水的电磁变频除垢防垢技术和实验研究.pdf

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1、第2期费继友等．水的电磁变频除垢防垢技术和实验研究157水的电磁变频除垢防垢技术和实验研究费继友，李玉采，白鑫(大连交通大学，辽宁大连116028)摘要：分析了水的电磁除垢、防垢原理，提出了基于STM32F103变频水磁化处理系统实验设计方案，并对系统方案各部分功能进行了分析，设计了硬件电路，实现了从l—18MHz磁场自动变频。实验结果表明，该方法能够提高水处理设备除垢、防垢能力和环境的适应性，系统阻垢率达到78％，除垢率达到61％。关键词：STM32F103；变频磁化处理；除垢与防垢；二氧化碳热泵中图分类号：0441文献标识码：A文章编号：100003

2、932(2011)02-0157-05目前绿色环保、节能和CO：的减排成为了社会发展的主题，因此，CO：作为绿色环保制冷剂又成为了商用和工业制冷研究的热点。特别是家用和商用CO：热泵技术得到国家政策支持。然而由于CO：热泵系统用水来自自来水和地下水，水质比较硬，这样CO：气体冷却器水侧易于结垢，对换热性能影响较大，降低了机组的COP，绿色环保减排得到了保障而节能受到限制。目前除垢防垢的方法可以大体分为化学方法和物理方法两种。化学方法包括碱沉淀法、投加阻垢剂法和离子交换法等。物理方法包括水电解法、磁化法、超声波法和无线电频率照射法。这些方法都可以有效防垢阻

3、垢。但化学法会增加运行成本，其次由于处理水样的复杂性，阻垢剂的类别和比例需要随水样而改变，而且对水质会造成污染。物理方法有电磁除垢和静电除垢⋯，其中的电磁除垢因其投资小、操作简单、无毒无污染，集防垢、除垢、杀菌、缓蚀等多种功能于一身，是一种极具发展前景的防垢除垢技术拉o。电磁除垢防垢的原理方法在国内成为研究的热点，大多数是应用低端单片机控制高频信号发生器或模拟信号产生的芯片来产生控制信号。存在着结构复杂、高频点低、变频范围窄、成本较高等问题。笔者根据电磁除垢防垢的原理，设计了基于STM32F103的变频磁化系统。该系统电路结构简单，具有很高的性价比和应用

4、价值。1电磁防垢除垢水处理系统的设计原理1．1电磁除垢防垢机理近年来国内外对电磁除垢防垢进行了深入广泛的研究，取得了很大的进展。但是对电磁除垢、防垢的机理，学术界至今尚未形成统一的见解。有关的理论主要包括磁致胶体效应、水分子簇团畸变效应、分子／离子间相互作用效应、污染物效．应、原子内效应、界面间效应等旧J。科学界比较倾向于认为高频交变电磁除垢防垢是各种学说下的各种因素综合作用的结果。这种作用主要可以从两方面来说明¨一-：(1)当高频电磁场作用于水体时，水分子吸收电磁场的能量，水分子结构发生变化。水分子是两个氢原子和一个氧原子组成，80％的水是由水分子之间

5、通过氢键组成的水分子团组成的。未经磁化处理的大水分子团一般包含13—18个水分子，氢键之间的夹角为1050。这种水分子团对CaCO，、MgCO，等水垢成分溶解度较低。当水流以一定的速度流过高频交变的磁场时，吸收交变磁场能量，水分子被极化，甚至于发生共振，使大水分子团破裂释放出更多的单个水分子和组成较小的包含5、6个水分子的小水分子团，并且水分子之间的氢键夹角由原来的105。变成1030。这种变化使水溶液的渗透力、溶解度及表面张力增强，从而使Ca2+、M92+和CO；一结合的几率降低。并且单个极性水分子的增多使原来形成的水垢分解，形成溶于水的物质。从而达到

6、了除垢防垢的目的。(2)电磁场同样作用于水体中的盐类晶体，使其形态发生变化。水中的主要盐类晶体Ca-CO。、MgCO，的主要存在结构形式有方解石和霰石。高频电磁场的存在，使得溶解在水中致密的收稿日期：2010-10·15基金资助项目：国家重点科技支撑项日资助(2009BAAl7802)158化工自动化及仪表第38卷方解石获得足够的能量，形成结构松散的霰石晶体结构。这种晶体结构不易附着在管道或其它容器的表面，从而阻止了水垢的生成。1．2变频电磁除垢防垢机理水体是通过吸收电磁场的能量而达到磁化效果的，由于水质(包括硬度、pH值、电导率等)的不同以及外界环境因

7、素(如温度和压强)的变化会导致水体对磁场的响应的灵敏度不同，自然频率点不同。而在这些因素中，有很多因素是不可测和不可控的，因而为了达到最好的磁化效果，系统实现了磁场在一定范围内的不断变化，使系统对环境的适应程度提高。2变频电磁水处理装置模型及磁场分布笔者采用复合型电磁场阻垢杀菌系统同轴筒状高频电磁水处理实验装置¨1(图I)，内筒与水直接接触为阳极，外筒为阴极。图I同轴筒状水处理器当电磁场随时间作正弦变化时，根据电磁场理论，其场量应满足麦克斯韦方程组H1：V×言=一冲露(I)V×啻=，+如占营(2)V西=p(3)V蕾=0(4)式中：壹——电场强度，N／C；

8、k磁场强度，A／Ill；西——电位移矢量，C／m2；秀——磁感应强度，T；卜电流