CN101817571A - 变频式超声波除藻仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变频式超声波除藻仪，包括：超声波发生器和超声波换能器，所述超声波发生器包括：外部电源、稳压电源、时钟控制器、变频信号源、功率放大器和高频输出变压器。本发明的有益效果是：超声波除藻仪可向多个方向发出变频的超声波信号。本发明的有益效果主要体现在：根据藻类的生长期、爆发期来改变超声波频率，进而适用于不同时期藻类的清除和控制。另外该超声波除藻仪还可适应多种电源供电，满足室内和室外使用。

Description

变频式超声波除藻仪

技术领域

本发明涉及一种超声波除藻仪，尤其是涉及一种多方位变频式辐射超声波除藻仪。

背景技术

目前，日趋严重的水体富营养化(藻类大量繁殖而使水体水质恶化的一种现象)已成为全球性的环境问题。藻类在大量死亡分解时不仅散发恶臭，还会大量消耗水中的氧气，引起水质恶化，导致大量鱼类死亡，被称为“生态癌症”，是水体污染治理中的世界级难题。尤为严重的是某些藻类会产生藻毒素，威胁人民的身体健康。因此提高水处理工艺对藻类的去除率已成为日益迫切的问题。

治理藻类泛滥方法，大体可概括为：物理法、化学法和生物法。使用化学药剂除藻法：是需要向水中引入新的化学成分，对水体产生二次污染。使用生物法：饲养一定的鱼类，放养大型菌类和水生植物等，但如果投放的菌种稍有不当，也就会引起其它生态污染。物理方法除藻仪有很多种如：机械捞藻法、换水法、活性炭吸附法等等都需要花费大量人力物力，开支十分巨大。而超声波除藻技术是近年来发展起来的治理环境的一种新型除藻技术。超声波灭除藻具有操作方便、高效、无污染或减少污染的特点。超声波泛指频率在16kHz以上的声波，是一种弹性机械波，能在水中产生一系列接近于极端的条件，如超过重力加速度几万倍的质点加速度，空化泡破裂产生的瞬间高温和高压(4000K、500大气压)、急剧的放电，以及强烈的冲击波和射流等。由此衍生的二次波、辐射压、声捕捉、自由基、氧化剂等也可能较大程度地改变介质性质。

超声波抑藻杀藻机理有：破坏细胞壁、破坏气胞、破坏活性酶。高强度的超声波能破坏生物细胞壁，使细胞内物质流出。藻类细胞的特殊构造是一个占细胞体积50％的气胞，气胞控制藻类细胞的升降运动。超声波引起的冲击波、射流、辐射压等可以破坏气胞。水是声波的良导体，这种高频波在水中传布，衰减很少，可以穿得很远。藻类细胞在超声波特定频率作用下，产生共振，使细胞膜振裂，藻类即自行衰退灭亡，先上浮后下沉。同时，空化产生的高温高压和大量自由基，可破坏藻细胞内活性酶和活性物质，从而影响细胞的生理生化活性。此外，超声波引发的化学效应也能分解藻毒素等藻细胞分泌物和代谢产物。

目前，对于超声波除藻技术的应用主要是在实验室和小型景观池中使用，可针对性的去除部分藻类，但其超声波的辐射频率的单一或者辐射方向单一，所以作用范围较小，很难对大型水域的不同藻类及时去除，对于大型水域藻类泛滥无法得到及时控制。

与传统常规的水处理装置与技术相比，超声波除藻仪设备简单，使用方便，效果持久，能耗低。修复环境所需时间短；修复技术资金需要最小；不产生二次污染；原位修复可使污染物在原地被清除，操作简便；运行成本很低，只要传统治污方法的8％左右。

发明内容

本发明的目的在于解决上述的技术问题，提供一种可在大型水域中去除和控制多种藻类的装置，尤其是也能分解藻毒素等藻细胞分泌物和代谢产物的超声波除藻仪。

本发明的另一目的是提供一种可在室内室外等多种场合使用的超声波除藻仪。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种变频式超声波除藻仪，包括：

超声波发生器，用于输出高频信号；

超声波换能器，用于将所述高频信号转化为超声波信号发射；

其中，所述超声波发生器包括：

外部电源，向超声波发生器提供能量；

稳压电源，将外部电源的电压转化为稳定电压；

时钟控制器，由稳压电源供电，控制变频信号的周期；

变频信号源，由稳压电源供电，由时钟控制器控制产生变频信号；

功率放大器，放大变频信号源提供的变频信号；

高频输出变压器，将收功率放大器提供的变频信号转化为交变的高频信号传递给超声波换能器，使超声波换能器在谐振点产生不同的振荡频率的超声波。

进一步地，所述稳压电源能够由多种外部电源供电。

进一步地，所述多种外部电源可选的为220伏交流市电、或110伏交流市电、或蓄电池、或太阳能电池中的至少两种。

进一步地，所述超声波换能器包括：

超声头，所述超声头为中空的不锈钢圆管，具有底壁，侧壁和顶壁；

连接线缆，穿过所述超声头的顶壁进入中空部分，一端连接所述超声波发生器以输送高频信号，另一端分为正负两极，分别连接第一电极片和第二电极片；

压电陶瓷片，被所述第一电极片和第二电极片的高频信号驱动产生超声波；

超声波反射块；

紧固螺栓，用于将压电陶瓷片和超声波反射块压紧在超声头的底壁；

所述超声头跟随压电陶瓷片的超声波信号，在超声头的径向全向范围内产生均匀的超声波。

进一步地，所述超声头的侧壁和压电陶瓷片之间设置有高温绝缘薄膜。

进一步地，所述超声头的顶壁具有开口，开口中设有硅胶锥形密封塞，开口通过螺纹结构配接有用于压紧硅胶锥形密封塞的紧固密封螺帽，所述连接线缆穿过硅胶锥形密封塞和紧固密封螺帽进入超声头中空部分。

本发明的有益效果主要体现在：根据藻类的生长期、爆发期来改变超声波频率，进而适用于不同时期藻类的清除和控制。另外该超声波除藻仪还可适应多种电源供电，满足室内和室外使用。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方案作进一步说明：

图1为本发明的具体实施方式的超声波发生器的电路图。

图2为本发明的具体实施方式的超声波换能器结构图。

1    超声头            6    高温绝缘薄膜

2    压电陶瓷片        7    硅胶锥形密封塞

3    电极片            8    紧固密封螺帽

4    超声波反射块      9    连接线缆

5    紧固螺栓          10   超声波换能器

具体实施方式

有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式之较佳具体实施方式的详细说明中，将可清楚的呈现。然而本领域技术人员将意识到此处的参考了附图的具体描述仅仅用于示例目的，本发明并不局限于此。

通常，超声波除藻仪包括超声波发生器和超声波换能器两个部分。超声波发生器连接外部电源，产生高频信号；超声波换能器将高频的电信号转化为超声波发射出去。目前市场上所用超声波除藻仪的发射声波模式为纵向振动发射，存在使用范围的局限性。在本发明的一种具体实施方式中，其超声换能器设计成圆管形复合超声换能器，其可以在径向全向范围内产生均匀的声辐射，达到有效地对大型水域的各种藻类进行快速处理和控制。具体的，超声波换能器的超声头用不锈钢体加工成特定尺寸的圆管形体。由于声波在金属材料中的声速较高，金属(不锈钢)材料发射声波时幅度大和信号强，该超声头能径向全向范围内产生均匀的声辐射，具有功率密度大、辐射效率高的特点；并且，由于不锈钢在恶劣的水域中不易老化，寿命长，在本发明的一种具体实施方式中，超声头既是多种超声波谐振频率的发射源，又是作为密封和保护超声波压电陶瓷片，电极等的外壳。

市场上所用超声波除藻仪的外部电源为市电，在本发明的一种具体实施方式中，超声波除藻仪的外部电源同时也能用太阳能或蓄电池，这样可节约能源，而且更适合在大型水体中心和无电源供应的水体中使用。

参照图1，超声波发生器是为超声波换能器提供变频信号的信号源，使超声波换能器在谐振点产生不同的震荡频率，不同频率的高频波向水中传布从而对不同藻类产生共振，裂解，和衰退死亡。该超声波发生器连接外部电源，由24V/3A的稳压电源、时钟控制器、变频信号源、功率放大器和高频输出变压器等组成，其设计能满足220V电压或110V电压供电或室外的蓄电池供电和太阳能供电等。在图1中，连接好超声波换能器后连接外部电源，(可选择供电电源220V/AC或24V/DC电源)，经稳压电源给时钟控制器、变频信号源供电，时钟控制器控制变频信号的周期，变频信号源为功率放大器提供变频信号，经高频输出变压器隔离输出给超声波换能器，交变的高频信号，使换能器发出多频超声波。

参照图2，超声波换能器10包括：超声头1，该超声头1为中空的不锈钢圆管，具有底壁，侧壁和顶壁；连接线缆9，穿过所述超声头1的顶壁进入中空部分，一端连接所述超声波发生器以输送高频信号，另一端分为正负两极，分别连接一个电极片3，即第一电极片和第二电极片；压电陶瓷片2，被所述第一电极片和第二电极片的高频信号驱动产生超声波，在本实施方案中压电陶瓷片2为两片；超声波反射块4；紧固螺栓5，用于将压电陶瓷片2和超声波反射块4压紧在超声头1的底壁；超声头1跟随压电陶瓷片2的超声波信号，在超声头1的径向全向范围内产生均匀的超声波。

所述超声头1的侧壁和压电陶瓷片2之间设置有高温绝缘薄膜6。

所述超声头1的顶壁具有开口，开口中设有硅胶锥形密封塞7，开口通过螺纹结构配接有用于压紧硅胶锥形密封塞的紧固密封螺帽8，所述连接线缆9穿过硅胶锥形密封塞7和紧固密封螺帽8进入超声头1的中空部分。

本发明的超声波除藻仪器可以根据藻类的生长期、爆发期来改变超声波频率(若干个波段)，进而适用于不同时期藻类的清除和控制。例如，在藻类的爆发期使用高频，生长期使用低频。这样可以达到节省能源的效果。又或者在本发明超声波除藻仪器开始启动后，使用超低频自动驱赶生物，例如鱼，然后再开始进行除藻。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代是可能的。

Claims (6)

1.一种变频式超声波除藻仪，其特征在于，包括：

超声波发生器，用于输出高频信号；

超声波换能器，用于将所述高频信号转化为超声波信号发射；

其中，所述超声波发生器包括：

外部电源，向超声波发生器提供能量；

稳压电源，将外部电源的电压转化为稳定电压；

时钟控制器，由稳压电源供电，控制变频信号的周期；

变频信号源，由稳压电源供电，由时钟控制器控制产生变频信号；

功率放大器，放大变频信号源提供的变频信号；

高频输出变压器，将收功率放大器提供的变频信号转化为交变的高频信号传递给超声波换能器，使超声波换能器在谐振点产生不同的振荡频率的超声波。

2.根据权利要求1所述的变频式超声波除藻仪，其特征在于，所述稳压电源能够由多种外部电源供电。

3.根据权利要求2所述的变频式超声波除藻仪，其特征在于，所述多种外部电源可选的为220伏交流市电、或110伏交流市电、或蓄电池、或太阳能电池中的至少两种。

4.根据权利要求1所述的变频式超声波除藻仪，其特征在于，所述超声波换能器包括：

超声头，所述超声头为中空的不锈钢圆管，具有底壁，侧壁和顶壁；

连接线缆，穿过所述超声头的顶壁进入中空部分，一端连接所述超声波发生器以输送高频信号，另一端分为正负两极，分别连接第一电极片和第二电极片；

压电陶瓷片，被所述第一电极片和第二电极片的高频信号驱动产生超声波；

超声波反射块；

紧固螺栓，用于将压电陶瓷片和超声波反射块压紧在超声头的底壁；

所述超声头跟随压电陶瓷片的超声波信号，在超声头的径向全向范围内产生均匀的超声波。

5.根据权利要求4所述的变频式超声波除藻仪，其特征在于，所述超声头的侧壁和压电陶瓷片之间设置有高温绝缘薄膜。

6.根据权利要求5所述的变频式超声波除藻仪，其特征在于，所述超声头的顶壁具有开口，开口中设有硅胶锥形密封塞，开口通过螺纹结构配接有用于压紧硅胶锥形密封塞的紧固密封螺帽，所述连接线缆穿过硅胶锥形密封塞和紧固密封螺帽进入超声头中空部分。

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