CN102985374A - 水垢去除或预防装置及其相关信号调制 - Google Patents
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Abstract
水垢去除或预防装置能够通过缠绕中空体的导线将信号发送至包含流体的中空体。该装置包括用于生成信号的信号发生器和用于调制信号的信号调制器。该信号具有参数化表达和频率周期连续的正弦波形，以及在频率周期的各个切换点处结合在一起的多个参数化片段，其中所述波形的参数化表达的一阶导数在所述各个切换点处是连续的或不连续的。在整个信号上提供多个一阶导数连续或不连续的切换点和/或曲折图案会增大每个频率周期内对水垢沉积分子的突发动量，从而提高了水垢的活性并更有效地去除水垢。
Description
技术领域
本发明涉及水垢去除或预防装置，尤其涉及使用电信号来去除或预防管道或其它中空体中的水垢，更尤其涉及蒸发冷却系统。
背景技术
水垢是碳酸钙和/或碳酸镁的沉淀，其具有包括固体和结晶的各种形式，通常会影响设备和设施的表面。形成水垢会对热传递的效率造成不利影响。这种影响会增大安装了蒸发冷却装置的暖通空调（HVAC）系统的能量消耗。由于在热交换器的表面上持续蒸发水分，水垢会沉积在压缩机上。于是压缩机的效率会降低，这是因为所述表面上的固体隔离物层阻隔了热交换。形成水垢还会降低水流过HVAC系统的流速。
WO 2006/072125(′125)描述了使用电信号而不使用流速监控器来去除和预防水垢的方法和设备，其可以通过控制环绕管道的信号线的每个线圈的匝数来去除或预防包括水、啤酒、果汁等的各种液体中的水垢。′125的设备使用750Hz到12.5kHz并且信号幅值为大约4V的非连续信号，该信号具有DC偏置因此不会等于零。非连续信号格式的目的是引入死区，以提供水垢沉积分子的快速动量改变。不过，这种动量改变的较短周期可能无法对水垢带来足够的冲击。此外已经发现′125的信号会被金属管道吸收很多。
发明内容
因此本发明的一个目的是解决现有技术中提出的至少一个或多个问题。特别地，本发明的一个目的是提供能够更高效地对水垢沉积分子提供冲击的水垢去除或预防设备。至少，本发明的一个目的是为公众提供有用的选择。
因此，本发明提供了用于通过缠绕中空体的导线将信号发送至包含流体的中空体的水垢去除或预防装置。该装置包括用于生成信号的信号发生器以及用于调制该信号的信号调制器。该信号被调制为具有参数化表达和频率周期的连续正弦波形，以及在频率周期的各个切换点处结合在一起的多个参数化片段，其中所述波形的参数化表达的一阶导数在所述各个切换点处是连续的或不连续的。
本发明的另一方面提供一种用于调制信号以去除或预防水垢的信号调制器，该信号调制器使得信号具有：
●具有参数化表达的连续正弦波形；和
●在各个切换点处结合在一起的多个参数化片段，其中所述波形的参数化表达的一阶导数在所述各个切换点处是连续的或不连续的。
本发明的另一方面提供了一种用于通过缠绕中空体的导线将信号发送至包含流体的中空体的水垢去除或预防装置，该装置包括：
●用于生成信号的信号发生器；
●用于调制该信号的信号调制器，该信号被调制为具有：
a）连续的正弦波形；和
b）在整个信号上连续的曲折（zigzag）图案。
本发明的再一方面提供了一种用于调制信号以去除或预防水垢的信号调制器，该信号调制器使得信号具有：
●连续的正弦波形；和
●在整个信号上连续的曲折图案。
优选地，所述波形的参数化表达的一阶导数在频率周期中的至少两个、更优选地为8个所述切换点处不连续。
优选地，频率周期中的所述各个切换点中的至少两个、更优选地为六个为峰值的形式。
有利地，该信号在整个信号上具有连续的曲折图案。
可选地，该波形具有从8kHz到21kHz的频率。
优选地，该波形具有10V的峰-峰值电压。
附图说明
现在通过示例的方式并参照附图对本发明的优选实施例进行说明，附图中：
图1示出了安装到管道的本发明的示例性除垢装置；
图2示出了本发明中使用的信号在一个频率周期内的示例波形；
图3示出了信号发生器的示例性电路图；
图4示出了信号调制器的示例性电路图；
图5示出了安装有本发明的装置的蒸发冷却压缩机的透视图；
图6示出了安装有本发明的装置的另一种蒸发冷却压缩机的透视图；
图7示出了在两个参数化片段结合的切换点处具有不连续的一阶导数（C(0)）和连续的一阶导数(C(1))的波形。
具体实施方式
现在参照如下图表以示例的方式对本发明进行说明。下面的列表1是一个部件列表，用于方便地对照附图中的参考标号。
| 参考标号 | 说明 |
| 10 | 除垢装置 |
| 20 | 信号发生器 |
| 30 | 端子 |
| 40 | 信号电缆 |
| 50 | 管道 |
| 60 | 线圈 |
| 70 | 流体 |
| 310 | 信号 |
| 330 | 不平滑正弦波 |
| 510 | 入水管道 |
| 520 | 水雾 |
| 530 | 水喷嘴 |
| 570 | 过滤器 |
| 580 | 热交换器 |
| 611 | 蒸发冷却压缩机 |
| 620 | 排风扇 |
| 640 | 进入压缩机的气流 |
| 650 | 流出压缩机的气流 |
列表1
本发明的目的、特征和方面将通过下面的说明进行公开或变得明显。本领域普通技术人员应当理解，本公开仅是对示例性实施例的说明，而不意在对本发明的较宽方面进行限制，这些较宽的方面是以示例结构体现。
参照图1，本发明的除垢装置10包括信号发生器20和信号调制器。在使用时，除垢装置10连接至两个端子30，这两个端子连接至信号电缆40。信号电缆40缠绕管道50以形成环绕经过管道50的流体70的一个或多个线圈60，该流体70可以是冷却水或者其它类型的含水液体。当流体70经过线圈60时，在流体70中感生出波（未示出）形式的能量，其中线圈60连接至具有脉冲信号310（如图2所示）的信号发生器。
图2示出了通过本发明的信号发生器20和信号调制器生成的示例波形。信号310被以连续正弦波形以及各种其它波形的组合进行频率调节，所述其它波形包括方波、三角波、和阶梯式锯齿波。信号310的目的是使得HVAC系统中常见的水70中的沉积分子活动。信号310基本是不平滑的正弦波330，用于在每个频率周期中对水垢的沉积分子产生突发动量。不平滑的正弦波330还有助于防止当施加连续磁场时会出现的永久极化效应，该效应会降低除垢效果的有效性。
信号310具有连续的正弦波形以及在各个切换点处结合在一起的多个参数化片段，其中连续的正弦波形具有参数化表达和频率周期，所述波形在所述各个切换点处的参数化表达的一阶导数是连续的或不连续的。图7示出了在切换点处结合在一起的参数化片段的不同形式，其中很容易注意到一阶导数（曲线C(0)而不是C(1)）中的不连续，因为这种不连续导致尖锐的拐角。回到图2，不平滑正弦波330的切换点A具有不连续的一阶导数，而切换点B的一阶导数连续。不平滑正弦波330中的切换点的数量、以及一个频率周期中一阶导数连续和不连续的切换点的组合可以根据需要改变。优选地是，具有尽可能多的一阶导数不连续的切换点，尽管低至两个也可以。例如，不平滑正弦波330在一个频率周期内可以具有2至20个（优选为4至10个）具有连续和不连续一阶导数的切换点，其中3至17个（优选为4至10个）可以具有连续和不连续的一阶导数。图2中的不平滑正弦波330在一个频率周期中具有一阶导数不连续的八个切换点。为了进一步增强对水垢沉积分子的突发动量，切换点可以具有峰值形式，而图2中的不平滑正弦波330在一个频率周期中具有六个峰值。
另外，在整个信号310中也可以发现非平滑曲折图案320，其用于对流体70中的沉积分子提供连续的动量冲击（charge），并用于防止当施加连续磁场时会出现的永久极化效应，该效应会降低除垢效果的有效性。
在整个信号310上提供多个一阶导数连续或不连续的切换点和/或曲折图案会增大每个频率周期内对水垢沉积分子的突发动量，从而提高了所形成的水垢的活性并因此更有效地去除水垢。
此外，信号310具有约8kHz到21kHz的较高频率，用于补偿由于金属材料的高频波吸收特性而损耗的波能量，其中该金属材料通常用于制造管道50并适用于HVAC系统。对于铁管道，应当针对铁管50的异常高吸收特性而为高频区额外提供20％至25％（的能量）。
出于同样的原因，即为了补偿金属管道50的吸收性能而造成的损耗，应当提供较高的信号310的电压输出（即10V的峰-峰幅值）。
图3示出了信号发生器的示例电路图，图4示出了信号调制器的示例电路图。一旦确定了信号310的不平滑正弦波330的形式，就可由电子工程师以相对直接的方式设计信号发生器和信号调制器的电路。
图5和图6示出了本发明的除垢装置10如何应用于蒸发冷却系统。通过信号电缆40（图5、图6未示出，但在图1中示出）连接至脉冲电流发生器20的线圈60安装在入水管道510上。在蒸发冷却系统的操作中，水通过入水管道510泵入，并在通过安装在蒸发冷却压缩机611中的泵（未示出）加压而经过喷嘴530后变成水雾520。水雾520均匀地沉积在热交换器580的表面上。由于蒸发冷却压缩机611内部发生的快速蒸发过程，表面压缩机线圈上的水分快速蒸发，其中通过排风扇620造成进入压缩机640的气流和流出压缩机650的气流，排风扇620在蒸发冷却压缩机611的腔体内部造成了负压。在绝大多数水分子通过流出压缩机650的气流离开蒸发冷却压缩机的同时，水垢留下并在热交换机580的表面上形成残留层（未示出）。由于水垢是良好的热隔离物，使得蒸发冷却压缩机611的热交换效率随着水垢厚度随时间推移的增加而降低。为了保持蒸发冷却压缩机611的效率，连接至信号发生器20和过滤器570的线圈60自动从热交换机580去除水垢，并且在不施加化学用剂和常规维护的大量工作的情况下降低了在压缩机580的表面上形成水垢的可能性。
连接至脉冲电流发生器20的线圈60经由蒸发冷却系统中的水传递信号310。形成水垢的材料逐渐破碎并变成霰石，霰石是稳定结晶的微粒，其可以悬浮着被水带走。包含霰石的水流过沿着入水管510安装的过滤器570。过滤器570的滤网收集水中悬浮的霰石，滤网优选由不抗腐蚀的材料制成。
已经通过示例详细说明了本发明的优选实施例，但是显然本领域技术人员能够实现本发明的变型和修改。此外，本发明的实施例不应理解为被这些示例或附图所限制。应当清楚地理解，如后续权利要求所限定的，这些变型和修改也落入本发明的范围内。例如，作为实施例一部分所图示或描述的特征可以用作其它实施例中，以获得另一个实施例。于是，本发明涵盖这些落入权利要求及其等同部分的范围内的变型和修改。
Claims (12)
1.用于通过缠绕中空体的导线将信号发送至包含流体的中空体的水垢去除或预防装置，所述装置包括：
信号发生器，用于生成信号；
信号调制器，用于调制所述信号以使所述信号具有：
a）连续的正弦波形，所述正弦波形具有参数化表达和频率周期；以及
b）在频率周期的各个切换点处结合在一起的多个参数化片段，其中所述波形的参数化表达的一阶导数在所述各个切换点处是连续的或不连续的。
2.权利要求1的水垢去除或预防装置，其中所述波形的参数化表达的一阶导数在频率周期内的所述各个切换点中的至少两个处为不连续的。
3.权利要求2的水垢去除或预防装置，其中所述波形的参数化表达的一阶导数在频率周期内的所述各个切换点中的至少八个处为不连续的。
4.权利要求1至3中任一项的水垢去除或预防装置，其中频率周期内的所述各个切换点中的至少两个具有峰值的形式。
5.权利要求4的水垢去除或预防装置，其中频率周期内的所述各个切换点中的至少六个具有峰值的形式。
6.权利要求1至5中任一项的水垢去除或预防装置，其中该信号在整个信号上具有连续曲折图案。
7.权利要求1至6中任一项的水垢去除或预防装置，其中所述波形具有从8kHz到21kHz的频率。
8.权利要求1至7中任一项的水垢去除或预防装置，其中所述波形具有10V的峰-峰值电压。
9.用于调制信号以去除或预防水垢的信号调制器，所述信号被调制为具有：
具有参数化表达的连续正弦波形；和
在各个切换点处结合在一起的多个参数化片段，其中所述波形的参数化表达的一阶导数在所述各个切换点处是连续的或不连续的。
10.用于通过缠绕中空体的导线将信号发送至包含流体的中空体的水垢去除或预防装置，所述装置包括：
信号发生器，用于生成信号；
信号调制器，用于调制信号以使所述信号具有：
c）连续的正弦波形；和
d）在整个信号上连续的曲折图案。
11.权利要求10的水垢去除或预防装置，其中所述波形具有参数化表达，并且所述信号具有在各个切换点处结合在一起的多个参数化片段，其中所述波形的参数化表达的一阶导数在所述各个切换点处是连续的或不连续的。
12.用于调制信号以去除或预防水垢的信号调制器，所述信号被调制为具有：
连续的正弦波形；和
在整个信号上连续的曲折图案。
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