CN116177761A - 管道防垢装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道防垢装置。该管道防垢装置包括：导磁组件、多个组线圈和信号发生器，导磁组件适于套设在管道的外侧，导磁组件穿设每个组线圈，且多个组线圈间隔设置，信号发生器与至少一个组线圈电连接，以在管道内形成电磁场，并通过电磁场作用于管道内的液体，减少管道内水垢的生成，去除管道内沉积的水垢，实现管道防垢的功能。

Description

管道防垢装置

技术领域

本发明涉及管道防垢技术领域，具体而言，涉及一种管道防垢装置。

背景技术

水资源是人类生产和生活的不可缺少的自然资源，随着工业的发展和人口的增加，水资源污染问题也越来越严峻。

在相关技术中，需要对工业和生活排放的废水进行处理，使得废水达标后才能排放，然而，经处理后的废水中存在许多杂质和沉淀物，杂质和沉淀物极易残留在排水的管道中形成水垢，造成管道内径变小甚至堵塞管道。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明提出一种管道防垢装置，以实现管道防垢的功能。

根据本发明实施例的管道防垢装置，包括：导磁组件，所述导磁组件适于套设在管道的外侧；多个组线圈，所述导磁组件穿设每个所述组线圈，且多个所述组线圈间隔设置；信号发生器，所述信号发生器与至少一个组线圈电连接。

根据本发明实施例的管道防垢装置，导磁组件穿设多个间隔设置的组线圈并套设在管道外，信号发生器与至少一个组线圈电连接，以在管道内形成电磁场，通过电磁场作用于管道内的液体，减少管道内水垢的生成，去除管道内沉积的水垢，实现管道防垢的功能。

根据本发明的一些实施例，所述信号发生器与多个所述组线圈电连接，且与所述信号发生器电连接的多个所述组线圈正向并联。

根据本发明的一些实施例，所述信号发生器与多个所述组线圈电连接，且与所述信号发生器电连接的多个所述组线圈正向串联。

根据本发明的一些实施例，所述导磁组件构造为环形，多个所述组线圈沿所述导磁组件的周向方向间隔设置。

进一步地，所述导磁组件包括磁芯环，所述磁芯环包括多个首尾依次相连的磁芯，且任意相邻两个磁芯可转动地和/或可拆卸地连接。

进一步地，所述导磁组件包括多个磁芯环，且多个磁芯环同轴间隔设置。

进一步地，所述组线圈包括外壳、内骨架和线圈，所述线圈绕设于所述内骨架，所述外壳罩设于所述线圈和所述内骨架的外侧。

进一步地，所述外壳包括可拆卸连接的本体部和端盖部，所述本体部与所述端盖部共同限定出安装空间，所述内骨架和所述线圈均设于安装空间内，且所述本体部和所述端盖部适于与所述内骨架限位配合。

进一步地，所述组线圈还包括绝缘胶，所述绝缘胶填充所述外壳、所述内骨架和所述线圈之间的间隙。

根据本发明的一些实施例，所述信号发生器与多个所述组线圈中的其中一个所述组线圈的外壳固定连接。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明实施例的管道防垢装置的示意图；

图2是根据本发明实施例的导磁组件和线圈的示意图；

图3是根据本发明实施例的导磁组件的示意图；

图4是根据本发明实施例的外壳的爆炸图；

图5是根据本发明另一实施例的外壳的爆炸图；

图6是根据本发明实施例的内骨架和线圈的示意图。

附图标记：

导磁组件1、磁芯环11、磁芯111、紧固件112、螺栓1121、螺母1122、组线圈2、第一组线圈201、第二组线圈202、外壳21、本体部211、限位滑槽2111、子本体部2112、第一插接销2113、第一插接孔2114、第一定位孔2115、端盖部212、第一子端盖2121、第二子端盖2122、内骨架22、导向块221、第二定位孔222、线圈23、起始端231、终止端232、信号发生器3、管道防垢装置10。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合图1-图6详细描述根据本发明实施例的管道防垢装置10。

参照图1所示，管道防垢装置10包括：导磁组件1、多个组线圈2和信号发生器3，导磁组件1适于套设在管道的外侧，导磁组件1穿设每个组线圈2，且多个组线圈2间隔设置，信号发生器3与至少一个组线圈2电连接，信号发生器3可向与其电连接的组线圈2提供预设频率、波形和输出电平电信号，信号发生器3可以是高频信号发生器，并以LC振荡器作为主振器，信号发生器3在工作时，信号发生器3可将预设一定频率的电信号与其电连接的组线圈2组成LC振荡电路的回路，组线圈2产生高频交变的电流，根据电流的磁效应组线圈2会产生交变电磁场，导磁组件1可进行导磁，形成环状的交变电磁场并作用于管道内的溶液，在交变电磁场的作用下，溶液中可形成沉积物的分子晶格受到破坏，形成新的晶核，后重新排序，并保持悬浮状态，以避免在和管道内壁上生成沉积物结晶，防止水垢的生成，同时，结晶和过饱和溶液之间形成动态平衡，结晶和水垢溶解的过程不断进行，其变化过程以碳酸钙为例可表示为：

也就是说，在交变电磁场的作用下，可减少管道内结垢的碳酸钙固体的同时形成新的晶体，由此，以减少管道内水垢的生成，去除管道内沉积的水垢，以避免管道被水垢附着，防止管道内径变小和管道堵塞。

需要说明的是，在给定的频率，电感参数、电容一定的情况下，多个组线圈2可在串联或并联后与信号发生器3电连接，在给定的电感参数一样的情况下，可以实现多个组线圈2和单个组线圈2相同的功耗，由于导磁组件1在导磁过程中会有能量损失，导磁组件1长度越长(磁芯环11结构越大)，能量损失就越多，就导致距离组线圈2近的磁环电磁场强度比较强，距离组线圈2远的磁环就比较弱，导磁组件1可以是环状磁芯结构，多个间隔设置的组线圈2可以使环状的导磁组件1的电磁场实现均匀分布，同时并不增加信号发生器3的功耗，环状导磁组件1的交变电磁场通过电磁感应原理在管道内实现均匀分布同时提高管道内部的电磁场强度，以保证对大管径的管道的防垢效果，同时，多个组线圈2接入同一个信号发生器3，可保证每个组线圈2工作在相同的频率和相位上，以减少功率损耗，并增强管道内的电磁场强度。

根据本发明实施例的管道防垢装置10，导磁组件1穿设多个间隔设置的组线圈2并套设在管道外，信号发生器3与至少一个组线圈2电连接，通过电磁感应原理在管道内形成均匀且具有一定强度的电磁场，通过电磁场作用于管道内的液体，以减少管道内水垢的生成，去除管道内沉积的水垢，实现管道防垢的功能。

在本发明的一些实施例中，参照图1和图2所示，信号发生器3与多个组线圈2电连接，且与信号发生器3电连接的多个组线圈2正向并联，可以理解的是，每个组线圈2均具有按照同一方向绕制的线圈23，并且每个线圈23的起始端231相连后与信号发生器3连接，每个线圈23的终止端232相连后与信号发生器3连接，正向并联的多个组线圈2可形成同向耦合，正向并联的多个组线圈2的同名端为电流流入端，原电流在互感的组线圈2上产生的磁通方向相同，起到增强的作用，以有效地增强管道内电磁场的强度。

在本发明的另一些实施例中，参照图1和图2所示，信号发生器3与多个组线圈2电连接，且与信号发生器3电连接的多个组线圈2正向串联，可以理解的是，每个组线圈2均具有按照同一方向绕制的线圈23，并且在电流方向上，前一个线圈23的终止端232与下一个线圈23的起始端231相连，正向串联的多个组线圈2可形成同向耦合，正向串联的多个组线圈2的同名端为电流流入端，原电流在互感的组线圈2上产生的磁通方向相同，起到增强的作用，以有效地增强管道内电磁场的强度。

在本发明的一些实施例中，参照图1和图2所示，管道防垢装置10包括第一组线圈201和第二组线圈202，第一组线圈201的自感系数为L1，通过第一组线圈201的电流为i1，第二组线圈202的自感系数为L2，通过第二组线圈202的电流i2，磁通链用Ψ表示，当信号发生器3只接入第一组线圈201或第二组线圈202时，第一组线圈201产生的磁通链Ψ11＝L1*i1，第二组线圈202产生的磁通链Ψ22＝L2*i2。

第一组线圈201和第二组线圈202正向并联或正向串联并同时接入信号发生器3时，第一组线圈201产生的磁通链Ψ1等于自磁链加上互磁链，即Ψ1＝Ψ11+Ψ12＝L1*i1+M12*i2，第二组线圈202产生的磁通链Ψ2等于自磁链加上互磁链，即Ψ2＝Ψ22+Ψ21＝L2*i2+M21*i1，其中，其中Ψ12为第二组线圈202在第一组线圈201上产生的互磁链，Ψ21为第一组线圈201在第二组线圈202上产生的互磁链，M12与M21是互感系数且M12＝M21。

k＝M/√L1*L2＝√M²/L1*L2＝√M*i1*M*i2/L1*i1*L2*i2＝√Ψ12*Ψ21/Ψ11*Ψ22≤1，k为耦合系数，M为互感系数，由公式可以看出自磁链一定大于互磁链，当k＝1时，为全耦合现象，k＝0时，无耦合。

第一组线圈201和第二组线圈202为耦合电感，关于耦合电感上的电压和电流，由于管道防垢装置10需采用的交变电磁场，通入第一组线圈201和第二组线圈202的电流是随时间变化的函数，称为时变电流，第一组线圈201和第二组线圈202就会产生感应电压，由于耦合作用，感应电压由两部分组成，分别为自感电压和互感电压，其中：

第一组线圈201的自感电压U11＝dΨ11/dt＝L1*di1/dt，第二组线圈202的自感电压U22＝dΨ22/dt＝L2*di2/dt，第一组线圈201的互感电压U12＝dΨ12/dt＝M12*di2/dt，第二组线圈202的互感电压U21＝dΨ21/dt＝M21*di1/dt，则第一组线圈201两端产生的电压U1＝U11+U12，第二组线圈202两端产生的电压U2＝U22+U21。

在管道防垢装置10用于大管径的管道时，为保证管道内的电磁场信号能均匀分布并且提高电磁场强度，也就是提高Ψ1、Ψ2、U1、U2的数值，只需要保证互感磁通链与自感磁通链方向一致，可以磁场加强，属于同向耦合，这种状态下两个电流流入的流入端称之同名端，电场和磁场都可以互相增强。

参照图1和图2所示，第一组线圈201和第二组线圈202保证同名端就可以有效保证电磁场有效地增强，且两个组线圈2产生的电磁场频率一致、相位一致，有效解决在一些现有技术中多路信号发生器3产生的LC信号频率和相位不一致导致的叠加抵消的情况，且多路LC功耗较大，浪费能耗。根据本发明实施例的管道防垢装置10，可有效解决管道防垢装置10在用于大管径的管道时产生的电磁场分布不均匀情况，还可以有效提高电磁场的强度，提高对大管径管道的水处理的效果。

此外，LC谐振频率计算公式为：F＝1/(2*π*√LC)，多个组线圈2串联和并联电路计算公式相同，其中，L代表电感，单位：亨利(H)，C代表电容，单位：法拉(F)，信号发生器3的LC振荡电路包括H桥、电容和电感，在H桥频率一定的情况下，决定输出功率的是电路中的电容和电感值，电容在电路中一般是固定的，其影响谐振频率的因素只有电路的线圈23电感值，只要电感值大小固定，其电路输出功率也就恒定，因此，不管电路中接入多少组线圈2，只要保证并联或串联后的电感值保持不变，其输出功率就保持不变，以减少管道防垢装置10的能耗，同时保证环状导磁组件1的电磁场强度均匀分布。

需要说明的是，在多个组线圈2中，可将其中一部分组线圈2通过串联或并联的方式接入信号发生器3，其中另一部的组线圈2可不接入信号发生器3，不接入信号发生器3的组线圈2属于非闭合绕组，其线圈23非闭合，没有形成闭合回路，线圈23中没有电流，根据电磁感应原理会感生出交变电动势，感生电动势的大小和线圈23的匝数成正比，由法拉第电磁感应原理，交变的电场会感生出感生磁场，接入信号发生器3的线圈23产生的电磁场越强，未接入信号发生器3的线圈23的电场就越强，由此，可进一步提升管道内电磁场强度和分布的均匀程度。

作为一些可行的实施例，管道防垢装置10可包括四个组线圈2，四个组线圈2分别为第一组线圈、第二组线圈、第三组线圈和第四组线圈，管道防垢装置10中电连接关系至少包括以下几种方案：

方案一、第一组线圈、第二组线圈、第三组线圈、第四组线圈中的一个或多个通过串联或并联的方式接入信号发生器3，其他均不接入且单独设置。

方案二、第一组线圈与信号发生器3连接，第二组线圈、第三组线圈、第四组线圈不接入信号发生器3，但第二组线圈、第三组线圈、第四组线圈存在串联或并联的连接关系。

方案三、第一组线圈与第二组线圈串联或并联为一组，第三组线圈与第四组线圈串联或并联为另一组，然后在将两组串联或并联后与信号发生器3连接。

其中，串联均为正向串联，并联均匀正向并联，以提升管道内电磁场和强度和分布的均匀程度。

在本发明的一些实施例中，参照图1-图3所示，导磁组件1构造为环形，环形的导磁组件1适于套设在管道的外壁，多个组线圈2沿导磁组件1的周向方向间隔设置，以使管道内的各位置的电磁场可以均匀分布，根据电磁感应原理，可使管道内的电磁场均分分布并有效提高管道内电磁场强度，防止管道内部形成固体垢状物吸附在管道内壁。

优选地，多个组线圈2沿导磁组件1的周向方向等间距间隔设置，当组线圈2的数量为n(n≥2，且为整数)个时，任意相邻两个组线圈2与导磁组件1圆心形成的夹角为360°/n，例如，当组线圈2的数量为2个时，2个组线圈2与导磁组件1圆心形成的夹角为180°，当组线圈2的数量为3个时，相邻两个组线圈2与导磁组件1圆心形成的夹角为120°。

当然，多个组线圈2沿导磁组件1的周向方向间隔设置的距离也可以不等，可根据安装环境、管道形状等现场情况调整多个组线圈2之间的间隔距离。

在本发明的一些实施例中，参照图1-图3所示，导磁组件1包括磁芯环11，磁芯环11包括多个首尾依次相连的磁芯111，磁芯111可以是铁氧体，任意相邻两个磁芯111可转动地和/或可拆卸地连接，以使磁芯环11能够与管道的外壁更好地贴合。

在一些实施例中，任意相邻两个磁芯111可转动地连接，相邻的磁芯111可通过转轴连接，当管道为圆形管道时，可通过转动磁芯111使磁芯环11形成近似圆环状结构以套设在管道的外壁，当管道为矩形管道时，可通过转动磁芯111使磁芯环11形成矩形环状结构以套设在管道的外壁。

在另一些实施例中，任意相邻两个磁芯111可拆卸地连接，相邻的磁芯111可通过销钉连接，可通过增减磁芯111的数量以使磁芯环11适于贴合套设在不同管径的管道外壁，并且磁芯环11可直接在管道的外部进行组装，以使组装后的磁芯环11套设在管道外，从而有利于管道防垢装置10的安装和调试。

在其他一些实施例中，参照图3所示，任意相邻两个磁芯111可转动地和可拆卸地连接，相邻的磁芯111可通过紧固件112连接，紧固件112包括螺栓1121和螺母1122，磁芯111的两端可设有连接孔，螺栓1121的杆部可穿设相邻两个磁芯111的连接孔后与螺母1122配合，螺栓1121杆部的直径小于连接孔的直径，以使通过螺栓1121和螺母1122相连的两个磁芯111之间可转动，通过拆卸螺栓1121和螺母1122可增减磁芯环11中磁芯111的数量，以适应不管径的管道，并便于管道防垢装置10的安装和调试。

在本发明的一些实施例中，参照图1-图3所示，导磁组件1包括多个磁芯环11，且多个磁芯环11同轴间隔设置，相邻两个磁芯环11的间隔距离可以是0.5cm～5cm，也就是说，导磁组件1在装配后，多个磁芯环11沿管道的长度方向间隔设置，以使电磁场可影响管道一段长度内的溶液，增加电磁场对管道内溶液的作用时间，从而使经过电磁场作用的溶液，其分子运动状态会保持一段时间，保证防垢装置下游一段长度范围(如2km)内的溶液均不会产生水垢沉淀，以提升管道防垢装置10的防垢效果。

在本发明的一些实施例中，参照图4-图6所示，组线圈2包括外壳21、内骨架22和线圈23，线圈23绕设于内骨架22，外壳21罩设于线圈23和内骨架22的外侧，外壳21和内骨架22均可以是绝缘的塑料材质件，内骨架22可固定和支撑线圈23，外壳21用于保护内骨架22和线圈23。此外，导磁组件1可穿设内骨架22和外壳21，在导磁组件1包括多个磁芯环11时，外壳21设有与磁芯环11数量对应的第一定位孔2115，内骨架22设有与磁芯环11数量对应的第二定位孔222，磁芯环11可穿设第一定位孔2115和第二定位孔222，内骨架22和外壳21可将多个磁芯环11均匀间隔开。其中，当多个组线圈2在正向串联时，每个组线圈2的线圈23的绕线方向一致，并且在电流方向上，前一个线圈23的终止端232与下一个线圈23的起始端231相连。当多个组线圈2在正向并联时，每个组线圈2的线圈23的绕线方向一致，并且每个线圈23的起始端231相连，每个线圈23的终止端232相连。

在本发明的一些实施例中，参照图4所示，外壳21包括可拆卸连接的本体部211和端盖部212，本体部211与端盖部212共同限定出安装空间，内骨架22和线圈23均设于安装空间内，且本体部211和端盖部212适于与内骨架22限位配合，以保证内骨架22与外壳21连接的稳定性，避免内骨架22在外壳21内晃动，组线圈2在装配时，可将端盖部212从本体部211上拆下，然后将绕设有线圈23的内骨架22放入本体部211内，在将端盖部212安装回本体部211上，以使内骨架22固定在外壳21内。

参照图4和图6所示，本体部211内具有一个或多个限位滑槽2111，内骨架22具有适于与限位滑槽2111对应配合的导向块221，内骨架22可通过导向块221沿限位滑槽2111安装入本体部211内，端盖部212在与本体部211连接后，端盖部212可在限位滑槽2111的延伸方向止抵导向块221，以实现外壳21对内骨架22全方向的限位。

在本发明的一些实施例中，参照图5所示，端盖部212包括第一子端盖2121和第二子端盖2122，第一子端盖2121适于盖设于本体部211的一端，第二子端盖2122适于盖设于本体部211的另一端，本体部211包括一个或多个子本体部2112，每个子本体部2112的一端设有第一插接销2113，另一端设有第一插接孔2114，且第一插接销2113适于与第一插接孔2114插接配合，每个子本体部2112上均设有适于一个磁芯环11穿设的第一定位孔2115，在管道防垢装置10装配时，可根据导磁组件1的磁芯环11数量选择对应数量的子本体部2112，并将对应数量的子本体部2112通过第一插接销2113和第一插接孔2114依次相连。

在本发明的一些实施例中，内骨架22可包括一个或多个子内骨架，每个子内骨架的一端设有第二插接销，另一端设有第二插接孔，且第二插接销适于与第二插接孔插接配合，每个子内骨架上均设有适于一个磁芯环11穿设的第二定位孔222，在管道防垢装置10装配时，可根据导磁组件1的磁芯环11数量选择对应数量的子内骨架，并将对应数量的子内骨架通过第二插接销和第二插接孔依次相连。

在本发明的一些实施例中，组线圈2还包括绝缘胶，绝缘胶填充外壳21、内骨架22和线圈23之间的间隙，绝缘胶可以是环氧树脂，组线圈2通过灌胶处理，可提升外壳21和内骨架22的连接强度，绝缘胶还可以包覆线圈23，以使线圈23与外界环境隔离，避免线圈23工作在湿度较大的环境时发生锈蚀，在管道防垢装置10工作在恶劣环境下，可以保证组线圈2的可靠性和使用寿命。

在本发明的一些实施例中，参照图1所示，信号发生器3与多个组线圈2中的其中一个组线圈2的外壳21固定连接，信号发生器3可通过紧固件与组线圈2的外壳21固定连接，以使整个管道防垢装置10适于挂设在管道的外侧，便于管道防垢装置10的安装和维护。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种管道防垢装置，其特征在于，包括：

导磁组件，所述导磁组件适于套设在管道的外侧；

多个组线圈，所述导磁组件穿设每个所述组线圈，且多个所述组线圈间隔设置；

信号发生器，所述信号发生器与至少一个组线圈电连接。

2.根据权利要求1所述的管道防垢装置，其特征在于，所述信号发生器与多个所述组线圈电连接，且与所述信号发生器电连接的多个所述组线圈正向并联。

3.根据权利要求1所述的管道防垢装置，其特征在于，所述信号发生器与多个所述组线圈电连接，且与所述信号发生器电连接的多个所述组线圈正向串联。

4.根据权利要求1-3任一项所述的管道防垢装置，其特征在于，所述导磁组件构造为环形，多个所述组线圈沿所述导磁组件的周向方向间隔设置。

5.根据权利要求4所述的管道防垢装置，其特征在于，所述导磁组件包括磁芯环，所述磁芯环包括多个首尾依次相连的磁芯，且任意相邻两个磁芯可转动地和/或可拆卸地连接。

6.根据权利要求5所述的管道防垢装置，其特征在于，所述导磁组件包括多个磁芯环，且多个磁芯环同轴间隔设置。

7.根据权利要求4所述的管道防垢装置，其特征在于，所述组线圈包括外壳、内骨架和线圈，所述线圈绕设于所述内骨架，所述外壳罩设于所述线圈和所述内骨架的外侧。

8.根据权利要求7所述的管道防垢装置，其特征在于，所述外壳包括可拆卸连接的本体部和端盖部，所述本体部与所述端盖部共同限定出安装空间，所述内骨架和所述线圈均设于安装空间内，且所述本体部和所述端盖部适于与所述内骨架限位配合。

9.根据权利要求7所述的管道防垢装置，其特征在于，所述组线圈还包括绝缘胶，所述绝缘胶填充所述外壳、所述内骨架和所述线圈之间的间隙。

10.根据权利要求1所述的管道防垢装置，其特征在于，所述信号发生器与多个所述组线圈中的其中一个所述组线圈的外壳固定连接。

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