CN1297496C - 高频电子除垢阻垢的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高频电子水处理的方法。这种方法是：使水通过高频电磁场，水处理的电功率不低于(50n+150)V，其中：n为被处理水的硬度，单位为mmol/l，V为水处理的流量，单位为100m³/h，电功率单位为瓦。在高频电磁场的连续作用下使通过的水的形态发生改变，使经处理的水在热交换系统中使用时可以达到除垢阻垢的目的。

Description

高频电子除垢阻垢的方法

技术领域

本发明涉及一种使水通过高频电磁场，在高频电磁场的连续作用下使通过的水的形态发生改变，这种形态发生改变的水在热交换系统中使用时可以达到除垢阻垢目的方法及所用的装置。本发明特别适用于水处理量在200m³/h以上的高频电子除垢阻垢装置。

背景技术

无论工业还是民用设施，凡以水为介质进行热交换的系统都存在结生水垢的问题。水垢不仅会使热交换系统的热交换效率降低而造成水资源和能源的浪费，而且还会形成事故隐患。目前大多采用传统的树脂交换、投放水质稳定剂以及化学清洗的方法防止和清除水垢。传统的化学水处理方法存在以下几方面的缺陷：操作复杂，要求严格，处理过程时间长、费用高，对设备有腐蚀的问题，有废液及废渣的排放会对环境造成一定程度的污染。

20世纪40年代，诺贝尔奖金获得者，比利时科学家弗米仑(Th·Vermeiren)发现电场或磁场具有使水暂时失去结垢条件的能力，由此开创了以高频电磁场处理水的新技术领域，并开发应用到实践中。高频电子水处理机理是：分子在高频电磁场的作用下做高周波运动，失去簇集力，其大缔合状态的水分子被破解成小缔合体或单个水分子；这类获得能量的水分子在钙镁离子上吸附形成界面，阻止了钙镁离子向碳酸盐微晶面的迁移，碳酸盐晶体的排列受到干扰，形成非晶状的絮状体，从而不会在传热面上附着、粘结成垢；另一方面，被高频能量激活的水，具有极高的浸润、渗透性，带有高能量的水分子在垢层微隙中做高周波的运动，使水垢松散脱落，原有的微隙被扩大，当水与温度较高的金属器壁接触时被汽化，急速膨胀的水蒸汽使垢层龟裂、破碎，被水流带走，从而使在管壁上不能形成稳定的结垢层；而且经高频电场作用后，水分子的电子被激励，电子能位升高，根据能量守恒定律，当分子电位能损失、电位下降，可致使水分子与器壁界面的电位差减小甚至消失，器壁金属离解受到抑制，且在器壁金属表面不能形成原电池反应，因而还会对设备起到缓蚀作用，有效阻止了化学腐蚀和电化学腐蚀。由于带高频电场能的水可以破坏原始胚芽的生成，有效抑制了微生物的生长；高频电磁场还具有损伤生物大分子、使生物膜过氧化、破坏歧化酶的能力，因而具有杀菌、灭藻的功能。

现有技术中高频电子除垢阻垢的装置较多，产品在国内已经形成标准。下表给出国内一些厂家生产的高频电子水处理装置的相关参数：

产品直径mm	处理水量m3/h	部分生产厂商产品输入功率(W)
						北京某集团公司	武汉某公司	成都某水处理设备研究所	浙江某新技术发展有限公司
		100	50	65	70					25	50
200	200					130	200	50	90
		300	450	200	300					100	210
400	800					300	400	150	330
		500	1450	400	500					170	500
600	2000					400	600	200	660

但在实际应用中，现有技术及产品对大流量水的处理其效果均不好，基本上不能阻止水垢的产生，这是现阶段电子或电磁水处理设备存在的一个通病。也正是由于这一原因，使许多领域拒绝使用电子水处理装置进行用水的处理。

为解决这一普遍存在的问题时，现有技术中多考虑在水处理装置中如何设置电极，以及安装改变水流运行的导流板，以改善电极与水流的接触。例如：中国实用新型专利00250409.X公开的大型电子水处理仪中是将副机部分制成多台换能器，通过与上水箱和下水箱对接，并列在一起来实现大水量的水处理，其中的副机上的换能器电极采用了同轴设置的一个高频电极和一个直流电极。但这一专利并不能改善对大水量的水处理后的效果。另一方面，因同轴设置的高频电极和直流电极在工作时会相互产生影响；同时由于直流电极在工作中会产生电解作用，这会使水的处理效果进一步受到负面影响。第三、这一专利的结构复杂，使其实施成本增大，同时会带来维护的不便。第四、由于其副机换能器结构为直接设置于两个水箱中的连通管，在水处理时会形成稳定流动的水流，这对水处理的效果更为不利。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术共同存在的不足，提供一种高频电子水处理的方法及相应的装置，使通过本发明方法和装置处理后的水能有效具有除垢阻垢效果的。

经本发明人的研究和理论分析表明，现有技术中之所以电子水处理装置处理效果不佳，主要是因为进行水处理时现有装置所提供的能量不足。由于利用高频电场或电磁场进行水处理时是用外部的能量使水分子获的一定的能量，产生水缔合状态的改变。因此要使经处理后的水能具有除垢阻垢的目的，必需向被处理的水提供足够的能量。从前面给出的表中的相关参数可见，现有产品在水处理量大大增加时，所增加的能量却不多。这是现有技术对大水量进行处理后效果普遍不佳的主要原因。另一方面，现有理论未揭示水处理所需能量与相关参数间，以及水处理效果间的关系，而现装置中没有产生有效的水处理效果所需最低能量的数值，更缺少当水质硬度发生变化时应提供能量的变化函数及相关的数值。这是造成现有技术不能推广使用，特别是在大流量水处理时其基本上没有除垢阻垢效果的原因。

本发明的方法首先提供了随水质硬度变化和处理水量变化时能产生有效的水处理的最低能量的数值表达式，其次，本发明提供了实现的最佳方式和相应的装置。

本发明经多次实验得出了附图1的曲线表达。根据这一实验曲线，并为简化起见，本发明以近似的直线描述出水处理量和水质变化与达到有效水处理效果所需能量间的关系，即：

                N≥(50n+150)V

式中的N为进行有效水处理所需的电场功率，以瓦为单位；

n为被处理水硬度，以每升毫摩尔(mmol/l)为单位。

V为水处理流量，以每小时100立方米(100m³/h)为单位。

以上所给出的水处理所需能量的函数中的在实际的应用中，应使装置的供电功率不小于所给值，但也无需过大，如果功率过大会浪费能源。

虽然本发明给出了水处理所需的最小功率，但对于大流量水处理装置而言，由于高频功率器件有一定的限制，而且现阶段实现高频的大功率供电装置有相当的困难。为解决这一实际的问题，本发明采用将被处理液体被分为至少两个液体流，并这些液体流分别通过与液体流数量相等的相应高频电磁场，而相应的各高频电场的功率应当等于或稍大于Ni≥(50n+150)Vi，在这里Ni为第I个高频电磁场所需功率；Vi为通过第i个高频电场的水流量；n为被处理水的硬度。这样可以使每个高频电磁场的功率不至于过大，从而解决现有技术所无法解决的困难。

在本发明中最好将被处理的液体等分为数个液体流，并分别通过与液体流数量相等的相应等功率高频电场(这里的相等是指相当，而不是指完全相同，因为功率完全相同的供电装置实际上也是很难实现的)。这种结构可以简化装置的生产。

本发明的装置中包括：高频电源、馈电导线、高频电场水处理装置及附设的阀门、进出水管路、连接法兰组成，其中的高频电场水处理装置的内腔为圆形截面，本发明的进水管路与分流腔体连通，排水管与集流腔体连通，本发明的高频电场水处理装置由至少两个其内设置高频电极的水处理单元组成，各水处理单元所需高频电功率应当符合前述要求，分流腔体和集流腔体与各水处理单元间用连通管连通，各水处理单元中所设置的高频电极位于其截面中心且沿轴向设置。由于本发明设置有至少两个水处理单元，这样就可以用多个高频供电功率较小的水处理单元组合实现大流量水处理的要求，同时可以克服制造大功率高频供电电源的困难。

本发明的装置中各水处理单元为采用等体积、等电场强度和等功率的单元，可以使装置的生产更为容易，并易于标准化。

在本发明中，每个水处理单元上的各连通管按同一切向方向设置，连通各相应的高频电场水处理单元，这可以使进入各水处理单元的水流发生旋转，并流过水处理单元，增加水流流动的湍流，使水流在水处理单元中受到高频电磁场的充分作用，强化处理的效果。

如果在各水处理单元上的两个连通管至少有一个上设有关断阀门，可以用同一台装置适合不同用水量的场合，这对有不同用水量要求的用户将更为方便。另一方面当装置运行中，如发生一个水处理单元损坏时，可以用阀门关闭该单元，以保证经处理水的质量。

本发明具有如下优点：

1、解决了现有技术长期所没能解决的问题，为电子水处理设备提供了基础的参数；

2、可以实现大流量水的有效处理，并可以使装置具有良好的水处理效果；

3、相对来讲装置较为简单，同时可以解决现有技术中难以实现的高频大功率的困难；

4、对各水处理单元可以分别进行控制，使装置能适应用水量变化的情况，同时可以避免某个水处理单元发生损坏时影响水处理的效果。

附图说明

图1为水硬度与处理所需功率的实验曲线。

图2为本发明装置的主视图。

图3为本发明装置的俯视图。

图4为单个的水处理单元外形示意图，本图表现了连通管在水处理单元上同一切向方向连接的情况。

图5为水处理单元剖面示意图。

图中：1为水处理单元上封头，2为集流腔体出水口，3为集流腔体的出水口法兰，4为水处理单元，5为分流腔体进水口，6为分流腔体的进水口法兰，7为水处理单元进水连通管，8为分流腔体，9为水处理单元出水连通管，10为集流腔体，11为上封头的封头板，12为高频电极下绝缘座，13为高频电极，14为上绝缘子，15为发射电极引出接线端子，16为接线端子与高频电缆插座连接线，17为匹配网络，18为高频电缆插座，19为高频电缆插座支架，20为水处理单元的下封头板。

具体实施方式

本发明以下结合附图详细说明。

附图所示为本发明的四单元组合高频电子除垢阻垢装置，其中均省略了装置的供电部分。

图2和图3所示为本发明的基本结构，在分流腔体8与集流腔体10间设有水处理单元4，并用相应的连通管7将各水处理单元4与分流腔体8连通，用连通管将各水处理单元4与集流腔体10连通。其中每个水处理单元4上所设的各连通管7和9与水处理单元垂直，并沿同一切向方向设置，固定于水处理单元4上，即进水连通管7连接于水处理单元的一侧，而出水连通管9则连接于另一侧，这样可以使水流经单元体内时形成旋流，关于这一点可参见附图4。将各连通管沿水处理单元的同一切向设置可使进入水处理单元的水流旋转流动，使被处理水流在单元体内充分形成湍流，使水处理效果更好。本发明中分流腔体8的截面积应大于各进水连通管截面积之和。根据有关试验表明，当各水处理单元的直径为其上的进出水口(也就是连通管的管内径)直径的1.5～2.5倍时其效果最好，而各水处理单元的高度应根据所承担的水处理量确定，其高度应至少应保证当水流过水处理单元时，所通过的时间大于或等于1秒。

在本发明中，经绝缘处理的高频电磁场电极13并安装接线端子15后，用绝缘底座12和上绝缘子14封装于能量转换腔的轴线部位，用导线16连接接线端子15和同轴电缆插座18，同轴电缆插座18用支架19固定于上封头板11上。连接于同轴电缆内芯线和外层线端头的匹配网络17。整个装置的供电频率大于3MHz。

本发明装置的工作原理是：利用分流腔体上的进水口连接法兰6与被处理的水系统接通，被处理的水通过进水口5进入的分流腔体8内，再经分流腔体8上的各连通管7将被处理的水导入各水处理单元4，通过各水处理单元腔体内的电极所产生的高频电磁场作用，将水进行处理，再经各水处理单元4的出水口9将处理后的水导入集水腔体10，并经装置的出口法兰3连入用水系统中。

本发明的一个实施例是在酒钢集团的公司冶炼部的两台连铸机的冷却水系统各安装了1台本发明的装置，其实际所需的水处理量为400m³/h，当地水质硬度为硬度＞6mmol/L。该装置设四个水处理单元，每个水处理单元腔体内径为200mm，高度为960mm，水处理能力为100m³/h，供电功率为450W。在使用本发明前常因水质硬度的原因影响设备正常运转，换用本发明装置后运行一年多，未发生影响设备运转的情况，经检查管道内原有的结垢现象彻底消除。另：从本实施例中还可见，满足400m³/h水处理量要求所需的功率应大于或等于180,000W，但由于受器件等诸多因素的限制，实现如此功率的高频是很困难的。但在本实施例中，由于是将被处理液体分为四个等分在各自的水处理单元分别进行处理，这样每个水处理单元的供电功率仅为450W左右，实现其是较为容易的。

本发明的另一实施例是用于酒泉卫星发射中心某部队所管理的火电厂的设备冷却水系统(水的总硬度高达13mmol/L以上)，运行180多天后，该部出示的《在线使用报告》作出如下评价：“…由于水质碱性大，结垢问题经常发生，严重影响了设备的正常运行。在配用电子阻垢仪(即本发明的装置)后，通过6个月的运行，在对蒸汽取样冷却器，炉水取样器，风机冷却水管等设备检查时，原有水垢已明显脱落，设备内壁光滑，除垢效果明显，减轻了检修人员设备维护工作量，确保了系统运行的稳定”。

本发明的第三个实施例是将本发明用于与新疆吐哈油田某物业公司供气中心(当地水质硬度大于3mmol/L)，运行两年多，不仅节约了水的软化、运输、检修和清洗等费用，而且明显提高了系统的工作效率，延长了系统的使用寿命。与原先使用过的国内另一厂家生产的高频电子除垢阻垢装置其相对比，该设备使用时未观察到任何的除垢阻垢效果，且在水管弯头处、特别是热交换器内的结垢，使所剩空间明显减小。经使用本发明的装置后，不仅未结新的水垢，而且原先所结水垢明显脱落，并通过排污排出，检查发现水管弯头处和热交换器内的空间较使用本发明前明显增大。

Claims (3)

1、高频电子除垢阻垢的方法，使被处理液体通过高频电场，其特征是水处理的电功率不低于(50n+150)V，其中：n为被处理水的硬度，单位为mmol/l，V为水处理的流量，单位为100m³/h，电功率单位为瓦。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于被处理液体被分为至少两个液体流，并分别通过与液体流数量相等的相应高频电场。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于被处理液体被等分为至少两个液体流，并分别通过与液体流数量相等的相应等功率高频电场。

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