污水换热器的水声防垢方法与水声防垢技术

发布时间:2018-7-18 21:29:58

  申请日2013.04.02

  公开(公告)日2013.07.03

  IPC分类号F28F19/00

  摘要

  本发明给出污水换热器的水声防垢方法,该方法由下列步骤组成:从信号源发出电信号,传到污水换热器中的电声换能器;电声换能器向污水中发出频率为20-100Hz的声波,声波沿污水流道传播;流道污水中的污垢,受声波推拉作用,不能停下来沉积在流道上;水中污垢受流动污水的冲刷推动作用,最终被污水带出污水换热器。本发明给出污水换热器的水声防垢装置,它由下列部分组成:电源、低频信号发生器、功率放大器、水下扬声器和传输电缆,由电源提供能量,低频信号发生器发出电压信号,经由传输电缆到达功率放大器,功率放大器将电压信号转换成功率信号,再经传输电缆到达污水中的水下扬声器,水下扬声器进行电声转换后,向污水中发出20-100Hz声波。

  权利要求书

  1.一种污水换热器的水声防垢方法,该方法由下列步骤组成:从信号源发出电信号,传 到污水换热器中的电声换能器;电声换能器向污水中发出声波,声波沿污水流道传播;流道 污水中的污垢,受声波推拉作用,不能停下来沉积在流道上;水中污垢受流动污水的冲刷推 动作用,最终被污水带出污水换热器,该方法的特征在于:电声换能器向污水中发出的声波 的频率为20-100Hz。

  2.一种污水换热器的水声防垢装置,它由下列部分组成:电源、低频信号发生器、功率 放大器、电声换能器和传输电缆,由电源提供能量,低频信号发生器发出低频电压信号,经 由传输电缆到达功率放大器,功率放大器将电压信号转换成功率信号,再经传输电缆到达污 水中的电声换能器,电声换能器进行电声转换后,向污水中发出频率为20-100Hz的声波,其 特征在于:所述电声换能器为水下扬声器。

  3.一种污水换热器的水声防垢装置,它由下列部分组成:电源、低频信号源、功率放大 器、水下扬声器和传输电缆,由电源提供能量,低频信号源给出低频电压信号,经由传输电 缆到达功率放大器,功率放大器将低频电压信号转换成功率信号,再经传输电缆,到达污水 中的水下扬声器,水下扬声器进行电声转换后,向污水中发出低频声波,其特征在于:所述 低频信号源为音乐播放器。

  4.一种污水换热器的水声防垢装置,它由下列部分组成:交流电源、低频功率信号源、 功率电声换能器和传输电缆,交流电源提供能量,低频功率信号源经过传输电缆,向污水中 的功率电声换能器提供低频交流信号,功率电声换能器进行电声转换,同时向污水中发出低 频声波,其特征在于:所述交流电源同时也是低频功率信号源。

  5.按照权利要求4所述的水声防垢装置,其特征在于:

  所述功率电声换能器为电磁振动器,它由基座,铁心,绕组,振子,弹簧组成,基座和 铁心固定在一起,绕组绕在铁心上,条形板状的振子横挡在铁心的裸露端,弹簧连接基座和 振子,使振子和铁心的裸露端,保持一个弹性的恰当间隙。

  6.按照权利要求5所述的水声防垢装置,其特征在于:

  所述电磁振动器,它的振子以50Hz的频率振动,向污水中发射50Hz的声波。

  说明书

  污水换热器的水声防垢方法与水声防垢装置

  技术领域

  本发明涉及热交换设备,特别是涉及污水换热器的水声防垢方法与水声防垢装置。

  背景技术

  利用城市污水作为冷热源对建筑进行采暖空调,可以直接减少其他短缺能源的消耗,同 时还可以达到废物利用的目的,是资源再生利用、发展循环经济、建设节约型社会、友好环 境的重要措施。

  污水源热泵依靠热泵机组内部制冷剂的物态循环变化,冬季从污水中吸收热量经热泵机 组升温后对建筑供热,夏季通过热泵机组把建筑物中的热量传递给污水从而实现供冷。污水 替代了冷却塔,具有高效节能、绿色环保、安全可靠、一机多用等突出优点。

  利用污水源热泵实现城市废热的回收利用,变废为宝,是新型的可再生清洁能源利用技 术,符合可持续发展、建设资源节约型、环境友好型社会的要求。在扩大城市污水利用范围、 拓展城市污水治理效益方面具有深远意义。

  解决包括污水在内的恶劣水质,对换热设备及管路的堵塞与结垢,实现持续和稳定地换 热,是一个世界性技术难题。

  利用污水作为污水源热泵的冷热源的技术关键在于:实现污水的高效连续换热,给出不 堵塞,不结垢,能长期稳定工作的污水换热器。

  在城市污水和热泵之间,设置污水过滤装置和污水换热器,热泵从污水中吸收热量,或 向污水中释放热量。交换能量后的污水,从回水管,返回到城市污水的排放系统中。

  在污水换热器前设置的污水过滤装置,其过滤孔不可能很小,否则污水过滤装置很快就 被堵塞。这样的污水过滤装置可以解决污水换热器的堵塞问题,但污水中的细小粘性杂质, 可以通过污水过滤装置,进入污水换热器,不断地在污水换热器内部沉降,在换热板表面沉 积,结垢,使换热板表面热阻增大,换热器总体性能很快就变坏。

  在工农业和人民生活中,排放各种各样的污水。污水换热器与普通换热器工作条件有很 大的区别,普通换热器的设计方法,使用经验,不能用于污水换热器。尽管普通换热器的设 计方法与制造工艺,都很成熟,但是,污水换热器科学设计方法,至今,还没有很好解决。

  二十世纪末,俄罗斯、韩国等国家先后采用了利用超声波效应的声学除垢防垢技术,经 实践证明,这一技术对于去除和防止某些污垢是一个有效的方法。

  超声波除垢防垢技术,已经广泛应用于工业或民用的换热设备中。超声波除垢防垢设备, 能够较好地解决长期困扰企业的许多除垢问题。

  超声波除垢防垢设备主要由超声波发生器、超声波信号传输电缆、超声波能量转换器以 及安装超声波换能器的管道组合件组成。

  超声波除垢防垢设备,主要是利用超声波的空化效应、活化效应、剪切效应和拟制效应, 用超声波强声场处理流体。流体中的成垢物质,在超声场作用下,其物理形态和化学性能发 尘一系列变化,使之分散、粉碎、松散和松脱。

  水在超声波作用下,当超声波能量足够大时,即达到功率超声时,它能够在常温、常压 的环境条件下,使传导介质水中,产生短促的、局部的高温、高压环境,流体产生“声空化 效应”,达到防垢、除垢目的。

  但是,利用超声波除垢防垢,存在如下几个问题:

  (1)超声波除垢防垢,主要针对的是硬而脆的垢物质。超声波清除壁面上的污垢,相当 于用锤子将污垢敲掉;预防水中悬浮污垢沉积,相当于用枪打碎空中的飞碟。对于工业和生 活污水中,常见的柔软的粘性的污垢,超声波对其作用相当于用锤子轧棉化,效果很有限。

  (2)超声波的声源,即发射声信号的装置,是换能器,通常它是利用压电晶体的共振原 理工作,发射以某一频率为中心的窄带超声波。因而,能去除的污垢,也必须是能在水中引 起共振的污垢,这就只能对一小部分污垢有作用。对于工业和生活污水中,常见的大小不一, 质量不同,性质各异的污垢,是无能为力。

  (3)由于超声波除垢是硬碰硬,这就需要大功率的超声波发射装置。

  为利用简单的声波效应的声学除垢防垢方法,解决工业和生活污水的除垢防垢问题,必 须重新研究作为基础理论的水声学。

  水声学是声学的一个分支学科,它主要研究声波在水下的产生、传播和接收,用以解决 与水下目标探测、信息传输和水下作业有关的声学问题。声波是已知的唯一能够在水中远距 离传播的波动,在这方面远比电磁波(无线电波、光波等)好。

  声波在水中的传播,水体及其边界,组成复杂多变的传播媒质,它的复杂多变,主要随 水况和环境而变化,从而有不同的传播规律。

  从水中声源发出的声信号,在水中传播过程中逐渐损失能量,这种传播损失分为扩展损 失和衰减损失。

  扩展损失表示声波的波阵面,从声源向外不断扩展的简单几何效应。衰减损失包括吸收、 散射和声能漏出声道的效应。造成吸收的原因是水的粘滞性、热传导性、水中盐离子的弛豫 机构。吸收使声强以指数形式随距离下降,吸收系数正比于频率二次方,因此远程工程都选 用较低频率声波。造成散射的原因包括:水中气泡、悬浮粒子、不均匀水团、浮游生物以及 边界的不平整性,散射一般远小于吸收所引起的衰减。声能漏出声道的效应,则因具体声道 而异。

  发射和接收水中声信号的装置,是换能器。应用最广泛的是电声转换的换能器,即转换 电能为水中声能的发射器,以及转换水中声能为电能的接收器。要发射大声强的高频的超声 波,发射器必须有很大的发射功率。

  上述有关污水换热器和声学防垢的背景技术,在以下专著中有详细描述:

  1、赵军,戴传山主编,地源热泵技术与建筑节能应用,北京:中国建筑工业出版社,2009。

  2、(美)沙拉,塞库利克著,程林译,换热器设计技术,北京:机械工业出版社,2010。

  3、刘伯胜,雷家煜主编,水声学原理(第二版),哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2010。

  发明内容

  本发明污水换热器的水声防垢方法与水声防垢装置,是利用水声效应的水声防垢技术, 它是在超声波不适应工业污水和生活污水防垢的背景下,首次提出将低频声波用于工业和生 活污水防垢的新方法与新装置。

  本发明污水换热器的水声防垢方法,该方法由下列步骤组成:从信号源发出电信号,传 到污水换热器中的电声换能器;电声换能器向污水中发出声波,声波沿污水流道传播;流道 污水中的污垢,受声波推拉作用,不能停下来沉积在流道上;水中污垢受流动污水的冲刷推 动作用,最终被污水带出污水换热器,该方法的特征在于:电声换能器向污水中发出的声波 的频率为20-100Hz。

  第一种污水换热器的水声防垢装置,它由下列部分组成:电源、低频信号发生器、功率 放大器、电声换能器和传输电缆,由电源提供能量,低频信号发生器发出低频电压信号,经 由传输电缆到达功率放大器,功率放大器将电压信号转换成功率信号,再经传输电缆到达污 水中的电声换能器,电声换能器进行电声转换后,向污水中发出频率为20-100Hz的声波,其 特征在于:所述电声换能器为水下扬声器。

  第二种污水换热器的水声防垢装置,它由下列部分组成:电源、低频信号源、功率放大 器、水下扬声器和传输电缆,由电源提供能量,低频信号源给出低频电压信号,经由传输电 缆到达功率放大器,功率放大器将低频电压信号转换成功率信号,再经传输电缆,到达污水 中的水下扬声器,水下扬声器进行电声转换后,向污水中发出低频声波,其特征在于:所述 低频信号源为音乐播放器。

  第三种污水换热器的水声防垢装置,它由下列部分组成:交流电源、低频功率信号源、 功率电声换能器和传输电缆,交流电源提供能量,低频功率信号源经过传输电缆,向污水中 的功率电声换能器提供低频交流信号,功率电声换能器进行电声转换,同时向污水中发出低 频声波,其特征在于:所述交流电源同时也是低频功率信号源。

  所述功率电声换能器为电磁振动器,它由基座,铁心,绕组,振子,弹簧组成,基座和 铁心固定在一起,绕组绕在铁心上,条形板状的振子横挡在铁心的裸露端,弹簧连接基座和 振子,使振子和铁心的裸露端,保持一个弹性的恰当间隙。

  所述电磁振动器,它的振子以50Hz的频率振动,向污水中发射50Hz的声波。

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