CN103241844B - 双极脉冲除垢方法及其除垢装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双极脉冲除垢方法，还公开了一种实施该方法的除垢装置；本发明提供的方法能在安全低压情况下进行除垢，且除垢效果好，节能效果明显，易于实现；本发明提供的除垢装置的结构设计巧妙、合理，体积小，移动性强，对使用环境和场地要求无限制，利于广泛推广应用，而且电解水的能源为高频双极脉冲，是以安全低压进行除垢，效率高、能耗低，彻底解决了电极极化效应问题，并在双电极外围加装一个带负电位的收集电极，有效吸附钙、镁等生成水垢的主要成分，大大增强除垢效果，不会造成二次污染，另外还附带除锈、延缓管道腐蚀、灭菌和抑藻等功能，有效延长设备的使用寿命。

Description

双极脉冲除垢方法及其除垢装置

技术领域

本发明属于除垢技术领域，具体涉及一种双极脉冲除垢方法及其除垢装置。

背景技术

大功率中央空调、锅炉、热交换设备或者管道等的结垢问题一直是困扰人们的重大难题，热交换设备管壁上坚硬的水垢会大大降低交换器的参数，管道结垢会影响系统的流量，因而不得不进行清洗。

现有冷却循环水除垢一般向循环水中加入阻垢剂、缓蚀剂、杀菌灭藻剂，但阻垢剂、缓蚀剂并没有降低水中成垢因子离子浓度，随着冷却水的蒸发浓度越来越高，化学法无法避免水垢的形成，而且最终换水及清洗时排出又造成二次污染。

其他如超声波法、电子除垢法等，换能效率低，且只改变水垢的结晶形态，不能降低水质硬度。

还有的电化学处理技术如直流电解法，存在使用电压过高、无法避免极化效应和在电极积垢及氧化后电解效率开始越来越低等不足，整体除垢效果不是很明显。

发明内容

针对上述的不足，本发明目的之一在于，提供一种能在安全低压情况下进行除垢，且除垢效果好，节能效果明显，易于实现的双极脉冲除垢方法。

本发明目的还在于，提供一种的实施上述双极脉冲除垢方法的除垢装置。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：一种双极脉冲除垢方法，其包括以下步骤：（1）通过AC/DC变换器输入单相220V或三相380V的交流电；（2）交流电经EMI滤波电路及整流滤波电路的滤波、整流相应处理成310V或530V的高压直流电；（3）高压直流电依次经逆变器和高频变压器的耦合、降压，输出隔离的低压高频脉冲再经过高频整流、滤波形成70V以下的低压直流电，并同时通过电压/电流反馈采样电路反馈到PWM芯片与智能控制器输出的给定的电压或电流信号进行比较，实现在额定的电压电流内任意设定；（4）然后再经高频双极脉冲换向器处理，实现输出大功率的双极高频脉冲，以向双电解电极提供低压电解能源；（5）将双电极电解吸附式收集器放置在循环水流动区，并在该双电极电解吸附式收集器内设有两个电解电极和一个收集电极，其中两个电解电极与电解能源的双极高频脉冲输出端子相连接，而收集电极与低压直流电的负极连接；（6）该收集电极带负电位包围着两个电解电极，被电解水中的钙、鎂、盐和其他金属离子在收集电极的区域内发生反应生成硅酸钙、碳酸镁、氢氧化钙、氢氧化鎂等难溶物质，并以疏松的针状结晶附着在双电极电解吸附式收集器的内壁上，在脱水后变为粉末状易于清理，实现除垢的目的。

作为本发明的一种改进，所述步骤（3）具体包括如下步骤：直流电依次经以PWM芯片产生高频脉冲驱IGBT构成的逆变器和采用超微晶软磁材料制成的高频变压器的耦合、降压，输出隔离的低压高频脉冲再经过高频整流、滤波为70V以下的低压直流电，通过电压/电流反馈采样电路的电压采样，反馈到PWM芯片与智能控制器输出的给定电压信号进行比较，实现在额定电流50A以内输出0～60V可任意设定的稳定电压，此时实际工作电流大小与所设定恒定电压值和所处理的循环水的电导率、杂质含量以及连接多少个双电极电解吸附式收集器形成的动态综合阻抗而自动变化跟随，其变化规律符合I=V/R欧姆定律。

作为本发明的另一种改进，所述步骤（3）具体包括如下步骤：直流电依次经以PWM芯片产生高频脉冲驱IGBT构成逆变器和采用超微晶软磁材料制成的高频变压器的耦合、降压，输出隔离的低压高频脉冲再经过高频整流、滤波为70V以下的低压直流电，通过恒压/恒流工作模式切换，通过电压/电流反馈采样电路的电流采样，反馈到PWM芯片与智能控制器输出的给定电流信号进行比较，让高频双极脉冲换向器工作在60V以内输出0～50A可任意设定的稳定电流，此时实际工作电压同样与所设定恒定电流值和所处理的循环水的电导率、杂质含量以及连接多少个双电极电解吸附式收集器形成的动态综合阻抗而自动变化跟随，其变化规律符合I=V/R欧姆定律。

作为本发明的一种改进，所述高频双极脉冲换向器由两个IGBT半桥模块M1、M2并联而成，其中IGBT半桥模块M1的C1极和IGBT半桥模块M2的C1极并接直流正端，IGBT半桥模块M1的E2极和IGBT半桥模块M2的E2极并接直流负端，IGBT半桥模块M1的E1、C2极和IGBT半桥模块M2的E1、C2极各自连接到双极高频脉冲输出端子。

作为本发明的一种改进，所述双极高频脉冲的频率为30～50KHZ。

一种实施上述的双极脉冲除垢方法的除垢装置，其包括EMI滤波电路、整流滤波电路、逆变电路、高频变压器、输出整流电路、输出整流滤波电路、电压/电流反馈采样电路、高频双极脉冲换向器、PWM控制电路、智能控制器、操作及数据显示屏和双电极电解吸附式收集器，所述EMI滤波电路、整流滤波电路、逆变电路、高频变压器、输出整流电路、输出整流滤波电路、电压/电流反馈采样电路和高频双极脉冲换向器依次连接，所述智能控制器分别与所述PWM控制电路、操作及数据显示屏和高频双极脉冲换向器相连接，所述PWM控制电路与所述逆变电路和电压/电流反馈采样电路相连接，所述双电极电解吸附式收集器包括吸附式收集篮及设置在该吸附式收集篮内的两个电解电极和一个收集电极，其中两个电解电极与高频双极脉冲换向器的双极高频脉冲输出端子相连接，而收集电极与低压直流电的负极连接。

作为本发明的一种改进，所述逆变电路包括有以PWM芯片产生高频脉冲驱IGBT构成的逆变器；所述高频变压器采用超微晶软磁材料制成。

作为本发明的一种改进，所述高频双极脉冲换向器由两个IGBT半桥模块M1、M2并联而成，其中IGBT半桥模块M1的C1极和IGBT半桥模块M2的C1极并接直流正端，IGBT半桥模块M1的E2极和IGBT半桥模块M2的E2极并接直流负端，IGBT半桥模块M1的E1、C2极和IGBT半桥模块M2的E1、C2极各自连接到双极高频脉冲输出端子。

作为本发明的一种改进，所述电解电极为钛基金属网涂布贵金属氧化物；所述收集电极为钛基金属网。

作为本发明的一种改进，所述智能控制器为型号为PIC18F46K22的单片机，该单片机与其辅助电路相配合，并根据预先编制操作的控制程序进行运算，实现智能控制的目的。

本发明的有益效果为：本发明提供的方法能在安全低压情况下进行除垢，且除垢效果好，节能效果明显，易于实现；本发明提供的除垢装置的结构设计巧妙、合理，体积小，移动性强，对使用环境和场地要求无限制，利于广泛推广应用，而且电解水的能源为高频双极脉冲，是以安全低压进行除垢，效率高、能耗低，彻底解决了电极极化效应问题，并在双电极外围加装一个带负电位的收集电极，有效吸附钙、镁等生成水垢的主要成分，大大增强除垢效果，不会造成二次污染，另外还附带除锈、延缓管道腐蚀、灭菌和抑藻等功能，有效延长设备的使用寿命。

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是本发明的电路原理示意图。

具体实施方式

实施例：参见图1，本实施例提供了一种双极脉冲除垢方法，其包括以下步骤：（1）通过AC/DC变换器输入单相220V或三相380V的交流电；（2）交流电经EMI滤波电路及整流滤波电路的滤波、整流相应处理成310V或530V的高压直流电；（3）高压直流电依次经逆变器和高频变压器的耦合、降压，输出隔离的低压高频脉冲再经过高频整流、滤波形成70V以下的低压直流电，并同时通过电压/电流反馈采样电路反馈到PWM芯片与智能控制器输出的给定的电压或电流信号进行比较，实现在额定的电压电流内任意设定；（4）然后再经高频双极脉冲换向器处理，实现输出大功率的双极高频脉冲，以向双电解电极提供低压电解能源；（5）将双电极电解吸附式收集器放置在循环水流动区，并在该双电极电解吸附式收集器内设有两个电解电极和一个收集电极，其中两个电解电极与电解能源的双极高频脉冲输出端子相连接，而收集电极与低压直流电的负极连接；（6）该收集电极带负电位包围着两个电解电极，被电解水中的钙、鎂、盐和其他金属离子在收集电极的区域内发生反应生成硅酸钙、碳酸镁、氢氧化钙、氢氧化鎂等难溶物质，并以疏松的针状结晶附着在双电极电解吸附式收集器的内壁上，在脱水后变为粉末状易于清理，实现除垢的目的。

所述高频双极脉冲换向器由两个IGBT半桥模块M1、M2并联而成，其中IGBT半桥模块M1的C1极和IGBT半桥模块M2的C1极并接直流正端，IGBT半桥模块M1的E2极和IGBT半桥模块M2的E2极并接直流负端，IGBT半桥模块M1的E1、C2极和IGBT半桥模块M2的E1、C2极各自连接到双极高频脉冲输出端子。所述双极高频脉冲的频率为30～50KHZ。

所述步骤（3）具体包括如下步骤：直流电依次经以PWM芯片产生高频脉冲驱IGBT构成的逆变器和采用超微晶软磁材料制成的高频变压器的耦合、降压，输出隔离的低压高频脉冲再经过高频整流、滤波为70V以下的低压直流电，通过电压/电流反馈采样电路的电压采样，反馈到PWM芯片与智能控制器输出的给定电压信号进行比较，实现在额定电流50A以内输出0～60V可任意设定的稳定电压，此时实际工作电流大小与所设定恒定电压值和所处理的循环水的电导率、杂质含量以及连接多少个双电极电解吸附式收集器形成的动态综合阻抗而自动变化跟随，其变化规律符合I=V/R欧姆定律。

或者在其它实施例中，所述步骤（3）具体也可以包括如下步骤：直流电依次经以PWM芯片产生高频脉冲驱IGBT构成逆变器和采用超微晶软磁材料制成的高频变压器的耦合、降压，输出隔离的低压高频脉冲再经过高频整流、滤波为70V以下的低压直流电，通过恒压/恒流工作模式切换，通过电压/电流反馈采样电路的电流采样，反馈到PWM芯片与智能控制器输出的给定电流信号进行比较，让高频双极脉冲换向器工作在60V以内输出0～50A可任意设定的稳定电流，此时实际工作电压同样与所设定恒定电流值和所处理的循环水的电导率、杂质含量以及连接多少个双电极电解吸附式收集器形成的动态综合阻抗而自动变化跟随，其变化规律符合I=V/R欧姆定律。

一种实施上述的双极脉冲除垢方法的除垢装置，其包括EMI滤波电路、整流滤波电路、逆变电路、高频变压器、输出整流电路、输出整流滤波电路、电压/电流反馈采样电路、高频双极脉冲换向器、PWM控制电路、智能控制器、操作及数据显示屏和双电极电解吸附式收集器，所述EMI滤波电路、整流滤波电路、逆变电路、高频变压器、输出整流电路、输出整流滤波电路、电压/电流反馈采样电路和高频双极脉冲换向器依次连接，所述智能控制器分别与所述PWM控制电路、操作及数据显示屏和高频双极脉冲换向器相连接，所述PWM控制电路与所述逆变电路和电压/电流反馈采样电路相连接，所述双电极电解吸附式收集器包括吸附式收集篮及设置在该吸附式收集篮内的两个电解电极和一个收集电极，其中两个电解电极与高频双极脉冲换向器的双极高频脉冲输出端子相连接，而收集电极与低压直流电的负极连接。

所述逆变电路包括有以PWM芯片产生高频脉冲驱IGBT构成的逆变器；所述高频变压器采用超微晶软磁材料制成。

所述高频双极脉冲换向器由两个IGBT半桥模块M1、M2并联而成，其中IGBT半桥模块M1的C1极和IGBT半桥模块M2的C1极并接直流正端，IGBT半桥模块M1的E2极和IGBT半桥模块M2的E2极并接直流负端，IGBT半桥模块M1的E1、C2极和IGBT半桥模块M2的E1、C2极各自连接到双极高频脉冲输出端子。IGBT半桥模块M1、M2两个模块共四个IGBT按驱动信号交叉导通、关断；每周期前半周半桥模块M1接正端的IGBT和半桥模块M2接负端的IGBT导通，半桥模块M1接负端的IGBT和半桥模块M2接正端的IGBT同时关断；后半周半桥模块M1接正端的IGBT和半桥模块M2接负端的IGBT关断，半桥模块M1接负端的IGBT和半桥模块M2接正端的IGBT同时导通；最终从IGBT半桥模块M1的E1、C2极和IGBT半桥模块M2的E1、C2极输出大功率的双极高频脉冲，向双电解电极提供电解能源，高频换向器的驱动信号通过智能控制器按设定控制。

所述电解电极为钛基金属网涂布贵金属氧化物；所述收集电极为钛基金属网。该收集电极带负电位包围着两个电解电极，被电解的水中钙、鎂、盐和其他金属离子在收集电极区域发生反应生成硅酸钙、碳酸镁、氢氧化钙、氢氧化鎂等难溶物质以疏松的针状结晶附着在吸附式收集篮的四周，脱水后变为粉末状易于清理。吸附式收集篮外尺寸和双电解电极可以按处理需要加大面积和改变形状，也可以用多组双电解电极配大容量吸附式收集篮，相应需配套功率更大的双极脉冲电源。

所述智能控制器为型号为PIC18F46K22的单片机。该单片机与其辅助电路相配合，并根据预先编制操作的控制程序进行运算，实现智能控制的目的。智能控制器以PIC18F46K22单片机为核心编制程序控制整机运行，驱动液晶显示器显示各项功能的操作及运行参数：设定AC/DC变换器的运行在恒压或恒流模式；设定恒压工作时施加在双电解电极的峰值电压或设定恒流工作时施加在双电解电极的平均电流；设定双电解电极的工作频率以及正负半周的占空比，并驱动高频换向器产生双电极电解所需的脉冲能源。脉冲峰值电压从0～60V可设定、脉冲频率从30～50KHZ可设定、脉冲占空比每半周期从10～90%可设定，其分别可调和交叉组合，可以针对各地区或各种不同用途的冷却循环水在不同电导率、不同硬度、不同的重金属含量比例等作出最高电解效率和最佳处理工艺。智能控制器可以设定脉冲1的脉冲个数0～9999，走完设定值自动切换到脉冲2，脉冲2可设定脉冲个数0～9999，走完设定值循环到脉冲1，实现脉冲频率和占空比在秒级内周期突变，当循环水经过电解电极受高频电场影响，细菌和藻类的细胞液被同步电击震荡，频率的突变使对生物灭活能力大大增强，对不同的细菌和藻类还可以做不同设置以达最佳效果；智能控制器可以设定定时自动关机和开机，方便无人值守和非连续工作时设定自动运行方式。智能控制器可以在出现故障或输出电极板间被短路或电极板对收集篮被短路等需要人工干预时发出报警信号，该将报警信号还可以远距离引出几十米到控制室。

上述规格一台除垢装置连接2-3个水垢吸附式收集篮，可以处理500冷吨空调循环水长期正常运行，全免化学除垢，使用本除垢装置能将水中成垢因子清除和减少，所以能降低水的硬度和适合蒸发量和补水量不断的循环冷却水环保除垢；应用在需要更大流量、更大热交换量的循环水冷却系统中，可以通过计算改用三相380V输入，加大AC/DC变换器和高频换向器的输出电流输以及配套增加吸附式收集篮数量、或按特定场地环境制作大面积的双电解电极和水垢收集电极来处理。

综上所述，本发明提供的方法能在安全低压情况下进行除垢，且除垢效果好，节能效果明显，易于实现。

本发明提供的除垢装置的结构设计巧妙、合理，体积小，移动性强，对使用环境和场地要求无限制，利于广泛推广应用，而且电解水的能源为高频双极脉冲，是以安全低压进行除垢，效率高、能耗低，彻底解决了电极极化效应问题，并在双电极外围加装一个带负电位的收集电极，有效吸附钙、镁等生成水垢的主要成分，大大增强除垢效果，不会造成二次污染，另外还附带除锈、延缓管道腐蚀、灭菌和抑藻等功能，有效延长设备的使用寿命。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。如本发明上述实施例所述，采用与其相同或相似技术特征而得到的其它除垢方法及其它装置，均在本发明保护范围内。

Claims (4)

1.一种双极脉冲除垢方法，其特征在于，其包括以下步骤：

（1）通过AC/DC变换器输入单相220V或三相380V的交流电；

（2）交流电经EMI滤波电路及整流滤波电路的滤波、整流相应处理成310V或530V的高压直流电；

（3）高压直流电依次经逆变器和高频变压器的耦合、降压，输出隔离的低压高频脉冲再经过高频整流、滤波形成70V以下的低压直流电，并同时通过电压/电流反馈采样电路反馈到PWM芯片与智能控制器输出的给定的电压或电流信号进行比较，实现在额定的电压电流内任意设定；

（4）然后再经高频双极脉冲换向器处理，实现输出大功率的双极高频脉冲，以向双电解电极提供低压电解能源；

（5）将双电极电解吸附式收集器放置在循环水流动区，并在该双电极电解吸附式收集器内设有两个电解电极和一个收集电极，其中两个电解电极与电解能源的双极高频脉冲输出端子相连接，而收集电极与低压直流电的负极连接；

（6）该收集电极带负电位包围着两个电解电极，被电解水中的钙、镁和其他金属离子在收集电极的区域内发生反应生成硅酸钙、碳酸镁、氢氧化钙、氢氧化镁难溶物质，并以疏松的针状结晶附着在双电极电解吸附式收集器的内壁上，在脱水后变为粉末状易于清理，实现除垢的目的；

所述高频双极脉冲换向器由两个IGBT半桥模块M1、M2并联而成，其中IGBT半桥模块M1的C1极和IGBT半桥模块M2的C1极并接直流正端，IGBT半桥模块M1的E2极和IGBT半桥模块M2的E2极并接直流负端，IGBT半桥模块M1的E1、C2极和IGBT半桥模块M2的E1、C2极各自连接到双极高频脉冲输出端子；

所述双极高频脉冲的频率为30～50KHZ；

所述电解电极为钛基金属网涂布贵金属氧化物；所述收集电极为钛基金属网。

2.根据权利要求1所述的双极脉冲除垢方法，其特征在于，步骤（3）具体包括如下步骤：直流电依次经以PWM芯片产生高频脉冲驱IGBT构成的逆变器和采用超微晶软磁材料制成的高频变压器的耦合、降压，输出隔离的低压高频脉冲再经过高频整流、滤波为70V以下的低压直流电，通过电压/电流反馈采样电路的电压采样，反馈到PWM芯片与智能控制器输出的给定电压信号进行比较，实现在额定电流50A以内输出0～60V可任意设定的稳定电压，此时实际工作电流大小与所设定恒定电压值和所处理的循环水的电导率、杂质含量以及连接多少个双电极电解吸附式收集器形成的动态综合阻抗而自动变化跟随，其变化规律符合I=V/R欧姆定律。

3.根据权利要求1所述的双极脉冲除垢方法，其特征在于，步骤（3）具体包括如下步骤：直流电依次经以PWM芯片产生高频脉冲驱IGBT构成逆变器和采用超微晶软磁材料制成的高频变压器的耦合、降压，输出隔离的低压高频脉冲再经过高频整流、滤波为70V以下的低压直流电，通过恒压/恒流工作模式切换，通过电压/电流反馈采样电路的电流采样，反馈到PWM芯片与智能控制器输出的给定电流信号进行比较，让高频双极脉冲换向器工作在60V以内输出0～50A可任意设定的稳定电流，此时实际工作电压同样与所设定恒定电流值和所处理的循环水的电导率、杂质含量以及连接多少个双电极电解吸附式收集器形成的动态综合阻抗而自动变化跟随，其变化规律符合I=V/R欧姆定律。

4.一种实施权利要求1-3之一所述的双极脉冲除垢方法的除垢装置，其特征在于，其包括EMI滤波电路、整流滤波电路、逆变电路、高频变压器、输出整流电路、输出整流滤波电路、电压/电流反馈采样电路、高频双极脉冲换向器、PWM控制电路、智能控制器、操作及数据显示屏和双电极电解吸附式收集器，所述EMI滤波电路、整流滤波电路、逆变电路、高频变压器、输出整流电路、输出整流滤波电路、电压/电流反馈采样电路和高频双极脉冲换向器依次连接，所述智能控制器分别与所述PWM控制电路、操作及数据显示屏和高频双极脉冲换向器相连接，所述PWM控制电路与所述逆变电路和电压/电流反馈采样电路相连接，所述双电极电解吸附式收集器包括吸附式收集篮及设置在该吸附式收集篮内的两个电解电极和一个收集电极，其中两个电解电极与高频双极脉冲换向器的双极高频脉冲输出端子相连接，而收集电极与低压直流电的负极连接；

所述逆变电路包括有以PWM芯片产生高频脉冲驱IGBT构成的逆变器；所述高频变压器采用超微晶软磁材料制成；

所述高频双极脉冲换向器由两个IGBT半桥模块M1、M2并联而成，其中IGBT半桥模块M1的C1极和IGBT半桥模块M2的C1极并接直流正端，IGBT半桥模块M1的E2极和IGBT半桥模块M2的E2极并接直流负端，IGBT半桥模块M1的E1、C2极和IGBT半桥模块M2的E1、C2极各自连接到双极高频脉冲输出端子；

所述电解电极为钛基金属网涂布贵金属氧化物；所述收集电极为钛基金属网；

所述智能控制器为型号为PIC18F46K22的单片机。