CN103482774B - 加装流量束缚管的磁电式循环冷却水阻垢处理器 - Google Patents

Abstract

一种加装流量束缚管的磁电式循环冷却水阻垢处理器，应用于实验室内循环冷却水处理。提供一种磁电式实验室内循环冷却水的阻垢处理器，包括循环水流通过的金属管道、流量束缚管、产生高压电场的电处理装置和产生脉冲磁场的磁处理装置。该装置使高压电场与脉冲磁场作用于实验室内循环冷却水体，解决了实验室内由于水管管径与阻垢装置管道直径之间不匹配，造成阻垢装置管道中流速减慢所引起的实验误差问题，同时解决了使电场和磁场共同作用于循环冷却水体的问题。

Description

加装流量束缚管的磁电式循环冷却水阻垢处理器

技术领域

本发明专利涉及的加装了流量束缚管的磁电式实验室用循环冷却水阻垢处理器(以下简称阻垢处理器)，属于工业水处理领域，用于实验室内动态模拟循环冷却水阻垢实验使用。

背景技术

工业循环冷却水处理系统，如火电厂循环冷却水处理、钢铁厂循环冷却水处理、石化厂循环冷却水处理、化纤厂循环冷却水处理、化工厂循环冷却水处理及其它工业企业冷却水系统、空调循环冷却水系统，锅炉水系统，这些系统中的水由于不可避免的杂质和温度变化等因素会产生结垢现象，污垢沉积，会给冷却水系统带来很大的危害，由于污垢是热的不良导体，污垢的沉积降低了传热效果，降低了生产效率，污垢的积聚导致局部腐蚀，使设备在短期内穿孔而破坏。污垢在管内的沉积降低了水流的截面积，增大了水流阻力。增加了停机清洗的时间，同时也降低了连续运转的周期，增加了清洗费用，包括清洗的药剂，材料和设备的费用。所以，应采取合理的水处理技术对用水加以处理，最大可能的排除这些障碍，达到所要求的用水指标。

目前，对于循环冷却水的处理主要有化学方法和物理方法。

化学方法是向水中投加水质稳定剂，使各种致垢离子全部或部分稳定在水中，延缓结晶析出时间或使结晶不析出达到阻垢目的，但是化学方法存在许多问题，如化学药剂的使用增加了排水中的化学物质，不仅浪费资源(如酸液)，排放的水体还会对环境造成污染。

物理法包括磁场处理和高压电场处理，可使成垢物质失去附壁结垢的能力，或不在加热管壁上结晶生长。

目前，市场上磁处理器的种类较多。其基本原理是通过稳恒磁场的作用，使水中的致垢离子结晶析出时形成松散的不易附壁的结晶，结晶物悬浮在水中随水流冲走而不沉积在换热器表面。这些磁处理器对水的阻垢具有一定的影响作用，但效果有限。

高压电场水处理器主要由高压发生器和处理器组成，处理器多为棒状，放入水中形成高压静电场，循环冷却水通过高压静电场流动时，水分子对水垢中正负离子产生水化作用阻止水垢生成。

单独的静电场或稳恒磁场处理，对水分子性能影响比较小，所以这些处理方法在实际应用中作用较差，经实验证明高压静电场或稳恒磁场单独处理的阻垢率能达到10％左右。但是热负荷、水温、硬度、碱度等因素对处理效果的影响较大。

目前，工业循环冷却水的阻垢处理研究多采用实验室内动态模拟的方法进行，待取得一定成果后，再进行工业推广。本发明主要解决实验室内动态模拟阻垢实验过程中，由于水管管径与阻垢装置管道直径之间不匹配的问题，加装流量束缚管后，使得阻垢装置管道内的水流流速与入水管内的水流流速相一致，从而减少了实验误差。

本发明提供的阻垢处理器，结合脉冲磁场处理和高压电场处理两者的优势，利用所施加的高压电的可调性和所施加脉冲波的多选性，使该设备的适应性更强；另外采用本方法可以降低化学法带来的环境污染等问题。

发明内容

本发明主要解决实验室内动态模拟阻垢实验过程中，由于水管管径与阻垢装置管道直径之间不匹配的问题，加装流量束缚管后，使得阻垢装置管道内的水流流速与入水管内的水流流速相一致，从而减少了实验误差。

为提高电场及磁场处理循环冷却水时的阻垢率，本发明利用高压电场的可调性和脉冲磁场的多选性，设计了一种磁电协同作用的装置，使高压电场和脉冲磁场协同作用共处于一体，提高了工业循环冷却水处理的阻垢率，解决循环冷却水处理中的阻垢问题。

技术解决方案：

为了实现上述发明目的，本发明提供以下设备：

提供加装了流量束缚管的磁电式实验室用循环冷却水阻垢处理器，包括水流通过的金属管道、流量束缚管、产生高压电场的电处理装置和产生脉冲磁场的磁处理装置。所述金属管道包括入水口和出水口，待处理的水从所述入水口进入流量束缚管，流过所述电场和所述脉冲磁场到所述出水口，所述电处理装置包括外敷耐高压绝缘层的高压管式电极和高压电发生器，所述外敷耐高压绝缘层的高压管式电极通过引出线连接在所述高压电发生器上；所述磁处理装置包括电磁线圈及脉冲发生器，所述电磁线圈通过引出线连接所述脉冲发生器。

所述高压电发生器的正极接通所述外敷耐高压绝缘层的高压管式电极(正极)，所述高压电发生器的负极与金属管道接通(负极，同时负极接地)，外敷耐高压绝缘层的高压管式电极(正极)与金属管道(负极)之间形成高压电场，水流动时水流方向与电场线方向垂直。

所述流量束缚管所用材质为PVC，高压管式电极沿流量束缚管的轴线中心置于其内部，流量束缚管所形成的环形水流横截面积S与入水管与出水管的横截面积S^/相等，以保证循环水流经阻垢处理器时的流速与水管内的流速一致。

流量束缚管的管径满足以下条件：

流量束缚管中内的水流横截面积S＝水管的横截面积S^/

流量束缚管内的水流横截面如图3所示，其中心是高压管式电极，其直径为D2，在其外围是流量束缚管，其直径为D1。

所述电磁线圈由防水漆包线绕制而成，电磁线圈内部放置由软磁性材料构成的铁芯或空心；每两个电磁线圈成一对相对安装在金属管道内，磁场线方向与水流方向垂直。

所述电磁线圈绕组设置于金属管道内侧，其产生的热量通过水流冷却。

所述高压电发生器输出电压范围在1000伏特-20000伏特之间并可调；为直流高压输出或脉冲高压输出。

所述的加装了流量束缚管的磁电式循环冷却水阻垢处理器中的高压管式电极(正极)由于外敷耐高压绝缘层，虽然被施加了高压，但电流很微小，不存在使用安全问题。另外所述金属管道虽为高压电负极，但金属管道接地，电位为零，也不存在使用安全问题。

所述外敷耐高压绝缘层的高压管式电极的端口施以密封防水胶盖。

所述外敷耐高压绝缘层的高压管式电极通过塑料固定支架固定在管路中间。

所述高压电发生器与外敷耐高压绝缘层的高压管式电极(正极)的连接导线，要求耐压值在2万伏特及以上，并可防水。

所述脉冲发生器输出的脉冲波频率范围在50Hz-9000Hz之间，有扫频输出功能；脉冲波形为方波、正弦波、三角波、锯齿波中的一种；输出功率在10瓦特-900瓦特之间。

所述电磁线圈绕组与脉冲波形发生器的导线，要求耐压值在220伏特及以上，并可防水。

所述磁处理装置利用脉冲发生器并通过线圈绕组进行磁场能量传递。所述电处理装置利用高压电发生器并通过外敷耐高压绝缘层的高压管式电极进行电场能量传递。

所述的加装了流量束缚管的磁电式实验室用循环冷却水阻垢处理器其金属管道直径Φ200-400mm之间、处理装置的长度L在400-1200mm之间。

所述加装了流量束缚管的磁电式实验室用循环冷却水阻垢处理器下端为进水口端，上端为出水口端。

有益效果：

通过电压发生器可产生1000伏特-20000伏特的稳定或脉冲高压，连接到外敷耐高压绝缘层的高压管式电极(正极)，使正极与金属管道(负极)形成高压电场，水流通过高压电场时达到阻垢目的；在金属管道内加装经过防水处理的电磁线圈绕组，利用脉冲发生器产生的能量，通过电磁线圈传递能量，使电磁能转换成水中的化学能，达到阻垢目的。管道内所形成的电场线和磁场线均与水流方向垂直，使水流同时做切割电场线和磁场线运动，达到电、磁场能量的最大传递。

本发明主要解决实验室内动态模拟阻垢实验过程中，由于水管管径与阻垢装置管道直径之间不匹配的问题，加装流量束缚管后，使得阻垢装置管道内的水流流速与入水管内的水流流速相一致，从而减少了实验误差。

本发明结合脉冲磁场处理和高压电场处理两者的优势，通过高压电场的可调性和脉冲磁场的多选性，在实际使用中可根据水质变化情况及阻垢的效果，通过调节输出高压电的高低和选择不同高压电脉冲；适时选择不同的脉冲输出波形、输出频率及输出功率，提升了适应水质条件的能力，增强了两者的协同作用，达到了最大阻垢效果，使设备的适应性更强。

附图说明

通过参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其它方面及优点将变得更加易于清楚，在附图中：

图1为加装了流量束缚管的磁电式循环冷却水阻垢处理器的俯视图。

图2加装了流量束缚管的磁电式循环冷却水阻垢处理器的剖面图。

图3为流量束缚管内的水流横截面积与外接水管截面积示意图。

图4为阻垢处理器的电磁线圈与脉冲发生器的接线图。

附图标记说明：1-流量束缚管，2-入水口，3-出水口，4-金属管道，5-电磁线圈，6-外敷耐高压绝缘层的高压管式电极，7-高压发生器，8-高压电引出线，9-接地线，10-高压管式电极密封防水盖，11-聚四氟乙烯绝缘层，12-金属管道底部PVC密封板，13-塑料固定支架，14-脉冲信号发生器，阻垢处理器高度为L。

具体实施方式

在下文中，现在将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了各种实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。

请参阅附图，下面结合附图对本发明的实施作详细描述：

图1为俯视图；图2为剖面图；图3为流量束缚管截面积与连接水管截面积示意图；图4为阻垢处理器的电磁线圈与脉冲发生器的接线图。

加装了流量束缚管的磁电式循环冷却水阻垢处理器包括流量束缚管1、金属管道4、阻垢处理器的高度为L。所述金属管道4包括入水口2、出水口3、PVC底板12和塑料固定支架13，待处理的水从所述入水口2进入流量束缚管，流过所述高压电场和所述脉冲磁场到所述出水口3；所述电处理装置包括外敷耐高压绝缘层11的高压管式电极6和高压电发生器7及高压电引出线8；所述磁处理装置包括电磁线圈5及脉冲信号发生器14，所述电磁线圈5通过引出线连接在所述脉冲发生器14上。

其中外敷耐高压绝缘层11的高压管式电极6通过高压电引出线8连接在高压电发生器7上，利用塑料固定支架13将外敷耐高压绝缘层的高压管式电极6固定在流量束缚管道1的中间，由高压电发生器7的正极接通高压管式电极6(正极)，高压电发生器7的地线与金属管道4接通(负极)，高压管式电极6(正极)与金属管道4(负极)之间形成高压电场，水流动时水流方向与电场方向垂直；

将防水漆包线绕制的电磁线圈5每相同绕向的两个成一对相对安装在金属管道4内，即电磁线圈X1和X2、X3和X4分别为相对应的、绕向相同的一对线圈。利用一对相同绕向的电磁线圈所产生的脉冲磁场进行能量传递，脉冲磁场方向与水流方向亦垂直。

管道4内与水接触的部件均进行防水处理，电磁线圈的引出线(如图4所示，图1中未画出)与金属管道4之间的穿出孔用密封胶密封。电磁线圈5所产生的热量通过水流冷却。

在上述装置中，水从阻垢处理器的流量束缚管中作切割电场线流过的同时，接受了磁电式处理器的电场能量后，使水分子中正负电荷重心问的距离加大，进而使水分子的偶极矩和极性增大，水分子对碳酸钙垢中正负离子水化作用能力增强，使水垢溶入水中的倾向增大，冷却水中Ca²⁺(水)和C0₃ ^2-(水)离子析出生成CaCO₃垢的倾向降低，达到了阻垢目的。

水从阻垢处理器的流量束缚管中同样做切割磁场线流动时，通过电磁感应得到电磁线圈传出的能量，使水中的致垢离子结晶析出时形成松散的不易附壁的结晶物，结晶物悬浮在水中随水流冲走而不沉积在换热器表面，从而达到阻垢目的。在脉冲磁场通断瞬间，积聚在线圈的能量由于电路的突然关闭，在线圈两端产生反冲高压，使水中感应的电压瞬间增大，进而影响成垢离子，使之不能在换热器表面结晶。

加装了流量束缚管的磁电式实验室用循环冷却水阻垢处理器可用于实验室内动态模拟循环冷却水阻垢处理，主要解决两个问题，一是实验室内动态模拟阻垢实验过程中，由于水管管径与阻垢装置管道直径之间不匹配的问题，加装流量束缚管后，使得阻垢装置管道内的水流流速与入水管内的水流流速相一致，从而减少了实验误差。二是结合了脉冲磁场和高压电场两者处理的特点，弥补磁场和电场处理单独作用的不足，通过调节输出高压电的高低和选择不同高压电脉冲、调节脉冲发生器输出的脉冲波形、输出频率及输出功率，提升了适应水质条件的能力，增强了两者的协同作用，提高了循环冷却水的阻垢率。

本发明利用加装了流量束缚管的磁电式实验室用循环冷却水阻垢处理器，脉冲磁场的频率范围在50Hz～9000Hz左右，脉冲波形可选方波、正弦波、三角波、锯齿波等。高压发生器产生的高压在1000伏到20000伏之间。适用管道直径φ200-400mm之间。阻垢处理器高度L可根据现场实际在400mm-1200mm之间选择。单台处理水量150-2500L/h，阻垢率可达65％。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种加装流量束缚管的磁电式循环冷却水阻垢处理器，包括循环水流通过的金属管道、流量束缚管、产生高压电场的电处理装置和产生脉冲磁场的磁处理装置，其特征在于：

所述金属管道包括入水口和出水口，待处理的水从所述入水口进入流量束缚管，流过所述电场和所述脉冲磁场到所述出水口，所述电处理装置包括外敷耐高压绝缘层的高压管式电极和高压电发生器，所述流量束缚管为PVC材质、所述外敷耐高压绝缘层的高压管式电极通过引出线连接在所述高压电发生器的正极上；所述磁处理装置包括电磁线圈及脉冲发生器，所述电磁线圈通过引出线连接所述脉冲发生器；

所述外敷耐高压绝缘层的高压管式电极沿流量束缚管的轴线中心置于其内部，流量束缚管内部所形成的环形流通截面积与入水口管与出水口管道的截面积相等，以保证循环水流经阻垢处理器时的流速与水管内的流速一致；

所述流量束缚管与金属管道之间充满静态水介质，流量束缚管内流过循环冷却水，以保证在外敷耐高压绝缘层的高压管式电极与金属管道之间的高压静电场中均为水介质。

2.根据权利要求1所述的阻垢处理器，其特征在于，所述高压电发生器的正极接通所述外敷耐高压绝缘层的高压管式电极的正极，所述高压电发生器的地线与金属管道接通，外敷耐高压绝缘层的高压管式电极与金属管道之间形成高压电场，水流动时水流方向与高压电场线方向垂直。

3.根据权利要求1所述的阻垢处理器，其特征在于，所述电磁线圈由防水漆包线绕制而成，电磁线圈内部放置由软磁性材料构成的铁芯或者空心；每两个电磁线圈成一对相对安装在金属管道内，磁场线方向与水流方向垂直。

4.根据权利要求1所述的阻垢处理器，其特征在于，所述电磁线圈设置于金属管道内侧，其产生的热量通过水流冷却。

5.根据权利要求1所述的阻垢处理器，其特征在于，其连接所述高压电发生器与外敷耐高压绝缘层的高压管式电极及金属管道的导线，耐压值在2万伏特及以上，并可防水；连接电磁线圈与脉冲发生器的导线，耐压值在220伏特及以上，并可防水。

6.根据权利要求1中所述的阻垢处理器，其特征在于，脉冲发生器输出的脉冲波频率范围在50Hz-9000Hz之间，有扫频输出功能；脉冲发生器输出的脉冲波形为方波、正弦波、三角波、锯齿波中的一种；输出功率在10瓦特～900瓦特之间；高压电发生器输出电压范围在1000伏特-20000伏特之间并可调，为直流高压输出或脉冲高压输出。

7.根据权利要求1中所述的阻垢处理器，其特征在于，所述阻垢处理器的金属管道直径Φ200-400mm之间；所述阻垢处理器的高度L在400-1200mm之间。