一种太阳能铜离子发生器、倒极方法及电极耗尽判断方法与流程

本发明涉及铜离子发生器领域，特别是涉及一种太阳能铜离子发生器、倒极方法及电极耗尽判断方法。

背景技术：

游泳池是一项人们在水中进行各种竞技游泳、健身、戏水、康复和医疗等活动的水池，其水质的好坏对保证游泳者的健康至关重要。一般游泳池水消毒都是投放含氯物质来保持水质和消毒的，氯投加过量时，挥发的氯气对人体和植物有严重危害，对金属制品和建筑有腐蚀作用。为解决上述问题，人们设计了铜离子发生器，其电解后带正电的铜离子和微生物带负电的细胞壁结合成静电键，静电键的形成改变了细胞壁的渗透性，破坏了微生物养分的正常摄取，由此达到杀菌作用；同样当铜离子一旦进入藻细胞后，立刻进攻细胞蛋白质内含硫的氨基酸，使得光合作用不能正常进行，藻细胞由此死亡。

为了使得两电极得到一致的损耗，要每隔一段时间对电极进行倒极，现有的铜离子发生器其倒极时间都是固定的，这将导致释放的铜离子超过水的铜溶度积的那部分和电极正极产生的氢氧负离子产生作用而生成氢氧化铜，氢氧化铜不溶解于水，在沉淀过程中会将水中的杂质凝絮，过量的铜离子也会重新获得电子生成铜，这样既费电极而且沉淀物又会影响美观。并且现有的铜离子发生器，无法判断电极是否耗尽，不能及时更换电极，影响使用效果。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的问题是提供一种太阳能铜离子发生器、倒极方法及电极耗尽判断方法，以克服现有铜离子发生器易产生过量的铜离子造成沉淀以及无法判断电极是否耗尽的缺陷。

(二)技术方案

为解决所述技术问题，本发明提供一种太阳能铜离子发生器，包括主体支架以及安装在所述主体支架内的太阳能板，所述主体支架的下端可拆卸安装有电极组件，所述主体支架内设置有与所述电极组件电性连接的电流控制单元；使用时，所述电流控制单元将控制后的电压和电流供给所述电极组件，并每隔一段时间控制所述电极组件进行倒极。

进一步的，所述主体支架内安装有与所述太阳能板连接的线路板，所述电流控制单元位于所述线路板上；所述线路板上设置有相连接的电流检测单元和控制单元，所述控制单元与所述电流控制单元连接；所述电流检测单元用于检测所述电极组件的实际电流，所述控制单元基于所述实际电流确定倒极时间以及判断电极是否耗尽。

进一步的，所述电极组件包括电极座以及安装在所述电极座上的第一电极和第二电极。所述电极座在位于所述第一电极和所述第二电极之间设置有第一挡板。

进一步的，所述电极座的外圆周面上设置有凸缘，所述主体支架的下端设置有螺纹柱，所述凸缘与所述螺纹柱的下端之间安装有第二密封圈，所述螺纹柱上螺纹连接有紧固螺帽，所述紧固螺帽使所述凸缘、所述第二密封圈和所述螺纹柱抵靠锁紧。

进一步的，所述螺纹柱的内壁与所述电极座的外壁之间安装有第一密封圈。

进一步的，所述主体支架上对称安装有金属母头，所述第一电极和所述第二电极上分别螺纹连接有金属公头，所述金属公头与对应的所述金属母头插接。所述金属母头与所述主体支架之间以及所述金属公头与所述电极座之间均安装有第三密封圈。所述电极座在两个金属公头之间设置有第二挡板，所述主体支架上设置有与所述第二挡板配合的插槽。

进一步的，所述线路板上设置有电压检测单元，所述电压检测单元与所述控制单元连接；所述线路板上设置有分别与所述控制单元连接的定时器、存储器和太阳能板电压检测单元。所述主体支架内设置有支撑座，所述线路板固定在所述支撑座的凹槽内并进行打胶灌封。

进一步的，所述主体支架的上端密封连接有透明盖；所述第一电极和所述第二电极结构相同，且均采用铜材料制作。

本发明还提供一种太阳能铜离子发生器的倒极方法，基于上述的太阳能铜离子发生器实现，检测电极组件的实际电流ik，基于所述实际电流ik确定所述电极组件倒极的时间。

进一步的，具体包括以下步骤：

步骤s1，通电；通过电流控制单元为所述电极组件供电，并控制电流方向从第一电极流向第二电极；

步骤s2，检测电流；每隔t1时间段，通过电流检测单元检测所述电极组件的实际电流ik，记录测试次数n和对应的ik；

步骤s3，计算i总；根据将各个时间段测得的ik进行累加，计算i总；

步骤s4，判断i总是否等于nmaximax；其中，nmax为电流达到imax时，最多的采样周期数；

若是，控制所述电极组件进行倒极，即电流控制单元控制电流方向从第二电极流向第一电极；

若否，重复步骤s2和s3。

进一步的，在所述步骤s4中，在控制倒极前进行消除余电处理，具体步骤如下：

步骤s41，消除余电；通过放电t2时间或通快速反向脉冲，消除所述电极组件上的余电。

进一步的，imax＝60～80ma。

本发明还提供一种太阳能铜离子发生器的倒极方法，基于上述的太阳能铜离子发生器实现，检测电极组件中阴极附近铜离子浓度fm，基于所述铜离子浓度fm确定所述电极组件倒极的时间。

进一步的，具体包括以下步骤：

步骤a1，通电；通过电流控制单元为所述电极组件供电，并控制电流方向从第一电极流向第二电极；

步骤a2，计算fm；每隔t3时间段，通过电流检测单元和电压检测单元分别检测所述第二电极的实际电流im和实际电压um，根据计算出fm，记录测试次数n和对应的fm；

步骤a3，判断n是否大于2；

若是，则进入下一步；

若否，则重复步骤a2；

步骤a4，获取k和r2；利用最小二乘法，拟合n个fm的一次线性函数得到fm＝kt+b，拟合优度r2；

步骤a5，判断是否k＜-8.235,0.85≤r2＜1；

若是，控制所述电极组件进行倒极，即电流控制单元控制电流方向从第二电极流向第一电极；

若否，重复步骤a2至a4。

本发明还提供一种太阳能铜离子发生器的电极耗尽判断方法，当电极组件消耗的质量m与所述电极组件预设的初始质量m初的比值达到预定阈值时，则判定为电极耗尽并报警。其中，当预定阈值＝90％时，则判定为电极耗尽。

进一步的，具体包括以下步骤：

步骤b1，检测电流；每隔时间t4段，通过电流检测单元检测所述电极组件的实际电流iτ并记录；

步骤b2，计算m；根据将各个时间段通过的电荷量进行累加获得总电荷量，再将总电荷量换算成消耗的质量，计算出m；

步骤b3，判断是否达到预定阈值；

若是，则判定为电极耗尽并报警；

若否重复步骤b1和b2。

(三)有益效果

本发明提供的一种太阳能铜离子发生器、倒极方法及电极耗尽判断方法，与现有技术相比具有以下优点：

1)太阳能铜离子发生器，结构简单，杀菌除藻效果好，密封性好，使用寿命长，功能稳定可靠；其通过电流控制单元能够使两个铜块电极在合理的电压电流下进行工作，避免铜析出过量；通过电流检测单元或电流检测单元单元和电压检测单元配合，能够根据检测数据确定倒极时间，在未产生过量铜离子前进行倒极，避免产生沉淀以及消耗过量铜；通过电流检测单元，可根据检测数据计算消耗的铜量，当达到预定阀值时进行电极耗尽报警，便于及时更换电极。

2)倒极方法，步骤简单，操作方便，其可根据检测的电流数据能够在未产生过量铜离子前及时进行倒极，防止产生沉淀以及消耗过量铜，延长使用寿命，可使泳池更干净美观，减少后续过滤工序；其也可根据检测的电流和电压的数据配合计算铜离子浓度，能够在铜还原之前，更能及时倒极，使更多的铜能再次被利用变成铜离子；

3)电极耗尽判断方法，其可根据检测数据计算消耗的铜量，当达到预定阀值时进行电极耗尽报警，便于及时更换电极。

附图说明

图1为本发明一种太阳能铜离子发生器的立体图；

图2为本发明一种太阳能铜离子发生器另一视角的立体图；

图3为本发明一种太阳能铜离子发生器的爆炸图；

图4为本发明一种太阳能铜离子发生器的结构示意图；

图5为本发明一种太阳能铜离子发生器主体支架的立体图；

图6为本发明一种太阳能铜离子发生器电极组件的立体图；

图7为本发明一种太阳能铜离子发生器线路板各单元连接的结构示意简图；

图8为本发明一种太阳能铜离子发生器的倒极方法的流程示意简图；

图9为本发明一种太阳能铜离子发生器的另一种倒极方法的流程示意简图；

图10为本发明一种太阳能铜离子发生器的电极耗尽判断方法的流程示意简图；

图中各个附图标记的对应的部件名称是：1、主体支架；2、太阳能板；3、线路板；4、电极组件；5、电流控制单元；6、电流检测单元；7、控制单元；8、电极座；9、第一电极；10、第二电极；11、第一挡板；12、凸缘；13、螺纹柱；14、紧固螺帽；15、第一密封圈；16、第二密封圈；17、金属母头；18、金属公头；19、第二挡板；20、插槽；21、定时器；22、存储器；23、电压检测单元；24、太阳能板电压检测单元；25、透明盖；26、第三密封圈；27、支撑座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1：

参阅图1至图7，本实施例提供一种太阳能铜离子发生器，包括主体支架1以及安装在主体支架1内的太阳能板2和线路板3，太阳能板2位于线路板3的上侧，太阳能板2与线路板3电性连接，主体支架1内设置有支撑座27，线路板3固定在支撑座27的凹槽内并进行打胶灌封以提高密封性能。主体支架1的上端通过超声波焊接的方式密封连接有透明盖25，以方便对主体支架1进行密封并保证太阳光照射到太阳能板2。主体支架1的下端可拆卸安装有电极组件4，线路板3上设置有电流控制单元5，电流控制单元5与电极组件4电性连接；使用时，太阳能板2为线路板3供电，电流控制单元5将控制后的电压和电流输送至电极组件4，并每隔一段时间控制电极组件4进行倒极。设置电流控制单元，能够使两个铜块电极在合理的电压电流内进行工作产生铜离子，因为过高的电压电流会消耗不合理的铜量，铜析出过量会产生无效的铜皮脱落，缩短电极的使用寿命。

参阅图7，线路板3上设置有相连接的电流检测单元6和控制单元7，控制单元7与电流控制单元5连接；电流检测单元6用于检测电极组件4的实际电流，控制单元7基于实际电流确定倒极时间以及判断电极是否耗尽。线路板3上设置有电压检测单元23，电压检测单元23与控制单元7连接，控制单元7也可基于实际电流和实际电压计算出阴极铜离子浓度，从而基于铜离子浓度确定倒极时间。

参阅图7，线路板3上设置有均与控制单元7连接的定时器21、存储器22和太阳能板电压检测单元24，定时器用于计时以方便在相同时间内进行检测，存储器为非易失存储器，用于存储各检测单元的检测的数据。

参阅图3至图6，电极组件4包括电极座8以及安装在电极座8上的第一电极9和第二电极10。本实施例中，第一电极9和第二电极10结构和大小相同，且均采用铜材料制作，两电极材料也可采用铜银合金材料制作。电极座8在位于第一电极9和第二电极10之间设置有第一挡板11，通过设置第一挡板11能够对两电极进行格挡，确保上部连接端最晚损耗。

参阅图4至图6，电极座8的外圆周面上设置有凸缘12，主体支架1的下端设置有螺纹柱13，凸缘12与螺纹柱13的下端之间安装有第二密封圈16，螺纹柱13上螺纹连接有紧固螺帽14，紧固螺帽14使凸缘12、第二密封圈16和螺纹柱13抵靠锁紧。此方式，一方面便于拆装电极组件4，拆装时可直接旋拧紧固螺帽14；另一方面，可通过旋紧紧固螺帽14挤压第二密封圈16，密封性好，提高防水性能。螺纹柱13的内壁与电极座8的外壁之间还安装有第一密封圈15，该第一密封圈15可用于避免在螺纹未锁紧时进水，在螺纹锁紧的情况下使用时可只设置第二密封圈16即可，密封圈的数量设置可根据实际使用情况进行选择。

参阅图4至图6，主体支架1上对称安装有金属母头17，第一电极9和第二电极10上分别螺纹连接有金属公头18，金属公头18与对应的金属母头17插接，其金属母头17和金属公头18的连接方式优选香蕉插座式。为了提高密封性能，金属母头17与主体支架1之间以及金属公头18与电极座8之间均安装有第三密封圈26。电极座8在两个金属公头18之间设置有第二挡板19，主体支架1上设置有与第二挡板19配合的插槽20。通过设置第二挡板19和插槽20配合，即使进水也可以让电流无法对流，进行绕远，防止导电的金属公头和母头被消耗腐蚀。

工作时，将本装置置于游泳池中，主体支架1浮于泳池水面上，第一电极9和第二电极10置于水中，太阳能板2朝向上方。

本实施例提供的一种太阳能铜离子发生器，结构简单，密封性好，杀菌除藻效果好，使用寿命长，功能稳定可靠；其通过电流控制单元能够使两个铜块电极在合理的电压电流下进行工作，避免铜析出过量；通过电流检测单元或电流检测单元单元和电压检测单元配合，能够根据检测数据确定倒极时间，在未产生过量铜离子前进行倒极，避免产生沉淀以及消耗过量铜；通过电流检测单元，可根据检测数据计算消耗的铜量，当达到预定阀值时进行电极耗尽报警，便于及时更换电极。

参阅图8，本实施例还提供的一种太阳能铜离子发生器的倒极方法，通过上述的太阳能铜离子发生器实现，通过电流检测单元6检测电极组件4的实际电流ik，基于实际电流ik确定电极组件4倒极的时间。

进一步的，具体包括以下步骤：

步骤s1，通电；太阳能板2为线路板3供电，通过线路板3上的电流控制单元5为电极组件4供电，并控制电流方向从第一电极9流向第二电极10；

步骤s2，检测电流；每隔t1时间段，通过电流检测单元6检测电极组件4的实际电流ik，记录测试次数n和对应的ik；t1可为1s。

步骤s3，计算i总；根据将各个时间段测得的ik进行累加，也即i总＝i1+i2+i3+……in，计算出i总；

步骤s4，判断i总是否等于nmaximax；其中，nmax为电流达到imax的最多的采样周期；

若是，控制电极组件4进行倒极，即电流控制单元5控制电流方向从第二电极10流向第一电极9；

若否，重复步骤s2和s3。

其中，在步骤s4中，在控制倒极前进行以下步骤：

步骤s41，消除余电；通过放电t2时间或通快速反向脉冲，消除电极组件4上的余电。t2可为5s，快速反向脉冲的频率可为200hz，占空比为1/3。

其中，imax＝60～80ma；imax为不产生过量铜离子系统限定的最大电流，其主要与水池中的ph值有关，水池的ph值为6.8～8.2，从而imax可通过测试确定为60～80ma。

上述倒极方法主要依据下面原理实现：由公式q＝it，q为流过铜电极截面积的电量，i为电解电流，t为通电时间；再由q＝∫idt＝imax·tmax，imax为不产生过量铜离子系统限定的最大电流，tmax为以imax电解的最大时间；也即i1t1+i2t1+i3t1+……int1＝imax·nmaxt1，最后得到其中，nmax为电流达到imax的最多的采样周期。

本实施例提供的一种太阳能铜离子发生器的倒极方法，步骤简单，操作方便，其可根据检测的电流数据能够在未产生过量铜离子前及时进行倒极，防止产生沉淀以及消耗过量铜，延长使用寿命，可使泳池更干净美观，减少后续过滤工序。

参阅图10，本实施例还提供一种太阳能铜离子发生器的电极耗尽判断方法，基于上述的太阳能铜离子发生器实现，当电极组件4消耗的质量m与电极组件4预设的初始质量m初的比值达到预定阈值时，则判定为电极耗尽并报警。本实施例中，当预定阈值＝90％时，则判定为电极耗尽。

进一步的，具体包括以下步骤：

步骤b1，检测电流；每隔时间t4段，通过电流检测单元6检测所述电极组件4的实际电流iτ并记录；t4可为1s。

步骤b2，计算m；根据将各个时间段通过的电荷量进行累加获得总电荷量，再将总电荷量换算成消耗的质量，计算出m；其中，k1＝96489，k2＝128。

步骤b3，判断是否达到预定阈值，m初为系统预设的电极最初的重量；

若是，则判定为电极耗尽并报警；

若否重复步骤b1和b2。

上述电极耗尽判断方法主要依据下面原理实现：由公式q＝it，q为流过铜电极截面积的电量，i为电解电流，t为通电时间；cu-2e＝cu2+，在系统中q＝∫idt，得到q值。由于1mol的电子相当于96489库伦的q值，所以消耗掉m克cu，需要的电流和时间的关系为：

本实施例提供一种太阳能铜离子发生器的电极耗尽判断方法，其可根据检测数据计算消耗的铜量，当达到预定阀值时进行电极耗尽报警，便于及时更换电极。

实施例2：

参阅图9，本实施例提供一种太阳能铜离子发生器的倒极方法，基于实施例1中的太阳能铜离子发生器实现，检测或计算电极组件中阴极附近铜离子浓度fm，基于所述铜离子浓度fm确定所述电极组件倒极的时间。

进一步的，具体包括以下步骤：

步骤a1，通电；通过电流控制单元为所述电极组件供电，并控制电流方向从第一电极流向第二电极；

步骤a2，计算fm；每隔t3时间段，通过电流检测单元和电压检测单元检测所述第二电极的实际电流im和实际电压um，根据计算出fm，记录测试次数n和对应的fm；t3可为1s。

步骤a3，判断n是否大于2；

若是，则进入下一步；

若否，则重复步骤a2；

步骤a4，获取k和r2；利用最小二乘法，拟合n个fm的一次线性函数fm＝kt+b，拟合优度r2；

步骤a5，判断是否k＜-8.235,0.85≤r2＜1；

若是，控制所述电极组件进行倒极，即电流控制单元5控制电流方向从第二电极10流向第一电极9；为了保证计算倒极的准确性，在倒极前可通过放电t2时间或通快速反向脉冲，消除电极组件4上的余电。

若否，重复步骤a2至a4。

本实施例提供的一种太阳能铜离子发生器的倒极方法，其通过所述铜离子浓度fm确定所述电极组件倒极的时间，能够在铜还原之前，更能及时倒极，使更多的铜能再次被利用变成铜离子。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。