CN202011786U - 智能电子变频水处理器 - Google Patents

Abstract

智能电子变频水处理器，包括电源模块(1)、主控模块(2)、信号耦合模块(3)、功率驱动模块(4)、负载线圈(5)、显示模块(6)和通信模块(7)；负载线圈(5)缠绕在管道上；电源模块(1)与主控模块(2)、信号耦合模块(3)、功率驱动模块(4)、显示模块(6)和通信模块(7)电连接，用于给各模块供电；主控模块(2)与信号耦合模块(3)、显示模块(6)、通信模块(7)电连接；功率驱动模块(4)与信号耦合模块(3)、负载线圈(5)分别电连接；主控模块(2)能产生变频共振信号耦合至负载线圈(5)，产生与水分子运动频率相同声频率范围的时变振荡电场。本实用新型具有安装简便、维护费用低、除垢效果好的优点。

Description

智能电子变频水处理器

技术领域  本实用新型涉及用磁场或电场辐射对水的多级处理，特别是涉及智能电子变频水处理器。

背景技术  天然水中溶解有诸如重碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硅酸盐等各种盐类，其中，重碳酸盐，如Ca(HCO₃)₂、Mg(HCO₃)₂，含量最多，化学性质也最不稳定，极易分解产生碳酸盐。当含重碳酸盐较多的水作为交换介质通过热交换器交换热量时，会受热分解逸出二氧化碳，形成难以溶解的碳酸钙和碳酸镁(石灰石、白云石的主要成分)沉淀在热交换器的表面，形成水垢。

水垢是硬水遇热或蒸发时形成碳酸钙后附着于物体表面的氧化层或沉淀物。实际生活中，任何与水接触的设备都会受水垢的影响。而在工业生产领域，如电厂、油田、化工和商业领域的供热、供水、注水、排污***中，结垢会堵塞各种管道、弯头、热交换器，甚至堵住阀门，并在金属表面形成一层矿物质沉淀，造成设备使用效率下降，甚至导致设备损坏的严重后果，造成能耗大幅提高(美国标准局测定的水沟厚度与能耗的关系是3毫米厚的水垢可造成20％的能源损耗，6毫米垢就可造成40％的能耗)。管线结垢后，会使管道排水量减少，水流速减慢、摩擦阻力增大，热交换的效率大幅减低，进而使能耗急剧增加，甚至造成设备***的后果。因此，要解决水垢的问题，需要花费大量财力，甚至是污染环境的代价。传统技术解决上述水垢问题大多采用化学抑制剂、钠离子交换树脂、酸溶液清洗或硬水软化方式处理，这些采用制剂的方法存在污染环境、腐蚀设备、工艺繁杂、反复治理时间长等不足之处，不仅指标不治本，而且花费极其昂贵。近年来，电子变频技术解决水垢问题已经开始应用，其原理是向水中施加一个与水分子运动频率相同的频率，从而引起水分子产生共振，使水分子团变成单个的极性水分子，提高水的活化性，及水垢的溶解度，极微小的水分子可以迅速渗透、包围、疏松、溶解去除诸如热交换器、管道、阀门、锅炉等热交换***内的老垢，同时，浮在水中的钙离子和碳酸根离子相互碰撞，形成特殊的文石碳酸钙体，由于其表面无电荷，因此，不能再吸附在设备表面，从而达到阻垢、除垢的目的。尽管如此，现有电子变频技术输出功率较小，高压信号不安全，频率固定在一个范围内，而不同条件下水的温度、硬度、粘度、pH值、压力、流速不同，共振频率也不尽相同，除垢效果并不理想。

实用新型内容  本实用新型要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处，而提供一种安装简便、维护费用低、除垢效果好的智能电子变频除水垢装置。

本实用新型为解决所述技术问题可以采用以下技术方案来实现：智能电子变频水处理器，用于去除水循环***中管道内的水垢，管道中水的温度、硬度、粘度、pH值、压力和流速各项参数分别由各功能仪表采集，尤其是，包括电源模块、主控模块、信号耦合模块、功率驱动模块、负载线圈、显示模块和通信模块；所述负载线圈缠绕在所述管道上；所述电源模块与主控模块、信号耦合模块、功率驱动模块、显示模块和通信模块电连接，用于给各模块供电；所述各功能仪表均与所述主控模块电连接传送所述管道中水的参数信号；所述主控模块与信号耦合模块、显示模块、通信模块电连接；所述功率驱动模块与信号耦合模块、负载线圈分别电连接；所述主控模块根据所述各功能仪表的传感器测量的参数信号产生与管道中水环境相匹配频段的变频共振信号给信号耦合模块，转换成控制信号后再经过功率驱动模块的功率信号耦合至缠绕在所述管道上的负载线圈，产生与水环境的水分子运动频率相同声频率范围的时变振荡电磁场；所述显示模块用于显示各种参数以及设备运行状态；所述通信模块实现和外部设备的信息交换。

所述电源模块采用PWM方式调制的开关电源。

所述主控模块为两片瑞萨16位单片机，一片为产生变频共振信号的变频控制模块，另一片为信号采集和数据处理控制模块。

所述信号耦合模块采用桥式移相电路。

所述功率驱动模块采用桥式拓扑结构功率MOSFET高速驱动电路。

所述显示模块采用240×128蓝屏汉字点阵LCM显示各种参数以及设备运行状态。

所述通信模块采用RS485和/或红外异步通信接口。

所述通信模块采用远程通信接口，通过GPRS公网实现和外部设备的信息交换。

与现有技术相比较，本实用新型具有以下有益效果：

1、安装简便；本实用新型智能电子变频除水垢装置无需改变原有水循环***的设计，只需将设备信号输出电缆线，即负载线圈，缠绕在用户水循环***的进出水管道上即可。

2、维护费用低；现有技术采用化学制剂、钠离子交换树脂、酸水或硬水软化方式的费用十分高昂，不仅需要定期对管道进行清洗，还需投入大量人力，并且在拆洗设备时需要停产，造成了间接经济损失，同时化学清洗方法还会造成设备腐蚀，降低了设备的使用寿命；本实用新型除水垢装置无需对管道进行清洗，不需添加化学制剂，只需向管道中的水施加与自然频率相同的频率，从而引起水分子产生共振，使水分子团变成单个的极性水分子，提高水的活化性和对水垢的溶解度，实现对管道的除垢、阻垢，可确保安全运行10～15年，且无需专人看管，维护费用很低。

3、除垢效果好；本实用新型水处理装置采用电子变频共振技术，主控模块可根据水循环***中水的温度、硬度、粘度、pH值、压力和流速各项实时参数，进行实时调整，以输出与水自然频率相同的从1kHz～28kHz范围多组分段自动连续调节的频率谱，多组输出功率随之控制强度，使用多组耦合负载线圈使除垢、阻垢达到最佳状态，实现智能变频调节。

附图说明

图1是本实用新型智能电子变频水处理器之运行原理框图。

具体实施方式  以下结合附图所示之优选实施例作进一步详述。

如图1所示，智能电子变频水处理器，用于去除水循环***(诸如电厂、油田、化工和商业领域的供热、供水、注水、排污***，以及热交换***)中管道内的水垢，具体实施时，管道中水的温度、硬度、粘度、pH值、压力和流速各项参数分别由各功能仪表传感器采集，该水处理器包括电源模块1、主控模块2、信号耦合模块3、功率驱动模块4、负载线圈5、显示模块6和通信模块7；所述负载线圈5缠绕在所述管道上；所述电源模块1与主控模块2、信号耦合模块3、功率驱动模块4、显示模块6和通信模块7电连接，用于给各模块供电；所述各功能仪表均与所述主控模块2电连接传送所述管道中水的参数信号；所述主控模块2与信号耦合模块3、显示模块6、通信模块7电连接；所述功率驱动模块4与信号耦合模块3、负载线圈5分别电连接；所述主控模块2根据所述各功能仪表的传感器测量的参数信号产生与水循环***中水环境相匹配的变频共振信号给信号耦合模块3，由信号耦合模块3转换成控制信号后再经过功率驱动模块4的功率信号耦合至缠绕在所述管道上的负载线圈5，负载线圈5产生与水环境的水分子运动频率相同声频率范围的时变振荡电磁场；所述显示模块6用于显示各种参数以及设备运行状态；所述通信模块7实现和外部设备的信息交换。

所述电源模块1采用PWM方式调制的开关电源。电源模块1负责供给主控模块2、信号耦合模块3、功率驱动模块4、显示模块6、通信模块7各模块所需的工作电压，模块采用PWM方式的开关电源，带载能力大，具备热过载保护、电压过载保护、电流过载保护、及内部监测过热关闭输出等功能，大大提高本除水垢装置的驱动能力和可靠性。

主控模块2是本装置的核心，采用2片瑞萨16位单片机，一片为产生变频共振信号的变频控制模块21，另一片为信号采集和数据处理控制模块22。变频控制信号模块21控制产生变频共振输出信号，经信号耦合模块3、功率驱动模块4耦合到缠绕在管道上的负载线圈5，使负载线圈5产生与水环境的水分子运动频率相同声频率范围的时变振荡电磁场。时变振荡电磁场作用于管道上，向水中施加一个与水分子自然运动频率相同的变频磁场，从而引起水分子产生共振，使水分子团离解成活性很强的单个极性水分子，提高了水的活化性和对水垢的溶解度。现有技术电子变频仅能产生一种频率变化的电信号，输出功率较小，频率固定在一个范围，而在不同的条件下，水的温度、硬度、粘度、pH值、压力及流速不同，采用输出固定频率除垢效果不尽理想。本新型主控模块2中的信号采集和数据处理控制模块22与测量管道中水的温度、硬度、粘度、pH值、压力和流速各项参数的各功能仪表传感器连接，能够对水的环境参数进行自动测量，采集到管道中水的各项参数后，就能根据水的现场环境参数实现对控制的变频信号实现智能选择，输出频率谱可以从1kHz～28kHz范围内的8组频率范围(1kHz～2kHz、1kHz～5kHz、1kHz～10kHz、1kHz～15kHz、1kHz～28kHz、2kHz～5kHz、2kHz～15kHz、2kHz～28kHz)进行分段选择和连续调节，多组输出功率随之控制强度，耦合到多组合负载线圈5，使除垢、阻垢处在最佳状态。达到节能减排，低碳环保目的。

同时主控模块2将输出电压、电流送到显示模块6，显示模块6优选采用240×128蓝屏汉字点阵LCM，以实现本新型水处理器对输出电压、电流的实时监测，对每个工作模块的工作状态、温升做监控，实时记录设备的运行状态信息，当出现异常时及时报警，对超过设置的电流、温度时自动切断相关模块，实现线路保护，方便用户查询设备状态、数据现场信息采集和用户管理的提升。

所述功率驱动模块4采用桥式拓扑结构功率MOSFET高速驱动电路。所述信号耦合模块3采用桥式移相电路，以匹配功率驱动模块4的桥式拓扑结构功率MOSFET高速驱动电路。功率驱动模块4主要负责对主控模块2的变频信号驱动及功率输出，使得变频功率信号耦合到负载线圈5上，其采用的桥式拓扑结构功率MOSFET高速驱动电路有效解决了栅极驱动信号振荡烧毁功率管的难题，输出波形好，功率大、内阻小，延迟时间小，抗干扰性能好，除垢效率高。

由功率驱动模块4输出的多组分段自动连续调节1kHz-28kHz范围的大功率变频信号最终加到多组除垢负载线圈5上，除垢负载线圈5可依据管道***中实际水环境状况分一组、两组或多组，其匝数随输出功率改变，最终达到理想的匹配状态，为匹配负载线圈5的功率，实际应用时，每一组负载线圈5需连接一组功率驱动模块4。

所述通信模块7采用RS485和/或红外异步通信接口，具备RS485和红外异步通讯口，实现除垢设备和用户之间的信息交流，电子变频水处理器运行信息可以反映出管道、热交换器除垢工作状态，用户可以通过此模块对设备的参数进行现场的本地设置，也可抄取设备的运行信息等。该通信模块7还可扩展为远程通信信道，采用GPRS公网实现远程除水垢装置运行状态信息的数据采集，通过数据采集后台***可实现用户对整个管线的远程监测和控制。

以上内容是结合具体的优选技术方案对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种智能电子变频水处理器，用于去除水循环***中管道内的水垢，管道中水的温度、硬度、粘度、pH值、压力和流速各项参数分别由各功能仪表采集，其特征在于：包括电源模块(1)、主控模块(2)、信号耦合模块(3)、功率驱动模块(4)、负载线圈(5)、显示模块(6)和通信模块(7)；所述负载线圈(5)缠绕在所述管道上；所述电源模块(1)与主控模块(2)、信号耦合模块(3)、功率驱动模块(4)、显示模块(6)和通信模块(7)电连接，用于给各模块供电；所述各功能仪表均与所述主控模块(2)电连接传送所述管道中水的参数信号；所述主控模块(2)与信号耦合模块(3)、显示模块(6)、通信模块(7)电连接；所述功率驱动模块(4)与信号耦合模块(3)、负载线圈(5)分别电连接；所述主控模块(2)根据所述各功能仪表的传感器测量的参数信号产生与管道中水环境相匹配频段的变频共振信号给信号耦合模块(3)，转换成控制信号后再经过功率驱动模块(4)的功率信号耦合至缠绕在所述管道上的负载线圈(5)，产生与水环境的水分子运动频率相同声频率范围的时变振荡电磁场；所述显示模块(6)用于显示各种参数以及设备运行状态；所述通信模块(7)实现和外部设备的信息交换。

2.根据权利要求1所述的智能电子变频水处理器，其特征在于：所述电源模块(1)采用PWM方式调制的开关电源。

3.根据权利要求1所述的智能电子变频水处理器，其特征在于：所述主控模块(2)为两片瑞萨16位单片机，一片为产生变频共振信号的变频控制模块(21)，另一片为信号采集和数据处理控制模块(22)。

4.根据权利要求1所述的智能电子变频水处理器，其特征在于：所述信号耦合模块(3)采用桥式移相电路。

5.根据权利要求1所述的智能电子变频水处理器，其特征在于：所述功率驱动模块(4)采用桥式拓扑结构功率MOSFET高速驱动电路。

6.根据权利要求1所述的智能电子变频水处理器，其特征在于：所述显示模块(6)采用240×128蓝屏汉字点阵LCM显示各种参数以及设备运行状态。

7.根据权利要求1所述的智能电子变频水处理器，其特征在于：所述通信模块(7)采用RS485和/或红外异步通信接口。

8.根据权利要求1所述的智能电子变频水处理器，其特征在于：所述通信模块(7)采用远程通信接口，通过GPRS公网实现和外部设备的信息交换。

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