[发明专利]基于气液双相协同控制的医疗污水无阻塞流通预处理装置及方法

权利要求书

1.一种基于气液双相协同控制的医疗污水无阻塞流通预处理装置，其特征在于，该装置包括：第一容器、第二容器、第三容器、加药执行模块、控制器、气体操作装置；其中：

第一容器为顶部设置有污水原水入口的正常容器，其上部为常压气体；第二容器和第三容器为能承受一定压力变化的密闭容器；第一容器内设置有第一药剂添加模块，第二容器内设置有第二药剂添加模块；第一容器和第二容器内均设置有液位传感器，第一容器、第二容器、第三容器内均设置有气体传感器；第一容器和第二容器的底部之间设置有第一水阀门，第一容器的顶部和第三容器之间设置有第一气阀门，第二容器的顶部和第三容器的底部之间设置有第二气阀门，第二容器的底部设置有用于排出消毒后污水的第二水阀门；

气体操作装置的控制端与控制器相连，气体操作装置的气体管路分别连接至第二容器的顶部和第三容器，通过控制器控制气体操作装置工作，实现对第二容器和第三容器内部的增减气压操作；

加药执行模块一端与控制器相连，另一端分别连接第一药剂添加模块和第二药剂添加模块，通过控制器控制加药执行模块工作，进而分别控制第一药剂添加模块和第二药剂添加模块执行加药操作；

控制器与液位传感器、气体传感器、第一水阀门、第二水阀门、第一气阀门、第二气阀门、加药执行模块、气体操作装置均相连，通过接收液位传感器的数据获取第一容器和第二容器内的液位高度，通过接收气体传感器的数据获取第一容器、第二容器、第三容器内的气体压力，进而控制第一水阀门、第二水阀门、第一气阀门、第二气阀门的开启或关闭，构建了一套气液双协同控制装置，实现了无机械直接接触情况下的液体无阻塞导流；基于气液双相协同控制的医疗污水无阻塞流通预处理方法为：

控制器接收液位传感器和气体传感器的信号后，按照程序设定做出决策；

驱动气体操作装置，配合第一气阀门、第二气阀门的闭合或开启，对第二容器、第三容器的气体分别进行抽取与压入，从而改变第二容器、第三容器内的气体压力；

此时第一容器内的气压不变，则第一容器、第二容器、第三容器内气压形成梯次的气压差；

利用第一容器、第二容器、第三容器内的梯次气压差，通过对第一水阀门、第二水阀门、第一气阀门、第二气阀门的闭合联通控制，控制装置在5个工作状态下切换：初始化状态、状态A、状态B、状态C、状态D；

装置启动后进入初始化状态，在不同的触发条件下，依次完成状态A、状态B、状态C、状态D的顺序切换，然后回到状态A，进入下一轮工作循环；实现无机械直接接触情况下的液体无阻塞导流；

该方法中从初始化状态到状态A的转换方法为：

步骤A1、初始化状态下，第一容器、第二容器、第三容器内为空腔；关闭第一水阀门、第二水阀门，打开第一气阀门、第二气阀门；

步骤A2、持续注入污水，同步加入消毒药剂；

步骤A3、当污水在第一容器内达到一定液位时，打开第一水阀门；

步骤A4、在第一容器、第二容器存在液位差，第一气阀门、第二气阀门打开的情况下，第一容器内的污水通过第一水阀门流入第二容器；

步骤A5、当第二容器内液位达到设定的初始液位，关闭第一水阀门，关闭第一气阀门、第二气阀门；初始化完成，进入工作状态A，此时容器内的条件满足：

其中，P0表示初始压强，P10、P20、P30分别表示第一容器、第二容器、第三容器的初始压强，P2a表示第二容器在状态A时的压强，V2a表示第二容器在状态A时的气体体积，V20表示第二容器的初始气体体积，H2a表示第二容器在状态A时的液面高度，H20表示第二容器的初始液面高度，P3a表示第三容器在状态A时的压强，V3a表示第三容器在状态A时的气体体积，V30表示第三容器的初始气体体积；

该方法中从状态A到状态B的转换方法为：

步骤B1、关闭第一水阀门、第二水阀门，关闭第一气阀门、第二气阀门；

步骤B2、气体操作装置抽取第二容器中的气体泵入第三容器中，以此改变第二容器、第三容器内部气压；

步骤B3、当第二容器内部气压达到设定值时，停止泵气；此时容器内的条件满足：

其中，转移的气体在初始压强P0下，对应体积为ΔVg；P2a表示第二容器在状态A时的压强，V20表示第二容器的初始气体体积，V2a表示第二容器在状态A时的气体体积，P3a表示第三容器在状态A时的压强，V30表示第三容器的初始气体体积，V3a表示第三容器在状态A时的气体体积，P1a表示第一容器在状态A时的压强，H2a、H2b分别表示第二容器在状态A、状态B时的液面高度，H20表示第二容器的初始液面高度；

该方法中从状态B到状态C的转换方法为：

步骤C1、关闭第二水阀门，关闭第一气阀门、第二气阀门；

步骤C2、在第一容器内液体积累达到设定条件后，打开第一水阀门；设定条件考虑时间、积存的水量；

步骤C3、第一水阀门关闭时，第一水阀门两端连接的第一容器、第二容器内压力各自独立；第一容器内，第一水阀门开口综合压力PZ1由气压P1c叠加第一容器内液体深度产生的压力Pw1c构成，PZ1＝P1c+Pw1c；第二容器内，第一水阀门开口位置综合压力PZ2由气压P2c叠加腔体2内液体深度产生压力Pw2c构成，PZ2＝P2c+Pw2c；

当阀门1联通后，PZ1！＝PZ2，则液体在两端存在压力差的情况下，从高压向低压端流动，直至阀门关闭或者两端压力获得平衡；

步骤C4、正常工作中，经过上一个状态转换过程，即状态A至状态B，第二容器内气体被抽取到第三容器，从而形成气压P2c处于较低值；另外，由于第一容器的入水口持续有水注入，因此第一容器内由于液位提升使得Pw1c也逐步增加；通过设定特定的第一水阀门联通触发条件，则稳定实现液体从第一容器向第二容器的流动；

步骤C5、伴随第一容器向第二容器的液体流动，第一容器中液位下降，第二容器中液位上升；第一容器中液位下降，则Pw1c值相对减小；第二容器上半部分气体逐渐被压缩，第二容器内压力P2逐渐提升；

步骤C6、在装置触发某个设定条件时，关闭第一水阀门；

根据具体需求，触发条件设定为第一水阀门两端综合压力达到平衡：PZ1！＝PZ2，此时第一水阀门联通的两个腔体间液体宏观定向流动处于停止状态；

另外，由于转化过程中第二容器内气体压力P2c逐步提升，设定P2c达到某一特定值：Px，关闭第一水阀门；

步骤C7、在状态B到状态C转换过程中，第二气阀门、第二水阀门关闭，忽略温度与气体溶解的误差，则第二容器内气体的压强、体积变化遵循一定质量理想气体变化定理，则：P2*V2＝C，C为常数；

步骤C8、状态B到状态C转换过程中，第三容器不参与；此时容器内的条件满足：

其中，P0为初始压强，第一容器流入第二容器的液体体积为ΔVw，则第二容器内上半部份气体体积压缩量为ΔVw，P1c、P2c、P3c分别表示第一容器、第二容器、第三容器在状态C时的压强，P2b表示第二容器在状态B时的压强，V2b、V2C分别表示第二容器在状态B、状态C时的气体体积，V3c表示第三容器在状态C时的气体体积；

该方法中从状态C到状态D的转换方法为：

步骤D1、关闭第一水阀门、第二水阀门，第一气阀门保持关闭，打开第二气阀门；

步骤D2、第三容器内高压气体通过第二气阀门向第二容器扩散，达到平衡；此时容器内的条件满足：

{P2d＝P3d＝P0*(V30+V20)/(V30+V20-ΔVw)

其中，P0为初始压强，P2d、P3d分别表示第二容器、第三容器在状态D时的压强，V20、V30分别表示第二容器、第三容器的初始气体体积，第一容器流入第二容器的液体体积为ΔVw，则第二容器内上半部份气体体积压缩量为ΔVw；

该方法中从状态D到状态A的转换方法为：

步骤S1、第一气阀门关闭，第一水阀门关闭，第二水阀门打开；

步骤S2、第二水阀门打开时第二容器内部压力为：P2d＝P3d＝P0*(V30+V20)/(V30+V20-ΔVw)；

其中，ΔVw为状态B、C转换中，从第一容器流入第二容器的液体体积；

如Vw0，则P2d＝P3dP0，第二容器内液体在压力作用下从第二水阀门压出到外界；

步骤S3、正常工作情况下，在第二容器内液体流出量为ΔVw时，第二容器、第三容器内气体压P2，P3回复到初始压力态P0，即第二容器、第三容器内压力与外部气压达到平衡：P2a＝P3a＝P0；

步骤S4、关闭第二水阀门，此时第二容器通过第二水阀门流出液体体积为ΔVw，第二容器、第三容器内压力、气体体积值回归初始值；则：

其中，P0为初始压强，P10、P20、P30分别为第一容器、第二容器、第三容器的初始压强，P2a、P3a分别表示第二容器、第三容器在状态A时的压强，V2a、V3a分别表示第二容器、第三容器在状态A时的气体体积，V20、V30分别表示第二容器、第三容器的初始气体体积。