RU2429206C1

RU2429206C1 - Electromagnetic water treatment device

Info

Publication number: RU2429206C1
Application number: RU2009149587/05A
Authority: RU
Inventors: Виктор Владимирович Семёнкин (RU); Виктор Владимирович Семёнкин; Станислав Борисович Дёмин (RU); Станислав Борисович Дёмин; Евгений Алексеевич Петров (RU); Евгений Алексеевич Петров; Александр Николаевич Митюряев (RU); Александр Николаевич Митюряев; Евгений Станиславович Дёмин (RU); Евгений Станиславович Дёмин; Алексей Станиславович Прокуров (RU); Алексей Станиславович Прокуров
Original assignee: ООО Научно-производственное предприятие "АГРОПРИБОР"
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2011-09-20
Also published as: RU2009149587A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: device includes in-series connected control unit 4, signal generation unit 1 and power supply 6. Input of control unit 4 is connected to control bus 12. Device also includes indication unit 5 and current transformer 7 consisting of inductive element 8 with elastic magnetic conductor 9 radially fixed on element of process object 10. Signal generation unit 1 is made in the form of in-series connected microcontroller 2 and power amplifier 3 connected to outputs of inductive element 8 of current transformer 7. Control output of power amplifier 3 is connected to the second output of control unit 4. The first and the second outputs of control unit 4 are connected to control inputs of microcontroller 2 and indication unit 5. Power outputs of indication unit 5, microcontroller 2 and power amplifier 3 are connected to similar outputs of power supply 6. The second information output of microcontroller 2 is connected to the second input of indication unit 5.

EFFECT: enlarging the application area of device owing to more effective water treatment.

3 dwg

Description

Изобретение относится к технике обработки воды и предназначено для очистки и предотвращения образования твердых отложений на рабочих поверхностях элементов систем водоподготовки и водоснабжения.The invention relates to techniques for water treatment and is intended for cleaning and preventing the formation of solid deposits on the working surfaces of elements of water treatment and water supply systems.

Носителем в системах водоснабжения и водоподготовки выступает вода с минеральными солями (магния, кальция и др.), которые делают ее «жесткой» и способствуют к образованию на рабочих поверхностях элементов систем твердых отложений в виде накипи. Особенно интенсивно этот процесс происходит в системах водоподготовки на этапе нагрева носителя. Известно, что нарост накипи на стенках тепловых агрегатов помимо сужения внутреннего диаметра змеевиков ухудшает теплообмен за счет снижения теплопроводности и ведет к энергетическим потерям.The carrier in the water supply and water treatment systems is water with mineral salts (magnesium, calcium, etc.), which make it “hard” and contribute to the formation of scale deposits on the working surfaces of elements of systems of solid deposits. This process is especially intense in water treatment systems at the stage of carrier heating. It is known that the build-up of scale on the walls of thermal aggregates, in addition to narrowing the internal diameter of the coils, worsens heat transfer by reducing thermal conductivity and leads to energy losses.

Сегодня известны химические и физические методы по предотвращению и разрушению образовавшейся накипи. Особого внимания заслуживает электромагнитный метод обработки воды, который в последнее время все шире применяется в системах водоподготовки и водоснабжения благодаря положительным результатам и простой технической реализации такого устройства. Так, из источников научно-технической и патентной информации известны следующие технические решения по электромагнитной обработке воды, актуальность которых очевидна на данный момент времени.Today, chemical and physical methods are known to prevent and destroy the resulting scale. Of particular note is the electromagnetic method of water treatment, which has recently been increasingly used in water treatment and water supply systems due to positive results and the simple technical implementation of such a device. So, from the sources of scientific, technical and patent information, the following technical solutions for electromagnetic treatment of water are known, the relevance of which is obvious at this point in time.

Известно устройство для электромагнитной обработки воды по Патенту GB №2312635, C02F 1/48, приоритет 29.04.1996, опубл. 05.11.1997. Устройство содержит последовательно включенные источник питающего напряжения, генераторный блок и антенну, выполненную в виде соленоида со свободным концом, закрепленного на трубе с водой. Генераторный блок содержит двухфазный генератор электрических колебаний. Его сигналы сложной формы проходят в антенну-соленоид и воздействуют на воду, протекающую через трубу.A device for electromagnetic water treatment according to GB Patent No. 2312635, C02F 1/48, priority 29.04.1996, publ. 11/05/1997. The device contains a series-connected source of supply voltage, a generator unit and an antenna, made in the form of a solenoid with a free end, mounted on a pipe with water. The generator unit contains a two-phase generator of electrical oscillations. Its signals of complex shape pass into the solenoid antenna and act on the water flowing through the pipe.

Известно устройство для электромагнитной обработки жидкости по А.с. SU №865832, C02F 1/48, опубл. 23.09.1981, которое содержит последовательно включенные схему управления, трехфазный тиристорный преобразователь и трехфазные электромагнитные обмотки, закрепленные на диамагнитном объекте воздействия. Тиристорный преобразователь подключен к питающей трехфазной сети.A device for the electromagnetic treatment of liquids by A.S. SU No. 865832, C02F 1/48, publ. 09/23/1981, which contains a serially connected control circuit, a three-phase thyristor converter and three-phase electromagnetic windings mounted on a diamagnetic object of influence. The thyristor converter is connected to a three-phase supply network.

В качестве прототипа выбрано устройство для омагничивания лекарственных и пищевых жидкостей по Патенту RU №2089513, C02F 1/48, опубл. 10.09.1997. Оно содержит устройство управления, управляющее работой источника переменного тока через токовый ключ, и соленоид, закрепленный на кювете с жидкостью. В соленоид проходят электрические сигналы от источника переменного тока по закону работы устройства управления.As a prototype of the selected device for the magnetization of medicinal and food liquids according to Patent RU No. 2089513, C02F 1/48, publ. 09/10/1997. It contains a control device that controls the operation of the alternating current source through a current switch, and a solenoid mounted on a cell with a liquid. Electrical signals from the AC source pass into the solenoid according to the law of the control device.

Рассмотренные аналоги и выбранный прототип [1-3] имеют общие недостатки, которые заключаются в неэффективной обработке воды по изменению ее физического состояния. Так, в известных устройствах электромагнитное воздействие на технологический объект - преимущественно воду, осуществляется по сигналам источника переменного сетевого напряжения (тока), модуляцию которых осуществляет электронный ключ (например, тиристор) по закону электрического генератора (устройства управления). Интенсивность этих колебаний, как правило, не регулируется. Как показывает практика, для эффективного изменения физических свойств воды требуется формирование широкополосных сигналов воздействия заданной мощности по закону случайной функции.The considered analogues and the selected prototype [1-3] have common disadvantages, which are the ineffective treatment of water to change its physical condition. So, in known devices, the electromagnetic effect on a technological object - mainly water, is carried out according to the signals of an alternating mains voltage (current) source, the modulation of which is carried out by an electronic switch (for example, a thyristor) according to the law of an electric generator (control device). The intensity of these oscillations, as a rule, is not regulated. As practice shows, for the effective change in the physical properties of water, the formation of broadband signals of exposure to a given power according to the law of random function is required.

Поэтому достичь желаемого результата при обработке носителя (воды) за короткий промежуток времени в этом случае не представляется возможным, что дает основание говорить о неэффективности известных устройств электромагнитной обработки воды, ведущей к ограничению области технического использования на объектах водоподготовки и водоснабжения.Therefore, it is not possible to achieve the desired result in the treatment of the carrier (water) in a short period of time, which suggests that the known electromagnetic water treatment devices are ineffective, leading to the limitation of the area of technical use at the water treatment and water supply facilities.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении области технического использования за счет более эффективной обработки воды и предотвращения отложений в системах водоподготовки и водоснабжения.The technical result of the invention is to expand the field of technical use due to more efficient water treatment and prevention of deposits in water treatment systems and water supply.

Достижение технического результата в предлагаемом устройстве для электромагнитной обработки воды, содержащем последовательно включенные блок управления, блок генерации сигналов и источник вторичного электропитания, выводы блока генерации сигналов подключены к выводам индуктивного элемента, а вход блока управления подключен к шине управления, обеспечивается введением блока индикации и трансформатора тока, состоящим из индуктивного элемента с эластичным магнитопроводом, радиально закрепленным на элементе технологического объекта, при этом блок генерации сигналов выполнен в виде последовательно включенных микроконтроллера и усилителя мощности, подключенного к выводам индуктивного элемента трансформатора тока, его управляющий вывод подключен к второму выходу блока управления, первый и второй выходы блока управления подключены к управляющим входам микроконтроллера и блока индикации соответственно, силовые выводы блока индикации, микроконтроллера и усилителя мощности подсоединены к одноименным выходам блока вторичного электропитания, второй информационный выход микроконтроллера подключен к второму входу блока индикации.The achievement of the technical result in the proposed device for electromagnetic treatment of water, comprising serially connected control unit, a signal generation unit and a secondary power supply, the outputs of the signal generation unit are connected to the terminals of the inductive element, and the input of the control unit is connected to the control bus, provided by the introduction of an indication unit and a transformer current, consisting of an inductive element with an elastic magnetic circuit, radially mounted on the element of the technological object, the signal generation unit is made in the form of a microcontroller and a power amplifier connected in series to the terminals of the inductance element of the current transformer, its control output is connected to the second output of the control unit, the first and second outputs of the control unit are connected to the control inputs of the microcontroller and display unit, respectively, the outputs of the display unit, the microcontroller and the power amplifier are connected to the outputs of the same name of the secondary power supply unit, the second information stroke microcontroller connected to the second input of the indication unit.

Устройство для электромагнитной обработки воды поясняется чертежами. На фиг.1 приведена блок-схема устройства, на фиг.2 и фиг.3 показаны возможные варианты размещения трансформатора тока устройства на поверхности технологического объекта.A device for electromagnetic treatment of water is illustrated by drawings. Figure 1 shows the block diagram of the device, figure 2 and figure 3 shows the possible placement of the current transformer of the device on the surface of the technological object.

Устройство для электромагнитной обработки воды (фиг.1) содержит блок 1 генерации сигналов (БГС), состоящий из последовательно включенных микроконтроллера 2 и усилителя 3 мощности, блок 4 управления, блок 5 индикации, источник 6 питания, трансформатор 7 тока в виде индуктивного элемента 8 и эластичного магнитопровода 9, технологический объект 10 с магнитопроводящей поверхностью 11 и шину 12 управления.A device for electromagnetic treatment of water (Fig. 1) contains a signal generation unit (CBC) 1, consisting of a microcontroller 2 and a power amplifier 3 connected in series, a control unit 4, an indication unit 5, a power supply 6, a current transformer 7 in the form of an inductive element 8 and an elastic magnetic circuit 9, a technological object 10 with a magnetic conductive surface 11 and a control bus 12.

Первый, второй и третий выводы блока 4 управления подключены к выводам микроконтроллера 2, усилителя 3 мощности и блока 5 индикации, а управляющий вход подключен к шине 12 управления. Микроконтроллер 2 через усилитель 3 мощности подключен к выводам индуктивного элемента 8 трансформатора 7 тока, радиально закрепленного на магнитопроводящей поверхности 11 технологического объекта 10 посредством эластичного магнитопровода 9. Второй информационный вывод микроконтроллера 2 подключен к другому входу блока 5 индикации. При этом его силовые выводы, силовые выводы микроконтроллера 2 и усилителя 3 БГС 1 подсоединены к соответствующим выходам источника 6 питания.The first, second and third conclusions of the control unit 4 are connected to the terminals of the microcontroller 2, the power amplifier 3 and the indication unit 5, and the control input is connected to the control bus 12. The microcontroller 2 through the power amplifier 3 is connected to the terminals of the inductive element 8 of the current transformer 7, radially mounted on the magnetic surface 11 of the technological object 10 by means of an elastic magnetic circuit 9. The second information output of the microcontroller 2 is connected to another input of the display unit 5. Moreover, its power terminals, power terminals of the microcontroller 2 and amplifier 3 BGS 1 are connected to the corresponding outputs of the power supply 6.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Первоначально устройство (фиг.1) находится в исходном состоянии. Его перевод в рабочее состояние осуществляется подачей сигнала «Управление» по шине 12 управления, который проходит на блок 4 управления. Блок 4 управления в следующий момент вырабатывает управляющие сигналы, задающие режим работы микроконтроллера 2 и значение токового сигнала усилителя 3 мощности блока 1 генерации сигналов БГС. Режим работы БГС 1 отображается на индикаторах блока 5 индикации устройства. При этом на микроконтроллер 2 и усилитель 3 мощности БГС 1, блок 5 индикации с выводов источника 6 питания подаются соответствующие рабочие напряжения, необходимые для их функционирования.Initially, the device (figure 1) is in its original state. Its translation into working condition is carried out by applying the signal "Management" on the control bus 12, which passes to the control unit 4. The control unit 4 at the next moment generates control signals that specify the operation mode of the microcontroller 2 and the value of the current signal of the power amplifier 3 of the power generating unit 1 of the BS signal generation. The operating mode of the BGS 1 is displayed on the indicators of the device indication unit 5. In this case, the microcontroller 2 and the power amplifier 3 of the BGS 1, the indicating unit 5 from the terminals of the power supply 6 are supplied with the corresponding operating voltages necessary for their functioning.

На первом сигнальном выходе микроконтроллера 2 БГС 1 формируется цифровая последовательность сигналов по заданному случайному закону, которая, проходя через усилитель 3 мощности, преобразуется в токовые импульсы заданной длительности, поступает на индуктивный элемент 8 трансформатора 7 тока. В результате индуктивный элемент 8 возбуждает в эластичном магнитопроводе 9 импульсный магнитный поток случайной последовательности, который замыкается через корпус технологического объекта 10 (трубопровод системы водоснабжения или водоподготовки из ферромагнитного материала).At the first signal output of the microcontroller 2 BGS 1 a digital sequence of signals is formed according to a given random law, which, passing through the power amplifier 3, is converted into current pulses of a given duration, is fed to the inductive element 8 of the current transformer 7. As a result, the inductive element 8 excites a random sequence of pulsed magnetic flux in the elastic magnetic circuit 9, which closes through the body of the technological object 10 (pipeline of a water supply or water treatment system made of ferromagnetic material).

В свою очередь, наведенный импульсный магнитный поток случайной последовательности через магнитопроводящую поверхность 11 технологического объекта 10 воздействует на носитель (воду) и изменяет ее физические свойства в течение определенного периода времени через процессы коагуляции. С целью повышения эффективности этого воздействия в трансформаторе 7 тока магнитопровод 9 выполнен эластичным в виде ленты определенного типоразмера, позволяя более плотно облегать корпус (трубопровод) технологического объекта 10 при поперечном (фиг.2) или поперечно-продольном (фиг.3) расположении, снижая магнитные потери за счет уменьшения магнитного сопротивления.In turn, the induced pulsed magnetic flux of a random sequence through the magnetically conductive surface 11 of the technological object 10 acts on the carrier (water) and changes its physical properties over a certain period of time through coagulation processes. In order to increase the effectiveness of this effect in the current transformer 7, the magnetic circuit 9 is made elastic in the form of a tape of a certain size, allowing a more tight fit around the body (pipeline) of the technological object 10 in the transverse (figure 2) or transverse-longitudinal (figure 3) location, reducing magnetic losses due to a decrease in magnetic resistance.

Поперечно-продольная компановка трансформатора 7 тока на корпусе технологического объекта 10 (фиг.3) позволяет увеличить протяженность зоны контактного электромагнитного воздействия на носитель на величину длины площади намотки L_пл эластичного магнитопровода 9:The transverse-longitudinal arrangement of the current transformer 7 on the body of the technological object 10 (Fig. 3) allows to increase the length of the contact electromagnetic zone on the carrier by the value of the length of the winding area L _PL elastic magnetic core 9:

L_пл=πD·tgα·n,L _PL = πD · tgα · n,

где D - диаметр намотки, tgα - угол подъема витка намотки, n - число витков намотки. При этом площадь S=L_пл·l_окр=n²D²·tgα·n, здесь l_окр - длина окружности винтовой намотки, контактного взаимодействия возрастает в n раз относительно поперечной компановки (фиг.2) трансформатора 7 тока на технологическом объекте 10, способствуя повышению эффективности устройства при электромагнитной обработке воды.where D is the diameter of the winding, tgα is the angle of elevation of the winding winding, n is the number of winding turns. The area S = L _PL · l _okr = n ² D ² · tgα · n, here l _okr is the circumference of the screw winding, contact interaction increases n times relative to the transverse arrangement (figure 2) of the current transformer 7 at the technological object 10 , helping to increase the efficiency of the device during electromagnetic treatment of water.

Для технологического объекта 10 с магнитонепроводящей поверхностью (диамагнитный трубопровод пластик-алюминий-пластик) трансформатор 7 тока устанавливается на его поверхности (фиг.2, фиг.3) описанными способами через подстилающую магнитопроводящую поверхность 11, например в виде пленки зоны воздействия.For a technological object 10 with a magnetically non-conductive surface (diamagnetic plastic-aluminum-plastic pipeline), a current transformer 7 is installed on its surface (FIG. 2, FIG. 3) using the described methods through the underlying magnetically conductive surface 11, for example, in the form of a film of the exposure zone.

Формирование импульсного магнитного потока случайной последовательности ведет к снижению электромагнитного шума, способствуя, тем самым, повышению электромагнитной совместимости электронных устройств в соответствии с действующими стандартами.The formation of a pulsed magnetic flux of a random sequence leads to a decrease in electromagnetic noise, thereby contributing to an increase in the electromagnetic compatibility of electronic devices in accordance with current standards.

Таким образом, повышение эффективности обработки воды в предлагаемом устройстве достигается за счет применения трансформатора 7 тока с малыми магнитными потерями при использовании эластичного магнитопровода 9, увеличения площади S контактного воздействия на носитель, формирования электрических импульсов возбуждения по заданному случайному закону с последующей регулировкой их мощности. Это позволяет за более короткий временной интервал при минимальных энергетических затратах направленно изменять физическое состояние носителя (воды) за счет процессов коагуляции минеральных солей, расширяя область технического использования устройства, что отличает его от аналогов [1, 2] и выбранного прототипа [3], обеспечивая достижение положительного эффекта.Thus, increasing the efficiency of water treatment in the proposed device is achieved through the use of a current transformer 7 with low magnetic losses when using an elastic magnetic circuit 9, increasing the contact area S on the carrier, generating electrical excitation pulses according to a given random law with subsequent adjustment of their power. This allows for a shorter time interval with minimal energy costs to directionally change the physical state of the carrier (water) due to the processes of coagulation of mineral salts, expanding the technical use of the device, which distinguishes it from analogues [1, 2] and the selected prototype [3], providing achieving a positive effect.

Практическая реализация устройства (только для пояснения): в блоке генерации сигналов 1 применен микроконтроллер 2 серии MSP-430; усилитель мощности 3 выполнен регулируемым по известной схеме на ОУ К140УД7, транзисторах КТ814, КТ815 с RC-элементами; блок управления 4 представляет собой многоконтактный механический переключатель; блок 5 индикации выполнен по типовой схеме с использованием светодиодов АЛС324, К176ИД2; источник питания 6 собран по известной схеме стабилизированного выпрямителя с двухполупериодным выпрямителем и стабилизатором на ИМС серии К142ЕН; трансформатор тока 7 - реализован в виде многослойной катушки индуктивности (индуктивный элемент 8), размещенной на эластичном магнитопроводе 9 из физически мягкой ферроленты F96 фирмы Keratherm-Ferrite (Германия); технологический объект 10 - это металлическая труба с носителем системы водоподготовки. Других особенностей предлагаемое устройство не имеет и может быть промышленно реализовано.Practical implementation of the device (for explanation only): in the signal generation unit 1, the microcontroller 2 of the MSP-430 series is used; power amplifier 3 is made adjustable according to the known scheme on the op amp K140UD7, transistors KT814, KT815 with RC elements; control unit 4 is a multi-contact mechanical switch; indication unit 5 is made according to a typical scheme using LEDs ALS324, K176ID2; power supply 6 is assembled according to the known scheme of a stabilized rectifier with a half-wave rectifier and a stabilizer on the K142EN series IC; current transformer 7 - is implemented as a multilayer inductor (inductive element 8), placed on an elastic magnetic circuit 9 from a physically soft ferro-tape F96 manufactured by Keratherm-Ferrite (Germany); technological object 10 is a metal pipe with a carrier of a water treatment system. The proposed device does not have other features and can be industrially implemented.

Источники информацииInformation sources

1. Патент GB №2312635, C02F 1/48. Опубл. 05.11.1997.1. GB patent No. 2312635, C02F 1/48. Publ. 11/05/1997.

2. Авторское свидетельство SU №865832, C02F 1/48. Опубл. 23.09.1981.2. Copyright certificate SU No. 865832, C02F 1/48. Publ. 09/23/1981.

3. Патент RU №2089513, C02F 1/48. Опубл. 10.09.1997, прототип.3. Patent RU No. 2089513, C02F 1/48. Publ. 09/10/1997, prototype.

Claims

A device for electromagnetic treatment of water, comprising a control unit, a signal generation unit and a power source, the outputs of the signal generation unit connected to the terminals of the inductive element, and the input of the control unit connected to the control bus, characterized in that an indication unit and a current transformer are inserted into it consisting of an inductive element with an elastic magnetic circuit radially mounted on the element of the technological object, while the signal generation unit is made in the form of a follower but the microcontroller and the power amplifier are connected to the terminals of the inductance element of the current transformer, its control output is connected to the second output of the control unit, the first and second outputs of the control unit are connected to the control inputs of the microcontroller and display unit, respectively, the power terminals of the display unit, microcontroller and power amplifier connected to the outputs of the same power source, the second information output of the microcontroller is connected to the second input of the display unit.