CN103449613B - 除垢装置及水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种除垢装置，包括：主控模块，主控模块包括输出端口，主控模块控制输出端口输出具有第一频率的第一脉冲信号；振幅放大模块，用于对第一脉冲信号进行振幅放大处理；隔直模块，对经振幅放大处理后的第一脉冲信号进行隔直处理以产生交流信号；线圈模块，交流信号输入至线圈模块的一端；负载电阻，线圈的另一端与负载电阻的一端连接，负载电阻的另一端接地。本发明进一步公开了一种水处理系统。通过上述公开内容，本发明的技术方案具有使用方便、安全，结构紧凑、简单，防垢效果理想的优点。

Description

除垢装置及水处理系统

技术领域

本发明涉及水处理领域，特别是涉及一种除垢装置及水处理系统。

背景技术

在各种供排水系统的水中，存在着钙、镁等离子，而钙、镁等离子容易和水中的酸根离子结合生成难容物质，形成水垢，附着在水管上，堵塞水管通路，影响供排水效率。严重时，还会使水管堵塞，甚至发生事故。循环系统中的水运行一段时间后会产生水垢，而水垢的形成不仅会堵塞管道，减小液体流通面积，加大系统功率损耗，缩短设备使用寿命，降低热交换器传热效率，还会引起微生物细菌的大量繁衍，导致材料的腐蚀。因此如何有效地控制水垢的生成对生产的安全运行至关重要。硬水在管道表面生成的水垢主要由钙、镁等离子的碳酸盐、硫酸盐等组成。

目前采用的阻垢、抑垢方法有物理方法和化学方法。化学方法一般是通过添加药剂使硬水软化，或通过添加阻垢剂使其与成垢离子形成络合物，或使碳酸钙晶体等发生晶格畸变，或分散碳酸钙微晶等以防止钙垢、镁垢等在热交换器表面沉积，从而达到阻垢的目的。物理方法主要包括磁场水处理技术、ECO－GEM电气石防垢技术、静电水处理技术、脉冲射电水处理技术、超声波水处理技术等。其中磁场水处理技术能有效地防止管道和设备结垢，避免因投加化学药剂对设备和环境造成的影响和污染。而与其他物理阻垢方法相比，磁处理技术使用方法简单、投资小，并更具有高效节能、绿色环保等优点，因而越来越受到人们的重视，系统地研究磁处理的阻垢机理具有重要的现实意义。

在目前，虽有采用电子技术进行防垢除垢，但由于对除垢原理的理解和认识，以及所采用的方法的局限性，效果并不理想。而且这些产品全都需要对用户的管道设备进行改造。这对于用户来说具有相当大的难度。因为，对于复杂、昂贵的设备管道系统，微小的变动都可能对整个管道系统的正常运转产生影响，给用户的设备的运行造成困难。

发明内容

本发明提供一种除垢装置及水处理系统，可以在不对现有的设备管道系统进行改变的情况下实现电磁除垢处理的功能，且使用方便、安全，结构紧凑、简单，防垢效果理想。

本发明为解决以上技术问题而采用的一个技术方案是：提供一种除垢装置，包括：主控模块，主控模块包括输出端口，主控模块控制输出端口输出具有第一频率的第一脉冲信号；振幅放大模块，用于对第一脉冲信号进行振幅放大处理；隔直模块，对经振幅放大处理后的第一脉冲信号进行隔直处理以产生交流信号；线圈模块，交流信号输入至线圈模块的一端；负载电阻，线圈的另一端与负载电阻的一端连接，负载电阻的另一端接地。

其中，主控模块进一步包括输入端口，除垢装置进一步包括：线圈检测模块，线圈检测模块用于检测负载电阻的一端与另一端之间的压降值，在压降值存在时输出中断信号至输入端口，在压降值不存在时停止输出中断信号至输入端口；主控模块进一步根据中断信号控制输出端口输出具有第二频率的第二脉冲信号。

其中，除垢装置进一步包括：提示模块，包括至少一个发光二极管，线圈检测模块进一步输出中断信号至发光二极管，发光二极管根据中断信号进行发光。

其中，线圈模块包括水管和两个串联线圈，串联线圈分别缠绕在水管上。

其中，每个串联线圈的圈数在10圈至15圈之间，串联线圈之间的距离在10至15厘米之间。

其中，串联线圈的材料为硅胶线。

其中，第一滤波电容与线圈之间进一步设置有功率放大模块，功率放大模块对交流信号进行功率放大处理并将经功率放大处理后的交流信号输入至线圈的一端。

其中，振幅放大电路包括：第一电阻，第一电阻的一端与输出端口连接；第一三极管，第一三极管的基极与第一电阻的另一端连接，第一三极管的发射极接地；第二电阻，一参考电压输入至第二电阻的一端，第二电阻的另一端与第一三极管的集电极连接；第二三极管，第二三极管的基极与第一三极管的集电极连接，参考电压进一步输入至第二三极管的集电极；第三三极管，第三三极管的基极和集电极均与第二三极管的发射极连接，第三三极管的发射极与第二三极管的基极连接；其中，第二三极管的发射极输出经振幅放大处理后的第一脉冲信号至第一滤波电容。

其中，参考电压的电压值在10伏至15伏之间。

本发明为解决以上技术问题而采用的另一个技术方案是：提供一种水处理系统，其包括上述的除垢装置。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明所公开的除垢装置及水处理系统，由于是属于物理水处理方法，因而使用方便安全，适用于供排水系统的除垢、防垢，可以在不对现有的设备管道系统进行改变的情况下实现电磁除垢处理的功能，且使用方便、安全，结构紧凑、简单，防垢效果理想。

附图说明

图1是本发明除垢装置第一实施例的电路结构示意图；

图2是本发明除垢装置第一实施例的具体电路图。

图3是本发明除垢装置第一实施例中主控模块输出的信号波形图；

图4是本发明除垢装置第一实施例中振幅放大模块输出的信号波形图；

图5是本发明除垢装置第一实施例中隔直模块输出的信号波形图；

图6是本发明除垢装置第一实施例中线圈检测模块中端点14处测得的信号波形图；

图7是本发明除垢装置第二实施例的电路结构示意图；

图8是本发明除垢装置第二实施例的具体电路图。

具体实施方式

请参见图1，图1是本发明除垢装置第一实施例的电路结构示意图。如图1所示，本发明所揭示的除垢装置包括主控模块101、振幅放大模块102、隔直模块103、线圈模块104、负载电阻105、线圈检测模块106以及提示模块107。

主控模块101包括输入端口1012和输出端口1011，主控模块101控制输出端口1011输出具有第一频率的第一脉冲信号。

振幅放大模块102对第一脉冲信号进行振幅放大处理。

隔直模块103对经振幅放大处理后的第一脉冲信号进行隔直处理，从而滤除第一脉冲信号中的直流部分，以产生交流信号。其中，该隔直模块103具体可利用滤波电容来实现。

隔直模块103产生的交流信号输入至线圈模块104的一端，线圈模块104的另一端与负载电阻105的一端连接，负载电阻105的另一端接地。因此，该交流信号可直接作用于线圈模块104，使得线圈模块104产生交变磁场。

具体地，线圈模块104包括水管和两个串联线圈，其中，水管内通过的是需要进行除垢处理的水流，串联线圈分别缠绕在水管上。串联线圈的材料优选为硅胶线。该两个串联线圈根据交流信号可产生具有特定频率的交变磁场。

通常水中含有钙、镁等离子，而这些钙、镁等离子受热时和水中酸根离子结合生成难以溶解的水垢，并粘结在受热表面和换热表面上，而上述的交变磁场可有效消除这些水垢，在水管内通过的水流经由交变磁场的作用后会受到净化，以达到除污之功效。

根据多次实验所得，优选地，每个串联线圈的圈数在10圈至15圈之间，优选为13圈，串联线圈之间的距离在10至15厘米之间，此时串联线圈产生的交变磁场最能有效地去除水流中的污垢。

线圈检测模块106用于检测负载电阻105的一端与另一端之间的压降值，在压降值存在时输出中断信号至输入端口1012，在压降值不存在时停止输出中断信号至输入端口1012，主控模块101进一步根据中断信号控制输出端口1011输出具有第二频率的第二脉冲信号。

第二脉冲信号输入至振幅放大模块102、隔直模块103、线圈模块104、负载电阻105后，也会在线圈模块104中产生交变磁场，其中，该交变磁场的频率与前述由第一脉冲信号产生的交变磁场频率不同。因此，线圈模块104的交变磁场的频率会产生变化，从而达成变频之功能，而在除垢处理过程中，频率变化的交变磁场往往能获得更好的除垢效果。

提示模块107包括发光二极管，线圈检测模块106进一步输出中断信号至发光二极管（于下文将会详细描述），发光二极管根据中断信号进行发光。

请参见图2，图2为本发明除垢装置第一实施例的具体电路图。并且，以下将结合图3至图6所示的波形图对图2所示的电路图作出详细说明。

如图2所示，主控模块101包括输入端口1012和输出端口1011，主控模块101可由各种现有的单片机处理芯片实现，一般而言，单片机处理芯片都配置有基本输入/输出端口(即I/O端口)，通过汇编语言或C语言等编程语言进行编程可设置基本输入/输出端口工作在输出模式，从而实现输出端口1011的功能。并且，输出端口1011输出的脉冲信号频率也可以通过编程设置，具体可通过汇编语言或C语言等编程语言将设置脉冲频率并产生脉冲的代码写入单片机处理芯片中，以在输出端口1011产生具有预定脉冲频率的脉冲信号。另外，单片机处理芯片配置有中断信号输入端口，可利用中断信号输入端口实现输入端口1012的功能，当中断信号输入端口捕捉到低电平信号时，即获取到中断信号，从而进入对应的中断处理程序。举例而言，输出端口1011输出的第一脉冲信号（即在端点11处测得的信号）如图3所示，其低电平为0.88V，高电平为4.56V。

振幅放大模块102包括第一电阻R1、第一三极管Q1、第二电阻R2、第二三极管Q2以及第三三极管Q3，其中第一电阻R1的一端与输出端口1011连接，第一三极管Q1的基极与第一电阻R1的另一端连接，第一三极管Q1的发射极接地，参考电压输入至第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端与第一三极管Q1的集电极连接，第二三极管Q2的基极与第一三极管Q1的集电极连接，参考电压输入至第二三极管Q2的集电极，第三三极管Q3的基极和集电极均与第二三极管Q2的发射极连接，第三三极管Q3的发射极与第二三极管Q2的基极连接，第二三极管Q2的发射极输出经振幅放大处理后的第一脉冲信号至隔直模块103。其中，上述的第一三极管Q1主要起到缓冲作用，第二二极管Q2用于进行电流放大，其放大倍数由负载电阻R3决定，第三三极管Q3用于保护第二二极管Q2，并且为第一滤波电容C1（下文将详细介绍）的放电提供回路。其中，参考电压在10V至20V之间，优选为15V。

举例而言，经振幅放大处理后的第一脉冲信号（（即在端点12处测得的信号）如图4所示，其低电平为2.2V，高电平为11.4V。由于11.4/4.56=2.2/1.88=2.5，因此，振幅放大模块102的振幅放大倍数为2.5倍。

隔直模块103由第一滤波电容C1实现，第一滤波电容C1的正极与第二三极管Q2的发射极连接，负极与线圈模块104的一端连接，线圈模块104的另一端与负载电阻105的一端连接，负载电阻105的另一端接地。其中，经隔直处理后的第一脉冲信号（即在端点13处测得的信号）如图5所示，其低电平为-4.8V，高电平为5.8V。

值得注意的是，在本实施例中，振幅放大模块102由一系列的电子元件组成，其相对于使用专用的IC(Integrated Circuit，集成电路)而言，可更有效地降低成本，并简化了电路。但，也可以采用专用的IC作为振幅放大模块以实现振幅放大的功能，本发明对此不作具体限定。

线圈检测模块106包括第四电阻R4、第一二极管D1、第五电阻R5、第二滤波电容C2、第六电阻R6、第七电阻R7以及第四三极管Q4。其中，第四电阻R4的一端与负载电阻105的一端连接，第四电阻R4的另一端与第一二极管D1的阳极连接，第一二极管D1的阴极与第五电阻R5的一端连接，第五电阻R5的另一端接地，第二滤波电容C2的正极与第五电阻R5的一端连接，负极接地，第六电阻R6的一端与第一二极管D1的阴极连接，第六电阻R6的另一端与第四三极管Q4的基极连接，第四三极管Q4的发射极接地，集电极与第七电阻R7的一端连接，电压VCC输入至第七电阻R7的另一端。

其中，电压VCC为一恒定电压，其可优选为15V。

第四电阻R4、第一二极管D1、第五电阻R5以及第二滤波电容C2组成滤波电路，其作用是在负载电阻105两端存在压降值时将其提取，并用以驱动第四三极管Q4的基极，使得第四三极管Q4的集电极和发射极连通，在第四三极管Q4的集电极和发射极连通时，第四三极管Q4的集电极接地，为低电位，该低电位输入至主控模块101的输入端口1012，以作为中断信号触发主控模块101内的中断程序。

在本实施例中，经滤波电路处理后的信号（即在端点14处测得的信号）如图5所示，其为一恒定为4.8V的高电平信号。

具体而言，在触发该中断程序后，主控模块101根据中断信号控制输出端口1011输出具有第二频率的第二脉冲信号。其中，第一频率与第二频率设置为互不相同，由于主控模块101根据可中断信号控制输出端口1011输出具有第二频率的第二脉冲信号，第二脉冲信号同样可以经由振幅放大模块102、隔直模块103、线圈模块104以及负载电阻105之处理以产生频率不同的交变磁场，从而实现了变频的功能，从而在进水管道内产生交变的变频脉冲磁场，可实现杀菌、灭藻、除锈和防腐蚀等多重功能，频率变化的交变磁场在除污能力方面相较恒定频率效果更好。

而在本发明除垢装置的备选实施例中，亦可利用主控模块101根据中断信号触发一循环处理程序，该循环处理程序可控制输出端口1011输出具有第二频率的第二脉冲信号持续第一预定时间，并在该第一预定时间结束后，控制输出端口1011输出具有第三频率的第三脉冲信号持续第二预定时间，并在该第二预定时间结束后，控制输出端口1011输出具有第四频率的第四脉冲信号持续第三预定时间，如此类推，使得输出端口1011以预定频率持续输出具有不同频率的脉冲信号，以在不同时间内分别产生具有不同频率的多个交变磁场，从而充分地对水管内的水进行除污处理。

在线圈模块104未接入时，该压降值不存在，此时第四电阻R4、第一二极管D1、第五电阻R5以及第二滤波电容C2组成滤波电路不能获取到压降值，第四三极管Q4的基极处于低电位，第四三极管Q4的集电极和发射极断开，此时，第四三极管Q4的集电极为高电位，该高电位输入至主控模块101的输入端口1012，主控模块101没有捕捉到中断信号，停止输出任何脉冲信号，以节约系统资源。

并且，提示模块107包括发光二极管和第八电阻R8，发光二极管的阴极与第四三极管Q4的集电极连接，阳极与第八电阻R8的一端连接，电压VCC输入至第八电阻R8的第二端。

由于发光二极管的阴极与第四三极管Q4的集电极连接，因此，在产生中断信号时，发光二极管的阴极为低电平信号，此时，电压VCC通过第八电阻R8输入至发光二极管，使得发光二极管发光，从而提示用户线圈模块104已接入。

在没有产生中断信号时，发光二极管的阴极为高电平信号，此时，发光二极管不会发光，用户根据发光二极管的提示可知线圈模块104未接入。

因此，相对于已经投入使用的设备管道系统而言，只需将其水管通道作为线圈模块104的水管，通过在其上缠绕串联线圈，并将主控模块101、振幅放大模块102、隔直模块103、负载电阻105、线圈检测模块106以及提示模块107等组成的电路与串联线圈连接，就可控制串联线圈产生交变磁场，从而对流经水管的水进行除垢处理，因此，本发明的除垢装置可以在不对现有的设备管道系统进行改变的情况下实现除垢处理的功能。且具有使用方便、安全，结构紧凑、简单，防垢效果理想等优点。

因此，在没接上线圈模块104而开机时，主控模块101输出一组固定频率的方波，除垢装置处于待机状态。当接上线圈模块104，主控模块101通过“线圈检测模块106检测到线圈接通，主控模块101输出一组在一定时间内频率可变的方波，频率范围可由几十赫兹到几十K赫兹,通过振幅放大模块102进行振幅及功率放大，并由隔直模块103耦合，保证驱动线圈模块104的信号全为交流信号，此时线圈模块104把交流的电流转化为磁场。并利用此磁场进行水处理。其中负载电阻105用于对线圈模块104进行电流调节，用不同的阻值可以改变磁场强度。

请参见图7，图7是本发明除垢装置第二实施例的电路结构示意图。如图7所示，本发明所揭示的除垢装置包括主控模块101、振幅放大模块102、隔直模块103、线圈模块104以及负载电阻105。

在本发明除垢装置第二实施例与上述的第一实施例大致相同，其区别在于，省略了第一实施例中的线圈检测模块106和提示模块107。

与第一实施例相同，主控模块101包括输入端口1012和输出端口1011，主控模块101控制输出端口1011输出具有第一频率的第一脉冲信号。

振幅放大模块102对第一脉冲信号进行振幅放大处理。

隔直模块103对经振幅放大处理后的第一脉冲信号进行隔直处理，从而滤除第一脉冲信号中的直流部分，以产生交流信号。其中，该隔直模块103具体可利用第一滤波电容C1来实现。

隔直模块103产生的交流信号输入至线圈模块104的一端，线圈的另一端与负载电阻105的一端连接，负载电阻105的另一端接地。因此，该交流信号可直接作用于线圈模块104，使得线圈模块104产生交变磁场。

具体地，线圈模块104包括水管和两个串联线圈，所述串联线圈分别缠绕在所述水管上。串联线圈的材料优选为硅胶线。由该两个串联线圈产生具有第一频率的交变磁场。

优选地，每个串联线圈的圈数为13圈，串联线圈之间的距离在10至15厘米之间。

其中，水管内通过的是需要进行除垢处理的水流，由于串联线圈产生交变磁场，因此，水管内通过的水流经由交变磁场的作用后会受到净化，以达到除污之功效。

由于省略了线圈检测模块106和提示模块107，因此，在本实施例中，除垢装置不具备变频和提示用户功能，但仍可保证线圈模块104可产生具有固定频率的交变磁场，从而达到一定的除污效果。

并请参见图8，图8为本发明除垢装置第二实施例的具体电路图。其中，图8所示电路图仅在图2所示电路的基础上省略线圈检测模块106和提示模块107，主控模块101、振幅放大模块102、隔直模块103、线圈模块104以及负载电阻105与第一实施例中所述完全相同，于此不作赘述。

在本发明除垢装置的备选实施例中，第一滤波电容与线圈模块之间可进一步设置有功率放大模块，功率放大模块对交流信号进行功率放大处理并将经功率放大处理后的交流信号输入至线圈模块的一端，在经过功率放大处理后，交流信号的脉冲宽度变宽，更适合于驱动线圈模块产生交变磁场。

本发明进一步公开一种水处理系统，其包括上述任一实施例所述的除垢装置。

因此，本发明所公开的除垢装置及水处理系统，由于是属于物理水处理方法，因而使用方便安全，适用于供排水系统的除垢、防垢，可以在不对现有的设备管道系统进行改变的情况下实现电磁除垢处理的功能，且使用方便、安全，结构紧凑、简单，防垢效果理想。另外，本发明的除垢装置及水处理系统也适用于自来水系统、绿色耕种灌溉水系统、汽车燃油系统等领域上。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种除垢装置，其特征在于，包括：

主控模块，所述主控模块包括输出端口，所述主控模块控制所述输出端口输出具有第一频率的第一脉冲信号；

振幅放大模块，用于对所述第一脉冲信号进行振幅放大处理，包括：

第一电阻，所述第一电阻的一端与所述输出端口连接；

第一三极管，所述第一三极管的基极与所述第一电阻的另一端连接，所述第一三极管的发射极接地；

第二电阻，一参考电压输入至所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端与所述第一三极管的集电极连接；

第二三极管，所述第二三极管的基极与所述第一三极管的集电极连接，所述参考电压进一步输入至所述第二三极管的集电极；

第三三极管，所述第三三极管的基极和集电极均与所述第二三极管的发射极连接，所述第三三极管的发射极与所述第二三极管的基极连接；

所述第二三极管Q2的发射极输出经振幅放大处理后的第一脉冲信号；

第一滤波电容，对所述经振幅放大处理后的第一脉冲信号进行隔直处理以产生交流信号；

串联线圈，所述交流信号输入至所述串联线圈的一端，所述串联线圈将所述交流信号的电流转化为交变磁场；

负载电阻，所述线圈的另一端与所述负载电阻的一端连接，所述负载电阻的另一端接地，所述负载电阻对所述电流进行调节，通过设置不同的阻值来改变所述交变磁场的强度；水管，所述串联线圈缠绕在所述水管上，所述串联线圈产生的所述交变磁场用于消除水垢，其中所述水垢为流经所述水管的水中的钙、镁等离子受热时和水中酸根离子结合生成的，所述水垢难以溶解、并粘结在所述水管的受热表面和换热表面。

2.根据权利要求1所述的除垢装置，其特征在于，所述主控模块进一步包括输入端口，所述除垢装置进一步包括：

线圈检测模块，所述线圈检测模块用于检测所述负载电阻的一端与另一端之间的压降值，在所述压降值存在时输出中断信号至所述输入端口，在所述压降值不存在时停止输出所述中断信号至所述输入端口；

主控模块进一步根据所述中断信号控制所述输出端口输出具有第二频率的第二脉冲信号。

3.根据权利要求2所述的除垢装置，其特征在于，所述除垢装置进一步包括：

提示模块，包括至少一个发光二极管，所述线圈检测模块进一步输出所述中断信号至所述发光二极管，所述发光二极管根据所述中断信号进行发光。

4.根据权利要求3所述的除垢装置，其特征在于，所述串联线圈包括两个串联线圈，所述串联线圈分别缠绕在所述水管上。

5.根据权利要求4所述的除垢装置，其特征在于，每个所述串联线圈的圈数在10圈到15圈之间，所述串联线圈之间的距离在10至15厘米之间。

6.根据权利要求4所述的除垢装置，其特征在于，所述串联线圈的材料为硅胶线。

7.根据权利要求1所述的除垢装置，其特征在于，所述第一滤波电容与所述线圈之间进一步设置有功率放大模块，所述功率放大模块对所述交流信号进行功率放大处理并将经功率放大处理后的交流信号输入至所述线圈的一端。

8.根据权利要求1所述的除垢装置，其特征在于，所述参考电压的电压值在10伏至15伏之间。

9.一种水处理系统，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的除垢装置。