高頻電子除垢阻垢裝置的製作方法
2023-06-13 04:44:21
專利名稱：高頻電子除垢阻垢裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種使水通過高頻電磁場，在高頻電磁場的連續作用下使通過的水形態發生改變的裝置。經本實用新型的裝置處理後的這種形態發生改變的水在熱交換系統中使用時可以達到除垢阻垢的目的。本實用新型是一種特別適用於水處理量在200m3/h以上的高頻電子除垢阻垢裝置。
背景技術：
無論工業還是民用設施，凡以水為介質進行熱交換的系統都存在結生水垢的問題。水垢不僅會使熱交換系統的熱交換效率降低而造成水資源和能源的浪費，而且還會形成事故隱患。目前大多採用傳統的樹脂交換、投放水質穩定劑以及化學清洗的方法防止和清除水垢。傳統的化學水處理方法存在以下幾方面的缺陷操作複雜，要求嚴格，處理過程時間長、費用高，對設備有腐蝕的問題，有廢液及廢渣的排放會對環境造成一定程度的汙染。
20世紀40年代，諾貝爾獎金獲得者，比利時科學家弗米侖(Th·Vermeiren)發現電場或磁場具有使水暫時失去結垢條件的能力，由此開創了以高頻電磁場處理水的新技術領域，並開發應用到實踐中。高頻電子水處理機理是分子在高頻電磁場的作用下做高周波運動，失去簇集力，其大締合狀態的水分子被破解成小締合體或單個水分子；這類獲得能量的水分子在鈣鎂離子上吸附形成界面，阻止了鈣鎂離子向碳酸鹽微晶面的遷移，碳酸鹽晶體的排列受到幹擾，形成非晶狀的絮狀體，從而不會在傳熱面上附著、粘結成垢；另一方面，被高頻能量激活的水，具有極高的浸潤、滲透性，帶有高能量的水分子在垢層微隙中做高周波的運動，使水垢鬆散脫落，原有的微隙被擴大，當水與溫度較高的金屬器壁接觸時被汽化，急速膨脹的水蒸汽使垢層龜裂、破碎，被水流帶走，從而使在管壁上不能形成穩定的結垢層；而且經高頻電場作用後，水分子的電子被激勵，電子能位升高，根據能量守恆定律，當分子電位能損失、電位下降，可致使水分子與器壁界面的電位差減小甚至消失，器壁金屬離解受到抑制，且在器壁金屬表面不能形成原電池反應，因而還會對設備起到緩蝕作用，有效阻止了化學腐蝕和電化學腐蝕。由於帶高頻電場能的水可以破壞原始胚芽的生成，有效抑制了微生物的生長；高頻電磁場還具有損傷生物大分子、使生物膜過氧化、破壞歧化酶的能力，因而具有殺菌、滅藻的功能。
現有技術中高頻電子除垢阻垢的裝置較多，產品在國內已經形成標準。下表給出國內一些廠家生產的高頻電子水處理裝置的相關參數
但在實際應用中，現有技術及產品對大流量水的處理其效果均不好，基本上不能阻止水垢的產生，這是現階段電子或電磁水處理設備存在的一個通病。也正是由於這一原因，使許多領域拒絕使用電子水處理裝置進行用水的處理。
為解決這一普遍存在的問題時，現有技術中多考慮在水處理裝置中如何設置電極，以及安裝改變水流運行的導流板，以改善電極與水流的接觸。例如中國實用新型專利00250409.X公開的大型電子水處理儀中是將副機部分製成多臺換能器，通過與上水箱和下水箱對接，並列在一起來實現大水量的水處理，其中的副機上的換能器電極採用了同軸設置的一個高頻電極和一個直流電極。但這一專利並不能改善對大水量的水處理後的效果；因為一方面同軸設置的高頻電極和直流電極在工作時會相互產生影響，另一方面直流電極在工作中會產生電解作用，這會使水的處理進一步受到負面影響；第三、這一專利的結構複雜，使其實施成本增大，同時會帶來維護的不便；第四、由於其副機換能器結構為直接設置於兩個水箱中的連通管，在水處理時會形成穩定流動的水流，這對水處理的效果更為不利。
發明內容
本實用新型的目的是解決現有技術共同存在的不足，提供一種高頻電子水處理的裝置。使用經本實用新型的裝置處理後的水能有效具有除垢阻垢效果的。
經本實用新型設計人的研究和理論分析表明，現有技術中之所以電子水處理裝置處理效果不佳，主要是因為進行水處理時現有裝置所提供的能量不足。由於利用高頻電場或電磁場進行水處理時是用外部的能量使水分子獲的一定的能量，產生水締合狀態的改變。因此要使經處理後的水能具有除垢阻垢的目的，必需向被處理的水提供足夠的能量。從前面給出的表中的相關參數可見，現有產品在水處理量大大增加時，所增加的能量卻不多。這是現有技術對大水量進行處理後效果普遍不佳的主要原因。另一方面，現有理論及裝置中既缺少對能產生有效的水處理的最低能量的數值，更缺少當水質硬度發生變化時應提供能量的變化函數及相關的數值。這是造成現有技術不能推廣使用，特別是在大流量水處理時其基本上沒有除垢阻垢效果的原因。
本實用新型的裝置提供了可以滿足隨水質硬度變化和處理水量變化時能產生有效的水處理的最低能量，以確保經本實用新型處理的水具有良好的除垢阻垢效果。
本實用新型經多次實驗得出了附圖1的曲線表達。根據這一實驗曲線，為簡化起見，本實用新型以近似的直線描述出單位水處理量條件下水質變化與處理所需能量間的關係，即N≥(50n+150)V式中的N為進行有效水處理所需的電場功率，以瓦為單位；n為被處理水硬度，以每升毫摩爾(mmol/l)為單位。
V為水處理流量，以每小時100立方米(100m3/h)為單位。
以上所給出的水處理所需能量的函數中的在實際的應用中，應使裝置的供電功率不小於所給值，但也無需過大，如果功率過大會浪費能源。
雖然本實用新型給出了水處理所需的最小功率，但對於大流量水處理裝置而言，由於高頻功率器件有一定的限制，而且現階段實現高頻的大功率供電裝置有相當的困難。為解決這一實際的問題，本實用新型的結構中採用將被處理液體被分配到至少兩個處理單元進行處理，這樣可以使每個水處理單元的高頻電磁場的功率不至於過大，從而解決現有技術所無法解決的困難。
在本實用新型中最好將被處理的液體分配到至少兩個各自處理量相同的水處理單元中，而各水處理單元的高頻電場功率基本上相等(這裡的相等是指相當，而不是指完全相同，因為功率完全相同的供電裝置實際上也是很難實現的)。這種結構可以簡化裝置的生產，並容易形成標準化。
本實用新型的裝置中包括有高頻電源、饋電導線、高頻電場水處理裝置及附設的閥門、進出水管路、連接法蘭組成，其中的高頻電場水處理裝置的內腔為圓形截面，本實用新型的進水管路與分流腔體連通，排水管與集流腔體連通，本實用新型的高頻電場水處理裝置由至少兩個其內設置高頻電極的水處理單元組成，分流腔體和集流腔體與各水處理單元間用連通管連通，各水處理單元中所設置的高頻電極位於其截面中心且沿軸向設置。本實用新型裝置中各水處理單元的電功率應不低於(50n+150)V，本式中n為被處理水的硬度，V則應為各水處理單元所處理的水流量。由於本實用新型設置有至少兩個水處理單元，這樣就可以用多個高頻供電功率較小的水處理單元組合實現大流量水處理的要求，同時可以克服製造大功率高頻供電電源的困難。
在本實用新型中，每個水處理單元上的各連通管按同一切向方向設置，連通各相應的高頻電場水處理單元，這可以使進入各水處理單元的水流發生旋轉，並流過水處理單元，增加水流流動的湍流，使水流在水處理單元中受到高頻電磁場的充分作用，強化處理的效果。
如果在各水處理單元上的兩個連通管至少有一個上設有關斷閥門，可以用同一臺裝置適合不同用水量的場合，這對有不同用水量要求的用戶將更為方便。另一方面當裝置運行中，如發生一個水處理單元損壞時，可以用閥門關閉該單元，以保證經處理水的質量。
本實用新型具有如下優點1、解決了現有技術長期所沒能解決的問題；2、可以實現大流量水的有效處理，並可以使裝置具有良好的水處理效果；3、相對來講裝置較為簡單，同時可以解決現有技術中難以實現的高頻大功率的困難；4、對各水處理單元可以分別進行控制，使裝置能適應用水量變化的情況，同時可以避免某個水處理單元發生損壞時影響水處理的效果。
圖1為水硬度與處理所需功率的實驗曲線。
圖2為本實用新型裝置的主視圖。
圖3為本實用新型裝置的俯視圖。
圖4為單個的水處理單元外形示意圖，本圖表現了連通管在水處理單元上同一切向方向連接的情況。
圖5為水處理單元剖面示意圖。
圖中1為水處理單元上封頭，2為集流腔體出水口，3為集流腔體的出水口法蘭，4為水處理單元，5為分流腔體進水口，6為分流腔體的進水口法蘭，7為水處理單元進水連通管，8為分流腔體，9為水處理單元出水連通管，10為集流腔體，11為上封頭的封頭板，12為高頻電極下絕緣座，13為高頻電極，14為上絕緣子，15為發射電極引出接線端子，16為接線端子與高頻電纜插座連接線，17為匹配網絡，18為高頻電纜插座，19為高頻電纜插座支架，20為水處理單元的下封頭板。
具體實施方式
本實用新型
以下結合附圖詳細說明。
附圖所示為本實用新型的四單元組合高頻電子除垢阻垢裝置，其中均省略了裝置的供電部分。
圖2和圖3所示為本實用新型的基本結構，在分流腔體8與集流腔體10間設有水處理單元4，並用相應的連通管7將各水處理單元4與分流腔體8連通，用連通管將各水處理單元4與集流腔體10連通。其中每個水處理單元4上所設的各連通管7和9與水處理單元垂直，並沿同一切向方向設置，固定於水處理單元4上，即進水連通管7連接於水處理單元的一側，而出水連通管9則連接於另一側，這樣可以使水流經單元體內時形成旋流，關於這一點可參見附圖4。將各連通管沿水處理單元的同一切向設置可使進入水處理單元的水流旋轉流動，使被處理水流在單元體內充分形成湍流，使水處理效果更好。本實用新型中分流腔體8的截面積應大於各進水連通管截面積之和。根據有關試驗表明，當各水處理單元的直徑為其上的進出水口(也就是連通管的管內徑)直徑的1.5～2.5倍時其效果最好，而各水處理單元的高度應根據所承擔的水處理量確定，其高度應至少應保證當水流過水處理單元時，所通過的時間大於或等於1秒。
在本實用新型中，經絕緣處理的高頻電磁場電極13並安裝接線端子15後，用絕緣底座12和上絕緣子14封裝於能量轉換腔的軸線部位，用導線16連接接線端子15和同軸電纜插座18，同軸電纜插座18用支架19固定於上封頭板11上。連接於同軸電纜內芯線和外層線端頭的匹配網絡17。整個裝置的供電頻率大於3MHz。
本實用新型裝置的工作原理是利用分流腔體上的進水口連接法蘭6與被處理的水系統接通，被處理的水通過進水口5進入的分流腔體8內，再經分流腔體8上的各連通管7將被處理的水導入各水處理單元4，通過各水處理單元腔體內的電極所產生的高頻電磁場作用，將水進行處理，再經各水處理單元4的出水口9將處理後的水導入集水腔體10，並經裝置的出口法蘭3連入用水系統中。
本實用新型的一個實施例是在酒鋼集團的公司冶煉部的兩臺連鑄機的冷卻水系統各安裝了1臺本實用新型的裝置，其實際所需的水處理量為400m3/h，當地水質硬度為硬度＞6mmol/L。該裝置設四個水處理單元，每個水處理單元腔體內徑為200mm，高度為960mm，水處理能力為100m3/h，供電功率為450W。在使用本實用新型前常因水質硬度的原因影響設備正常運轉，換用本實用新型裝置後運行一年多，未發生影響設備運轉的情況，經檢查管道內原有的結垢現象徹底消除。另從本實施例中還可見，滿足400m3/h水處理量要求所需的功率應大於或等於180,000W，但由於受器件等諸多因素的限制，實現如此功率的高頻是很困難的。但在本實施例中，由於是將被處理液體分為四個等分，並在各自的水處理單元分別進行處理，這樣每個水處理單元的供電功率僅為450W左右，實現其是較為容易的。
本實用新型的另一實施例是用於酒泉衛星發射中心某部所管理的火電廠的設備冷卻水系統(水的總硬度高達13mmol/L以上)，運行180多天後，該部出示的《在線使用報告》作出如下評價「…由於水質鹼性大，結垢問題經常發生，嚴重影響了設備的正常運行。在配用電子阻垢儀(即本實用新型的裝置)後，通過6個月的運行，在對蒸汽取樣冷卻器，爐水取樣器，風機冷卻水管等設備檢查時，原有水垢已明顯脫落，設備內壁光滑，除垢效果明顯，減輕了檢修人員設備維護工作量，確保了系統運行的穩定」。
本實用新型的第三個實施例是將本實用新型用於與新疆吐哈油田哈密某物業公司供氣中心(當地水質硬度大於3mmol/L)，運行兩年多，不僅節約了水的軟化、運輸、檢修和清洗等費用，而且明顯提高了系統的工作效率，延長了系統的使用壽命。與原先使用過的國內另一廠家生產的高頻電子除垢阻垢裝置其相對比，該設備使用時未觀察到任何的除垢阻垢效果，且在水管彎頭處、特別是熱交換器內的結垢，使所剩空間明顯減小。經使用本實用新型的裝置後，不僅未結新的水垢，而且原先所結水垢明顯脫落，並通過排汙排出。檢查發現水管彎頭處和熱交換器內的空間較使用本實用新型前明顯增大。
權利要求1.高頻電子除垢阻垢裝置，包括高頻電源、饋電導線、高頻電場水處理裝置及附設的閥門、進出水管路、連接法蘭組成，其中的高頻電場水處理裝置的內腔為圓截面，其特徵是進水管路與分流腔體連通，排水管與集流腔體連通，高頻電場水處理裝置由至少兩個其內設置高頻電極的水處理單元組成，分流腔體和集流腔體與各水處理單元間用連通管連通，各水處理單元中高頻電極位於其截面中心且沿軸向設置，裝置的各水處理單元的電功率應不低於(50n+150)V，其中n為被處理水的硬度，V為各水處理單元所處理的水流量。
2.根據權利要求1所述的高頻電子除垢阻垢裝置，其特徵為各水處理單元為等體積、等電場強度和等功率的。
3.根據權利要求1或2所述的高頻電子除垢阻垢裝置，其特徵在於每個水處理單元上的各連通管沿同一切向連通各相應的高頻電場水處理單元。
4.根據權利要求3所述的高頻電子除垢陰垢裝置，其特徵在於設於各水處理單元上的兩個連通管至少有一個上設有關斷閥門。
專利摘要本實用新型涉及一種使水通過高頻電磁場，在高頻電磁場的連續作用下使通過的水形態發生改變的裝置。經本實用新型的裝置處理後的這種形態發生改變的水在熱交換系統中使用時可以達到除垢阻垢的目的。本實用新型是一種特別適用於水處理量在200m
文檔編號C02F1/48GK2711144SQ20042004221
公開日2005年7月20日 申請日期2004年7月12日 優先權日2004年7月12日
發明者田永徵 申請人:蘭州盛源科技有限責任公司