CN205367832U - 一种静电场变频直流脉冲电磁场流体处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种静电场变频直流脉冲电磁场流体处理系统，包括供电装置、电磁脉冲发生器和电磁换能器；供电装置与电磁脉冲发生器连接，以对电磁脉冲发生器进行供电；电磁脉冲发生器包括依次连接的外部连接端口、脉冲发生电路，以及，一个或多个直流输出脉冲端；电磁换能器包括流体金属管和一组或多组电线绕组线圈；电线绕组线圈分别缠绕于流体金属管上；流体金属管设有流体金属管壁；所述直流输出脉冲端与所述电线绕组线圈一一对应连接。本实用新型实现在静电环境下低碳环保的高效、便捷、低功耗全功能流体处理，适用于静电场中有关杀虫灭菌、灭藻去污、除垢、防垢和抗氧化等高效流体处理。

Description

一种静电场变频直流脉冲电磁场流体处理系统

技术领域

本实用新型涉及电磁场技术领域，尤其涉及一种静电场变频直流脉冲电磁场流体处理系统。

背景技术

电磁场是有内在联系、相互依存的电场和磁场的统一体和总称。随时间变化的电场产生磁场，随时间变化的磁场产生电场，两者互为因果，形成电磁场。电磁波频率低时，主要借由有形的导电体才能传递。其中，高频率电磁波可以在自由空间内传递，也可以束缚在有形的导电体内传递。高频率电磁波在自由空间内传递的原因是：在高频率的电振荡中，磁电互变甚快，能量不可能全部返回原振荡电路，于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去，不需要介质也能向外传递能量，这就是一种电磁辐射。

由于直流电流产生恒定磁场和恒定电场(含静电场)，电磁场源于电场中的电荷，因此电磁场存在及感应强度，可以反映周边电场的存在和强度。对于静电场，导体外表在一定的电场方向上分布着电荷。而现有配电网的换流站是超高压直流输送转换站，其主控室附近一定存在工频电场和工频磁场，同时存在一个较强背景静电场。

经测试统计，现有的常用流体处理中的冷却塔通常处于一个静电场中。受静电场的影响，冷却塔中的换热管上均分布有电荷。换热管上的电荷会吸附水中的Ca2+，Mg2+，SI4+等离子而形成结垢，因此，常规的水质控制方法，无法有效解决换流站内冷却塔的结垢问题。而在流体使用安全方面(如用水安全)，在地表水体普遍受到污染的情况下，水源容易滋生红虫、细菌、藻类等物质，这对水质安全构成了严重的影响。传统方法通常采用化学氧化剂进行水处理存在多种缺点，包括增加消毒副产物，二次污染，除菌有效率低和不能同时处理多种微生物等。

而随着人们对超声波的不断了解，超声波技术在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波是一种频率高于2千赫兹的声波，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。例如，在水处理过程中，可以通过超声波杀死微生物体，从而实现杀菌、除垢等目的。但是，现有的超声波设备的频率往往是固定的，单一的固定频率工作的超声波清洗设备只能针对特定污染源、特定的污染物进行处理，无法进行全面有效的水处理，这无疑为人们的用水安全落下了很大的安全隐患。

现有的各种电磁场处理技术和超声波处理技术及现行的实施方法各有其优缺点及一定的适用范围，很难做到在低功耗、免维护、易安装、高效率、时效长和功能全这六方面全面兼顾。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种静电场变频直流脉冲电磁场流体处理系统，实现在静电场下低碳环保的高效、便捷、低功耗全功能流体处理，适用于静电场中有关杀虫灭菌、灭藻去污、除垢、防垢和抗氧化等高效流体处理。

为解决以上技术问题，本实用新型实施例提供一种静电场变频直流脉冲电磁场流体处理系统，包括供电装置、电磁脉冲发生器和电磁换能器；

所述供电装置与所述电磁脉冲发生器连接，以对所述电磁脉冲发生器进行供电；所述电磁脉冲发生器包括依次连接的外部连接端口、脉冲发生电路，以及，一个或多个直流输出脉冲端；

所述电磁换能器包括流体金属管和一组或多组电线绕组线圈；所述电线绕组线圈分别缠绕于所述流体金属管上；所述流体金属管设有流体金属管壁；所述直流输出脉冲端与所述电线绕组线圈一一对应连接；

所述电磁脉冲发生器还包括：与所述脉冲发生电路连接的功率调节电路；

所述脉冲发生电路还包括可编程微处理器、脉冲频率调制电路，以及，内置有开关管的驱动电路；

所述可编程微处理器的输入端与用于获取变频直流脉冲信息的外部连接端口连接；所述脉冲频率调制电路的输入端与所述可编程微处理器的输出端连接，所述脉冲频率调制电路的输出端与所述驱动电路的输入端连接。

优选地，所述电磁脉冲发生器包括第一直流输出脉冲端和第二直流输出脉冲端；所述电磁换能器包括第一电线绕组线圈和第二电线绕组线圈；所述第一直流输出脉冲端与所述第一电线绕组线圈连接；所述第二直流输出脉冲端与所述第二电线绕组线圈连接。

进一步地，所述脉冲发生电路还包括脉冲放大电路、数模转换电路；所述脉冲放大电路的输入端与所述驱动电路的输出端连接；所述脉冲放大电路的输出端与所述数模转换电路的输入端连接。

优选地，所述外部连接端口为USB接口。

优选地，所述供电装置包括数字电源和模拟电源；所述数字电源与所述驱动电路、数模转换电路、可编程微处理器和脉冲频率调制电路分别连接；所述模拟电源与所述功率调节电路连接。

优选地，所述可编程微处理器内设有用于产生PWM(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制)波，并根据变频直流脉冲信息调节所述PWM波频率的脉宽控制芯片。

进一步地，所述脉冲发生电路还包括与所述可编程微处理器连接的脉冲强度调节电路。

再进一步地，所述静电场变频直流脉冲电磁场流体处理系统还包括：与所述脉冲发生电路和所述功率调节电路分别连接的工作显示板。

本实用新型实施例提供的静电场变频直流脉冲电磁场流体处理系统，设备安装完成接通电源后，即可在饮用水、循环水、燃油及冷媒等各种流体处理行业应用。由于可以避免流体与电磁脉冲发生器的直接接触，有效避免对流体的二次污染和降低设备的维护难度与维护成本，即本实用新型实现了流体处理中的杀菌灭藻、防垢除垢和防锈除锈，燃油预处理的节油功能等功能，提高了冷媒的热交换效率和系统运行效率，本实用新型实现了一种在静电环境下的高效、便捷、环保、低功耗的类超声波频段静电场变频直流脉冲电磁场流体处理系统，降低了设备及管道的维护成本，提高系统运行效率，节约能源，绿色环保。

附图说明

图1是本实用新型提供的静电场变频直流脉冲电磁场流体处理系统的一个实施例的结构示意图。

图2是本实用新型提供的脉冲发生电路的一种可实现方式的结构示意图。

图3是本实用新型提供的脉冲发生电路的又一种可实现方式的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图1，是本实用新型提供的静电场变频直流脉冲电磁场流体处理系统的一个实施例的结构示意图。

所述的静电场变频直流脉冲电磁场流体处理系统主要包括供电装置10、电磁脉冲发生器20和电磁换能器30。

所述供电装置10与所述电磁脉冲发生器30连接，以对所述电磁脉冲发生器20进行供电；具体地，供电装置10可以为标准220V交流电源。

所述电磁脉冲发生器20包括依次连接的外部连接端口201、脉冲发生电路202，以及，一个或多个直流输出脉冲端；其中，所述外部连接端口201优选为USB接口，并且，所述电磁脉冲发生器20包括第一直流输出脉冲端203和第二直流输出脉冲端204。

所述电磁换能器30包括流体金属管301和一组或多组电线绕组线圈；优选地，所述电磁换能器30包括第一电线绕组线圈302和第二电线绕组线圈303；并且，所述第一直流输出脉冲端203与所述第一电线绕组线圈302连接；所述第二直流输出脉冲端204与所述第二电线绕组线圈连接303。

所述电线绕组线圈(包括第一电线绕组线圈302和第二电线绕组线圈303)分别缠绕于所述流体金属管301上；所述流体金属管301设有流体金属管壁3011，流体金属管301内部为流通相应的流体的腔体3012；所述直流输出脉冲端与所述电线绕组线圈一一对应连接，直流输出脉冲端的数量与电线绕组线圈的数量对应相同，用于将所述模拟变频直流脉冲信号传输至电线绕组线圈上。电线绕组线圈用于根据模拟变频直流脉冲信号的频率变化，产生电磁感应，获得电磁能；通过控制通过所述电磁能直接作用于所述流体金属管壁2011与所述流体金属管301中的流体之间，产生类超声波频段变频直流脉冲电磁场。

具体实施时，第一电线绕组线圈302和第二电线绕组线圈303形成共鸣线圈，能在流体金属管壁3011与金属管道内部腔体3012中的流体之间构成类超声波频段变频直流脉冲电磁场的实际作用区域，电磁场产生的磁力线与金属管道内部腔体3012中的流体垂直切割，促使流体发生化学变化，将电磁能转换为化学能和流体内能。优选地，所述第一电线绕组线圈302和第二电线绕组线圈303的缠绕匣数相同，缠绕方向相同。类超声波频段变频直流脉冲信号通过所述第一电线绕组线圈302和第二电线绕组线圈303时转换为电磁波和超声波，由于第一电线绕组线圈302和第二电线绕组线圈303缠绕的匣数相同且缠绕方向相同，因而产生互感作用，大大加强了电磁波和超声波的转换效率。

优选地，该模拟变频直流脉冲信号可产生的电磁场频率范围为800Hz～60KHz。具体地，所述变频直流脉冲电磁场的低频频率范围可为800Hz～1KHz；变频直流脉冲电磁场的高频频率范围可为12KHz～60KHz，从而可以利用频率可变的电磁场对流体处理中的不同物质(如各种微生物)进行处理。具体地，所述模拟变频直流脉冲信号在所述电线绕组线圈处还发生电声转换，获得类超声波频段的声能。当电磁场频率范围超出20KHz时，电线绕组线圈即可产生超声波，即获得类超声波频段的声能。将待处理流体持续通入至所述流体金属管301中，使所述电磁能和所述声能直接作用于流经所述流体金属管301的待处理流体，将所述电磁能和声能转化为所述待处理流体的化学能和内能，实现对流体的处理。

参看图2，是本实用新型提供的脉冲发生电路的一种可实现方式的结构示意图。

在一种可实现的方式中，所述脉冲发生电路202还包括可编程微处理器2021、脉冲频率调制电路2022以及，内置有开关管的驱动电路2023；

所述可编程微处理器2021的输入端与用于获取变频直流脉冲信息的外部连接端口201连接；所述脉冲频率调制电路2022的输入端与所述可编程微处理器2021的输出端连接，所述脉冲频率调制电路2022的输出端与所述驱动电路2023的输入端连接。驱动电路2023主要用于在脉冲频率调制电路2022的控制下，驱动所述开关管根据PWM(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制)变频调制信号的占空比执行打开或关闭操作，以产生数字变频直流脉冲信号。

进一步地，所述脉冲发生电路202还包括脉冲放大电路2024、数模转换电路2025。所述脉冲放大电路2024的输入端与所述驱动电路2023的输出端连接；所述脉冲放大电路2024的输出端与所述数模转换电路2025的输入端连接。脉冲放大电路2024主要用于对数字变频直流脉冲信号进行放大调节，使流体得到足够大功率的电磁波和超声波影响，保证流体处理效果。数模转换电路2025主要用于将放大调节后的数字变频直流脉冲信号进行数模转换，获得所述模拟变频直流脉冲信号。

参看图3，是本实用新型提供的脉冲发生电路的又一种可实现方式的结构示意图。

进一步地，所述电磁脉冲发生器20还包括：与所述脉冲发生电路202连接的功率调节电路205。具体实施时，由于脉冲发生电路202内部设计主要为数字电路，所述脉冲放大电路2024作为模拟电路优选独立于脉冲发生电路202而内置在所述功率调节电路205中。优选地，将各种数字电路集成在一个数字电路板上；脉冲放大电路2024作为模拟电路而独立集成在功率调节电路205上，其优点为：一方面，可以避免模拟电路中的脉冲放大电路与数字电路中的各种元件产出相互干扰，从而影响所述变频直流脉冲除垢器的性能；另一方面，还可以避免数字变频直流脉冲信号与模拟变频直流脉冲信号之间的相互干扰。

相应地，所述供电装置10包括数字电源101和模拟电源102。

所述数字电源101与所述驱动电路2023、数模转换电路2025、可编程微处理器2021和脉冲频率调制电路2022分别连接；所述模拟电源102与所述功率调节电路205连接。在流体处理技术领域中，由于需要将脉冲信号应用至电磁场的电感元件中以产生变频电磁场，因此需要获取模拟的变频直流脉冲信号而非数字的变频直流脉冲信号。模拟变频直流脉冲信号可以直接作用于电磁换能器；根据模拟变频直流脉冲信号的频率变化，所述电磁换能器30根据电磁感应原理即可产生变频直流脉冲电磁场，从而实现通过所述变频直流脉冲电磁场对流经所述电磁换能器30中的流体进行相应的处理。

优选地，所述可编程微处理器2021内设有用于产生PWM波，并根据变频直流脉冲信息调节所述PWM波频率的脉宽控制芯片，以提高脉冲发生电路202的集成度，优化电路设计，减少占用空间。

进一步地，所述脉冲发生电路202还包括与所述可编程微处理器2021连接的脉冲强度调节电路2026。

脉冲强度调节电路2026主要用于对变频直流脉冲的电压信号强度进行调节。具体实施时，所述脉冲强度调节电路2026输出的脉冲信号强度范围优选为12V～96V。需要说明的是，本实施例提供的脉冲强度调节电路2026可以根据用户需求产生不限于上述强度范围的其他脉冲信号，如0.5V～0.6V、1V～2V、或9.5V～10V等。本领域技术人员可以根据实际应用场合对脉冲信号强度进行调节。因此，本实用新型实施例不仅可以通过脉冲放大电路2024进行功率调节，还可以通过脉冲强度调节电路2026实现对电磁脉冲信号的电压强度调节，实现在极低功率(如100瓦左右)下低碳环保的全功能、长效流体处理。

进一步地，所述的静电场变频直流脉冲电磁场流体处理系统还包括：与所述脉冲发生电路202和所述功率调节电路205分别连接的工作显示板。

在杀菌、灭藻方面，电磁感应对生物作用的机理主要是共振效应、非热效应和累积效应以及磁化水作用和磁记忆机理等。其中，共振效应是指本实施例产生的变频直流脉冲电磁场中的部分频率与微生物、藻物等的细胞频率相近，从而使随水流过管道的微生物出现细胞膜的共振，导致微生物细胞膜振破死亡；非热效应的机理是指由于生物器官和组织部存在微弱的电磁场，并且它们是稳定和有序的，一旦受到外界电磁波的干扰，处于平衡状态的微弱电磁场即遭到破坏，其正常循环机能会遭受破坏，因而可以采用处于超声波频段的电磁脉冲信号对流体中的部分微生物进行杀灭；而累积效应主要是指非热效应作用于生物体后，机体伤害尚未来得及自我修复之前再次受到不同频率电磁波辐射的话，其伤害程度就会发生累积，久之会成为永久性病态或危及生存。因此，微生物、细菌、红虫、藻物在本实施例产生的超声波频段变频直流脉冲电磁场的作用下，产生非热效应使其正常循环机能会遭受破坏，再加上累积效应使其伤害程度就会发生累积，从而达到去除微生物、红虫，杀菌灭藻的目的。

此外，本实施例还可以利用磁化水的作用和磁记忆机理，当流体流经线圈形成的磁场时，流体将会与磁场磁力线形成切剖，改变了水分子间的氢键，水的大分子团结构被打破，形成小分子团水；同时水分子氢角的改变会形成新的水分子簇，这些水分子簇因氢角方向性问题无法形成紧密堆积，只能形成一定结构的短链，而由于小水分子簇结构的团水更容易被藻类、红虫、微生物等过量吸收而造成生物细胞水肿死亡，因此达到去除微生物、红虫，杀菌灭藻的目的。而且，在不同作用频率的影响下，会产生不同结构和长短的水分子链，这种水分子链具有一定的记忆时间，一般在水中可保持十几分钟到120小时的记忆时间。因此，在一段时间内的变频电磁波作用下，即使功率很小，微生群体、红虫、藻类也无法生长，从而达到抑制和杀灭的功效。因此，本实用新型实施例提高的可编程(变频)的电磁脉冲发生器的用途非常广泛，且环保效率高。

在防垢、除垢方面(以水处理为例)，换流站冷却塔受静电场影响在换热管上均分布有电荷，该电荷吸附水中的Ca2+、Mg2+、SI4+等离子后形成结垢。而由于水中离子受静电场影响会加速结垢，常规的水质控制方法，无法有效解决换流站内冷却塔的结垢问题。因此去除补水中的引起结垢的各类离子，是防止快速结垢的最有效方案。当应用本实施例提供的技术方案时，流经线圈形成的磁场的流体(水)将会与磁场磁力线形成切剖，改变了水分子间的氢键，水的大分子团结构被打破，形成小分子簇，同时游离出H+、OH-、O-等离子，经过电磁场的水流由于感应会产生许多电荷，其中负离子OH-、O-为强氧化离子，可与Ca2+、Mg2+、SI4+等正离子发生化学反应，水中分布的正电荷中和了金属管壁上的负电荷，防止了水中钙镁离子的吸附，从而破坏静电场中的结垢过程。

综上所述，本实用新型实施例提供的静电场变频直流脉冲电磁场流体处理方法进行杀菌、灭藻和防垢、除垢的作用机理主要包括：

(1)、通过产生与流体(以水处理为例)中各分子相近似的频率，通过频率共振产生扰流，破坏结垢和微生物生存环境，起到杀菌灭藻等作用；金属导管中的流体通过所述变频直流脉冲电磁场，当微生物体细胞频率与所述模拟变频直流脉冲信号的频率相接近，可以使微生物体的细胞膜产生共振，导致细胞膜破裂而微生物体死亡；同时，微生物体的器官及组织存在微弱的电磁场，变频直流脉冲电磁场作用于微生物的微弱电磁场时可使该微弱电磁场遭到破坏，从而导致所述微生物体的正常循环机能会遭到破坏而死亡；而频率共振同样可以破坏结垢的结构，从而起到防垢除垢的目的；

(2)、水流过金属管道中的电磁场被磁力线形成切割，处理前的水在自然界中以大分子团方式存在，经磁场打散后，变成短分子链，从而提升流体水的溶解度，达到溶垢、抑垢的效果；

(3)、水流过金属管道中的电磁场，因水分子团被打断，会产生出O-、OH-等强氧化物，具有杀菌、灭藻、除垢效果；

(4)、水经过电磁场会感应出相应的电场，使水中充满电荷，与金属管道中的电子形成动平衡，阻止原电池原理的形成，从而减缓金属管道的腐蚀。

本实用新型利用处于类超声波频段的模拟变频直流脉冲信号直接作用于电磁换能器上，利用电磁转换原理并结合类超声波频段电磁波变频技术，可以使得电磁换能器根据模拟变频直流脉冲信号的频率变化而产生变频直流脉冲电磁场，当该变频直流脉冲电磁场作用于流经所述电磁换能器中的流体，流体将发生相应的能量转换，将电磁能或声能转换为流体的化学能和内能等，从而通过所述变频直流脉冲电磁场对流体进行相应的处理。设备安装完成接通电源后，即可在饮用水、循环水、燃油及冷媒等各种流体处理行业应用，可持续高效地杀虫杀菌、灭藻去污、除垢、防垢和抗氧化，使用寿命长，可减少化学药剂，降低二次污染、绿色环保，实现在静电环境下的低碳环保的高效、便捷、低功耗全功能流体处理。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种静电场变频直流脉冲电磁场流体处理系统，其特征在于，包括供电装置、电磁脉冲发生器和电磁换能器；

所述供电装置与所述电磁脉冲发生器连接，以对所述电磁脉冲发生器进行供电；所述电磁脉冲发生器包括依次连接的外部连接端口、脉冲发生电路，以及，一个或多个直流输出脉冲端；

所述电磁换能器包括流体金属管和一组或多组电线绕组线圈；所述电线绕组线圈分别缠绕于所述流体金属管上；所述流体金属管设有流体金属管壁；所述直流输出脉冲端与所述电线绕组线圈一一对应连接；

所述电磁脉冲发生器还包括：与所述脉冲发生电路连接的功率调节电路；

所述脉冲发生电路还包括可编程微处理器、脉冲频率调制电路，以及，内置有开关管的驱动电路；

所述可编程微处理器的输入端与用于获取变频直流脉冲信息的外部连接端口连接；所述脉冲频率调制电路的输入端与所述可编程微处理器的输出端连接，所述脉冲频率调制电路的输出端与所述驱动电路的输入端连接。

2.如权利要求1所述的静电场变频直流脉冲电磁场流体处理系统，其特征在于，所述电磁脉冲发生器包括第一直流输出脉冲端和第二直流输出脉冲端；所述电磁换能器包括第一电线绕组线圈和第二电线绕组线圈；所述第一直流输出脉冲端与所述第一电线绕组线圈连接；所述第二直流输出脉冲端与所述第二电线绕组线圈连接。

3.如权利要求1所述的静电场变频直流脉冲电磁场流体处理系统，其特征在于，所述脉冲发生电路还包括脉冲放大电路、数模转换电路；

所述脉冲放大电路的输入端与所述驱动电路的输出端连接；所述脉冲放大电路的输出端与所述数模转换电路的输入端连接。

4.如权利要求1所述的静电场变频直流脉冲电磁场流体处理系统，其特征在于，所述外部连接端口为USB接口。

5.如权利要求3所述的静电场变频直流脉冲电磁场流体处理系统，所述供电装置包括数字电源和模拟电源；

所述数字电源与所述驱动电路、数模转换电路、可编程微处理器和脉冲频率调制电路分别连接；所述模拟电源与所述功率调节电路连接。

6.如权利要求5所述的静电场变频直流脉冲电磁场流体处理系统，其特征在于，所述可编程微处理器内设有用于产生PWM波，并根据变频直流脉冲信息调节所述PWM波频率的脉宽控制芯片。

7.如权利要求5所述的静电场变频直流脉冲电磁场流体处理系统，其特征在于，所述脉冲发生电路还包括与所述可编程微处理器连接的脉冲强度调节电路。

8.如权利要求5所述的静电场变频直流脉冲电磁场流体处理系统，其特征在于，还包括：与所述脉冲发生电路和所述功率调节电路分别连接的工作显示板。