專利名稱：通用變頻電磁除垢儀及其除垢方法
通用變頻電磁除垢儀及其除垢方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于工業(yè)用水裝置的除垢和防垢設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種通用變頻電磁除垢儀，本發(fā)明還涉及通用變頻電磁除垢儀的除垢方法。
背景技術(shù)：
除垢儀主要用于解決工業(yè)鍋爐、水循環(huán)系統(tǒng)以及化工、石油、管道等各種用水設(shè)備的除垢、防垢問(wèn)題。目前，防垢除垢仍是世界性的一大難題，在世界范圍內(nèi)應(yīng)用的除垢防垢技術(shù)主要有兩種，即化學(xué)除垢和物理除垢技術(shù)。
化學(xué)除是較為廣泛使用的除垢防垢方法，是在水中添加具有阻垢功能的化學(xué)藥劑 (即阻垢劑)，阻垢機(jī)理是利用除垢劑抑制水中各種可結(jié)垢晶粒正常生長(zhǎng)和擾亂晶粒之間按正常狀態(tài)聚集生長(zhǎng)，達(dá)到除垢防垢目的。化學(xué)除垢具有成本高，有污染及針對(duì)性強(qiáng)等缺點(diǎn)。
而近幾年發(fā)展起來(lái)的物理除垢技術(shù)為從根本上解決除垢防垢問(wèn)題開辟了新的途徑。物理除垢方法具有成本低、無(wú)污染、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。目前物理除垢的研究主要集中在聲場(chǎng)、磁場(chǎng)、電場(chǎng)等各種物理場(chǎng)方面。目前已投入使用的物理除垢技術(shù)有1)超聲波除垢技術(shù)；2) I0N-STICK處理器；3)電磁除垢。在三種技術(shù)中，電磁除垢技術(shù)較具優(yōu)勢(shì)且應(yīng)用較廣泛。
通常水中80%的水分子是由氫鍵締合成水分子團(tuán)的形式，這種水分子團(tuán)對(duì)碳酸鈣即水垢的溶解程度較低，使水垢很容易析出，電磁除垢儀是利用電磁變頻共振技術(shù)向水中施加一個(gè)與其自然頻率相同的頻譜極寬的脈沖頻率引起水分子產(chǎn)生共振，使氫鍵斷開，水分子團(tuán)變成單個(gè)的極性水分子，提高了水的活化性和對(duì)水垢的溶解度，20 μ m以下的水分子可以滲透、包圍、疏松、溶解，去除掉熱水器、鍋爐熱交換系統(tǒng)內(nèi)的老垢，同時(shí)浮在水中的鈣離子和碳酸根離子相互碰撞形成特殊的文石碳酸鈣體，其表面無(wú)電荷，懸浮于流動(dòng)的水中， 不再吸附在管道上，隨著水的流動(dòng)而帶走，達(dá)到除垢的目的。
目前，國(guó)內(nèi)電磁除垢儀的技術(shù)參數(shù)、安裝方式以及所適應(yīng)的水質(zhì)和管徑參數(shù)其共同點(diǎn)是1)安裝方式均為法欄式，即安裝時(shí)需要切斷現(xiàn)場(chǎng)管道；2)設(shè)備輸出功率偏低，最大 500W左右；3)與輸出功率相對(duì)應(yīng)，最大適應(yīng)管道直徑500mm左右；4)適應(yīng)水質(zhì)總硬度小于 1000mg/L ;5)適應(yīng)流速范圍小于2. 8m/s ;6)磁化水有效時(shí)間短，約3小時(shí)左右。國(guó)產(chǎn)除垢儀的最大缺點(diǎn)是安裝時(shí)要切斷現(xiàn)場(chǎng)管道，除非是新建項(xiàng)目，這對(duì)某些已生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的企業(yè)是不允許的；另外，國(guó)產(chǎn)除垢儀適應(yīng)管道直徑和水質(zhì)硬度范圍小也是不可忽視的缺點(diǎn)，這在很大程度上限制了國(guó)產(chǎn)除垢儀的應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)條件惡劣如石油開采和需要大口徑管道如火力發(fā)電廠，管道直徑約2. 5米的場(chǎng)合；現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)除垢儀只適用于中小企業(yè)的應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種通用變頻電磁除垢儀，不僅安裝和使用方便，而且除垢防垢效果顯著。
本發(fā)明的另一目的在于提供上述通用變頻電磁除垢儀的除垢方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，通用變頻電磁除垢儀，包括有除垢儀殼體，除垢儀殼體的一側(cè)面上設(shè)置有控制面板，控制面板上設(shè)置有點(diǎn)陣液晶顯示屏，點(diǎn)陣顯示屏一側(cè)依次設(shè)置有主菜單按鍵、參數(shù)設(shè)定按鍵、啟動(dòng)鍵及鑰匙開關(guān)，除垢儀殼體內(nèi)部包括有單片機(jī)主控板，單片機(jī)主控板分別通過(guò)導(dǎo)線與LED背光控制模塊、點(diǎn)陣液晶顯示模塊、線圈功放觸發(fā)電路模塊、D/A轉(zhuǎn)換器、線圈報(bào)警模塊、啟動(dòng)鍵、主菜單按鍵、復(fù)位電路模塊、參數(shù)設(shè)定模塊、PC 機(jī)通訊模塊、測(cè)量模塊及鑰匙開關(guān)連接，LED背光控制模塊通過(guò)導(dǎo)線與點(diǎn)陣液晶顯示模塊連接，線圈功放觸發(fā)電路模塊通過(guò)導(dǎo)線依次與線圈功率放大模塊、輸出線圈連接，D/A轉(zhuǎn)換器通過(guò)導(dǎo)線與線圈功率電源控制模塊連接，參數(shù)設(shè)定模塊通過(guò)導(dǎo)線與控制面板上的參數(shù)設(shè)定按鍵連接。
本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
線圈報(bào)警模包括有線圈電流報(bào)警模塊和線圈電壓報(bào)警模塊，線圈電流報(bào)警模塊和線圈電壓報(bào)警模塊分別通過(guò)導(dǎo)線與單片機(jī)主控板連接。
線圈功率放大模塊包括有四組功放橋電路，每組功放橋電路包括有四個(gè)IGBT管， 每組功放橋電路連接一個(gè)輸出線圈。
測(cè)量模塊包括有線圈電流測(cè)量模塊和電源電壓測(cè)量模塊，線圈電流測(cè)量模塊和電源電壓測(cè)量模塊分別通過(guò)導(dǎo)線與單片機(jī)主控板連接，線圈電流測(cè)量模塊包括多組測(cè)量模塊，每組測(cè)量模塊分別通過(guò)導(dǎo)線與單片機(jī)主控板連接。
點(diǎn)陣液晶顯示模塊采用0CM320240液晶顯示模塊。
PC機(jī)通訊模塊內(nèi)的芯片為MAX232芯片。
線圈電流測(cè)量電路模塊包括有至少四組線圈電流測(cè)量電路模塊。
本發(fā)明的另一技術(shù)方案是，通用變頻電磁除垢儀的除垢方法，具體按照以下步驟實(shí)施
步驟1、調(diào)整通用變頻電磁除垢儀，形成最佳工作電壓、工作電流及最佳工作頻率
設(shè)備交付用戶前，先由廠商專業(yè)技術(shù)人員輸入現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，使通用變頻電磁除垢儀具有最佳工作電壓、最佳工作電流及最佳工作頻率；
步驟2、將最佳頻率信號(hào)變成功率放大后的調(diào)頻電流并加載到輸出線圈
單片機(jī)主控板將步驟I中生成的最佳頻率信號(hào)PWMl和PWM2輸出至線圈功放觸發(fā)電路模塊和線圈功率放大模塊，線圈功放觸發(fā)電路模塊產(chǎn)生頻率觸發(fā)信號(hào)，頻率觸發(fā)信號(hào)作用于線圈功率放大模塊，線圈功率放大模塊內(nèi)所有的功放橋電路同時(shí)接收最佳頻率信號(hào) PWMl和PWM2，這兩個(gè)最佳頻率信號(hào)PWMl和PWM2同時(shí)控制觸發(fā)驅(qū)動(dòng)器的高/低電平的輸入端，使所有功放橋電路同步工作，不同組的功放橋電路中電磁場(chǎng)同步變化，IGBT管按對(duì)角線分成兩組，同一時(shí)刻一組關(guān)閉，另一組導(dǎo)通，為輸出線圈提供功率，并在不同組輸出線圈中形成方向變化的交變調(diào)頻電流；
步驟3，利用交變調(diào)頻電流對(duì)管道進(jìn)行除垢
輸出線圈6被提前環(huán)繞于待除垢管道上，經(jīng)步驟2輸出線圈6內(nèi)的交變調(diào)頻電流產(chǎn)生高頻振蕩，在固定的輸出線圈6內(nèi)形成高頻電磁場(chǎng)，待除垢管道內(nèi)的冷卻水在吸收高頻電磁場(chǎng)能后，水分子作為偶極子被不斷反復(fù)極化而產(chǎn)生扭曲、變形、反轉(zhuǎn)、振動(dòng)，形成活性很強(qiáng)的單分子或小謫合群體狀態(tài)的水，增強(qiáng)水分子之間的偶極矩，促進(jìn)水對(duì)成垢物質(zhì)及其組分的作用，最終達(dá)到阻垢和松動(dòng)剝落已經(jīng)生成的水垢。
本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，步驟I具體按照以下步驟實(shí)施
I)由廠商專業(yè)技術(shù)人員將現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)待除垢管道直徑Dtl、輸出線圈的最佳工作電壓Um、水流速度V、水的磁導(dǎo)率μ C1、水質(zhì)硬度Y、輸出線圈的長(zhǎng)度I、輸出線圈的直徑d、輸出線圈的電阻值R以及輸出線圈的纏繞層數(shù)，通過(guò)參數(shù)設(shè)定面板上的參數(shù)設(shè)定按鍵輸入到參數(shù)設(shè)定模塊內(nèi)，參數(shù)設(shè)定模塊將所有輸入的現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)傳送到單片機(jī)主控板內(nèi)；
2)經(jīng)I)確定好通用變頻電磁除垢儀的現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)后，電源電壓測(cè)量模塊測(cè)量接通電源后通用變頻電磁除垢儀的工作電壓，并將測(cè)量得到的工作電壓輸送至單片機(jī)主控板內(nèi)， 通用變頻電磁除垢儀的工作電壓顯示在點(diǎn)陣液晶顯示模塊連接的點(diǎn)陣液晶顯示屏上；
3)單片機(jī)主控板將通用變頻電磁除垢儀的工作電壓與I)中輸入的輸出線圈的最佳工作電壓仏進(jìn)行比較，當(dāng)除垢儀功率電源的工作電壓與輸出線圈的最佳工作電壓Um不一致時(shí)，線圈電壓報(bào)警模塊啟動(dòng)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，報(bào)警信號(hào)發(fā)出后，通用變頻電磁除垢儀的工作電壓經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為直流電流，再經(jīng)過(guò)電源功率放大模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出 (TlOmA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)；
4)利用3)得到的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)對(duì)通用變頻電磁除垢儀的工作電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，使通用變頻電磁除垢儀的工作電壓與輸出線圈的最佳工作電壓Um—致；
5)單片機(jī)主控板內(nèi)設(shè)置的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型根據(jù)I)中輸入的現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)計(jì)算出單組輸出線圈的電感L、分子鍵能/水質(zhì)硬度分布函數(shù)Φ (Y)、頻率分布函數(shù)ω 0030
權(quán)利要求
1.通用變頻電磁除垢儀，其特征在于，包括有除垢儀殼體，除垢儀殼體的ー側(cè)面上設(shè)置有控制面板，控制面板上設(shè)置有點(diǎn)陣液晶顯示屏，點(diǎn)陣顯示屏ー側(cè)依次設(shè)置有主菜單按鍵(21)、參數(shù)設(shè)定按鍵(18)、啟動(dòng)鍵(19)及鑰匙開關(guān)(20)，除垢儀殼體內(nèi)包括有單片機(jī)主控板(1)，所述單片機(jī)主控板(I)分別通過(guò)導(dǎo)線與LED背光控制模塊(2)、點(diǎn)陣液晶顯示模塊(3 )線圈功放觸發(fā)電路模塊(4 )、D/A轉(zhuǎn)換器(7 )、線圈報(bào)警模塊(9 )、啟動(dòng)鍵(19 )、主菜單模塊(21)、復(fù)位電路模塊(13)、參數(shù)設(shè)定模塊(12 )、PC機(jī)通訊模塊(11)、測(cè)量模塊(10 )、鑰匙開關(guān)(20)連接，所述LED背光控制模塊(2)通過(guò)導(dǎo)線與所述點(diǎn)陣液晶顯示模塊(3)連接，所述線圈功放觸發(fā)電路模塊(4)通過(guò)導(dǎo)線依次與所述線圈功率放大模塊(5)、輸出線圈(6)連接，所述D/A轉(zhuǎn)換器(7)通過(guò)導(dǎo)線與線圈功率電源控制模塊(8)連接，所述參數(shù)設(shè)定模塊(12)通過(guò)導(dǎo)線與所述控制面板上的參數(shù)設(shè)定按鍵(18)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通用變頻電磁除垢儀，其特征在于，所述線圈報(bào)警模塊(9)包括有線圈電流報(bào)警模塊(16)和線圈電壓報(bào)警模塊(17)，所述線圈電流報(bào)警模塊(16)和線圈電壓報(bào)警模塊(17)分別通過(guò)導(dǎo)線與單片機(jī)主控板(I)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通用變頻電磁除垢儀，其特征在于，所述線圈功率放大模塊(5)包括有四組功放橋電路，所述每組功放橋電路包括有四個(gè)IGBT管，所述每組功放橋電路連接ー個(gè)輸出線圈(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通用變頻電磁除垢儀，其特征在于，所述測(cè)量模塊(10)包括有線圈電流測(cè)量模塊(14)和電源電壓測(cè)量模塊(15 )，所述線圈電流測(cè)量模塊(14)和所述電源電壓測(cè)量模塊(15)分別通過(guò)導(dǎo)線與單片機(jī)主控板(I)連接，所述線圈電流測(cè)量模塊(14)包括多組測(cè)量模塊，每組測(cè)量模塊分別通過(guò)導(dǎo)線與單片機(jī)主控板(I)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通用變頻電磁除垢儀，其特征在于，所述點(diǎn)陣液晶顯示模塊(3)采用0CM320240液晶顯示模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通用變頻電磁除垢儀，其特征在于，所述PC機(jī)通訊模塊(11)內(nèi)的芯片為MAX232芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通用變頻電磁除垢儀，其特征在于，所述的線圈電流測(cè)量電路模塊(14 )包括有至少四組線圈電流測(cè)量電路模塊。
8.通用變頻電磁除垢儀的除垢方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施 步驟I、調(diào)整通用變頻電磁除垢儀，形成最佳工作電壓、工作電流及最佳工作頻率 設(shè)備交付用戶前，先由廠商專業(yè)技術(shù)人員輸入現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，使通用變頻電磁除垢儀具有最佳工作電壓、最佳工作電流及最佳工作頻率； 步驟2、將最佳頻率控制信號(hào)變成功率放大后的調(diào)頻電流并加載到輸出線圈 單片機(jī)主控板將步驟(I)中生成的最佳頻率信號(hào)PWMl和PWM2輸出至線圈功放觸發(fā)電路模塊(4)和線圈功率放大模塊(5)，線圈功放觸發(fā)電路模塊(4)產(chǎn)生頻率觸發(fā)信號(hào)，頻率觸發(fā)信號(hào)作用于線圈功率放大模塊，線圈功率放大模塊(5)內(nèi)所有的功放橋電路同時(shí)接收最佳頻率信號(hào)PWMl和PWM2，這兩個(gè)最佳頻率信號(hào)PWMl和PWM2同時(shí)控制觸發(fā)驅(qū)動(dòng)器的高/低電平的輸入端，使所有功放橋電路同步工作，不同組的功放橋電路中電磁場(chǎng)同步變化，IGBT管按對(duì)角線分成兩組，同一時(shí)刻ー組關(guān)閉，另ー組導(dǎo)通，為輸出線圈(6)提供功率，并在不同組輸出線圈(6)中形成方向變化的交變調(diào)頻電流； 步驟3，利用形成交變調(diào)頻電流進(jìn)行除垢所述輸出線圈(6)被提前環(huán)繞于待除垢管道上，經(jīng)步驟2所述輸出線圈(6)內(nèi)的交變調(diào)頻電流產(chǎn)生高頻振蕩，在固定的輸出線圈(6)內(nèi)形成高頻電磁場(chǎng)，待除垢管道內(nèi)的冷卻水在吸收高頻電磁場(chǎng)能后，水分子被不斷反復(fù)極化形成單分子或小謫合群體狀態(tài)的水，改變冷卻水中沉積物質(zhì)的存在形態(tài)和相關(guān)離子的物理性能及水分子與其他離子的結(jié)合狀態(tài)，使結(jié)垢晶體沉積物析出的時(shí)間延長(zhǎng)，并以細(xì)小的無(wú)定形的顆粒析出，最終使水垢松動(dòng)剝落。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的通用變頻電磁除垢儀的除垢方法，其特征在于，所述步驟I具體按照以下步驟實(shí)施 O由廠商專業(yè)技術(shù)人員將現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)待除垢管道直徑Dtl、輸出線圈(6)的最佳工作電壓Um、水流速度V、水的磁導(dǎo)率μ C1、水質(zhì)硬度Y、輸出線圈(6)的長(zhǎng)度I、輸出線圈的直徑d、輸出線圈(6)的電阻值R以及輸出線圈(6)的纏繞層數(shù)，通過(guò)參數(shù)設(shè)定面板上的參數(shù)設(shè)定按鍵(18)輸入到參數(shù)設(shè)定模塊(12)內(nèi)，所述參數(shù)設(shè)定模塊(12)將所有輸入的現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)傳送到所述單片機(jī)主控板(I)內(nèi)； 2)經(jīng)I)確定好通用變頻電磁除垢儀的現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)后，所述電源電壓測(cè)量模塊(15)測(cè)量接通電源后通用變頻電磁除垢儀的工作電壓，并將測(cè)量得到的工作電壓輸送至所述單片機(jī)主控板(I)內(nèi)，所述通用變頻電磁除垢儀的工作電壓顯示在所述點(diǎn)陣液晶顯示模塊(3)連接的點(diǎn)陣液晶顯示屏上； 3)所述單片機(jī)主控板(I)將通用變頻電磁除垢儀的工作電壓與I)中輸入的輸出線圈(6)的最佳工作電壓Um進(jìn)行比較，當(dāng)除垢儀功率電源的工作電壓與輸出線圈(6)的最佳エ作電壓Um不一致吋，所述線圈電壓報(bào)警模塊(17)啟動(dòng)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，報(bào)警信號(hào)發(fā)出后，所述通用變頻電磁除垢儀的工作電壓經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器(7)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為直流電流，再經(jīng)過(guò)所述電源功率放大模塊(8)進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出(TlOmA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)； 4)利用3)得到的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)對(duì)通用變頻電磁除垢儀的工作電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，使通用變頻電磁除垢儀的工作電壓與輸出線圈(6)的最佳工作電壓Um—致； 5)單片機(jī)主控板(I)內(nèi)設(shè)置的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型根據(jù)I)中輸入的現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)計(jì)算出所述單組輸出線圈(6)的電感L、分子鍵能/水質(zhì)硬度分布函數(shù)Φ (Y)、頻率分布函數(shù)ω
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的通用變頻電磁除垢儀的除垢過(guò)程，其特征在于，所述步驟I中現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)既可以通過(guò)面板按鍵(18)設(shè)定或通過(guò)中央控制室的PC機(jī)通訊模塊(11)設(shè)定。
全文摘要
本發(fā)明公開的通用變頻電磁除垢儀，內(nèi)部包括有單片機(jī)主控板，單片機(jī)主控板分別通過(guò)導(dǎo)線與LED背光控制模塊、點(diǎn)陣液晶顯示模塊、線圈功放觸發(fā)電路模塊、D/A轉(zhuǎn)換器、線圈報(bào)警模塊、啟動(dòng)鍵、主菜單按鍵、復(fù)位電路模塊、參數(shù)設(shè)定模塊、PC機(jī)通訊模塊、測(cè)量模塊及鑰匙開關(guān)連接，LED背光控制模塊通過(guò)導(dǎo)線與點(diǎn)陣液晶顯示模塊連接，線圈功放觸發(fā)電路模塊通過(guò)導(dǎo)線依次與線圈功率放大模塊、輸出線圈連接，D/A轉(zhuǎn)換器7通過(guò)導(dǎo)線與線圈功率電源控制模塊連接，參數(shù)設(shè)定模塊通過(guò)導(dǎo)線與控制面板上的參數(shù)設(shè)定按鍵18連接，本發(fā)明還公開了通用變頻電磁除垢儀的除垢過(guò)程。本發(fā)明的通用變頻電磁除垢儀不僅安裝和使用方便，還能達(dá)到很好的除垢坊垢效果。
文檔編號(hào)C02F5/00GK102976501SQ20121042863
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月31日
發(fā)明者于長(zhǎng)豐 申請(qǐng)人:西安工程大學(xué)