布可以采用400目尼龙滤布。进一步，由于上述磁性转子流量计采用了具有磁性的流量计转子，水流中的含铁颗粒在流经流量计转子过程中会被吸附在转子表面上，这样长期积累影响转子的正常工作，为了解决这个问题，本方案还可以在高密度滤布甲和/或高密度滤布乙上设有磁性物质，上述磁性物质吸附水流中的含铁颗粒。
[0025] 本方案的电解银离子水流杀菌消毒装置区别于现有装置的特点之一即根据管中适时水流量调节电解强度满足水流灭菌的要求，为了更好的实现上述技术目的，本方案公开了一种根据适时水流量控制电解电流的装置，具体是电解银离子水流杀菌消毒装置还包括银离子释放控制装置，银离子释放控制装置通过挂扣部件固定在外壳套管100外壁上，银离子释放控制装置通过设在外壳套管100外壁上的MICRO USB端口与银电极装置电连接，图1和图2示出了上述挂扣部件和MICRO USB端口的具体布置方式，其中，挂扣部件包括一对对称布置在外壳套管靠近内管出口接头段的外壁上的耳状挂块，MICRO USB端口布置在外壳套管靠近内管进口接头段的外壁上。银离子释放控制装置包括电源模块、流量控制单元、中央控制单元和电级控制单元，电源模块通过USB-MINI 5V端口给流量控制单元、中央控制单元和电级控制单元供电，流量控制单元通过光耦电路将水流量信号输入所述中央控制单元，中央控制单元根据上述水流量信号向电级控制单元传送电解控制信号，电级控制单元根据上述电解控制信号通过MICRO USB端口给银电极装置供电，图3示出了上述电源供给方案和信号流动方案的电路原理，其中，中央控制单元可以采用ATMEGA48芯片，电源模块采用经电容C4和C5稳压的USB-MINI 5V端口供电。电级控制单元包括TLC5620数模转换器、LM324运放跟随电路和为LM324运放跟随电路提供电源的CS5171升压电路，LM324运放跟随电路包括LM324B同相放大器电路和扩流式电压跟随器电路，扩流式电压跟随器电路包括LM324A电压跟随器和扩流三极管，中央控制单元通过TLC5620数模转换器的DACA端口输出的电压信号经过LM324B同相放大器电路和扩流式电压跟随器电路放大后从MICRO USB端口输出。
[0026] 基于TLC5620数模转换器的多路电压输出特性，本方案在上述DACA端口输出的基础上还可以通过DACB端口同时输出另外一路电压，具体是LM324运放跟随电路还包括LM324C同相放大器电路，中央控制单元通过TLC5620数模转换器的DACB端口输出的电压信号经过LM324C同相放大器电路放大后从MICRO USB端口输出。为了完善电路系统的功能，在上述方案的基础上本方案的银离子释放控制装置还包括LED指示灯电路和ISP6PIN在系统可编程接口电路，LED指示灯电路包括LED1指示灯支路和LED2指示灯支路，LED指示灯电路与中央控制单元电连接，ISP6PIN在系统可编程接口电路与中央控制单元电连接。LED指示灯电路指示了电路的工作状态，ISP6PIN在系统可编程接口电路免去了系统调试时由于频繁地插入取出芯片对芯片和电路板带来的不便。图6示出了上述电路的电路图，图中为实现电路设定功能或优化电路功能而精简或增加的电路以及元器件也包含在电路图所表达的方案内，且均可以采用现有方案实现。
[0027] 本方案在上述银离子释放控制装置方案的基础上还发现了电解电流与流量控制单元根据水流量测量装置传送的水流量信息而产生的脉冲频率间的关系，即I＝(F×M)/C，以此为核心本方案还公开了一种利用电解银离子进行水流杀菌消毒方法，具体包括以下步骤。
[0028] ⑴将电解银离子水流杀菌消毒装置按从下向上的水流方向竖直接入管系中，水流量测量装置的流量计霍尔传感器根据检测得到的水流量信息通过银离子释放控制装置的流量控制单元向中央控制单元传送一定频率的方波信号。单位秒内发送脉冲数是0～91.25个，每个脉冲对应1.6mA的电流，即最终控制电路能够输出0～146mA的电流。
[0029] ⑵中央控制单元将采集到的方波信号频率F按照公式I＝(F×M)/C计算得出保持特定银离子浓度参数M的电解电流I，所述公式中的C是流量控制单元固定常数，所述流量控制单元固定常数C的单位是Hz×min/L，所述银离子浓度参数M的单位是mA×min/L。上述公式中，M和C均为常数，即在保持水流中银离子设定浓度的前提下根据水流流量参数F的变化调节电解电流I的数值。
[0030] ⑶中央控制单元根据求得的电解电流I经换算通过电级控制单元的TLC5620数模转换器DACA端口输出0～5V的电压信号。上述0～5V电压信号是根据经放大后满足0～146mA的电解电流数值范围经换算得到的。
[0031] ⑷TLC5620数模转换器DACA端口输出的0～5V的电压信号经过LM324运放跟随电路的LM324B同相放大器电路按2.4倍率放大成0～12V的电压信号。如图7所示，LM324B同相放大器包括LM324B运放芯片、电阻R17(取值1k)和电阻R18(取值1.4k)，根据LM324B同相放大器放大倍数A≈[1+(R18/R17)]，可以计算得到其倍数A是2.4倍，从而实现0～12V电压输出。
[0032] ⑸LM324B同相放大器电路输出的0～12V电压信号经过扩流式电压跟随器电路的LM324A电压跟随器和扩流三极管通过MICRO USB端口向银电极装置输出电解电流I，银电极装置在电解电流I作用下释放银离子对水流进行杀菌消毒。图7示出了电路两级的具体方案，即USB(P3)的针脚1连接上述扩流三极管输出，USB(P3)的针脚2接12V恒压，从而形成针脚1、银电极和针脚2的电流回路。
[0033] 基于TLC5620数模转换器的多路电压输出特性，以及四针脚USB(P3)存有2位闲置针脚的电路特性，本方案的方法还可以在上述方案的基础上同时输出另一路2～12V电压输出，具体是在步骤⑷中，TLC5620数模转换器DACB端口通过LM324C同相放大器电路也同时输出2～12V的电压信号，上述2～12V的电压信号也同时通过MICRO USB端口接入银电极装置，具体接线是LM324C同相放大器电路输出接USB(P3)的针脚3，USB(P3)的针脚4接地，从而形成针脚3、银电极和针脚4的电流回路。这种双路同时输出的方案扩展了原有的单路输出方案。
[0034] 上述方案中采用12V上限的电压输出值相比现有技术CN104570884A专利文件公开的24V电压及300mA电流的数值更符合在潮湿环境中人体安全电压上限12V的范围，保证装置整体对操作人员的安全性，同时也克服了其公开的采用220V交流电源，并在电源前接有安全保护电路而带来的系统冗杂和需要专门人员调试安装等问题，实现了安装维护方便，装置精简可靠的技术目的。
[0035] 本方案的电解银离子水流杀菌消毒装置及方法采用磁性转子流量计和流量计霍尔传感器采集开放管系的适时水流量信息，根据管系流量的变化适时调节电解强度，采用两种特定的银电极布置方式提高了银离子电解效率，采用组合高密度滤布的方案净化了水流，提高了装置的使用寿命，采用银离子释放控制装置实现了电解银离子的智能化操作，其中的电级控制单元实现了两路同时输出的电解方案，提高了电解效率，其杀菌消毒方案采用5V的电压输出和12V上限的电解输出，保证了装置整体的安全性，精简了现有方案固有的安全电路和专门的调试安装过程。基于以上特点，本方案的电解银离子水流杀菌消毒装置及方法相比现有方案具有突出的实质性特点和显著的进步。
[0036] 本方案的电解银离子水流杀菌消毒装置及方法并不限于具体实施方式公开的内容，装置方案中出现的技术方案可以单独存在，也可以相互包含，方法方案中的步骤在不改变原有技术构思的前提下可以适当改变顺序或增删部分不影响方案实现的现有内容，本领域技术人员根据本方案结合公知常识作出的简单替换方案也属于本方案的范围。
