TW201521889A

TW201521889A - 積垢減少裝置和方法

Info

Publication number: TW201521889A
Application number: TW101143218A
Authority: TW
Inventors: Michael E Bradley; Michael J Murcia; Daniel E Schwarz; Mita Chattoraj
Original assignee: Nalco Co
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2015-06-16

Abstract

本發明揭示一種用於減少及/或阻止感測器積垢之裝置和方法。該方法包括運用超音波技術，該超音波技術被浸沒或部分浸沒至導致積垢之液體介質中。該裝置包括超音波技術本身。該超音波技術可以高強度間歇地運用，以有利地提供液體介質之空泡化，同時避免以高強度連續運用超音波技術之典型缺點。另外，該方法可藉由利用石英之壓電性質而進行。

Description

積垢減少裝置和方法

本發明係關於一種減少或阻止感測器中積垢之裝置和方法。更特定而言，本發明係關於一種藉由將超音波發射至通過或經過感測器之液體介質中而減少或阻止積垢的裝置和方法。

諸如Nalco 3D螢光計之感測器係用於量測水質及控制工業水處理系統之有效儀器。然而，歸因於水中污染物之感測器積垢係熟知問題。當水之積垢可能性足夠大時，感測器快速積垢且該等感測器經常可變得實際上無法使用。具有較大積垢可能性之一種類型的水之實例為廢水。視感測器之組態而定，不同機械方法已用於減少及/或消除感測器之關鍵區域上之積垢。

採用機械防積垢技術之各種感測器設計在該項技術中係已知的。舉例而言，「探針」式感測器經常配備有經設計以自該探針端面刮除積垢之橡膠刮刷器，在該感測器中，量測系統於探針之一平坦端處暴露於水中。此類裝置之實例在美國專利第5,416,581號及美國專利第7,341,695號中說明。刮刷器間歇地工作且有時須加以更換。另外，位於探針內之驅動刮刷器之馬達可能不時地出現故障，且將電子器件與液體介質分隔開之密封件亦可為故障點。即使在正常工作期間，刮刷器機構於另外平坦端面探針上之存在可為積垢物提供開始沈積在探針上之附著點。

如在美國專利第6,678,045號中所說明，探針式感測器亦已配備有超音波轉換器，該超音波轉換器經設計以使光學感測器在某一頻率下或於一頻率範圍內振動。採用超音波之類似方法已應用來使儀器振動，該儀器具有用於流動水流之光學量測的玻璃光析管(例如美國專利第7,808,642號)、光學流量槽(例如美國專利第6,452,672號)、紫外線消毒系統(例如美國專利第7,763,177號)、蒸汽產生器(例如美國專利第6,572,709號)，及具有封閉端之充液管(例如美國專利第5,529,635號)。在此等實例中，傳輸超音波之裝置與感測器之固體表面接觸且不斷地被供電。為阻止感測器破裂，此等申請案採用低功率及低強度超音波，已發現該低功率及低強度超音波對於阻止或移除感測器積垢係無效的。此外，超音波已應用來清潔內部表面(參見美國專利第7,799,146號、美國專利第5,889,209號、美國專利第6,977,015號)。

存在用於阻止或移除感測器上之積垢物的其他機械裝置。舉例而言，經加壓之空氣或水(例如美國專利第7,250,302號)或經加壓之製程流體(例如美國專利第7,803,323號及美國專利第4,385,936號)以射流之形式間歇地噴射至感測器表面之關鍵區域上以移除積垢。

因此，需要一種用於阻止及移除感測器積垢之裝置及/或方法。期望的是，該裝置及/或方法將有效地用於甚至污染最嚴重之流體。更期望的是，該裝置及/或方法將採用高強度超音波技術而無需操作者介入。

本發明係針對一種減少及/或阻止可操作地附接至一設備之感測器之積垢的方法。該感測器於該設備之一液體介質內量測至少一個參數。該方法包括以下步驟：提供一超音波技術，其包括一轉換器及一探針，其中該探針及該轉換器係可操作地彼此連接，以便該轉換器自一來源接收一訊號，將該訊號轉換為機械能量，且將該機械能量轉移至該探針；將該探針之至少一部分浸沒至液體介質中；及藉由將該訊號發送至該轉換器來運用該超音波技術以便該探針將循環聲音壓力波轉移至該液體介質，進而在該液體介質內引起空泡化，該空泡化足以至少減少該感測器之積垢。

或者，本發明係針對一種減少及/或阻止光學感測器積垢之方法。光學感測器由石英流量槽組成。該方法包括以下步驟：提供光學感測器，其量測一液體介質內之至少一個參數；可操作地將光學感測器配備電源；及將電流以相反極性施加至該石英流量槽，該電流引起該石英流量槽共振，該共振在該液體介質內引起空泡化，該空泡化足以至少減少該石英流量槽之積垢。

結合隨附申請專利範圍，自以下詳細描述將顯而易見本發明之此等及其他特徵及優點。

儘管本發明能夠具有各種形式實施例，圖式中所展示及在下文中將描述的是當前較佳之實施例，應瞭解，本揭露內容欲被視為本發明之示範且不欲將本發明限制於所說明之特定實施例。

應進一步瞭解，本說明書中此部分之標題，亦即「實施方式」與智慧財產局之要求有關，且並不暗示，亦不應推斷為限制本文揭示之專利標的。

本發明揭示一種減少及/或阻止積垢，及/或清潔有積垢之感測器，諸如Nalco 3D螢光計之新系統和方法。相比先前將裝置清潔而言，本發明係併入超音波技術之使用。本發明提供一種機械解決方案，其至少減少感測器積垢之發生。

在當前較佳實施例中，超音波被發射至流過或流經感測器之液體介質中。術語「感測器」應廣泛地解釋為包括光學感測器以及透明或半透明感測器外殼等。詳言之，術語「感測器」包括但不限於螢光計、紅外線感測器、紫外線感測器、流量槽、pH感測器、ORP感測器、溫度感測器及任何類似技術。

將超音波施加至液相替代施加至固相之重要優點為空泡化現象，或為歸因於振盪超音波的在液相中之小內爆「氣泡」的產生。內爆氣泡產生熱及流動的高能量力，其足以清潔周圍表面。劇烈的空泡化可經由超音波轉換器及探針之使用而達成，該等探針經設計以完全或者部分地浸入液體介質中。

圖1展示本發明之實施例之若干實例，其中超音波探針之高度及形式係不同的。應注意，除在圖1中展示的底部安裝組態外，亦預期頂部安裝。

本發明之另一優點在於，本發明可輕易不費力地改裝至現有儀器上。由於整個超音波裝置在功能上及實體上與感測器分離，所以已安裝於現場中之儀器可經改裝而使用超音波技術。然而，感測器或設備可最初經製造以配備有如所揭示之超音波技術。

另一改良係關於超音波技術之運用。鑒於先前設計已在低強度下連續地運用，本發明經設計以在相對高強度下間歇地運用。雖然高強度超音波技術在清潔方面為最有效的，但此類運用亦具有缺點。舉例而言，高強度超音波技術可於液體介質中產生干擾感測器量測之擾動。另外，超音波技術裝置可隨著時間受到侵蝕。術語「高強度」應解釋為包括在超音波探針之尖端大於1瓦特/平方毫米之強度。施加至超音波探針之功率強度直接與在探針尖端處之移動幅度有關，較大幅度會產生較大量之空泡化。

為最小化缺點同時保持高強度超音波之益處，由超音波技術之精確計時、頻率及所施加之功率可做變化以滿足特定應用之需要。此外，超音波技術可在感測器讀數指示感測器關鍵區域上已發生較低限度之積垢時予以觸發啟動。

作為間歇運用之結果，在不運用超音波技術時的時期期間，量測可在不受超音波效應之干擾下實施。另外，高強度超音波之短期使用可將更強烈之清潔作用提供至感測器上。在典型應用中，可運用超音波技術歷時不大於感測器工作時間之5%。

為最大化本發明之清潔效率，超音波技術應以一方式浸沒至液體介質中，以使得所發射之聲波不會使液體介質可能流動之方向相反。可接受之定向包括聲波向量及液體流動向量為平行(但不相反)、垂直或呈不同於180度之任何角度的彼等方向。此外，可能有利的是，在探針尖端之鄰近區域中將超音波技術與紊流組合來增加空泡化之有效性。此類紊流可經由折流板、靜態混合器或熟習該項技術者已知的其他裝置而引入。

亦可能有利的是，在單獨的超音波或化學清潔係不足之時，將超音波技術與化學清潔劑組合。此類化學清潔劑可在相應於超音波技術間歇運用之時間下經量計引入液體介質中。

在圖1中示出之實施例中，轉換器(140)連接至探針(130)，該探針至少部分地浸沒至流過設備(110)內之石英流量槽(115)的液體介質中。設備(110)可能為螢光計外殼。超音波(135)係由轉換器(140)在石英流量槽(115)內之液體介質內產生，且傳輸至探針(130)，進而傳入石英流量槽(115)內之液體介質中。超音波(135)應足以於液體介質內不斷地或者間歇地誘導空泡化(125)。演示典型實施例之量測平面(120)。就此實施例及所有實施例而言，訊號自來源(未圖示)經由導線(示出但未編號)或任何適合傳導機構發送至轉換器(140)。

空泡化(125)減小及/或阻止積垢物之沈積及/或移除已沈積之積垢物。轉換器(140)可為熟習超音技術的技術者已知之任何設計，諸如Rozenberg等人在美國專利第7,763,177號中所描述之彼等設計。較佳而言，轉換器應為顯示壓電效應及以20 kHz至200 kHz之範圍輸出之複合材料。更較佳而言，輸出範圍係約40 kHz至約80 kHz，且最佳輸出為40 kHz。較佳複合材料為鋯酸鉛。

本發明可配備有用於將經壓縮之空氣、水、製程液體或化學清潔劑噴射至感測器之關鍵區域上的一或多個噴嘴。本發明可另外或替代地配備有用於將碎屑自流量槽內壁刮去之可收縮刷子或刮刷器。此等非超音波裝置可與光學感測器分開或者經設計以於感測器製造時併入。

圖2示出安裝在製程中之超音波技術(4)的典型實施例。安裝(16)設備(12)以便液體介質(11)通過入口(15)、通過流量槽(13)及通過出口(17)。設備(12)包括至少一個感測器(14)。製程中之液體介質(11)傳入T形管(9)中且通過配接器(10)，從而允許超音波技術(4)安裝至設備(12)，以使得探針(6)穿入液體介質(11)中。

超音波技術(4)包括轉換器(3)、角形件(5)及探針(6)。探針(6)由至少一個節點(8)組成，且探針(6)應於至少一個節點(8)處經由壓縮接頭(7)安裝至設備(12)。超音波技術(4)可由通訊電纜(2)或將訊號自來源(1)發送至轉換器(3)之任何其他機構連接至來源(1)。來源(1)可為將訊號發送至轉換器(3)之超音波電源。超音波電源可自動控制訊號之振幅及/或頻率，從而又可控制所發射之超音波之振幅及/或頻率。

在一實施例中，探針包括鈦合金。

在另一實施例中，石英之天然壓電性質用於產生振動，而不使用獨立轉換器。在此實施例中，將電流以相反極性施加至石英流量槽。較佳而言，電流由超音波電路板驅動，該電路板經設計以輸出電流同時拂掠整個頻率範圍。拂掠整個頻率範圍之作用減少及/或阻止可損壞接觸表面之駐波的形成。電流可間歇地施加。

本文提及之所有專利在此以引用方式納入本文中，無論該等專利是否在本揭露內容之文本中具體說明。

在本揭露內容中，字詞「一或「一個」視為包括單數及複數二者。相對地，對複數項目之任何提及在適當時亦包括單數。

將自以上內容觀察到，在不脫離本發明之新穎概念的真正精神及範疇之情況下，可實現眾多修改方案及變化方案。要瞭解的是，不意欲或不應推斷出對所說明之特定實施例或實例之限制。本揭露內容意欲由隨附申請專利範圍來涵蓋屬於申請專利範圍之範疇內的所有此類修改方案。

參看以上詳細描述及隨附圖式之後，對一般技藝人士而言，本發明之益處及優點將變得愈加顯而易見，圖式中：圖1示出本發明之若干實施例及說明運用中之本發明的一個應用；圖2示出本發明之典型實施例的示意圖。

Claims

一種用於減少及/或阻止附接至一設備之一感測器之積垢的方法，該感測器量測該設備之一液體介質內之至少一個參數，該方法包括以下步驟：提供一超音波技術，其包括一轉換器及一探針，其中該探針及該轉換器係可操作地彼此連接，以便該轉換器自一來源接收一訊號，將該訊號轉換為機械能量，且將該機械能量轉移至該探針；將該探針之至少一部分浸沒至該液體介質中；及藉由將該訊號發送至該轉換器而運用該超音波技術，以便該探針由於超音波振動而在該液體介質中引起空泡化。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該運用步驟係間歇地進行。
如申請專利範圍第1項之方法，其中運用該超音波技術歷時不大於該感測器工作時間的5%。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該超音波技術係於大於20 kHz之一頻率下運用。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該超音波技術係於20 kHz至200 kHz之一範圍內的一頻率下運用。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該超音波技術係於約40 kHz之一頻率下運用。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該感測器包括一石英流量槽。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該轉換器包括一複合材料。
如申請專利範圍第8項之方法，其中該複合材料包括鋯酸鉛。
如申請專利範圍第9項之方法，其中該探針包括至少一個節點，該探針在該至少一個節點處可操作地連接至該設備。
如申請專利範圍第10項之方法，其中該探針包括一鈦合金。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該超音波技術包括一超音波電源，該超音波電源將該訊號發送至該轉換器且自動控制該訊號之振幅及/或頻率，從而又控制該所發射之超音波之該振幅及/或頻率。
一種用於減少及/或阻止一光學感測器積垢之方法，該光學感測器由一石英流量槽組成，該方法包括以下步驟：提供該光學感測器，該光學感測器量測一液體介質內之至少一個參數；可操作地對該光學感測器配備電源；及將電流以相反極性施加至該石英流量槽，該電流引起該石英流量槽共振，該共振引起該液體介質內之超音波空泡化，該超音波空泡化足以至少減少該石英流量槽積垢。
如申請專利範圍第13項之方法，其中該施加該電流係間歇地進行。
如申請專利範圍第13項之方法，其中該電流由一超音波電路板驅動。