CN2704581Y - 一种液体阻垢器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种阻垢器，涉及水处理领域。其包括缠绕于液体管道上的线圈和供能单元。阻垢器还包括感应器，供能单元中设置有电源、中央处理器、计时单元、励磁信号调控单元。感应器将信号输入进中央处理器，并经处理或输入信号，给出调节信号给励磁信号调控单元，并输出信号给线圈。本实用新型阻垢器根据液体动态情况，及时调节励磁信号，使液体始终处于有效磁场内，起到良好的阻垢、除垢效果。本实用新型阻垢器可用于包括管道以及民用、工业和商业用水设备的水垢处理。本实用新型阻垢器处理的液体包括但不限于各种的水、油、汽油、柴油、含酒精和不含酒精的饮料以及其它含化学成分的液体。

Description

一种液体阻垢器

技术领域

本实用新型涉及一种液体处理设备，进一步地说，是涉及一种阻止水垢形成和消除沉积水垢的设备，适用于包括管道以及民用、工业和商业用水的设备的除垢、阻垢。

背景技术

液体在流动和静止的状态下往往均会产生沉淀物，即所谓的水垢。这是因为液体里(例如水)含有类似钙、镁离子等物质的杂质。水垢基本是这些离子形成的盐结晶，例如硫酸钙、硅酸钙、硅酸镁等。含有这些盐的液体一旦蒸发，盐的结晶体就形成，当这些盐类的浓度增加接近饱和的时候，结晶体就附着在容器或管道的壁体表面上，形成垢。当垢沉积在容器或管道的表面时，会造成管道内液体流动不畅、管道阻塞，甚至影响整个水循环系统的运行和安全。同时当设备上存有大量的积垢会导致燃料的浪费，缩短设备寿命，并降低设备换热效率。如当发热体附上一层0.125英寸的水垢，水加热时可能会增加20％的燃料。所以除垢是水循环系统中一项基本而重要的环节。现有技术中往往要将管道、锅炉等设备停运且使用大量的，破坏环境的硫酸、盐酸之类的化学品。例如当洗碟机、锅炉等设备的管道阻塞时，需要应用化学品进行清洗，一方面需要停止机械的运作，另一方面造价昂贵。

因此，如何能有效的除去液体中的垢，以保护工业或民用的水设备、降低运行成本成为水处理领域内长期研究的一个课题。

目前所知的除垢方法常常利用物理电磁感应现象来除垢，现有技术中往往利用通电线圈，通过其产生的磁场进行除垢。相关的现有技术如美国专利US2,596,743、欧洲专利申请EP-A-0,091,896、比利时专利901,884。

欧洲专利申请EP-A-0,091,896提供的除垢部件主要是一个安装在管道系统内管中的环，当此除垢部件通电后，即会在该环环绕的区域内产生具有固定频率、电流等特性的励磁信号(energizing signal)激发的磁场，液体流过该磁场会形成持续的湍流状态，以达到除垢的目的。此篇现有技术的实施很大程度取决于液体的流速。当液体的流速快，系统的除垢能力强，反之当流速慢时则效率低。对于此篇专利申请由于利用的是固定磁场进行除垢，所以除垢效果十分有限。另外，使用该设备存在进行拆卸和安装的问题：即除垢前需将系统停运，管道拆卸。除垢结束后需要重新将系统安装。这样会产生巨大的安装成本。

美国专利US-A-2,596,743公开的设备与欧洲专利申请EP-A-0,091,896类似，也是一个通过预置的固定磁力场进行除垢工作。该设备的工作效果很大程度决定于被处理液体的流速。同样此设备同样存在安装和成本高的问题。

在比利时专利901,884中公开了一个预防水垢沉积的设备，系统同样应用了一套绕在管道上的线圈处理流过其中的液体。但不同在于除垢部件-线圈不是封闭式而是一个开放式的系统(opening system)：线圈的末端接到供能单元，而另外一端不封闭。实施中发现这类开放式的系统有着几方面的缺点：首先，供能单元与线圈之间的物理距离不能过长以达到整个系统的阻垢目的，因此给现场安装操作增加了难度；其次，外通线圈与地之间形成一个LC电磁感应外通电路，结果是当一个脉冲励磁信号产生时，电流在线圈内会呈现一个峰值后迅速的衰减。这类电流衰减可能产生一定范围内的干扰信号，形成对其他电动设备，例如对电视机、收音机等等的干扰。再者，在电流处于峰值之间时并不产生任何磁力场，这表示在这段时间内，设备并不产生有效作用。

本发明人通过研究发现，为了达到阻垢的最佳效果，应根据管道中液体的流速而适时的调节磁场，以达到高效节能的目的。即在流动液体中施加适量的磁场，此磁场需因应液体流速变慢而加强量值，反之亦应因液体流速变快而减小量值，才能保障磁场的效率。

发明内容

本发明人针对现有技术中存在的问题，提供了一种包含有螺型线圈的液体阻垢器，其在处理流速变化较大的液体时，能够及时调整励磁信号，保障被处理液体始终处于有效磁场内，使管道内不易结垢。而且本实用新型阻垢器的线圈易于安装，无需放置于管道系统结构的内部。因此在安装时，被处理的系统不必停止运转，从而安装方便、成本较低。本实用新型的阻垢器是闭合系统，以避免前面提及的外通系统的缺点。

本实用新型的技术方案为：

一种液体除阻垢器，其包括至少一个缠绕于液体管道11上的线圈1和供能单元2；所述的供能单元2通过信号输出端3，4与所述的线圈1的两端连接；其特征在于：

所述的阻垢器还包括感应器10，用于测量包括液体流速在内的液体参数，所述的供能单元2通过输入端口8，9与所述的感应器10连接；

所述的供能单元2中设置有电源17、中央处理器12、计时单元13、模数/数模转换单元14调频单元15；

所述的感应器10通过信号输入端8，9将信号通过模数/数模转换单元14输入进中央处理器12，中央处理器12处理输入信号，并发出调节励磁信号的指令给所述的调频单元15，调频单元15输出励磁信号，并通过信号输出端3，4输出信号给线圈1。

在实际的应用中，当中有关液体性质的变化包括液体的硬度、酸碱水平、二氧化硅的含量、液体的密度、温度以及其他值得注意的一些杂质的含量情况等，例如一段时间后在水中的氯含量。所以阻垢器中的感应器包括液体流速计和以下感应器中的至少一种：酸碱度测量仪、液体硬度计、液体流速计、液体密度计、液体温度计、液体导电率测量仪、液体硅含量计。

在实际的应用中，所述阻垢器中的调频单元15包括变频器，所述的变频器对所述的信号进行调频调制，该变频器可采用通用变频器，如正弦脉宽调制式变频器(SPWM)或PWM变频器。

在具体的应用中，所述调频单元15的另一种实施方案是其中包括能够产生波形的振荡器电路。所述产生正弦波或三角波的振荡器电路包括放大器和电阻。

无论是采用通用变频器，还是采用产生正弦波或三角波的振荡器电路，本实用新型阻垢器的供能单元均可根据输入的液体情况信号的变化，通过调节频率而改变励磁信号，从而改变线圈产生的磁场的强度，可适应于不同流速的液体的处理。此励磁信号的频率调制提供一个对不同流速的相应时间满意的平均效果磁场。在应用于宽范围流速的情况时，励磁信号的频率调制可产生信号群，从500赫兹到5,000赫兹间变化。

在实际的应用中，所述的供能单元2还包括人工调节装置18，所述的人工调节装置18为人工信号输入调节单元，其包括人工信号调节输入端7，所述的人工调节装置18包括键盘，所述键盘至少为按钮键盘或触摸屏中的一种。所述供能单元2中的中央处理器12根据人工信号调节输入端7输入的液体参数信号进行数据处理，并发出调节励磁信号的指令。

在实际的应用中，本实用新型阻垢器的供能单元2具有状态显示的装置5。该装置5可选自发光显示装置或声音显示装置至少一种来显示设备处于激活能量状态。其中发光显示装置包括但不限于发光二极管；声音显示装置包括但不限于声音信号产生器。当阻垢器处于激活状态(处于工作状态时)，通过供能单元2的中央处理器12发出激活状态信号给状态显示装置5，通过发光、发声显示中的至少一种方式显示设备处于激活状态。

本实用新型阻垢器的供能单元还具有报警装置6。该报警装置6可选自发光报警装置、声音报警装置或远程传输显示报警中的至少一种。其中发光报警装置包括但不限于发光二极管；声音报警装置包括但不限于声音信号产生器；远程传输显示报警装置包括但不限于网络，如调制解调器。当阻垢器处于不激活能量状态或非正常状态时，通过供能单元的中央处理器发出报警信号给报警装置5b，通过发光、发声或远程传输终端显示中的至少一种方式报警。

在实际的应用中，所述供能单元2中的电源17为交流电或直流电，其中直流电选自以下电源的至少一种：干电池、充电电池、太阳能电池或蓄电池。而且本实用新型阻垢器供能单元2中的直流电和交流电源是独立的、可拆卸的。现有大部分的机电设备的故障是由电源失灵所引起。因此，将本实用新型阻垢器供能单元的电源独立出来是一个较安全的设计。当电源出现故障时，按不同电源规格需要来单独拆卸更换电源比更换整个供能单元更简便且低成本。

在实际的应用中，本实用新型阻垢器的螺型线圈可以由至少一个线圈1组成较大数目的线圈群，间隔分布在液体管道11上。各个线圈的末端连接到供能单元的信号输出端。

在实际的应用中，本实用新型避免其一个或多个线圈受外来电磁干扰，以至影响设备的整体性能。另外在环境的电磁干扰下，供能单元的外壳也应有机械性的保护，使设备在不同的运行条件下延长设备寿命。即所述的阻垢器还包括屏蔽外壳，所述的外壳内设置有至少一个线圈。外壳放置的方法是放于管道的纵向，使其至少一个电磁圈的纵轴是尽量平衡于液体流向。

本实用新型阻垢器的螺型线圈为绝缘导电的线圈，其外皮为绝缘材料，内芯为金属导电材料。所述导电及绝缘材料均采用现有技术中已有的各种导电或绝缘材料。

根据本实用新型所述的阻垢器其线圈和供能单元组成为一个闭合系统，当中至少一个电线圈的两端是接到供能单元的信号输出端的。这种结构可避免了现有技术的阻垢设备中开放式系统的缺点。

本实用新型的阻垢器通过对液体进行电磁处理，可提高液体对杂质的溶解度，从而阻止液体中水垢形成并可消除沉积的水垢，同时也可使处理输送液体的管道减少细菌生长。本实用新型的阻垢器可以应用到各种不同材料的管道，例如铁、钢、聚氯乙烯、镀锌钢等等管道。此外本实用新型阻垢器由于励磁信号可调控，因此其使用效果也不受管道的圆周、线圈厚度、绕在管道的线圈圈数、线圈纵向长度即线圈在液体流动方向所覆盖的管道长度等因素的影响。

其使用范围包括管道以及民用、工业和商业用水的设备，如供水管道及其网络、制冷系统等。本实用新型阻垢器处理的液体包括但不限于各种的水、油、汽油、柴油、含酒精和不含酒精的饮料以及其它含化学成分的液体。本实用新型阻垢器在处理流速变化较大的液体时，能够随时监控设备运行情况，并能及时调整励磁信号，保障被处理液体始终处于有效磁场内，使管道内不易结垢。本实用新型阻垢器的线圈易于安装，无需放置于管道系统结构的内部。因此在安装时，被处理的系统不必停止运转，从而安装方便、成本较低。本实用新型的阻垢器是闭合系统，不会对其他电动设备发生干扰，非常适用于各种水处理领域。

如此可见，本实用新型的阻垢器能够根据液体性质、流速等情况不同而调控励磁信号，即使在低液体流速的情况下还能够提供够强的磁力场来获得满意效果。而且这种调控在设备运行中随时受到监控，使得本实用新型的阻垢器比现有技术中的阻垢设备更经济、更高效。

附图说明

图1：本实用新型阻垢器的一个供能单元和一个线圈的放置及连接示意图；

图2：本实用新型阻垢器供能单元的电路方块图；

图3：本实用新型阻垢器供能单元的流程图；

图4：本实用新型调频单元中产生正弦波或三角波的振荡电路图；

图5：磁力场强度和液体流速以至其他相干参数的互相关系的图解；

图6：本实用新型具有二个线圈的阻垢器的放置及连接示意图。

具体实施方式

图1示意了本实用新型阻垢器的供能单元与螺型线圈的连接示意图。一个绝缘导电的螺型线圈1缠绕在液体流通的管道11的外围，线圈1的两端连接到供能单元2的信号输出端子3和4，构成闭合回路。供能单元2上面的信号输入端子8和9与感应器10连接，感应器10将有关液体流速、温度、硬度、杂质含量等特征的一组信号通过信号输入端子8和9输入到供能单元2。根据操作需要，感应器10可以每秒更新多次。感应器10可包括一个标准流速计，安装在管道11内或外。其他所需的感应器均可安装于管道11内或外。供能单元2同时亦可接受通过人工信号调节输入端7输入的人工设置信号。供能单元2还装备着一状态显示与报警装置5、6，例如图形显示发光二极管或远程传输装置网络，如调制解调器来显示供能单元2的状态。

图2示意供能单元2的各组成子单元及其连接结构。供能单元2主要具有中央处理器12、主时钟13、模数/数模转换单元14、调频单元15、电源供给装置17等。中央处理器12通过模数/数模转换单元14接收感应器10通过信号输入端子8和9输入的信号，或/和由人工信号调节输入端7输入的人工设置信号。中央处理器12通过程序处理输入信号后发出调控励磁信号的指令给调频单元15，由调频单元15输出励磁信号。这输出信号必须发送到至少一个输出端子3，4来完成所想要的效果。将励磁信号准备好并通过输出端子3、4传输给至少一个线圈。

中央处理器12接收的有关液体情况的信号来自信号输入端子8和9，或/和由人工信号调节输入端7的信号输入。在运行时，中央处理器12通过模数/数模转换单元14接收输入信号，并输出信号至主时钟13、调频单元15、主时钟13在运行时依顺序产生时间标签，用于调频单元15。在流速增加时，中央处理器12处理输入信号使调频单元15的输出信号幅度减小。相反假如当流速减低，中央处理器12处理输入信号使调频单元15的输出信号幅度便加大。同样地，若液体硬度改变，中央处理器12会适当的调整输出信号强度。中央处理器12根据不同的液体参数输入信号产生不同的信号，例如液体流速、酸碱度、硬度、密度、温度等等。所述的调频单元15包含至少一个独立控制和操作的调频装置。调频单元15是一个可调波形产生器，例如正弦波形产生器、三角波形信号产生器、锯齿信号产生器、、高斯波形信号产生器、任何波形信号产生器设计者的波形形状。中央处理器12控制每一个波型的的特性，例如锯齿信号产生器的起止电压，锯齿的斜率和重复速度等。发明人经研究指出，本实用新型阻垢器于频率500Hz和5000Hz之间的励磁信号可对任何流速的液体达到阻垢和防垢理想效果。

电源供给装置17为供能单元2提供所须电源。电源供给装置17的构成形式可以是使供能单元2可依靠交流电主干线或直流电源运转，或独立地使用可充电电池、普通干电池或太阳能电池。电源供给装置在结构上可与供能单元分开。

本实用新型阻垢器供能单元的每一个单元的状态汇集到数据总线16。如有需要，汇集到数据总线16的每一个单元的所有状态或某子集将通过发光二极管或传音信号产生器或远程传输装置5、6显示。全部或部分状态信号的显示是可选的，并可根据在不同操作条件下的不同应用而改动。

图3为本实用新型阻垢器供能单元的流程图。

由感应器10通过信号输入端(8，9)将信号通过模数转换单元14输入进中央处理器12，或根据人工调节装置18输入的控制信号通过模数转换单元14输入进中央处理器12；中央处理器12处理输入信号，判断是否调节励磁信号，若否则发出指令至状态显示和报警单元5和6，另其报警，并重新读取由感应器10发出的信号或由人工调节装置18输入的信号；若是则发出激活系统状态信号给状态显示和报警单元5和6，并告知调频单元15，由调频单元15调节励磁信号，并通过信号输出端(3，4)输出信号给线圈1。

图4：本实用新型调频单元中产生正弦波或三角波的振荡电路图

运算放大器20的非倒相输入端22过电阻器28与该运算放大器20的输出端26相连接。运算放大器20的非倒相输入端22通过电阻器29与运算放大器21的输出端27相连接。运算放大器20和运算放大器21的倒相输入端23和25连接在一起.运算放大器20的倒相输入端23还通过电阻器31与运算放大器20的输出端26相连接.运算放大器20的倒相输入端23还通过电阻器33与参考地电位相连接.运算放大器21的非倒相输入端24通过电阻器32与参考地电位相连接.运算放大器20的输出端26和运算放大器21的输出端27可分别输出一个正弦波或一个三角波.

图5显示磁场强度的水平是根据被处理液体的流速V和供能单元产生信号频率F的变化而变化的。其中“BEFF”代表有效磁场强度，其是电流信号(currentsignal)、线圈圈数、管道直径和液体流动方向(along the velocity flow)的线圈长度的函数。在图3内，有效磁场强度有两个极限点，分别是“BEFFMAX”和“BEFFMIN”。这些极限点的数值由管道种类、液体硬度和其他物理极限参数(physically limiting parameters)所决定。在两点之间，一定的有效磁场强度必须根据每单位流速的改变维持每单位频率。换言之，根据图3，假如流速有DV的变化，随之适当的有效磁场强度必须作出Df的变化。

图6所示的是根据本实用新型的两个或更多线圈(1，19)用于处理管道11中的液体的连接方式。图中，线圈是串联至供能单元2的信号输出端子(3，4)。因为两个线圈是相反的绕在管道11，所产生的磁场的方向亦是相反的。在假设的分割平面S的附近，由正相反的串联线圈产生的两个磁场线是实质上垂直于液体流向。这使得液体分子，甚至是离子，在分割平面附近被更大的磁场所作用。

同样地，线圈(1，19)也可以以同一方向缠绕。线圈可以并联地接到信号输出端子(3，4)。接到两个或更多物理上分开的独立输出端子上的两个或更多物理上分开的独立线圈可以在一定的相互距离下绕在管道11上。连接也可以同时具有并联和串联。

Claims (10)

1、一种液体阻垢器，其包括至少一个缠绕于液体管道(11)上的线圈(1)和供能单元(2)；所述的供能单元(2)通过信号输出端(3，4)与所述的线圈1的两端连接；其特征在于：

所述的阻垢器还包括感应器(10)，用于测量包括液体流速在内的液体参数，所述的供能单元(2)通过输入端口(8，9)与所述的感应器(10)连接；

所述的供能单元(2)中设置有电源(17)、中央处理器(12)、计时单元(13)、模数/数模转换单元(14)调频单元(15)；

所述的感应器(10)通过信号输入端(8，9)将信号通过模数转换单元(14)输入进中央处理器(12)，中央处理器(12)处理输入信号，并给出调节励磁信号的指令给所述的调频单元(15)，调频单元(15)输出励磁信号，并通过信号输出端(3，4)输出信号给线圈(1)。

2、根据权利要求1所述的阻垢器，其中所述感应器包括液体流速计和以下感应器中的至少一种：酸碱度测量仪、液体硬度计、液体流速计、液体密度计、液体温度计、液体导电率测量仪、液体硅含量计。

3、根据权利要求1所述的阻垢器，其中所述调频单元(15)包括有变频器，所述的变频器对所述的信号进行调频调制，其频率调制的范围为500～5,000赫兹。

4、根据权利要求1所述的阻垢器，其中所述调频单元(15)其中包括产生波形的振荡器电路，其频率调制的范围为500～5,000赫兹。

5、根据权利要求1所述的阻垢器，其中所述的供能单元(2)还包括人工调节装置(18)，所述的人工调节装置(18)为人工信号输入调节单元，其包括人工信号调节输入端(7)；所述供能单元(2)中的中央处理器(12)根据人工信号调节输入端(7)输入的液体参数信号进行数据处理，并发出调节励磁信号的指令；其中所述的供能单元(2)中人工调节装置(18)包括键盘，所述键盘至少为按钮键盘或触摸屏中的一种。

6、根据权利要求1所述的阻垢器，其中所述的供能单元(2)设置有状态显示装置(5)和报警装置(6)，所述的状态显示装置(5)与报警装置(6)至少为发光显示装置、声音显示装置或远程传输装置中的一种。

7、根据权利要求6所述的阻垢器，其中所述发光显示装置为发光二极管；声音显示装置为声音信号产生器；远程传输装置为调制解调器。

8、根据权利要求1所述的阻垢器，其中所述供能单元(2)中的电源(17)为交流电或直流电，其中直流电选自以下电源的至少一种：干电池、充电电池、太阳能电池或蓄电池。

9、根据权利要求1所述的阻垢器，其中所述的线圈(1)为一个以上线圈组成的螺型线圈群，间隔分布在液体管道(11)上。

10、根据权利要求1所述的阻垢器，其特征在于：所述的阻垢器还包括屏蔽外壳，所述的外壳内设置有至少一个线圈。

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