一種利用電磁切變場提高汙水處理溶氣效率的溶氣裝置的製作方法
2023-09-10 07:09:45 3
專利名稱：一種利用電磁切變場提高汙水處理溶氣效率的溶氣裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種汙水處理裝置，尤其涉及一種利用電磁(EM)切變場提高汙水處理溶氣效率的溶氣裝置。
背景技術：
目前，汙水處理技術中常常需要將空氣、氧氣、氯氣、臭氧等氣體投加到汙水中，以達到促進生化、化學反應、消毒等方面的作用，其投加方式基本上是採用射流曝氣、曝氣盤(管)曝氣或溶氣泵等投加手段，使用時，通過增加水深的方式來增加溶氣效率，其原理基本是通過增加氣體分壓來增大氣體的溶解度。但這樣方式所存在的不足之處是:能耗大，溶氣效率低、並且受溫度等因素的影響較大，另外，用增加水深度的辦法來達到提高溶氣效率，使其適用場合受到很大的限制。
發明內容
針對上述現有技術，本發明提供一種利用電磁切變場提高汙水處理溶氣效率的溶氣裝置。本發明解決了現有裝置所存在的能耗大、溶氣效率低、受溫度影響大的技術問題。為了解決上述技術問題，本發明利用電磁切變場提高汙水處理溶氣效率的溶氣裝置予以實現的技術方案是:包括殼體，所述殼體內並列分布有多個電極板，所有電極板呈交替間隔的分為兩組；兩組電極均設有電氣連接線；還包括一 EM模塊脈衝電源系統，所述EM模塊脈衝電源系統由L-C諧振恆流充電電路、兩級充放電迴路、脈寬調製器和脈衝壓縮電路構成；所述L-C諧振恆流充電電路，由電源、L-C諧振恆流電路以及充電電路組成；所述電源的UO為電網交流電壓，通過一調壓器Tl連接至所述L-C諧振恆流電路，所述L-C諧振恆流電路由電容器C l和兩個分別帶有鐵心的電感線圈LI和電感線圈L2組成；所述充電電路由隔離變壓器T2、整流橋D和第一級儲能電容C2組成；所述兩級充放電迴路由電感L3、晶閘管K1、第二級儲能電容C3、高頻脈衝變壓器T3和晶閘管K2組成；所述電感13與第一級儲能電容C2連接，所述L-C諧振恆流充電電路給第一級儲能電容C2充電，第一級儲能電容C2通過所述電感L3、晶閘管Kl和第二級儲能電容C3放電，所述第二級儲能電容C3通過高頻脈衝變壓器T3原邊漏感L4和晶閘管K2放電；所述晶閘管Kl和晶閘管K2輪流導通，通過所述晶閘管Kl和晶閘管K2對第二儲能電容C2放電形成脈衝；所述脈寬調製器採用SG3525單片集成PWM控制晶片，該晶片的6腳和5腳之間串聯有電容C5和調節電位器R3，其中調節電位器R3用於調節輸出信號的頻率；該晶片的7腳與5腳之間連接有放電電阻R4 ;該晶片的13腳和12腳之間串聯有分壓電阻Rl和分壓調節電阻R2，所述分壓電阻Rl和分壓調節電阻R2用於將13腳基準電壓調整器輸出的標準電壓分壓，分出的電壓接到補償端9腳，分壓調節電阻R2用於改變引入9腳的電壓幅值，從而達到調節脈寬；該晶片的8腳連接有電容C6 ;該晶片的13腳和15腳連接有電容C4 ;該晶片的10腳接地；該晶片的11腳和14腳為兩路互補信號的輸出；該晶片的11腳和14腳分別通過其隔離及放大電路連接至所述晶閘管Kl和晶閘管K2，所述隔離及放大電路包括光耦和三極體，經過光耦隔離和三極體放大後的信號觸發所述晶閘管Kl和晶閘管K2 ;所述脈衝壓縮電路由與所述高頻脈衝變壓器T3副邊連接的自擊穿氣體開關，所述自擊穿氣體開關為同軸結構，其中間部位為銅棒電極，其外面是不鏽鋼圓筒電極，氣體介質為氬氣；所述自擊穿氣體開關連接有兩段Blumlein傳輸線，兩段Blumlein傳輸線獲得的脈衝電壓等於充電電壓；兩組電極的電氣連接線分別與兩段Blumlein傳輸線連接。進一步講，本發明利用電磁切變場提高汙水處理溶氣效率的溶氣裝置中，所述高頻脈衝變壓器的鐵心為30型JP2.5K錳鋅鐵氧體鐵心，鐵心形狀為C型，鐵心磁路長17.7cm,截面為圓形,半徑為1.3cm,截面積為5.3cm2 ;所述高頻脈衝變壓器的初級繞組阻數為19匝，次級繞組匝數為1140匝；所述初級繞組的線徑d=l.24mm，所述次級繞組的線徑為 0.14mm η與現有技術相比，本發明的有益效果是:本發明從一個全新的角度來實現在汙水處理過程提高溶氣效率，是利用電磁切變場(電磁切變窄脈衝)作用於汙水中水分子團簇結構、 汙染物分子的團簇結構，從而改變了汙水的物理化學性質，與現有的裝置相比，可以成倍的提高溶氣效率及化學、生化反應速度。本發明裝置具有低能耗、高溶氣效率且不受環境溫度影響的優點。與目前常規溶氣裝置(如溶氣泵，射流投加等)比較，在同等效率的情況下，可降低能耗，節能達50%以上。而且體積只是現有技術中溶氣裝置的十分一，從而節約了大量的原材料；本裝置可以全自動運行，無需人員值守，節約人力成本，降低了運行人員勞動強度。
圖1-1是本發明溶氣裝置實施例一的結構示意圖；圖1-2是圖1-1中A-A位置剖視圖；圖2-1是本發明溶氣裝置實施例二的結構示意圖；圖2-2是圖2-1中B-B位置剖視圖；圖3是本發明所實現的脈衝電流波形圖；圖4是本發明中EM模塊脈衝電源電路原理圖；圖5是本發明中L-C諧振恆流充電電路圖；圖6-1是一種單級充放電電路圖；圖6-2是本發明中兩級充放電迴路電路圖；圖6-3是脈寬調製器SG3525的外圍電路圖；圖6-4和圖6-5分別是脈寬調製器SG3525輸出信號的隔離及放大電路圖；圖7-1是本發明中高頻脈衝變壓器等效電路圖；圖7-2是二階濾波電路的幅頻特性曲線；圖7-3是二階濾波電路的相頻特性曲線；圖7-4是本發明中變壓器繞組線路圖；圖8-1是本發明中Blumlein傳輸線的電路及其中的波過程；圖8-2是本發明中自擊穿氣體開關剖視圖。
具體實施方式
下面結合具體實施方式
對本發明作進一步詳細地描述。如圖1-1和圖1-2所示，本發明一種利用電磁切變場提高汙水處理溶氣效率的溶氣裝置，包括殼體1，所述殼體I內並列分布有多個電極板2，所述電極板2塗覆有鑭系金屬氧化物塗層，使其具有較低的析氫析氧電位；所有電極板2呈交替間隔的分為兩組，兩組電極均設有電氣連接線3，兩組電極的電氣連接線分別與一 EM模塊脈衝電源系統4的兩段Blumlein傳輸線連接。為了得到高壓、高重複頻率和納秒級快上升沿的高能脈衝，EM模塊脈衝電源將充電、儲能、脈衝形成、脈衝壓縮有機結合起來，提出一種新的高重複頻率納秒級前陡沿脈衝高壓電源設計方案。通常脈衝形成迴路得不到納秒級陡脈衝，還需要脈衝壓縮迴路，因此EM模塊脈衝電源將脈衝形成迴路放在低壓側，脈衝壓縮迴路放在高壓側，中間用變壓器升壓和隔離。如圖4所示，所述EM模塊脈衝電源系統4由L-C諧振恆流充電電路、兩級充放電迴路、脈寬調製器和脈衝壓縮電路構成。脈衝是儲能元件在輸出脈衝期間向負載放電形成的，那就必須在脈衝輸出的間隔時間內，利用電源對儲能元件充電。因此，除了放電迴路(即脈衝形成迴路)，還需要一個充電迴路。為使脈衝電源能夠良好的工作，通常對充電電路有下述三項要求:(I)必須保證在每一次充電過程結束後，儲能元件上都具有大致相同的充電電壓；(2)必須保證在脈衝輸出期間，使電源和放電開關充分隔離開；(3)必須有較高的充電效率。為了滿足高重複頻率的要求，除了需要滿足以上三個要求之外，還需要解決的一個問題是快速充電。傳統的單次運行的脈衝功率電源常採用恆壓充電技術，其缺點是:充電迴路限流電阻的存在嚴重限制 了充電速度，並且該電阻的耗能使充電效率偏低，在高重複頻率條件下，其耗能更是不可忽略。因此，在重複頻率脈衝功率裝置中通常採用L-C諧振恆流充電電路，其特點是:充電電流與負載無關，充電速度快，並且充電迴路無需電阻，提高了效率。如圖4和圖5所示，所述L-C諧振恆流充電電路，由電源、L-C諧振恆流電路以及充電電路組成；所述電源的UO為電網交流電壓，通過一調壓器TI連接至所述L-C諧振恆流電路，所述L-C諧振恆流電路由電容器Cl和兩個分別帶有鐵心的電感線圈LI和電感線圈L2組成，(其互感為M，M=KL，0〈K〈1為互感係數);所述充電電路由隔離變壓器T2、整流橋D和第一級儲能電容C2組成。當滿足諧振條件ω2ΙΧ=1，並忽略電感線圈電阻時，由電路原理得
「 π Γ.U1I2=-J ；
ω/,(\ + 人 I
7.U1I1=J -
β；/,(Ι + Α)因此，L-C諧振恆流電路輸出電流I2隻與電壓U1有關，即其輸出電流與負載無關，這樣就保證了充電電流始終保持在較高值，從而提高了充電速度。電容儲能是脈衝功率技術中最簡單也是應用最多的一種儲能方式，通過閉合開關對儲能電容放電形成脈衝，這其中的關鍵是閉合開關的選取，EM模塊脈衝電源系統中脈衝形成在低壓側，因此選擇半導體開關器件作為閉合開關是最合適的。開關器件有很多種，如按功率等級來分類，有微功率器件、小功率器件、大功率器件等等；按製造材料分類有鍺管、矽管等；按導電機理分類有雙極型器件、單極型器件、混合型器件等；按控制方式來分類，可分為不可控器件、半可控器件和全可控器件三類器件:不可控器件包括整流二極體、快速恢復二極體、肖特基二極體等等，半可控器件只有普通晶閘管(SCR) —種，全可控器件包括雙極結型電力三極體(BJT)、功率場效應管(POWERMOSFET)、絕緣柵極雙極型電晶體(IGBT)、靜電感應電晶體(SIT)、可關斷晶閘管(GT0)、靜電感應晶閘管(SITH)等。在選取開關器件時，主要從以下幾個方面考查開關器件的性能特點:(I)導通壓降。半導體器件工作在飽和導通時仍然產生一定的管耗，管耗與器件導通壓降成正比，所以應儘量選擇低導通壓降的電力半導體器件。(2)運行頻率。電力半導體器件運行頻率除了與器件的最小開、關時間有關外，還受到開關損耗和系統控制解析度的限制，器件的開、關時間越短，器件可運行的
頻率越高。(3)器件容量。器件容量包括輸出功率、電壓及電流等級、功率損耗等參數。(4)耐衝擊能力。主要是指器件短時間內承受過電流的能力。(5)可靠性。主要是指器件防止誤導通的能力。半可控器件一旦受到幹擾信號產生了誤導通，則無法通過控制信號 將其關斷。而全可控器件可以通過控制信號迅速關斷誤導通的器件，因此系統工作可靠性高。表I列出了幾種主要的電力半導體全控性開關器件的特性。從表中可以清楚的看到SCR的功率大於MOSFET和IGBT，同樣功率的三種器件，SCR價格要便宜很多。雖然MOSFET開關速度最快，工作頻率最高，但電流容量相對較小，耐壓較低，導通壓降大。IGBT雖然頻率也較高，功率也較大，但是IGBT過流過壓能力差，很容易燒毀，需要複雜的保護電路。本課題最初就是選用IGBT，但是實驗表明，IGBT太脆弱，容易燒毀，而且這裡不需要全可控器件，利用電感電容的諧振，可實現軟開關技術，在電流為零時，半可控器件SCR就可以自關斷，等待下一次放電。SCR優點就在於功率大，過流過壓能力強，不易燒毀，不需要複雜的保護電路，且驅動簡單，不需要專門的驅動晶片，經濟實惠，而且導通壓降低，因此，在頻率不是很高(幾kHz量級)、高壓和大電流的情況下，選擇SCR作為開關器件是最合適的。表I幾種主要的電力半導體全控性開關器件的特性比較
權利要求
1.一種利用電磁切變場提高汙水處理溶氣效率的溶氣裝置，包括殼體(I)，其特徵在於， 所述殼體(I)內並列分布有多個電極板(2)，所有電極板(2)呈交替間隔的分為兩組；兩組電極均設有電氣連接線(3)； 還包括一 EM模塊脈衝電源系統(4)，所述EM模塊脈衝電源系統(4)由L-C諧振恆流充電電路、兩級充放電迴路、脈寬調製器和脈衝壓縮電路構成； 所述L-C諧振恆流充電電路，由電源、L-C諧振恆流電路以及充電電路組成；所述電源的UO為電網交流電壓，通過一調壓器Tl連接至所述L-C諧振恆流電路，所述L-C諧振恆流電路由電容器Cl和兩個分別帶有鐵心的電感線圈LI和電感線圈L2組成；所述充電電路由隔離變壓器T2、整流橋D和第一級儲能電容C2組成； 所述兩級充放電迴路由電感L3、晶閘管K1、第二級儲能電 容C3、高頻脈衝變壓器T3和晶閘管K2組成；所述電感13與第一級儲能電容C2連接，所述L-C諧振恆流充電電路給第一級儲能電容C2充電，第一級儲能電容C2通過所述電感L3、晶閘管Kl和第二級儲能電容C3放電，所述第二級儲能電容C3通過高頻脈衝變壓器T3原邊漏感L4和晶閘管K2放電；所述晶閘管Kl和晶閘管K2輪流導通，通過所述晶閘管Kl和晶閘管K2對第二儲能電容C2放電形成脈衝； 所述脈寬調製器採用SG3525單片集成PWM控制晶片，該晶片的6腳和5腳之間串聯有電容C5和調節電位器R3，其中調節電位器R3用於調節輸出信號的頻率；該晶片的7腳與5腳之間連接有放電電阻R4 ;該晶片的13腳和12腳之間串聯有分壓電阻Rl和分壓調節電阻R2，所述分壓電阻Rl和分壓調節電阻R2用於將13腳基準電壓調整器輸出的標準電壓分壓，分出的電壓接到補償端9腳，分壓調節電阻R2用於改變引入9腳的電壓幅值，從而達到調節脈寬；該晶片的8腳連接有電容C6 ;該晶片的13腳和15腳連接有電容C4 ;該晶片的10腳接地；該晶片的11腳和14腳為兩路互補信號的輸出；該晶片的11腳和14腳分別通過其隔離及放大電路連接至所述晶閘管Kl和晶閘管K2，所述隔離及放大電路包括光耦和三極體，經過光耦隔離和三極體放大後的信號觸發所述晶閘管Kl和晶閘管K2 ； 所述脈衝壓縮電路由與所述高頻脈衝變壓器T3副邊連接的自擊穿氣體開關，所述自擊穿氣體開關為同軸結構，其中間部位為銅棒電極，其外面是不鏽鋼圓筒電極，氣體介質為氬氣；所述自擊穿氣體開關連接有兩段Blumlein傳輸線，兩段Blumlein傳輸線獲得的脈衝電壓等於充電電壓； 兩組電極的電氣連接線分別與兩段Blumlein傳輸線連接。
2.根據權利要求1所述利用電磁切變場提高汙水處理溶氣效率的溶氣裝置，其特徵在於，所述電極板(2 )塗覆有鑭系金屬氧化物塗層。
3.根據權利要求1所述利用電磁切變場提高汙水處理溶氣效率的溶氣裝置，其特徵在於，所述高頻脈衝變壓器的鐵心為30型JP2.5K錳鋅鐵氧體鐵心，鐵心形狀為C型，鐵心磁路長17.7cm,截面為圓形,半徑為1.3cm,截面積為5.3cm2 ； 所述高頻脈衝變壓器的初級繞組匝數為19匝，次級繞組匝數為1140匝；所述初級繞組的線徑d=l.24mm,所述次級繞組的線徑為0.14mm。
全文摘要
本發明公開了一種利用電磁切變場提高汙水處理溶氣效率的溶氣裝置，包括殼體，殼體內並列分布有多個電極板，所有電極板呈交替間隔的分為兩組；兩組電極均設有電氣連接線；還包括一EM模塊脈衝電源系統，EM模塊脈衝電源系統由L-C諧振恆流充電電路、兩級充放電迴路、脈寬調製器和脈衝壓縮電路構成。本發明是利用電磁切變場(電磁切變窄脈衝)作用於汙水中水分子團簇結構、汙染物分子的團簇結構，改變汙水的物理化學性質，提高溶氣效率及化學、生化反應速度，在同等效率的情況下，可降低能耗，節能達50%以上。而且體積只是現有技術中溶氣裝置的十分一，從而節約了大量的原材料。
文檔編號C02F1/48GK103204570SQ20131006775
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月4日 優先權日2013年3月4日
發明者劉佩春, 賈佔付, 劉海濤, 李 赫, 馬強, 侯喜超 申請人:天津北方萬峰環保科技有限公司