CN209797599U - 冰缸阻垢器 - Google Patents

Abstract

一种冰缸阻垢器，包括冰缸，冰缸上连接有金属水处理箱体，金属水处理箱体上设置有电磁波激励装置。本实用新型有益的效果是：通过不同频率的时变电磁场对水进行处理，在处理区形成离子电流叠加交变电磁场，成垢物质会被激发，直接在水中结合，生成钙镁盐类，呈悬浮粉末状结晶析出，随水流冲走，而不会在过饱和状态下于受热表面形成硬垢，从而达到阻垢的目的，与传统方法相比，具有高效、低能耗及环保的特点，卓越的阻垢性能，极大改善冰缸热交换，提高产酒率。

Description

冰缸阻垢器

技术领域

本实用新型涉及环保技术领域，尤其涉及一种冰缸阻垢器。

背景技术

在白酒生产中，必不可少白酒冷却器(冰缸)，采用冷却水对换热管进行热交换，从而使酒蒸汽冷却，凝结为白酒。

冰缸最常面临的就是结垢问题，通常1mm的碳酸钙硬垢会使热交换效率降低6％至8％，结垢严重影响产酒率。而且，结垢一旦形成，只能通过机械清除或酸性化学药剂清洗，缩短冰缸寿命。

目前市场的结垢解决办法仍以化学药剂法为主，其它物理法包括永磁法、电磁感应圈法、电解等。

化学药剂法主要缺点包括：多种水处理药剂的化学品被列为危险物质，需要经过培训的的专职人员进行操作，以应对化学品泄漏或是暴露事件；无法准确控制药剂添加量，常处于药剂不足或过量状态，影响处理效果；药剂本身进入循环水系统，会产生化学品积垢；可控制的循环水浓缩倍数低，大量排污造成水资源浪费；直接排入水体，造成水环境污染，破坏生态平衡，引起水体富营养化及灌溉农作物减产或死亡。

冰缸换热管一旦发生泄漏，化学药剂(除非是价格高昂的食品级化学药剂)混入，会影响产酒的品质和安全性。

在上述提到的物理处理法中，永磁和电磁感应线圈能起到一定程度的防垢效果，但没有将水质、流量、保有水量、浓缩倍数等参数纳入考量，通常仅依据管径和流速进行设计，致使防垢效果不稳定，且对一次过冷却水处理效果不佳。

电解法实质为电化学法，面临阳极损耗、阴极积垢等问题，运维成本高。

另外，冰缸冷却水系统还伴随腐蚀问题和微生物生长问题，上述提到的物理法均对防腐、杀菌、抑藻无效。

实用新型内容

本实用新型要解决上述现有技术存在的问题，提供一种冰缸阻垢器，能够达到阻垢的目的。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案：这种冰缸阻垢器，包括冰缸，冰缸上连接有金属水处理箱体，金属水处理箱体与冰缸之间连接有出水管道，金属水处理箱体上设置有电磁波激励装置，金属水处理箱体上连接有供水系统，供水系统通过进水管道与金属水处理箱体连接。

电磁波激励装置还包括电气控制箱箱体、电源模块、印刷电路板、数据采集系统、PLC、显示系统、远程监控系统，印刷电路板、数据采集系统、PLC、显示系统、远程监控系统均与电源模连接。

金属水处理箱体，包括至少一支杆式MMO发射器和水箱本体，杆式发射器安装在水箱本体上，水箱本体上端设置有一排气阀，另一侧设置有一补水箱进人孔，水箱本体顶部一侧设置有一水箱进水口，进水管插入距水箱本体底部30cm处，水箱本体上部一侧设置有出水口，水箱本体一侧装有玻璃液位计，水箱本体底部设置有一排污阀，水箱本体下端至少设置有一接收端。

金属水处理箱体与供水系统之间连接有通水管。

金属水处理箱体上设置有置入水中的发射端、与冷却塔金属水池导通的接收端，电磁波激励装置一极和置入水中的发射端相连，另一极和接收端相连。

本实用新型有益的效果是：本实用新型的冰缸阻垢器，通过不同频率的时变电磁场对水进行处理，在处理区形成离子电流叠加交变电磁场，成垢物质会被激发，直接在水中结合，生成钙镁盐类，呈悬浮粉末状结晶析出，随水流冲走，而不会在过饱和状态下于受热表面形成硬垢，从而达到阻垢的目的；同时，多数盐类的溶解度会上升，则已在系统中形成的盐类硬垢逐步溶回水中，进一步达到除垢的目的；同时，通过配备先进的显示及监控系统，实现智能化运行，无需专人值守，与传统方法相比，具有高效、低能耗及环保的特点，卓越的阻垢性能，极大改善冰缸热交换，提高产酒率。

附图说明

图1为本实用新型实施例冰缸阻垢器整体示意图；

图2为本实用新型实施例电磁波激励系统图电路模块框图；

图3本实用新型实施例印刷电路板内部电路框图；

图4为本实用新型实施例金属水箱的构造图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

参照附图：本实施例中的这种冰缸阻垢器，包括冰缸5，冰缸5上连接有金属水处理箱体7，金属水处理箱体7与冰缸5之间连接有出水管道4，金属水处理箱体7上设置有电磁波激励装置1，金属水处理箱体7上连接有供水系统10，供水系统10通过进水管道9与金属水处理箱体7连接。

电磁波激励装置1还包括电气控制箱箱体、电源模块20、印刷电路板19、数据采集系统17、PLC12、显示系统13、远程监控系统14，印刷电路板19、数据采集系统17、PLC12、显示系统13、远程监控系统14均与电源模20连接。

金属水处理箱体7，包括至少一支杆式MMO发射器29和水箱本体30，杆式发射器29安装在水箱本体30上，水箱本体30上端设置有一排气阀23，另一侧设置有一补水箱进人孔22，水箱本体30顶部一侧设置有一水箱进水口24，进水管26插入距水箱本体30底部30cm处，水箱本体30上部一侧设置有出水口21，水箱本体30一侧装有玻璃液位计25，水箱本体30底部设置有一排污阀28，水箱本体30下端至少设置有一接收端27。

金属水处理箱体7与供水系统10之间连接有通水管6。

金属水处理箱体7上设置有置入水中的发射端3、与冷却塔金属水池导通的接收端8，电磁波激励装置1一极和置入水中的发射端3相连，另一极和接收端8相连。

本实施例的冰缸阻垢器，对进入冰缸5的冷却水进行预处理，通过进水管道9与供水系统10相连，通过出水管道4与冰缸5相连。如图1所示，冰缸阻垢装置包括电磁波激励装置1和金属水处理箱体7，电磁波激励装置1固定于金属水处理箱体7一侧。所述电磁波激励装置1包括一极和置入水中的发射端3相连，一极和与冷却塔金属水池导通的接收端8相连，发射器3与接收器8之间形成用于对水进行处理的不同频率范围的时变电磁场，对受到电磁场作用的水进行处理。每组电磁波激励装置包括若干对发射端和接收端，发射端与接收端之间形成用于对水进行处理的不同频率范围的时变电磁场，对受到电磁场作用的水进行处理，激励水分子产生共振，增强水的内部能量，在冷却水中形成无附着性的碳酸钙文石/球霰石及在钢铁表面形成磁铁层，解决结垢和腐蚀问题。这种独特的离子电流脉冲波也可达到显著的微生物灭杀效果，控制细菌和藻类生长。

发射端置于冷却塔水箱中。材料为MMO阳极，MMO为钛基材涂覆金属氧化物，可涂覆物包括钌、铱、钛、铂等的金属氧化物。MMO发射器可为网状、板状和杆式。优选MMO发射器为杆式，杆径为6mm～20mm，可为空心或实心。

接收端为金属，通过焊接或螺栓与冷却塔金属水池连通。接收器材料为不锈钢、铁及铁合金、铜及铜合金、锌及锌合金等，需与金属水箱材料适合连接。

如图2所示，电磁波激励系统还包括电气控制箱箱体、电源模块20、印刷电路板19、数据采集系统17、PLC 12及显示系统13和远程监控系统14，所述电源模块20输出直流电压为5V至60V，形成所述电磁场的电磁波为正弦波、三角波或方波，电磁波的频率范围为100Hz～50000Hz，扫描频率为0.1Hz至100Hz，工作原理参照图2所示。直流电源模块20、PCB板19、数据采集及远程监控系统17固定于电控箱箱体的安装板上。直流电源模块20将220V的交流输入电压转换为5V至60V的直流电压，为PCB电路板19供电。PCB板19通过将直流电转变为一定频率范围的带有直流偏置分量的交变电流，输出端与发射端相连。交流电流互感器18采集的输出电流信号接至PLC 12，然后在显示屏13上显示，并可通过网关15进行远程监控。在图2中，标记15为网关，标记20为直流电源模块，标记19为PCB板，标记12为PLC，其中PLC为常规的控制器，例如型号为：松下的FP2-MCU(AFP2465)，标记13为显示屏，标记17为数据采集与远程控制系统，标记18为互感器，标记11、16为断路器，标记14为电脑。

参照图3所示，印刷电路板(PCB板)的工作原理为：直流电压经电源输入端子输入该逆变电路，一分两路。一路作为主电源，供电给逆变桥。一路作为辅助电路，降压稳压后给MCU控制单元供电，分别控制逆变桥的四个桥臂，从而使直流电压逆变为实际需要的交流电压输出到负载，正常输出时，运行指示灯被点亮。该电路具有智能过流保护电路，假如负载不匹配、负载连接线短路等等不正常现象导致输出电流过大时，过流检测电路立即输出过流信号给MCU控制单元，其中MCU控制单元的型号可以为ATMEGA8A-AU，MCU将立即停止输出，并尝试重新启动输出，如果多次启动失败，该电路将停止输出，直到重新上电复位，与此同时，输出运行指示灯被熄灭。保护功能不止过流保护，还有过温保护，假如环境温度过高，或者电路本身有异常时，导致MOS管温升过高，MCU通过温度传感器感受到温升异常，会自动降低输出脉冲的占空比，以阻止电路短路烧毁等更坏现象的发生。

参照图4所示，金属水处理箱体，其特征在于，包括至少一支杆式MMO发射器29和水箱箱体30，所述一支杆式发射器29安装在水箱本体30上，所述水箱本体上端设置有一排气阀23，另一侧设置有一补水箱进人孔22，所述水箱本体30顶部一侧设置有一水箱进水口24，进水管26插入距水箱底部约30cm处，所述水箱上部一侧设置有出水口21。所述水箱一侧装有玻璃液位计25，用于就地显示液位。所述水箱本体底部设置有一排污阀28，所述水箱本体30下端至少设置有一接收端27。在本实用新型中通过电磁波激励系统和水中发射器29及与水箱本体连通的接收器27，水中发射器29产生时变电磁波能将能量有效的赋予水，激励水分子及水中其它分子、离子产生共振，增强水的内部能量，水能够很好的响应这种波，此性能可以有效地控制冰缸常见的结垢问题。

金属水处理箱体7材质为不锈钢、铁及铁合金、铜及铜合金、锌及锌合金等。此水箱可为承压水箱和非承压水箱。

通常，经过本阻垢装置的水，在特定温度条件下，水中碳酸钙溶解度增加，达到防止结垢的效果。对于电磁波激励装置的精确防垢频率范围的选择，在实验条件下，通过测定经处理过的水可达到最大碳酸钙溶解度时的频率范围确定；在实际循环冷却水处理项目中，冷却水经浓缩后，通过连续测定水中可达到最大钙硬度时的频率范围确定，也就是说，根据对水中碳酸钙的溶解度进行测定，当溶解度达到峰值时，就是频率的最佳选择值。

此系统可提高水的内部能量，通过傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱及水表面张力测定，分析以得到水中分子振动、转动能量变化的信息，以较大波动(较大标准偏差)定量确定所处理水在特定条件下需要的处理时间；或者，通过前述方法测定，对输出电流、电压、波形、电磁波频率范围、扫描频率、两个频率或两个周期之间流逝的时间间隔或其任意组合进行优化设计。

LSI朗格利尔指数又称饱和指数，用以判断碳酸钙水垢在水中是否会析出。当LSI为正时，碳酸钙处于过饱和状态，水具有产生碳酸钙沉积的趋势；当LSI为0.5至2.0时，碳酸钙沉积规模形成但不具腐蚀性。案例项目表明，对于阻垢装置处理过的水，内部能量升高，碳酸钙溶解度增大，很多情况下，即使LSI大于2.0甚至3.0，也不具结垢趋势。

另外一种情况是，只要施加的电磁波能量足够大，会促使自然水体中的碳酸钙在发射端和接收端之间形成的处理区内直接析出，降低水中碳酸钙浓度。此种方法可用于对高硬度补充水进行预处理，尤其对于总硬度大于300m_g/L甚至450m_g/L的硬水和高硬水。

一个电磁波激励装置可以耦合一对、两对或多对发射器和接收器。优选电磁波激励装置的电源模块输出电流为5A至100A，所耦合单对电磁波发射器和接收器的优选有效输出电流为0.5A至20A。在电磁波激励装置输出电压恒定的情况下，发射器所载电流主要受水体电导率、发射器MMO表面积及与金属水箱壁之间的间距影响，可通过调整节前述设置调节输出电流及电磁波强度，达到预期处理效果。通常，单对发射/接收器的更优选输出电流范围为1.0A～10A。

冰缸阻垢器适用于一次过冷却水系统和循环冷却水系统，处理过的水，内部能量提升。通过FTIR检测，经处理过的水的内部能量衰减周期长达数十小时，甚至数天。因而，同等运行工况下，用于循环冷却水系统的所需电磁波能量远低于一次过冷却水系统的所需电磁波能量。

电磁波激励装置输出电压调节可通过手动或PLC控制调节直流电源模块输出电压实现。特频电磁波激励装置输出电流调节可通过使用限流直流电源模块和PLC控制调节实现。

冰缸冷却水系统所包含金属水箱、冰缸及金属管路亦面临腐蚀问题。所述电磁波具有DC偏置电压分量，可对金属水箱内壁水下部分施加定向外加电流，使其成为阴极，抑制金属腐蚀发生的电子迁移。因而本装置可解决被保护金属更为复杂的腐蚀问题，包括点蚀和缝隙腐蚀，以及异金属腐蚀。对于金属水箱及管路系统腐蚀防护，具有传统阴极保护法无法实现的功能，能够克服干扰和杂散电流腐蚀。依据水下钢结构防腐蚀的常规标准，最低保护电位为-800mV(A_g/A_gCl作为参比电极)，因而DC偏置电压的设定要确保接收器连接的金属水箱壁电位低于最低保护电位。在一些情况下，也会使用其它类型的参比电极来代替A_g/A_gCl电极，例如使用更为坚固耐用且维护简易的锌电极。锌参比电极的标准约为250mV。对于锌参比电极，建议控制范围为-150mV至250mV。

显示及控制系统包括数据采集系统、PLC、交换机、HMI显示系统、网关及远程监控系统。

PLC可对电磁波激励装置中的电源模块输出直流电压进行调节，从而调整输出电流在控制限值范围内。

HMI友好人机界面全电脑控制，可以实现无人值守；直观的用户操作面板，多窗口参数显示；图形化符号按键和显示；通过菜单和快捷键，可以进行控制参数调整和设定；可以切换完全手动功能。

运行数据和故障记录可下载、打印。

通讯功能：配备标准RS485通讯接口，支持本地网络通讯，支持固定电话网络通讯，支持GSM移动网络通讯。

故障处理功能：根据故障级别，自动采取声光报警、监控系统报警、手机短信报警、切断供电保护；自动判别故障，指示故障类别；自动故障记录；黑匣子功能，致命故障自动记录现场状态和所有数据，提供分析数据。

支持连接群控设备，远程协调监控机组、水泵、冷却塔的运行。

楼宇控制和联网功能：支持楼宇控制系统连接；支持联网功能，支持多种网络协议；可以实现与Johnson、Honeywell和Siemens Steata等楼宇控制系统连接；支持多种BMSDDC系统；通过Interface实现与各种工控设备和监控系统连接。

本实用新型的阻垢工作原理是运用电磁波直接对水进行处理，在处理区形成离子电流叠加交变电磁场。在此电磁场的作用下，成垢物质(主要包括Ca²⁺、Mg²⁺、HCO^3-、SO₄ ^2-)会被激发，直接在水中结合，生成钙镁盐类，呈悬浮粉末状结晶析出，随水流冲走，如可以通过排污阀进行排出，而不会在过饱和状态下于受热表面形成硬垢，从而达到阻垢的目的。

同时，在特频电磁波电磁场的作用下，多数盐类的溶解度会上升，不仅降低成垢物质的结垢风险，已在系统中形成的盐类硬垢逐步溶回水中，进一步达到除垢的目的。

另外，水中部分极易溶解的钾盐、钠盐也会由于协同作用，包裹在难溶、微溶钙镁盐类结晶中一同析出，从而降低水中盐分，提高循环冷却水的利用率。如在循环冷却水系统中再配以30微米～100微米的过滤装置,则会达到更佳的节水效果。

本实用新型的防腐蚀原理：当水流经过电磁场处理区域时，内部能量增加，会使沉浸于水下或管道内壁的钢铁表面已形成的松散锈层结痂硬化，同时在锈层下形成四氧化三铁(Fe₃O₄)保护层，此保护层致密稳定，类似镀膜，保护系统免于进一步腐蚀。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)测定，所生成四氧化三铁(Fe₃O₄)保护层的通常厚度仅约30～50微米。此磁铁保护层是一种活性层，可再生，亦可自行修复。只要特定频率范围的电磁波对其表面进行直接刺激激励或经过本水系统处理的水不断流经其表面。此磁铁保护层具有极佳的导电、导热，不耗材的特性，且可避免杂散电流腐蚀。

同时，循环水系统中铜材表面形成的氧化亚铜(Cu₂O)保护层及不锈钢材表面形成的三氧化二铬(Cr₂O₃)保护层也会更加致密，进一步缓解腐蚀。

本装置接收端与金属水箱导通，作为水下钢结构，处于保护电位，受到阴极保护和四氧化三铁(Fe₃O₄)保护层生成的双重腐蚀保护。

对于循环冷却水系统，由于冷却水运行温度为35摄氏度至55摄氏度，是细菌生长的理想温度范围。细菌滋生不仅恶化水质，促生微生物粘膜，阻碍热交换，也会加速腐蚀。生物膜对热交换的阻碍力是碳酸钙硬垢的的4～5倍，从而导致产酒率大幅下降。由于生产车间冰缸内冷却水为开放式，如果不进行有效灭菌处理，会散发出难闻气味，影响运行环境及人员健康。

本实用新型的抑菌原理：细菌的新陈代谢是通过电子链传递，而本水处理装置产生的离子电流叠加交变电磁场能够干扰这种电子链传递，继而影响细菌的新陈代谢。

与DNA双螺旋结构连接的弱氢键也会受到这种处理的干扰，抑制DNA复制及细胞分裂，从而控制细菌增长及繁殖。

经装置处理的循环水冷却水中总菌数限值低于10000cfu/mL；对于多数项目，稳定运行后，冷却水中总菌数值仅约1000cfu/mL。

很多情况下，蓄积生物垢层的管道及池壁还会导致其它微生物的滋生，而本水处理系统能够极大的缓解或彻底清除物生物粘膜，清理管道及水池内壁，并不会造成二次污染。

本装置对嗜肺军团菌的控制亦有效。

对于循环冷却水系统，位于室外的冷却塔或散热水池由于受到阳光照射，亦会有藻类问题。在处理区范围内的藻类也会受到影响，叶绿素被破坏，无法进行正常的光合作用，直至枯亡。

本装置对水的处理具有很强的剩余效应，意味着处理后的水在经过数十小时或几天的贮存后，细菌总数和藻类叶绿素指标不增反降。

由于未含任何化学药剂，经本装置处理过的水可以直接作为清洁和绿化用水，或直接达标纳入清水/雨水管网。由于处理过的水能量升高，溶解性能增强，能更好的携带养分供给植物，因而能促进所浇灌植物生长。

此装置还可用于河水藻类治理。测试表明，经处理过的水与其它水体混合时，不会助长其它细菌和藻类的进一步生长。

由于此装置系统采用变频电磁波，微生物无法及时产生类似化学法处理中的抗药性，因而灭杀效果不会随时间衰减。

本系统发射的电磁波及离子电流强度不受水体透明度影响，因而水体浊度不会影响处理效能。

依据贵州国威酒业冰缸案例，循环冷却水系统，进入冰缸前的冷却水钙硬度高达400至500m_g/L，以往1至2个月，碳酸钙硬垢就会明显沉积。2017年9月安装阻垢装置，安装后，垢层不再加厚，运行约2个月后，原有垢层开始逐步脱落。

本实用新型实施例的特点是：通过不同频率的时变电磁场对水进行处理，在处理区形成离子电流叠加交变电磁场，成垢物质会被激发，直接在水中结合，生成钙镁盐类，呈悬浮粉末状结晶析出，随水流冲走，而不会在过饱和状态下于受热表面形成硬垢，从而达到阻垢的目的；同时，多数盐类的溶解度会上升，则已在系统中形成的盐类硬垢逐步溶回水中，进一步达到除垢的目的；同时，通过配备先进的显示及监控系统，实现智能化运行，无需专人值守，与传统方法相比，具有高效、低能耗及环保的特点，卓越的阻垢性能，极大改善冰缸热交换，提高产酒率。

虽然本实用新型已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本专业普通技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化。

Claims (5)

1.一种冰缸阻垢器，其特征在于：包括冰缸(5)，所述冰缸(5)上连接有金属水处理箱体(7)，所述金属水处理箱体(7)与冰缸(5)之间连接有出水管道(4)，所述金属水处理箱体(7)上设置有电磁波激励装置(1)，所述金属水处理箱体(7)上连接有供水系统(10)，所述供水系统(10)通过进水管道(9)与金属水处理箱体(7)连接。

2.根据权利要求1所述的冰缸阻垢器，其特征在于：所述电磁波激励装置(1)还包括电气控制箱箱体、电源模块(20)、印刷电路板(19)、数据采集系统(17)、PLC(12)、显示系统(13)、远程监控系统(14)，所述印刷电路板(19)、数据采集系统(17)、PLC(12)、显示系统(13)、远程监控系统(14)均与电源模块(20)连接。

3.根据权利要求1所述的冰缸阻垢器，其特征在于：所述金属水处理箱体(7)，包括至少一支杆式MMO发射器(29)和水箱本体(30)，所述杆式发射器(29)安装在水箱本体(30)上，所述水箱本体(30)上端设置有一排气阀(23)，另一侧设置有一补水箱进人孔(22)，所述水箱本体(30)顶部一侧设置有一水箱进水口(24)，进水管(26)插入距水箱本体(30)底部30cm处，所述水箱本体(30)上部一侧设置有出水口(21)，所述水箱本体(30)一侧装有玻璃液位计(25)，所述水箱本体(30)底部设置有一排污阀(28)，所述水箱本体(30)下端至少设置有一接收端(27)。

4.根据权利要求1所述的冰缸阻垢器，其特征在于：所述金属水处理箱体(7)与供水系统(10)之间连接有通水管(6)。

5.根据权利要求1所述的冰缸阻垢器，其特征在于：所述金属水处理箱体(7)上设置有置入水中的发射端(3)、与冷却塔金属水池导通的接收端(8)，所述电磁波激励装置(1)一极和置入水中的发射端(3)相连，另一极和接收端(8)相连。