水的电磁变频除垢防垢技术和实验研究

　　目前绿色环保、节能和CO2的减排成为了社会发展的主题,因此,CO2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CO2热泵技术得到国家政策支持。然而由于CO2热泵系统用水来自自来水和地下水,水质比较硬,这样CO2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[1],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[2]。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[2]。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[3,4]:

　　(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105b。这种水分子团对CaCO3、MgCO3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105b变成103b。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+、Mg2+和CO2-3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。从而达到了除垢防垢的目的。