电化学水软化设备出水硬度的调节方法及其系统

技术领域

本发明涉及电化学水软化技术领域，尤其涉及一种电化学水软化设备出水硬度的调节方法及其系统。

背景技术

饮用水的水质硬度由其含有的钙离子和镁离子的含量决定。不同年龄、不同应用场景以及不同人群对饮用水的水质硬度的需求有所不同。

超滤膜技术被广泛采用以完全保留水中以钙离子或镁离子为主的矿物质离子，但考虑到国内水质的地区差异较大，仅采用超滤膜技术较难满足多地区多方面的需求也无法对钙离子和镁离子的含量进行精细调节；采用电渗析技术则会移除所有带电离子，无法满足仅对水中的钙离子和镁离子含量进行选择性调控的需求；现有技术还通过在反渗透滤芯后增加一级矿物质滤芯以增加出水的矿物质含量，但该方案无法实现对出水的矿物质含量进行精细调节。综上可知，现有技术无法实现对饮用水硬度的精细调节。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于电化学水软化设备出水硬度的调节方法及其系统，以解决现有的饮用水硬度无法精细调节的问题。

根据本发明实施例提出一种电化学水软化设备出水硬度的调节方法，其包括：在所述电化学水软化设备中设置多组电化学阻垢单元，以将所述电化学水软化设备的出水硬度降低到预定范围，其中所述出水硬度随着所述电化学阻垢单元的数量增加而降低；设置所述多组电化学阻垢单元的施加电压，以在所述预定范围内将所述电化学水软化设备的出水硬度调节至预定值。

其中，所述为所述多组电化学阻垢单元设置施加电压的步骤，包括：为所述多组电化学阻垢单元中的每组分别设置不同的施加电压，所述电压的范围在18-36伏之间。

其中，所述为所述多组电化学阻垢单元设置施加电压的步骤，包括：为所述多组电化学阻垢单元设置梯度电压，位于水流下游的电化学阻垢单元的施加电压大于或等于其上游相邻的电化学阻垢单元的施加电压，其中相邻两组的电化学阻垢单元的电压差为0-12伏之间的任一值。

其中，所述为所述多组电化学阻垢单元设置施加电压的步骤，包括：为所述多组电化学阻垢单元设置相同的施加电压，所述电压的范围在18-36伏之间。

其中，所述多组电化学阻垢单元的数量为2至6中的任一个。

根据本发明实施例还提出一种电化学水软化设备出水硬度的调节系统，其包括：第一设置模块，用于在所述电化学水软化设备中设置多组电化学阻垢单元，以将所述电化学水软化设备的出水硬度降低到预定范围，其中所述出水硬度随着所述电化学阻垢单元的数量增加而降低；第二设置模块，用于为所述多组电化学阻垢单元设置施加电压，以在所述预定范围内将所述电化学水软化设备的出水硬度调节至预定值。

其中，所述第二设置模块还用于，为所述多组电化学阻垢单元中的每组分别设置不同的施加电压，所述电压的范围在18-36伏之间。

其中，所述第二设置模块还用于，为所述多组电化学阻垢单元设置梯度电压，位于水流下游的电化学阻垢单元的施加电压大于或等于其上游相邻的电化学阻垢单元的施加电压，其中相邻两组的电化学阻垢单元的电压差为0-12伏之间的任一值。

其中，所述第二设置模块还用于，为所述多组电化学阻垢单元设置相同的施加电压，所述电压的范围在18-36伏之间。

其中，所述第一设置模块在所述电化学水软化设备中设置2至6中任一个数量的电化学阻垢单元。

根据本发明的技术方案，通过在电化学水软化设备中设置多组电化学阻垢单元以对电化学水软化设备的出水硬度进行粗调节至预定范围，通过设置多组电化学水软化设备的施加电压以对电化学水软化设备的出水硬度进行精细调节至预定值，从而能够精细调节电化学水软化设备的出水硬度，满足了个性化和不同使用场景的需求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的电化学水软化设备出水硬度的调节方法的流程图；

图2是根据本发明实施例在两组电化学阻垢单元施加不同电压方案后电化学水软化设备出水硬度的示意图；

图3是根据本发明实施例在三组电化学阻垢单元施加不同电压方案后电化学水软化设备出水硬度的示意图；

图4是根据本发明实施例在四组电化学阻垢单元施加不同电压方案后电化学水软化设备出水硬度的示意图；

图5是根据本发明实施例在五组电化学阻垢单元施加不同电压方案后电化学水软化设备出水硬度的示意图；

图6是根据本发明实施例的五组电化学阻垢单元在18V、24V和30V电压下电化学水软化设备硬度去除率的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

尽管本发明说明书可能包括了多种不同形式的实施例，而对于说明书中所详细描述且在附图中所示出的一些优选实施例而言，应当理解的是：本发明说明书所公开的这些内容应视为对本发明原理所作出的示意性说明，而这些所示出的实施例并不是要对本发明所要保护的范围构成限制。

以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。

有鉴于随着时代的发展，不同年龄、不同人群以及不同应用场景下对水质硬度的要求不尽相同，仅能提供单一水质硬度的水软化设备或无法精细调节水质硬度的水软化设备已无法满足不同条件下的用水需求，根据本发明实施例提供了一种电化学水软化设备出水硬度的调节方法，所述电化学水软化设备一般设置在水软化设备中，以向用户提供所需硬度的饮用水。参考图1，根据本发明实施例的调节方法包括以下步骤：

步骤S102，在所述电化学水软化设备中设置多组电化学阻垢单元，以将所述电化学水软化设备的出水硬度降低到预定范围，其中所述出水硬度随着所述电化学阻垢单元的数量增加而降低。

在本步骤中，通过在电化学水软化设备内设置所需数量的电化学阻垢单元，对电化学水软化设备的出水硬度进行粗调节，优选地，电化学阻垢单元的数量可为2、3、4、5或6组，但是本发明并不限制电化学阻垢单元的数量，在本发明的其他实施例中电化学阻垢单元的数量也可为其他的数量。不同数量的电化学阻垢单元对应着不同范围的出水硬度，电化学阻垢单元的数量越多，电化学水软化设备的出水硬度越低。

步骤S104，为所述多组电化学阻垢单元设置施加电压，以在所述预定范围内将所述电化学水软化设备的出水硬度调节至预定值。

在本步骤中，将直流程控电源与设置在电化学水软化设备中的多组电化学阻垢单元分别连通，对多组电化学阻垢单元施加电压，通过设置施加的电压数值，对电化学水软化设备的出水硬度进行精细调节，以将在步骤S102中降低到一定范围的出水硬度，进一步调节至一个值。具体地，对多组电化学阻垢单元施加的电压可为相同的电压或不同的电压。在本发明实施例中，为每个电化学阻垢单元施加的电压的范围在18-36V之间。

在本申请的一些实施例中，可为多组电化学阻垢单元设置梯度电压。所述梯度电压包括增梯度电压和减梯度电压，当对多组电化学阻垢单元施加增梯度电压时，位于水流下游的电化学阻垢单元的电压大于或等于位于水流上游的电化学阻垢单元的电压；当对多组电化学阻垢单元施加减梯度电压时，位于水流下游的电化学阻垢单元的电压小于或等于位于水流上游的电化学阻垢单元的电压。在本发明实施例中，当对多组电化学阻垢单元施加梯度电压时，相邻两组的电化学阻垢单元之间的电压差值(梯度)可为0-12V之间的任一值，如：1、2、3、4、6、8、12等等，本申请对此不进行限制。例如，当相邻的两组电化学阻垢单元之间的梯度为6V时，对每组电化学阻垢单元施加的电压数值可为18V、24V、30V或36V。

下面针对不同组数的电化学阻垢单元所施加的不同电压方案进行实验，采用GB/T5750-2006的标准方法测定出水水样的硬度。在对电化学阻垢单元施加电压后的第5、10、15、30、45和60分钟分别采集电化学水软化设备的出水水样，具体如下：

在电化学水软化设备中设置两组电化学阻垢单元

在本方案中有以下三种具体电压施加方案，其中第一组和第二组电化学阻垢单元按照水流从上游到下游的方向顺序设置。

梯度电压方案1：对第一组电化学阻垢单元施加的电压为24V，对第二组电化学阻垢单元施加的电压为30V。

梯度电压方案2：对第一组电化学阻垢单元施加的电压为18V，对第二组电化学阻垢单元施加的电压为24V。

对照方案：对第一组和第二组电化学阻垢单元施加的电压均为24V。

如图2所示，当按照梯度电压方案1对电化学阻垢单元施加电压时，电化学水软化设备在工作60分钟时的出水硬度为111.9ppm；当按照梯度电压方案2对电化学阻垢单元施加电压时，电化学水软化设备在工作60分钟时的出水硬度为132.8ppm；当按照对照方案对电化学阻垢单元施加电压时，电化学水软化设备在工作60分钟时的出水硬度为122.2ppm。

在电化学水软化设备中设置三组电化学阻垢单元

在本方案中有以下三种具体电压施加方案，其中第一组、第二组和第三组电化学阻垢单元按照水流从上游到下游的方向顺序设置。

梯度电压方案1：对第一组电化学阻垢单元施加的电压为24V，对第二组电化学阻垢单元施加的电压为30V，对第三组电化学阻垢单元施加的电压为36V。

梯度电压方案2：对第一组电化学阻垢单元施加的电压为18V，对第二组电化学阻垢单元施加的电压为18V，对第三组电化学阻垢单元施加的电压为24V。

对照方案：对第一组、第二组和第三组电化学阻垢单元施加的电压均为24V。

如图3所示，当按照梯度电压方案1对电化学阻垢单元施加电压时，电化学水软化设备在工作60分钟时的出水硬度为85.4ppm；当按照梯度电压方案2对电化学阻垢单元施加电压时，电化学水软化设备在工作60分钟时的出水硬度为108.6ppm；当按照对照方案对电化学阻垢单元施加电压时，电化学水软化设备在工作60分钟时的出水硬度为95.8ppm。

在电化学水软化设备中设置四组电化学阻垢单元

在本方案中有以下三种具体电压施加方案，其中第一组、第二组、第三组和第四组电化学阻垢单元按照水流从上游到下游的方向顺序设置。

梯度电压方案1：对第一组电化学阻垢单元施加的电压为24V，对第二组电化学阻垢单元施加的电压为24V，对第三组电化学阻垢单元施加的电压为30V，对第四组电化学阻垢单元施加的电压为36V。

梯度电压方案2：对第一组电化学阻垢单元施加的电压为18V，对第二组电化学阻垢单元施加的电压为18V，对第三组电化学阻垢单元施加的电压为24V，对第四组电化学阻垢单元施加的电压为24V。

对照方案：对第一组、第二组、第三组和第四组电化学阻垢单元施加的电压均为24V。

如图4所示，当按照梯度电压方案1对电化学阻垢单元施加电压时，电化学水软化设备在工作60分钟时的出水硬度为65.8ppm；当按照梯度电压方案2对电化学阻垢单元施加电压时，电化学水软化设备在工作60分钟时的出水硬度为85.7ppm；当按照对照方案对电化学阻垢单元施加电压时，电化学水软化设备在工作60分钟时的出水硬度为72.2ppm。

在电化学水软化设备中设置五组电化学阻垢单元

在本方案中有以下四种具体电压施加方案，其中第一组、第二组、第三组、第四组和第五组电化学阻垢单元按照水流从上游到下游的方向顺序设置。

梯度电压方案1：对第一组电化学阻垢单元施加的电压为24V，对第二组电化学阻垢单元施加的电压为24V，对第三组电化学阻垢单元施加的电压为30V，对第四组电化学阻垢单元施加的电压为30V，对第五组电化学阻垢单元施加的电压为36V。

梯度电压方案2：对第一组电化学阻垢单元施加的电压为36V，对第二组电化学阻垢单元施加的电压为36V，对第三组电化学阻垢单元施加的电压为30V，对第四组电化学阻垢单元施加的电压为24V，对第五组电化学阻垢单元施加的电压为24V。

梯度电压方案3：对第一组电化学阻垢单元施加的电压为18V，对第二组电化学阻垢单元施加的电压为18V，对第三组电化学阻垢单元施加的电压为24V，对第四组电化学阻垢单元施加的电压为24V，对第五组电化学阻垢单元施加的电压为24V。

对照方案：对第一组、第二组、第三组、第四组和第五组电化学阻垢单元施加的电压均为24V。

如图5所示，当按照梯度电压方案1对电化学阻垢单元施加电压时，电化学水软化设备在工作60分钟时的出水硬度为15.3ppm；当按照梯度电压方案2对电化学阻垢单元施加电压时，电化学水软化设备在工作60分钟时的出水硬度为22.1ppm；当按照梯度电压方案3对电化学阻垢单元施加电压时，电化学水软化设备在工作60分钟时的出水硬度为63.2ppm；当按照对照方案对电化学阻垢单元施加电压时，电化学水软化设备在工作60分钟时的出水硬度为32.6ppm。

结合参考图2至图5，对于设置两组、三组、四组和五组电化学阻垢单元，电化学水软化设备的出水硬度分别被调节至111.9-132.8ppm、85.4-108.6ppm、65.8-85.7ppm和15.3-63.2ppm的范围内。从以上结果可以看出，增加电化学阻垢单元的数量可以降低电化学水软化设备的出水硬度，这是因为额外增加的电化学阻垢单元为电化学除垢提供了额外的驱动力，因此通过改变电化学水软化设备中的电化学阻垢单元的数量可以对出水硬度进行粗调节，将出水硬度调节至预定范围内。可以根据用户的具体需求对电化学阻垢单元的数量进行增减。

分别参考图2、图3或图4，当设置相同数量的电化学阻垢单元时，由梯度电压方案1和对照方案的结果可以看出，对水流下游方向的电化学阻垢单元施加更高的电压会使电化学水软化设备的出水硬度变低，而由梯度电压方案2和对照方案的结果可以看出，若降低水流上游方向的电化学阻垢单元的电压，电化学水软化设备的出水硬度则会变高。从电化学阻垢机制来看，当水流通过一组电化学阻垢单元时，相对较“硬”的水被“软化”，水流中的钙离子和镁离子的离子浓度降低，进而导致水流在通过下一组电化学阻垢单元时，下一组电化学阻垢单元在其欧姆降增加的同时削弱钙离子和镁离子的扩散动力。因此，必须在下游方向的电化学阻垢单元上施加更高的电压以补偿欧姆降，从而降低电化学水软化设备的出水硬度。

参考图5，由于在上游方向的电化学阻垢单元施加更高的电压无法补偿欧姆降，由梯度电压方案1和梯度电压方案2的结果可以得出，对上游方向的电化学阻垢单元施加更高的电压的方式，不如对下游方向的电化学阻垢单元施加更高的电压的方式降低出水硬度的效果好。也就是说，根据本申请的实施例，位于水流下游的电化学阻垢单元的施加电压大于或等于其上游相邻的电化学阻垢单元的施加电压。

在设置相同构造的电化学阻垢单元和限定完全相同的测试条件下，存在最优电压以使电化学水软化设备的硬度去除率最高，即对多组电化学阻垢单元施加高于该数值的电压会引起过度的副反应而使出水硬度上升、对多组电化学阻垢单元施加低于该数值的电压会因驱动力不足而使出水硬度上升。参考图6，当在电化学水软化设备中设置五组电化学阻垢单元时，其最优电压为24V。因此，考虑到上述这些特性，在多组(例如：2、3、4、5、6或其他数量)电化学阻垢单元上施加的电压范围可在18-36V之间。

根据本发明实施例还提供了一种电化学水软化设备出水硬度的调节系统，其包括：

第一设置模块，用于在所述电化学水软化设备中设置多组电化学阻垢单元，以将所述电化学水软化设备的出水硬度降低到预定范围，其中所述出水硬度随着所述电化学阻垢单元的数量增加而降低；

第二设置模块，用于为所述多组电化学阻垢单元设置施加电压，以在所述预定范围内将所述电化学水软化设备的出水硬度调节至预定值。

其中，所述第二设置模块还用于，所述第二设置模块还用于，为所述多组电化学阻垢单元中的每组分别设置不同的施加电压，所述电压的范围在18-36伏之间。

其中，所述第二设置模块还用于，为所述多组电化学阻垢单元设置梯度电压，位于水流下游的电化学阻垢单元的施加电压大于或等于其上游相邻的电化学阻垢单元的施加电压，其中相邻两组的电化学阻垢单元的电压差为0-12伏之间的任一值。

其中，所述第二设置模块还用于，为所述多组电化学阻垢单元设置相同的施加电压，所述电压的范围在18-36伏之间。

其中，所述第一设置模块在所述电化学水软化设备中设置2至6中任一个数量的电化学阻垢单元。

本发明的系统的结构特征与方法的操作步骤对应，可以相互参照，此处不再赘述。

综上所述，根据本申请的上述实施例，通过在电化学水软化设备中设置多组电化学阻垢单元以对电化学水软化设备的出水硬度进行粗调节至预定范围，再通过设置多组电化学水软化设备的施加电压以对电化学水软化设备的出水硬度进行精细调节至预定值，从而能够精细控制电化学水软化设备的出水硬度。

尽管已经参考本公开的特定实施例详细地描述本公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离实施例的精神和范围的情况下可以在其中进行各种改变和修改。因此，本公开旨在覆盖本公开的修改和变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的权利要求以及其等效物的范围之内。

此外，在以上描述或权利要求书或附图中公开、以其特定形式或根据用于执行所公开功能的方式或用于获得所公开结果的方法或过程表达的特征视情况可以单独地或以这些特征的任何组合来用于以它们的不同形式实现本发明。具体来说，本文所描述的任一个实施例的一个或多个特征可以与本文所描述的任何其它实施例的一个或多个特征组合。

还可以为结合本公开引用和/或通过引用合并的任何一个或多个公开文件中公开的任何特征寻求保护。