【doc】饮水机加热系统结垢解决方案

【doc】饮水机加热系统结垢解决 饮水机加热系统结垢解决方案 Technology 技术厨房电器技术专题 饮水机加热系统结垢解决方案 深圳安吉尔饮水产业集团罗亚岚 饮水机在使用过程中,水源不是纯净水会 产生水垢,如果使用矿泉水和硬水质为水源, 情况就更严重,严重地影响加热系统效率和使 用效果,现在流行高功率管式快加热装置就因 为结垢问题而不能大批生产.目前普遍使用的 除垢器都是采用流动水的形式,即水通过磁化 器后再进入加热容器.本文将就水在加热容器 内边磁化边加热的磁化处理技术进行讨论. 一 ,水垢形成的原因及常见除垢方法 水中溶解有各种盐类,如碳酸盐,重碳 酸盐,硫酸盐,硫化物,硅酸盐等,其中重 碳酸盐Ca(HCO,),Mg(HCO,)最不稳定,极 容易分解成碳酸盐,如果当这些含有盐类的 水源进入饮水机加热后会产生化学反应,如 Ca(HCO3)2=CaCO3+H20+CO2;如果重碳酸盐 在碱性条件下也会产生碳酸钙;当水中有磷酸 盐与钙离子时也将产生磷酸钙.上述的这些盐 类是沉淀在饮水机加热元件上的结垢物质,加 热过程中产生的CaCO3,Ca(PO4)等均属于微 溶性盐,与一般盐类不同的是它们的溶解度是 随着温度升高而降低,当饮水机处于加热状态 水流速度相对较小时,这些微溶性盐很容易达 到饱和从水中析出,在传热表面上结晶沉淀形 成水垢. 普通除垢方法有控制结垢缓解,消除结垢 两种方法,前者通过对液体的预处理缓解或消 除结垢,后者是对已经产生的结垢进行清除. 常用的除垢方法分化学方法和物理方法,化学 除垢处理采用化学药物对饮水机加热系统中 的水垢进行溶解,疏松,脱落,具体方法是酸 洗,离子交换软化等,如柠檬酸,食醋浸泡, 但这些方法效果都不是很理想,用户操作也嫌 82家电科技 繁琐,而且如果处理不当会使饮水机加热元件 产生腐蚀,影响产品的使用寿命.另外,这些 除垢修理后脱落下的残渣不易清理干净.物理 除垢方法有高压水和高压气体,超声波清洗, 沙冲洗,胶粒冲洗,这些物理方法都不适合于 饮水机的除垢,因为物理除垢常要拆除加热部 件,操作十分麻烦,对普通用户来说是不可能 做到的事情. 二,磁化防垢原理及分析 磁化防垢是磁化法水处理方法,是一种物 理方法,广泛应用于锅炉,工业水处理.此法 无需投加任何化学药剂,无毒,无污染,能有 效的防止饮水机加热系统结垢,且投资少,无 需用户操作,是一种饮水机消费者能够接受的 高效安全技术. 磁化对水中离子的影响:储召华…试验得 出在0.5T磁场强度以上的状态下水经过磁力线 切割后,水中的钙,镁离子类物质不能结垢或 不能结成坚硬水垢,而是形成微小的颗粒,随 水流动.同时发现随着钙,镁离子类总浓度提 高,磁化水的防垢率下降,在钙,镁离子类总 浓度为25Omg/L时,磁化水的抑垢效果最差, 然后随着钙,镁离子类总浓度继续增加而阻垢 率也增加,但是饮用水中钙,镁离子类含量都 大大低于此值,钙的含量为20—50mg/L,镁的 含量为2—6mg/L,因此通过磁化后水中盐类物 质在加热过程中提高溶解度不易析出,有效地 阻止了水中钙,镁离子类物质在加热过程中结 垢. 磁化对水的pH值作用:赵新杰等研究发 现:磁化水与普通水相比较各种物理特性都有 变化,表面张力,电导率,pH值有所增加. 而刘有昌通过静态实验研究,发现pH值大于 7时,磁化水防垢效果较好.饮用水的pH值一 般为6.5—8.5,因此磁化后的饮用水pH值一般大 于7,有防结垢的作用. 磁化防垢机理:磁化防垢机理主要集中 在磁场能改变成垢晶体的结晶速度,晶粒大 小,及晶型.任何结垢过程都是盐类和离子电 子交换的过程,在盐类浓度达到饱和状态下形 成的.由于这类盐在高温状态下浓度下降,因 此在加热过程中的高温状态下我们施加一个 磁场,使盐类不易产生反应,我们发现磁化 增加Yco在水中的溶解度,抑制]"CaCO, Mg(HCO)等盐类结垢的形成,改变盐类达到 饱和的动平衡,从而盐类在不饱和状态下不易 在传热元件上析出.E.Dalas.等学者认为磁处 理有助于均相成核,加快结晶速度,从而生成 体积小,数量多的晶粒.通过显微镜观察发现 无磁场作用时,主要形成少量5—10rm的球形 或棱形晶体粒子,有磁场作用时,大部分晶体 为1/tm以下的棱形粒子,一股情况下钙离子类 物质均以水合离子的形式存在,当磁场作用时 水合离子受洛仑兹力的作用做螺旋圆周运动, 且正负离子旋转方向相反,在足够磁场作用 下,离子的化学水化层也将受到破坏,钙类离 子形成大量的晶核和微晶粒.通过磁化水与普 通饮用水加热后比较,磁场对热水,开水有明 显的防结垢作用,并且磁场强度趣大结晶速度 越慢结垢越少.另一方面,已经形成的极少数 水垢在磁力作用下,水垢晶体发生极化,沿磁 力线排列,降低了水垢的稳定性,使水垢不断 溶解. 三,饮水机磁化水处理技术 本文构造的一种防结垢的饮水机,包括 加热容器,加热器以及设有磁场或磁场发生装 置,磁场发生装置产生的磁场磁力线穿过加热 容器的加热区域.加热时,加热区域的水被磁 化,可以避免水垢的产生,同时也有助于已成 形的水垢自行脱落.如图1所示. 为了防止结垢,在加热容器的内壁上设有 磁铁或磁场发生装置,磁场发生装置产生的磁 场的磁力线穿过加热容器的加热区域,在本实 例中,该加热区域是指加热器及其周围区域, 即加热容器的水受热的区域.磁场产生装置可 以是永磁体或电磁铁,永磁体可以采用具有较 高磁场的汝铁硼永磁体或铝镍钴永磁体,或者 其他的诸如铁氧体等永磁体,保证加热区域的 磁场强度,磁场强度应高于0.7T.检测好永磁 体的最强区域对准加热器后,根据此结果在容 器内应设置固定架或固定盒来放置永磁体,采 用永磁体的优点在于,不需要消耗能量,也不 需要维护,可靠性较高,使用方便. 同是上述实施方法,当采用电磁铁作为磁 场时,电磁铁和加热器同时与加热控制器(未 示出)相连接,由加热控制器控制电磁铁和加 热器同时开启或关闭.当加热器加热容器内的 水时,电磁铁才起作用,能提高效率和节约能 源,也能提高电磁铁的使用寿命. 为了避免永磁体和电磁铁放置加热容器内 密封困难,可以将永磁体和电磁铁放置在加热 容器外部,可紧靠加热容器,也可与加热容器 保持一定的距离,其原则是磁场较强的区域与 加热容器的水受热的区域重叠.此方案虽然磁 场强度穿过加热容器时有稍许损失,但便于实 施和维修,更加易于实现和实用.此技术方案 对于那些管状快加热容器的饮水机更加适用, 因为管式加热装置加热容器与加热器融为一 体,管内径小且加热功率大更易结垢堵塞,外 置式永磁体和电磁铁设置是管式加热装置防垢 的不二选择. 除了永磁体和电磁铁以外,还有一种更 加有效的技术是高频电磁振荡方案,专利发 明人翁发认为通过电子线路产生高频电磁振 荡,在固定的电极间形成一定强度的高频电 磁场.水在电磁场中水分子作偶极子被不断 反复极化而产生扭曲,变形,反转,振动, 分子运动增强,使原来水中缔合成链状的大 分子,断裂成单个小分子或小分子团.而一 些溶解在水中的正负离子(垢分子)被单个 水分子包围,运动速度降低,有效碰撞次数 减少静电引力下降,从而在管壁上无法结 垢,达到防垢的目的. 水被交变高频电磁场激励后,水分子被激 活,缔结连状被打断,成为单个小分子.水中 Technology 技术 电子被动地从低能阶轨道跃迁向高能阶轨道, 使电子云的分布和形态发生变化.非极性分子 H,O,N被交变高频电磁场的外界力诱导成 极性分子,水中的偶极矩增加,渗透压增强, 活性增加,PH值增大,导电率下降.水中的 盐类阴,阳离子被偶极子包围,使之不能任意 运动.阻止钙,镁离子和碳酸盐结垢,因此达 到阻垢的目的. 由于高频磁场不断改变磁力线的方向,在 二极性分子产生异极吸引同极排斥的作用下. 使水分子振动频率增强,渗透压增强,活性增 加,激励Ca,mg离子失去原有引力,回复游 离状态,悬浮在水中.因此受热面器壁(设 备,管道)上的老垢在很短时间内逐渐被激成 粉沫状自行脱落.从而具有很好的除垢效果. 高频电磁场使水的自由基发生变化,产生 对细菌及藻类细胞破坏性极强的活性氧(0,, H,O,,OH,0)因此有很强的杀菌,灭藻,消 除生物污泥的效果. 在饮水机的热罐外设置一个高频电磁场, 将两极按一定的距离放置在热罐内或热罐外, 将磁场强度最强处对准加热元件,高频电磁场 与加热元件互动,当加热系统工作时高频电磁 场同时工作,在热罐内产生高频磁场对水进行 磁化,达到阻垢和除垢效果.只是此装置价格 高,体积大因此实现难度大. 参考文献 [1]储召华,刘有昌:'钙,镁离子总浓度对磁化 水抑垢效果的影响)[J]哈尔滨师范大学自然科学 ,1999.15.70—71 [2]赵新杰:'磁化水物理特性的测试)[J]中国 科学院上海冶金研究所;材料物理与化学(专业)博 士论文2000年度 [3]刘有昌孙晓君:(磁化水抑垢机理的研究> [J]哈尔滨工业大学自然科学,2000.32.86 94 r4]E.Dalas.P0Koutaoukos(Theeffect ofmasnetlefieldsohC8Iciumcarbonate acalcformation)[J]JournalofCrowth 198996:802-806 [5]翁发:(高频电磁场水处理)[J]中国技术推 广信息网应用技术