專利名稱：一種使用超聲波防垢除垢的光催化反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用超聲波防街除垢的光催化反應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
隨著光催化氧化法的深入研究，在光催化金屬材料表面負(fù)載光觸媒已取得了 成功，使得適合大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的光催化反應(yīng)器越來越多。作為光催化反應(yīng)器 核心部件的復(fù)合光催化金屬材料具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，它的活性和壽命是決定光 催化反應(yīng)器能否實(shí)用化的關(guān)鍵因素。由于反應(yīng)器長(zhǎng)時(shí)間處理水體后，水體中的 某些吸附質(zhì)優(yōu)先吸附在金屬網(wǎng)上催化劑的活性部位，形成特別強(qiáng)的化學(xué)吸附鍵， 使得其內(nèi)部表面均吸附大量的有機(jī)污染物、無機(jī)離子以及無機(jī)垢體等雜質(zhì)，從 而導(dǎo)致催化劑活性降低，縮短催化劑的壽命，甚至完全喪失，影響后續(xù)光催化 反應(yīng)。因此，光催化反應(yīng)器三維金屬網(wǎng)的防垢除垢問題已引起越來越多的關(guān)注 和重視。
目前，由于定期更換反應(yīng)器金屬網(wǎng)的運(yùn)行成本偏高，反應(yīng)器內(nèi)部金屬網(wǎng)的 防垢除垢方式主要有在線連續(xù)清垢和離線停工清垢兩大類。在線連續(xù)清塘的傳 統(tǒng)方法有注入阻垢劑法、永磁法、電磁法及高頻法。其中阻垢劑需要連續(xù)注入， 每次用量難以把握，清垢效果時(shí)好時(shí)壞；而后三種方法因成本高或?qū)嵤├щy， 因此不能有效地解決實(shí)際問題。離線停工清垢常常是在計(jì)劃外停工、裝置局部 停工或各設(shè)備切換條件下進(jìn)行，而傳統(tǒng)采用的各種手段，如高壓水噴射(機(jī)械 清垢法)和化學(xué)清洗劑(化學(xué)清垢法)等，也只是治標(biāo)不治本，不但給生產(chǎn)造 成了影響，同時(shí)會(huì)增加計(jì)劃外費(fèi)用、磨損腐蝕設(shè)備、污染區(qū)域環(huán)境、損害工人 健康等。
因此，尋求一種高效節(jié)能、環(huán)境友好、降低成本的光催化反應(yīng)裝置已迫在 眉睫。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述光催化反應(yīng)器金屬網(wǎng)的防垢除垢方法存在的不足，本發(fā)明提出一 種適用于光催化反應(yīng)器內(nèi)部三維金屬網(wǎng)的超聲波防垢除垢裝置，它利用超聲波 強(qiáng)原理聲場(chǎng)處理流體，使流體中成垢物質(zhì)在超聲場(chǎng)作用下，其物理形態(tài)和化學(xué) 性能發(fā)生一系列變化，使之分散、粉碎、松散、松脫而不易附著金屬網(wǎng)形成積 垢。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種使用超聲波防垢除垢的 光催化反應(yīng)裝置由安裝在底座119上的光催化反應(yīng)器和超聲波發(fā)生器116以及電 控箱117組成；所述的光催化反應(yīng)器包括有進(jìn)水管101、套筒102、金屬網(wǎng)105、 螺栓106、墊片107、燈管接線柱108、電源線109、頂蓋lll、套筒法蘭112、出 水管113、金屬網(wǎng)支撐架114、紫外燈管115;所述的套筒102安裝在底座119上， 采用圓柱形空殼結(jié)構(gòu)；所述套筒102上端有進(jìn)水管101，下端有出水管113;所述 頂蓋111與套筒法蘭112之間安裝墊片107并使用螺栓106緊固；所述燈管接線柱 108使用電源線109連接電源；所述套筒102內(nèi)部使用金屬網(wǎng)支撐架l 14將金屬網(wǎng) 105分為若干層；紫外燈管115上端連接燈管接線柱108并安裝在頂蓋111上，紫 外燈管115的燈管部分沿著套筒102的中心線穿過金屬網(wǎng)支撐架114一直到達(dá)套 筒102的底部；所述套筒102的外表面沿著軸向左右對(duì)稱分別開有若干與內(nèi)部金 屬網(wǎng)層相對(duì)應(yīng)的通孔，在通孔處均安裝超聲波換能器103;所述頂蓋lll上安裝 有清洗液盒IIO，清洗液盒110與套筒102內(nèi)部相通；所述超聲波換能器103使用 傳輸電纜線104連接超聲波發(fā)生器116;所述套筒102的底部位置安裝排污閥118。
所述的超聲波換能器103采用壓電陶瓷換能器，包括有法蘭盤201、前振動(dòng) 塊202、硅橡膠層203、絕緣環(huán)204、后振動(dòng)穩(wěn)定槽205、后振動(dòng)塊206、雙頭螺栓 207、壓電陶瓷片208、電極片209、前振動(dòng)穩(wěn)定槽210、螺釘孔211、密封槽212 和扭力口213;所述前振動(dòng)塊202和后振動(dòng)塊206將壓電陶瓷片208夾在中間，并 通過雙頭螺栓207將其連接；所述的法蘭盤201與前振動(dòng)塊202為一體結(jié)構(gòu)，法蘭盤201為凹面形狀并與套筒102的外表面形狀相匹配，在法蘭盤201上開有環(huán)形密 封槽212，并有均布的螺釘孔211，通過螺釘將超聲波換能器103安裝在套筒102 通孔位置；所述的前振動(dòng)塊202的端表面是球形面，有利于增大其超聲波的發(fā)射 面積。
所述的傳輸電纜線104采用屏蔽電纜，從超聲波發(fā)生器116引出的負(fù)極先接 地后再連接超聲波換能器，可以防止本裝置運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)靜電。
所述超聲波發(fā)生器116安裝在電控箱117的頂端位置。所述的超聲波發(fā)生器 和電控箱分別放置，為避免它們各自產(chǎn)生的感應(yīng)靜電電場(chǎng)形成相互干擾。從方 便調(diào)試、維護(hù)和維修角度出發(fā)，將超聲波發(fā)生器安置在電控箱的頂端位置。
所述的清洗液盒110采用ABS塑性材料制成，所述的清洗液采用碳?xì)淝逑匆骸?br> 所述的金屬網(wǎng)支撐架114使用兩種不同的結(jié)構(gòu)， 一種是內(nèi)環(huán)均勻分布供流體 流通圓孔的金屬網(wǎng)支撐架，另一種是外環(huán)均勻分布供流體流通圓孔的金屬網(wǎng)支 撐架；上述兩種不同的金屬網(wǎng)支撐架在套筒102內(nèi)部交替安裝。兩類金屬網(wǎng)支撐 架交替安置，迫使處理水體依次通過兩類金屬網(wǎng)支撐架來回沖刷金屬網(wǎng)往上流 動(dòng)，這樣就能最大限度地增加處理水體與金屬網(wǎng)的反應(yīng)接觸面積，以達(dá)到處理 徹底的目的。
所述的金屬網(wǎng)105為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其表面負(fù)載具有光催化特性的復(fù)合材料。
所述的超聲波換能器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，它采用壓電陶瓷換能器，用前 振動(dòng)塊和后振動(dòng)塊將壓電陶瓷片夾在中間，通過螺栓緊密連接而制成的，采用 螺栓連接安裝，能夠更有效的幫助連續(xù)工作的換能器散熱，延長(zhǎng)換能器的使用 壽命。為保證裝置的防垢除垢效果，要求每個(gè)內(nèi)部金屬網(wǎng)獲得均勻的聲強(qiáng)，為 此，根據(jù)套筒內(nèi)部金屬網(wǎng)層將超聲波換能器分為若干層，每層至少2個(gè)對(duì)稱安裝 在套筒上，超聲波換能器每層所需的數(shù)目可根據(jù)反應(yīng)器處理水體的水質(zhì)情況， 以及換能器單位面積的輸入功率來進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。清洗液盒110采用ABS塑性材料加工而成，用螺釘將其安裝在套筒頂蓋上。 在本裝置運(yùn)行過程自動(dòng)開啟清洗液盒的閥門，從套筒頂端緩慢注入清洗液。所 述的清洗液采用碳?xì)淝逑匆?，具有清洗性能好，蒸發(fā)損失小，材料相容性好， 環(huán)境友好，無毒和價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)。
所述的排污閥設(shè)置在套筒底部，用于將金屬網(wǎng)上清洗沉積下來的污垢及時(shí) 排出。該排污閥采用系統(tǒng)自動(dòng)控制，在本裝置工作周期結(jié)束時(shí)，立即開啟排污 閥門，在水壓的沖擊下將沉積污垢及時(shí)排出， 一定程度上消除人工檢測(cè)的麻煩 和失誤。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明不僅解決了光催化反應(yīng)器內(nèi)部三維金屬網(wǎng)的 結(jié)垢問題，而且能在一定程度上清除反應(yīng)器套筒內(nèi)壁表面微孔所造成的含氧氣 泡，從而減輕了光催化反應(yīng)器套管的氧化腐蝕，延長(zhǎng)光催化反應(yīng)器使用壽命。
本發(fā)明裝置可以實(shí)現(xiàn)在光催化反應(yīng)器工作過程中防止內(nèi)部金屬網(wǎng)污垢的形 成，同時(shí)可以對(duì)光催化反應(yīng)器套筒內(nèi)壁及內(nèi)部金屬網(wǎng)進(jìn)行停機(jī)除垢，具有防止 積垢形成和破壞已有積垢的雙重作用。
此外，本發(fā)明裝置在自動(dòng)化程度、工作性能可靠、無環(huán)境污染、運(yùn)行維護(hù) 費(fèi)用、光催化反應(yīng)器工作效率、延長(zhǎng)光催化反應(yīng)器壽命等方面也優(yōu)于其它防垢 除垢裝置。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述 圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中所示標(biāo)號(hào)為進(jìn)水管101、套筒102、超聲波換能器103、傳輸電纜線
104、金屬網(wǎng)105、螺栓106、墊片107、燈管接線柱108、電源線109、清洗液 盒110、頂蓋111、套筒法蘭112、出水管113、金屬網(wǎng)支撐架114、紫外燈管 115、超聲波發(fā)生器116、電控箱117、排污閥118、底座119。 圖2是本發(fā)明的超聲波換能器結(jié)構(gòu)示意圖。圖中所示標(biāo)號(hào)為法蘭盤201、前振動(dòng)塊202、硅橡膠層203、絕緣環(huán)204、 后振動(dòng)穩(wěn)定槽205、后振動(dòng)塊206、雙頭螺栓207、壓電陶瓷片208、電極片209、 前振動(dòng)穩(wěn)定槽210、螺釘孔211、密封槽212。
圖3是本發(fā)明的超聲波換能器結(jié)構(gòu)俯視圖。
圖中所示標(biāo)號(hào)為扭力口213。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所述的一種使用超聲波防垢除垢的光催化反應(yīng)裝置主要由進(jìn)水管 101、套筒102、超聲波換能器103、傳輸電纜線104、金屬網(wǎng)105、螺栓106、 墊片107、燈管接線柱108、電源線109、清洗液盒110、頂蓋111、套筒法蘭 112、出水管113、金屬網(wǎng)支撐架114、紫外燈管115、超聲波發(fā)生器116、電控 箱117、排污閥118、底座119等部件組成。本發(fā)明裝置可以實(shí)現(xiàn)在光催化反應(yīng) 器工作過程中防止內(nèi)部金屬網(wǎng)污垢的形成，同時(shí)可以對(duì)光催化反應(yīng)器套筒內(nèi)壁 及內(nèi)部金屬網(wǎng)進(jìn)行停機(jī)除垢，具有防止積垢形成和破壞已有積垢的雙重作用。
在線防垢時(shí)，該裝置的運(yùn)行及其間隔時(shí)間是根據(jù)處理水質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。 在光催化反應(yīng)器工作過程中，由電控箱117的內(nèi)部控制模塊發(fā)出指令，控制超 聲波發(fā)生器116將220V、 50Hz的交流電經(jīng)濾波、整流、電源激勵(lì)波形控制等部 分產(chǎn)生所需的功率信號(hào)，經(jīng)電纜線104傳輸?shù)礁鱾€(gè)超聲波超聲波換能器103， 由于超聲波換能器103內(nèi)采用居里點(diǎn)較高、換能效率高的壓電陶瓷片208,由 超聲波換能器103實(shí)現(xiàn)電、機(jī)、聲的轉(zhuǎn)換而發(fā)出超聲波。為了實(shí)現(xiàn)超聲波除垢 的高效率，超聲波的頻率相位實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤，從而使超聲波發(fā)生器116和超聲 波換能器103在最佳狀態(tài)工作，且超聲波的輸出功率可根據(jù)不同的工況需求而 進(jìn)行無級(jí)調(diào)節(jié)。經(jīng)換能器103產(chǎn)生的超聲波機(jī)械振動(dòng)通過的套筒102上的通孔 傳入內(nèi)部處理水，在水體中形成直線輻射傳播的超聲波束，以連續(xù)不斷的方式 傳播，在超聲波傳播過程中，會(huì)產(chǎn)生無數(shù)微小氣泡并形成負(fù)壓，而這些氣泡又在恢復(fù)正壓時(shí)破裂，瞬間使微小區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生幾十至上千個(gè)大氣壓力，不斷沖擊 受污染金屬網(wǎng)105的表面和孔隙，防止水體中的雜質(zhì)粘附金屬網(wǎng)105上。當(dāng)裝 置運(yùn)行一定時(shí)間后，內(nèi)部控制模塊發(fā)出指令，切斷裝置工作電源，裝置停止工 作，等待下一次運(yùn)行開始，如此形成一個(gè)在線防垢周期。
停機(jī)除垢時(shí)，該裝置的運(yùn)行及其間隔時(shí)間是根據(jù)金屬網(wǎng)105結(jié)脂程度進(jìn)行調(diào) 節(jié)控制。在需要停機(jī)除垢時(shí)，電控箱117的內(nèi)部控制模塊發(fā)出指令，切斷反應(yīng)器 工作電源，光催化反應(yīng)器停止工作，套筒102內(nèi)部水體停止循環(huán)。同時(shí)，控制超 聲波發(fā)生器116將所需的功率信號(hào)傳輸?shù)礁鱾€(gè)超聲波換能器103，經(jīng)超聲波換能 器103產(chǎn)生的超聲波機(jī)械振動(dòng)通過的套筒102上的通孔傳入內(nèi)部處理水，利用超 聲波強(qiáng)聲場(chǎng)產(chǎn)生一系列的物理形態(tài)和化學(xué)性能變化，使得隱藏在金屬網(wǎng)105表面 和內(nèi)部孔隙中的污垢分散、粉碎、松散、松脫，實(shí)現(xiàn)污垢快速、徹底地被清除。 該裝置在停機(jī)除垢的同時(shí)， 一定程度上清除了光催化反應(yīng)器套管102內(nèi)壁表面微 孔所造成的含氧氣泡，從而減輕了光催化反應(yīng)器套管102的氧化腐蝕。
在裝置停機(jī)除垢同時(shí)，自動(dòng)開啟清洗液盒110底部陶門，在工作過程緩慢注 入清洗液，清洗液不斷滲入到整個(gè)套筒空間，直至裝置工作結(jié)束。在工作結(jié)束 時(shí)，控制模塊再次發(fā)出指令，關(guān)閉清洗液盒110閥門，同時(shí)幵啟排污閥118閥門， 在水壓的沖擊下將清洗下來的污垢及時(shí)排出。達(dá)到自動(dòng)控制模塊的設(shè)定時(shí)間立 即關(guān)閉排污閥118，同時(shí)，控制模塊發(fā)出指令，接通光催化反應(yīng)器工作電源，反 應(yīng)器重新開始工作，從而完成一次停機(jī)除垢周期，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。
權(quán)利要求
1.一種使用超聲波防垢除垢的光催化反應(yīng)裝置，該裝置由安裝在底座上的光催化反應(yīng)器和超聲波發(fā)生器以及電控箱組成；所述的光催化反應(yīng)器包括有進(jìn)水管、套筒、金屬網(wǎng)、螺栓、墊片、燈管接線柱、電源線、頂蓋、套筒法蘭、出水管、金屬網(wǎng)支撐架、紫外燈管；所述的套筒安裝在底座上，采用圓柱形空殼結(jié)構(gòu)；所述套筒上端有進(jìn)水管，下端有出水管；所述頂蓋與套筒法蘭之間安裝墊片并使用螺栓緊固；所述燈管接線柱使用電源線連接電源；所述套筒內(nèi)部使用金屬網(wǎng)支撐架將金屬網(wǎng)分為若干層；紫外燈管上端連接燈管接線柱并安裝在頂蓋上，紫外燈管的燈管部分沿著套筒的中心線穿過金屬網(wǎng)支撐架一直到達(dá)套筒的底部；其特征在于所述套筒的外表面沿著軸向左右對(duì)稱分別開有若干與內(nèi)部金屬網(wǎng)層相對(duì)應(yīng)的通孔，在通孔處均安裝超聲波換能器；所述頂蓋上安裝有清洗液盒，清洗液盒與套筒內(nèi)部相通；所述超聲波換能器使用傳輸電纜線連接超聲波發(fā)生器；所述套筒的底部位置安裝排污閥。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化反應(yīng)裝置，所述的超聲波換能器采用壓電 陶瓷換能器，包括有法蘭盤、前振動(dòng)塊、硅橡膠層、絕緣環(huán)、后振動(dòng)穩(wěn)定槽、 后振動(dòng)塊、雙頭螺栓、壓電陶瓷片、電極片、前振動(dòng)穩(wěn)定槽、螺釘孔、密封槽 和扭力口；所述前振動(dòng)塊和后振動(dòng)塊將壓電陶瓷片夾在中間，并通過雙頭螺栓 將其連接；其特征在于所述的法蘭盤與前振動(dòng)塊為一體結(jié)構(gòu)，法蘭盤為凹面 形狀并與套筒的外表面形狀相匹配，在法蘭盤上開有環(huán)形密封槽，并有均布的螺釘孔，通過螺釘將超聲波換能器安裝在套筒通孔位置；所述的前振動(dòng)塊的端 表面是球形面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化反應(yīng)裝置，其特征在于所述的傳輸電纜線 采用屏蔽電纜，從超聲波發(fā)生器引出的負(fù)極先接地后再連接超聲波換能器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化反應(yīng)裝置，其特征在于所述超聲波發(fā)生器 安裝在電控箱的頂端位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化反應(yīng)裝置，其特征在于所述的清洗液盒采 用ABS塑性材料制成，所述的清洗液采用碳?xì)淝逑匆骸?br> 6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化反應(yīng)裝置，其特征在于所述的金屬網(wǎng)支撐 架使用兩種不同的結(jié)構(gòu)， 一種是內(nèi)環(huán)均勻分布供流體流通圓孔的金屬網(wǎng)支撐架， 另一種是外環(huán)均勻分布供流體流通圓孔的金屬網(wǎng)支撐架；上述兩種不同的金屬網(wǎng)支撐架在套筒內(nèi)部交替安裝。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化反應(yīng)裝置，其特征在于所述的金屬網(wǎng)為三 維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其表面負(fù)載具有光催化特性的復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種使用超聲波防垢除垢的光催化反應(yīng)裝置，該裝置由安裝在底座上的光催化反應(yīng)器和超聲波發(fā)生器以及電控箱組成；所述的光催化反應(yīng)器包括有進(jìn)水管、套筒、金屬網(wǎng)、螺栓、墊片、燈管接線柱、電源線、頂蓋、套筒法蘭、出水管、金屬網(wǎng)支撐架、紫外燈管；所述套筒的外表面沿著軸向左右對(duì)稱分別開有若干與內(nèi)部金屬網(wǎng)層相對(duì)應(yīng)的通孔，在通孔處均安裝超聲波換能器；所述頂蓋上安裝有清洗液盒并與套筒內(nèi)部相通；所述超聲波換能器使用傳輸電纜線連接超聲波發(fā)生器；所述套筒的底部安裝排污閥；本裝置實(shí)現(xiàn)在光催化反應(yīng)器工作過程中防止內(nèi)部金屬網(wǎng)污垢的形成，同時(shí)可以對(duì)光催化反應(yīng)器套筒內(nèi)壁及內(nèi)部金屬網(wǎng)進(jìn)行停機(jī)除垢，具有防止積垢形成和破壞已有積垢的雙重作用。
文檔編號(hào)B01J19/10GK101612545SQ20091004129
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月21日
發(fā)明者傅李鵬, 吳忠杰, 張國(guó)慶, 楊承昭, 饒中浩 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)