CN2585165Y - 超音频脉冲防垢、除垢装置 - Google Patents

Abstract

超音频脉冲防垢、除垢装置，包括主机、至少一个带散热片的磁致换能器，主机内装设有超音频信号源和功率放大器。超音六反向集成电路IC₁、IC₇，分频器IC₂、IC₃，触发器IC₄、与非门IC₅、或非门IC₆经IC₁、IC₂－IC₆处理输出的超音频脉冲信号经IC₇产生两组相位差180度间隔0.01秒的脉冲群，分别送入由二个功率管IGBT₁及其驱动电路和IGBT₂及其驱动电路组成的功率放大器。IGBT₁发射极连接的线圈L₁和IGBT₂集电极连接的线圈L₂分别绕设在功率放大器铁芯的二个芯柱上。本实用新型具有防垢和除垢效果明显，可减少企业的能源损失，提高设备运行的经济性和安全性，提高设备的使用寿命，且体积小、重量轻、免维护程度高、安装简便的优点。

Description

超音频脉冲防垢、除垢装置

(一)技术领域

本实用新型涉及一种除垢装置，具体是涉及一种采用声学技术实现锅炉防垢、除垢的装置。

(二)背景技术

锅炉及热交换器等设备受热面结垢一直是困扰人们的重大难题，引起世界科技领域的极大关注。垢是由硅酸盐、碳酸盐及其它盐类物质构成的，它具有一定的硬度并具有绝热的性质。锅炉及热交换器受热面结垢会使其热交换效率急剧下降，造成了极大的能源损失。由于结垢引起的受热面传热急剧受阻，将造成受热面过热，甚至造成爆管事故的发生。

传统的防止结垢的方法是采用化学的方法对水进行软化处理，这需用大量的资金购置设备和进行安装工程建设，投入大量的人力和物力运行和维护。尽管如此，也不能百分之百的除去水中所含有的结垢成分，结垢还会发生，只是降低了结垢的速度而已。

除垢多采用化学处理的办法。这需要耗用大量的化学药剂，清洗后产生的排放物对环境造成极严重的污染。清洗必须在停产的情况下进行，这将使企业的经济效益和社会效益受到很大的影响。清洗的同时还将造成受热面的腐蚀，轻者减少锅炉及热交换设备的使用寿命，重者将造成设备的损坏。

综上所述，人们一直在探寻一种使受热面完全不结垢，有了垢能彻底除掉的方法。

(三)发明内容

本实用新型要解决的技术问题，是提供一种采用声学技术实现锅炉防垢的超音频脉冲防垢、除垢装置。

采用的技术方案是：

超音频脉冲防垢、除垢装置，包括主机和多个磁致换能器，主机内装设有超音频信号源和功率放大器，功率放大器的信号输出端通过电缆与磁致换能器的信号输入接线端子连接。

1、超音频信号源

超音频信号源由晶体管T₁、T₂、集成电路I_C1(六反相器)电阻R₁、R₂、R₃、R₄、多圈电位器R_W及电容C₁组成，产生20KHz至35KHz频率可调的超音频信号f，经整形、二分频器IC₂、十分频器IC₃产生频率分别为

脉冲群。(见图3)

市电经变压器变压输出15v交流电压滤除干扰尖脉冲经二极管D半波整流输出半流信号经整形变成频率为50Hz的方波信号，连同 脉冲群一同输入到触发器IC₄、与非门IC₅、或非门IC₆电路中，经六反相器IC₇产生两组相位相差180度间隔为0.01秒的脉冲群，分别送到功率放大器。

2、功率放大器

功率放大器由功率管IGBT与驱动电路组成。IGBT可视为MOSFET与双极晶体管的复合器件。它的输入端具有MOSFET的特点，输入阻抗高，开关速度快，所需驱动功率小。IGBT处于主电路地位，它的集电极直接与负载联接，有较高的工作电压，而驱动电路工作电压低。因此驱动电路应具有独立的直流供电电源V_CC，本装置V_CC为20伏左右，没有经过稳压的直流电源。在此情况下驱动电路与主电路之间不直接联接，而应通过隔离脉冲变压器B间接传送驱动信号。晶体管T₁、T₂组成复合管，对驱动脉冲群信号进行放大。隔离脉冲变压器初级与复合管集电极相连，变压器次级通过电阻R₂、R₃与IGBT栅极相连。R₂、R₃防止IGBT栅极开路并提供充放电通路。与R₂并联的D₂为加速二极管，使充电电流增加，从而提高IGBT的开关速度。变压器初级所并二极管用来消除脉冲变压器初级产生的反电势，变压器同名端应保证复合晶体管导通时变压器初级感应出的电势使IGBT导通。适当选择脉冲变压器的初、次级匝数比以满足驱动电压的要求。(见图4)

3、磁致换能器

磁致换能器由铁芯、线圈、振动传送杆、保护套组成。磁致换能器的要点是在磁致换能器的壳体上固设有多个环状散热片。

磁致换能器的工作原理

当IGBT₁导通时电流通过L₁向电容C₆充电，铁芯在L₁单方向电流以的作用下向某一方向振动(如向下)，即磁致“延伸”。因IGBT₁导通时电流较大，在IGBT₁栅极电压还没完全消失时C₆已充电完毕，IGBT₁截止。电容C₆充有数值为：V₊-(IGBT导通压降)的电压。这时同脉冲群I相差180度的脉冲群II使IGBT₂导通，电容C₆通过L₂放电，L₁、L₂分别绕在铁芯的两个柱上，绕向相同，铁芯在L₂单方向电流的作用下产生相反的振动，称之为磁致“压缩”，铁芯的“延伸”和“压缩”即产生振动，IGBT₁、IGBT₂交替工作就产生间隔为0.01秒的频率为20KHz至35KHz的超音频脉冲振动，振动的能量通过能量传送杆送到受热面达到防(除)垢的目的。

电容C₆、ICBT₁、ICBT₂都安装在主机箱里，通过电缆线、插头、插座同换能器头相连，换能器头安装在锅炉、换热器及管道的受热面上。

超音频脉冲防垢、除垢装置防垢、除垢：

1、该装置产生的超音频通过换能器转变为超音频振动作用到锅炉及热交换器的管束及管道内的水中，使水产生超音频凝聚现象，即悬浮在水中的微粒杂质凝集成较大颗粒的凝团而沉淀，由于金属管壁和水对超音频振动的频率响应不同，因此，金属和水之间产生高速的相对运动，使得较大颗粒的凝团根本无法静止的粘固在管壁的表面，而是呈现为悬浮性絮状物，这些絮状物通过排污即可轻易排除，以此达到了防垢的目的。

2、超音频振动作用于结垢的金属管道及受热面上，使得金属管壁、水垢、水同时随之振动，但由于金属、水垢和水的惯性和弹性不同，频率响应不同，使之三者间产生不同步振动，长时间的不同步振动，逐渐使水垢产生微小裂缝，裂缝形成后，随之产生毛细现象，使水急速的沿裂缝进入水垢的里层，这极微小的水进入水垢和管壁的夹缝后，直接受高温管壁加热，体积急剧膨胀，产生气泡后***，推动水垢脱离管壁而脱落。与此同时，微小的水流还将储藏在管子表面的氧气带走，减少了金属表面的氧化腐蚀，这就会大大提高锅炉及换热器的使用寿命。

超音频脉冲防垢、除垢装置的优点：

1、使用的水不需进行化学软化处理，节省了基本建设、购买化学药剂及运行维护等巨额费用。

2、防垢和除垢效果明显，使锅炉及热交换器始终保持在最佳的状态下运行，减少了企业的能源损失，提高了设备运行的经济性和安全性。

3、实现了设备在线防垢和除垢，不再需要停产进行化学清洗，减少了大量资金及环境污染。避免了设备腐蚀及停产造成的损失。

4、减少了由于结垢而附带造成的锈垢和气体引起的腐蚀，提高了设备的使用寿命。

5、该防垢、除垢装置体积小、重量轻、免维护程度高、安装简便、不需要改变和破坏锅炉及热交换器的结构。

6、该装置耗用功率小，每小时耗电不超过0.2度，运行费用极低。

(四)附图说明

图1是本实用新型的一种实施例的外观示意图。

图2是磁致换能器结构示意图。

图3是音频信号源、功率放大器电路原理图。

图4是磁致换能器控制电路原理图。

(五)具体实施方式

超音频脉冲防垢、除垢装置，包括主机1、至少一个磁致换能器2。主机1输出的超音频脉冲信号通过电缆3、插头4与磁致换能器2的插座5插接。主机1内装设有超音频信号源和功率放大器。

超音频信号源电路，包括三极管T₁、T₂、集成电路IC₁、电阻R₁-R₉、多圈电位器R_W、电容C₁-C₄、二极管D₁-D₃、二分频器IC₂、十分频器IC₃及集成电路IC₄、IC₅、IC₆，为触发器，与非门、或非门电路，还包括六反向相器IC₇。T₁基极经R₂接T₂的基极，并经R₁接T₁的发射极，T₁的发射极接IC₁的13脚和8脚，T₁的集电极回接T₁的基极。T₂的基极经C₁接地，发射极接R_W的移动端，集电极接IC₁的11脚。IC₁的6脚接V_CC1，5脚接IC₂的11脚。IC₁的12脚接IC₄的3脚。IC₂的14脚接IC₄的6脚、2脚。IC₂的2脚、3脚接IC₆的2脚、13脚和IC₅的12脚。IC₃的14脚接IC₆的5脚、IC₄的9脚、IC₃的8脚接IC₆的4脚、IC₇的3脚。IC₃的2脚、3脚接IC₇的8脚。IC₄的8脚接IC₆的13脚，IC₄的11脚接IC₅的5脚。IC₄的6脚接IC₅的9脚。IC₅的1脚接IC₆的3脚、IC₅的2脚接IC₆的11脚、IC₅的6脚接IC₇的1脚。IC₆的6脚接IC₇的9脚、IC₆的1脚接IC₇的4脚。IC₇的13脚经电阻R₆、二极管D₃接～15V电源，经R₇接地。

功率放大器，由功率管IGBT₁与其驱动电路组成的电路和功率管IGBT₂与其驱动电路组成的电路构成。IGBT₁的驱动电路包括电容C₇、电阻R₁₀-R₁₂、三极管T₃、T₄、二极管D₄、D₅、变压器B和线圈L₁。电容C₇一端接IC₇的6脚，一端接T₃的基极，并经R₁₀接地。C₇、R₁₀组成积分电路。T₃的发射极接T₄的基极。T₃和T₄的集电极接变压器B的初级线圈的一端，初级线圈的另一端接V_CC。T₃、T₄的集电极经二极管D₄接B初级线圈的另一端。变压器B的次级线圈一端接IGBT₁的发射极，另一端经R₁₁接IGBT₁的栅极。IGBT₁的发射极接线圈L₁，并经电容C₆接变压器B₁的次级线圈的一端，线圈L₁缠绕在磁致换能器2的铁芯6的左柱体10上。功率管IGBT₂与其驱动电路和IGBT₁与其驱动电路在结构上相同，IGBT₂的驱动电路包括电容C₈、电阻R₁₃-R₁₅、三极管T₅、T₆、二极管D₆、D₇和变压器B₁，电容C₈一端接IC₇的2脚，一端接T₅的基极，并经R₁₃接地。C₈、R₁₃组成积分电路。T₅的发射极接T₆的基极。T₅和T₆的集电极接变压器B₁的初级线圈的一端，初级线圈的另一端接V_CC。T₅、T₆的集电极经二极管D₆接B₁初级线圈的另一端。变压器B₁的次级线圈一端接IGBT₂的发射极，另一端经R₁₄接IGBT₂的栅极。IGBT₂的集电极接线圈L₂和电容C₆，其线圈L₂缠绕在铁芯6的右柱体11上。除线圈L₁、L₂外其余电器元件都在主机内。

磁致换能器，包括保护套7、铁芯6、插座5、振动传送杆9。铁芯6装在保护套7内，插座5固设在保护套7的后端，振动传送杆9装设在保护套7的前端。在振动传送杆9上固设有多个环状散热片8。

上述功率管IGBT对栅极驱动电路的特殊要求，本装置采用的电路是来自控制脉冲形成单元的脉冲信号经高频复合管放大。因IGBT处于主电路地位，它的集电极直接与负载相连，有较高的工作电压。而经高频复合管放大的脉冲驱动信号有独立的电源工作电压较低，所以脉冲驱动电路通过隔离脉冲变压器B间接传送驱动信号。脉冲变压器采用导磁高，损耗小的锰锌磁罐。磁罐脉冲变压器漏磁小，传输脉冲的频率可以较高(一般可高达100KHz)。加之本装置工作频率较高，IGBT自身所需驱动电流又很小，所以脉冲变压器的体积可以做的很小。脉冲变压器次级通过电阻R₁₁、R₁₂与IGBT的栅极相连。R₁₁、R₁₂防止IGBT栅极开路，并提供充放电通站与R₁₁并联的二极管为加速二极管，使给IGBT栅极充电的电流增大，从而提高IGBT的开关速度。由于磁致换能器直接安装在锅炉，换热器的表面上，其表面都有一定的温度，可高达70℃-100℃。换能器铁芯在线圈流过高频脉冲电流时也会产生热量，这样换能器本身就应具有良好的散热性能。本装置换能器传送杆带有散热片就为此而设计的。因铁芯也有一定的温度且常年不间断工作，线圈采用高温导线绕制。

铁芯采用银铜焊同传送杆相连，为保证焊接牢固，银铜不可避免要渗入铁芯中，为了保证焊接端铁芯不增加磁阻，铁芯焊接面的宽度要增加2mm。换能器与主机相连用的插头插座也可采用高温插头插座，以充分保证装置稳定可靠的工作。

Claims (2)

1、超音频脉冲防垢、除垢装置，包括主机(1)、至少一个磁致换能器(2)，主机(1)内装设有超音频信号源和功率放大器，主机(1)输出的超音频脉冲信号通过电缆(3)、插头(4)与磁致换能器(2)的插座(5)插接，超音频信号源由晶体管T₁、T₂、集成电路IC₁(六反相器)电阻R₁、R₂、R₃、R₄、多圈电位器R_W及电容C₁组成，产生20KHz至35KHz频率可调的超音频信号f，经整形、二分频器IC₂、十分频器IC₃产生频率分别为

脉冲群，市电经变压器变压输出15v交流电压滤除干扰尖脉冲经二极管D半波整流输出半波信号经整形变成频率为50Hz的方波信号，连同

脉冲群一同输入到触发器IC₄、与非门IC₅、或非门IC₆电路中，并输出超音频信号，其特征在于：

A、所述的输出的超音频信号输入到六反向器IC₇的对应信号输入端，经六反相器IC₇产生两组相位相差180度间隔为0.01秒的脉冲群，分别送至功率放大器；

B、所述的功率放大器，由功率管IGBT₁与驱动电路组成电路和功率管IGBT₂与驱动电路组成的电路构成，IGBT₁的驱动电路包括电容C₇、电阻R₁₀-R₁₂、三极管T₃、T₄、二极管D₄、D₅、变压器B和线圈L₁，电容C₇一端接IC₇的6脚，一端接T₃的基极，并经R₁₀接地，C₇、R₁₀组成积分电路，T₃的发射极接T₄的基极，T₃和T₄的集电极接变压器B的初级线圈的一端，初级线圈的另一端接V_CC，T₃、T₄的集电极经二极管D₄接B初级线圈的另一端，变压器B的次级线圈一端接IGBT₁的发射极，另一端经R₁₁接IGBT₁的栅极，IGBT₁的发射极接线圈L₁，并经电容C₆接变压器B₁的次级线圈的一端，线圈L₁缠绕在磁致换能器(2)的铁芯(6)的左柱体(10)上，功率管IGBT₂的驱动电路包括电容C₈、电阻R₁₃-R₁₅、三极管T₅、T₆、二极管D₆、D₇和变压器B₁，电容C₈一端接IC₇的2脚，一端接T₅的基极，并经R₁₃接地，C₈、R₁₃组成积分电路，T₅的发射极接T₆的基极，T₅和T₆的集电极接变压器B₁的初级线圈的一端，初级线圈的另一端接V_CC，T₅、T₆的集电极经二极管D₆接B₁初级线圈的另一端，变压器B₁的次级线圈一端接IGBT₂的发射极，另一端经R₁₄接IGBT₂的栅极，IGBT₂的集电极接线圈L₂和电容C₆，其线圈L₂缠绕在磁致换能器(2)的铁芯(6)的右柱体(11)上。

2、根据权利要求1所述的超音频脉冲防垢、除垢装置，其特征在于所述的磁致换能器(2)的振动传送杆(9)上固设有多个环状散热片(8)。

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