專利名稱：電化法水處理系統(tǒng)的電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電化法水處理系統(tǒng)的電源裝置，屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的電致水處理裝置有1、電絮凝裝置屬于電解裝置，用低壓大電流直流電在電解槽內(nèi)將正極鋁板電解產(chǎn)生氫氧化鋁。2、電氣浮裝置用難以被電解腐蝕的材料做電極，電解產(chǎn)生大量氣泡。3、電子改水儀用頻率固定的方波，有時(shí)利用掃頻技術(shù)，產(chǎn)生電子振蕩，用簡單的線圈將能量場輸入到水體。4、烏克蘭的一項(xiàng)技術(shù)是利用輔助電極尖端放電的大功率振蕩電路產(chǎn)生諧波振蕩電流源，利用普通電化學(xué)電極將電能輸入到水體中。由于這種電能在水中均勻傳輸?shù)男屎艿?，因此向被處理水中投加金屬屑，增加電能在水體內(nèi)部的傳導(dǎo)。5、等離子體放電技術(shù)的水處理依靠高壓放電將高電能輸入水體中的處理方式。關(guān)鍵問題是電能在水體中作用極不均勻。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種電化法水處理系統(tǒng)的電源裝置，與電極結(jié)合，利用不純凈水的導(dǎo)電特性，將特殊的電能均勻快速的輸送到水體內(nèi)部，產(chǎn)生電子改水、電氣浮、電化學(xué)凈水作用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)常溫除菌。
為完成上述任務(wù)，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種電化法水處理系統(tǒng)的電源裝置，該裝置包括一個(gè)主電源電路，用于產(chǎn)生整個(gè)電源裝置對外輸出的2～110V電壓可調(diào)，20～200Hz的鐘形波可調(diào)脈沖直流電流源；一個(gè)內(nèi)部調(diào)控電路電源，用于產(chǎn)生至少一組內(nèi)部工作所需精密直流穩(wěn)壓電源，給內(nèi)部電路工作提供穩(wěn)定的電壓；一個(gè)交流信號源，產(chǎn)生30Hz～150Hz的可調(diào)交變信號，用以產(chǎn)生掃頻信號；
一個(gè)高頻方波信號源，用于通過產(chǎn)生7KHz～900KHz、占空比1％～99％的可調(diào)方波信號，對輸入的交流信號源的交流信號進(jìn)行調(diào)制，并輸出掃頻的高頻信號；一個(gè)驅(qū)動電路，用于對高頻方波信號源的掃頻輸出進(jìn)行放大；一個(gè)輸出電路，用于將主電源電路的鐘形波對外工作電流通過驅(qū)動電路的輸出調(diào)制后作為整個(gè)電源裝置的對外功率輸出。
所述的主電源電路由工頻變壓器和全橋整流橋構(gòu)成，或用可調(diào)壓，可調(diào)輸出波形的高頻開關(guān)電源技術(shù)制成。
所述的內(nèi)部穩(wěn)壓調(diào)控電路電源為具有至少一路輸出的多路對稱輸出精密穩(wěn)壓電源。
所述的高頻方波信號源為頻率和占空比分別獨(dú)立可大范圍調(diào)整的振蕩器。
所述的輸出電路，用于將主電源電路的鐘形波對外工作電流通過一個(gè)功率放大器由驅(qū)動電路的輸出進(jìn)行調(diào)制。
所述的驅(qū)動電路為高頻、整形、功率放大電路。
本電化水處理裝置的電源設(shè)計(jì)與現(xiàn)代電化學(xué)研究裝置的電源設(shè)計(jì)相比在機(jī)理上較要復(fù)雜得多，電化學(xué)工作站系統(tǒng)的電源，是可以輸出小功率、中頻以下范圍、可調(diào)占空比的方波脈沖直流電壓源，本項(xiàng)目電源則是大功率、寬頻帶、大范圍可調(diào)占空比、自動掃頻、鐘形波調(diào)制方波的中頻至高頻的復(fù)雜脈沖直流電流源。
本電源裝置與電極結(jié)合對水進(jìn)行處理，可以同時(shí)快速產(chǎn)生以下有益效果1.分離懸浮物電化水處理裝置分離水中懸浮物的因素有多種1.1電離作用在電離作用下，水體中的復(fù)雜電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大量超氧化物自由基，同時(shí)還有大量被激元素產(chǎn)生，使得水體中的多種化學(xué)反應(yīng)迅速啟動和進(jìn)行，甚至許多常態(tài)下不會發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)也能快速完成。這將導(dǎo)致被處理水的化學(xué)活性大大增加，使難處理廢水得到凈化，同時(shí)對水中生物也會產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾作用，電化學(xué)殺菌、生物生長被激勵等等現(xiàn)象都將發(fā)生。
1.2電子的轟擊在電流的強(qiáng)烈沖擊下，極性分子的排列發(fā)生變化，粒子荷電，離子電性改變，造成水體之中的水合分子團(tuán)減少，水分子團(tuán)和其他雜質(zhì)分子團(tuán)分離，達(dá)到深度的水體凈化。同時(shí)，水分子排布發(fā)生變化，引起水的物理性狀發(fā)生變化，比如黏滯系數(shù)減小，滲透力增加，熱傳導(dǎo)加快等等。外加高能量電子的轟擊，破壞了原有物質(zhì)成分，產(chǎn)生新的粒子，這一結(jié)果將改變原有化合態(tài)，并使新生成的分子團(tuán)容易因范德華引力迅速凝聚。
1.3激發(fā)溶液共振在特殊脈沖電流激勵下，各種尺度的粒子都發(fā)生諧振，一些結(jié)構(gòu)被打碎，一些結(jié)構(gòu)被合并，同質(zhì)凝聚和異質(zhì)凝聚同時(shí)發(fā)生，大分子團(tuán)破碎，環(huán)狀結(jié)構(gòu)開裂，水體化學(xué)成份的結(jié)構(gòu)簡單化，甚至產(chǎn)生新的懸浮物，污水得到深度凈化。
1.4電化學(xué)反應(yīng)電化學(xué)反應(yīng)中溶液和電極都有變化，電極金屬離子析出，產(chǎn)生兩種作用，一是與溶液中電解質(zhì)迅速反應(yīng)生成鹽類，二是直接和電解水所產(chǎn)生的氫氧根化合成絮凝劑，幫助懸浮物迅速聚集和沉淀。溶液中的離子遷移如果十分劇烈，一部分來不及到達(dá)電極即完成了化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生新的化合物和沉淀。
1.5電氣浮劇烈的震蕩和電解作用，以及其它反應(yīng)產(chǎn)生于水中的微小氣泡的上浮逸出，造成氣浮作用，將水中細(xì)小懸浮物帶到水面上。
由于以上幾種作用同時(shí)發(fā)生，電化水處理裝置可以深度凈化水質(zhì)，徹底分離水中懸浮物。
2.常溫除菌電化水處理裝置的除菌機(jī)理有以下四點(diǎn)2.1使細(xì)菌觸電細(xì)菌與其它生物一樣，存在有生物敏感電流頻率，就象人對50Hz的電流最敏感一樣，只要頻率合適，很小的電流即可置細(xì)菌于死地。
2.2凝聚除菌細(xì)菌體都帶有電荷，在電場力作用下，會發(fā)生凝聚現(xiàn)象。電化水處理裝置造成很強(qiáng)的局部電場，可以把細(xì)菌凝聚起來，與水體分離。
2.3臭氧殺菌特殊的電能和高效率的電極在水中產(chǎn)生臭氧，當(dāng)水體離開處理裝置之后，留在水中的臭氧繼續(xù)起著殺菌作用。
2.4破壞細(xì)菌生存條件經(jīng)過處理的水滲透力強(qiáng)，溶解力強(qiáng)，單細(xì)胞生物的細(xì)胞壁對這種水不能適應(yīng)，極易造成微生物肌體“失水”或“水腫”，所以水體中間的細(xì)菌無法生存，水體被細(xì)菌再污染的機(jī)會大大減少。
2.5金屬離子殺菌高效率的電化學(xué)效應(yīng)使進(jìn)入水體的電極金屬離子具有更強(qiáng)的殺菌能力。
這些機(jī)理的綜合作用使電化水處理裝置具有優(yōu)異的除菌能力。
3.改變水質(zhì)電化水處理裝置把天然水當(dāng)作原料，經(jīng)過加工再使用，由于以下因素使水得到深度改性3.1增加水的液體性狀浸潤、溶解、蒸發(fā)等現(xiàn)象由于水中短鏈狀結(jié)構(gòu)的增加而得到加強(qiáng)，水的滲透能力明顯提高，水分子對外界環(huán)境反應(yīng)敏感，充分體現(xiàn)了水的液體性狀。(仍然得以保存的水合分子以更加穩(wěn)固的小分子團(tuán)存在著。)3.2水體內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單化大量環(huán)狀結(jié)構(gòu)的開裂和水分子的有序排列，使水體內(nèi)部雜質(zhì)析出，留在液體內(nèi)部的離子數(shù)量明顯減少。水合分子團(tuán)被電場極化而有序排列，動電電勢減小，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。
3.3更容易進(jìn)一步處理由于短鏈狀結(jié)構(gòu)化學(xué)活潑性高，處理后的水更容易實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)，得到要求更高的水。由于局部電場和電流的激勵作用，許多元素處于被激狀態(tài)，它們在離開處理?xiàng)l件之后還會因返回基態(tài)而繼續(xù)發(fā)生著變化，當(dāng)溶液的穩(wěn)定條件因此發(fā)生變化，引起溶質(zhì)析出時(shí)，生成的結(jié)構(gòu)體也不同于常態(tài)。另外，大分子鏈的分解破碎，使微生物容易進(jìn)一步分解水中化合物，溶液的后續(xù)生物處理速度會因此提高。
以上作用同時(shí)發(fā)生，使該裝置成為能力很強(qiáng)的水處理電源裝置。


圖1為本發(fā)明的原理方框圖；圖2為主電源電路的方框原理圖；圖3為內(nèi)部穩(wěn)壓調(diào)控電路電源的方框原理圖；圖4為交流信號源的方框原理圖；圖5為高頻方波信號源的方框原理圖；圖6為驅(qū)動電路的方框原理圖；圖7為輸出電路的方框原理圖；圖8為一種主電源電路的鐘形波電路原理圖；圖9為一種高頻方波信號源的電路原理圖；圖10為一種交流信號源的電路原理圖；圖11為一種驅(qū)動電路的電路原理圖；圖12為本發(fā)明一種簡單的整體電路原理圖；圖13為圖12中各節(jié)點(diǎn)處的信號波形。
具體實(shí)施例方式
如圖1、2、3、4、5、6、7所示為本電化法水處理系統(tǒng)的電源裝置電路方框圖，該裝置包括一個(gè)主電源電路，用于產(chǎn)生整個(gè)電源裝置2～110V、20～200Hz的鐘形波可調(diào)對外工作電流I；一個(gè)內(nèi)部穩(wěn)壓調(diào)控電路電源，用于產(chǎn)生至少一組內(nèi)部工作直流穩(wěn)壓電源，給內(nèi)部電路工作提供穩(wěn)壓電源U；一個(gè)交流信號源，用于產(chǎn)生30Hz～150Hz的可調(diào)交流信號i1；一個(gè)高頻方波信號源，用于通過產(chǎn)生7KHz～900KHz、占空比1％～99％的可調(diào)方波信號，對輸入的交流信號源的交流信號進(jìn)行調(diào)制，輸出掃頻信號i2；一個(gè)驅(qū)動電路，用于對高頻方波信號源的掃頻輸出i2進(jìn)行放大；一個(gè)輸出電路，用于將主電源電路的鐘形波對外工作電流I通過驅(qū)動電路的輸出i3調(diào)制后作為整個(gè)電源裝置的對外輸出。
主電源電路由工頻變壓器和全波整流橋構(gòu)成如圖12中所示，或用如圖8所示的鐘形波電路調(diào)制可調(diào)壓高頻開關(guān)電源的輸出電壓控制點(diǎn)制成。內(nèi)部穩(wěn)壓調(diào)控電路電源由工頻變壓器和全波整流橋構(gòu)成的穩(wěn)壓電路如圖12中所示，或用如圖3所示的為具有一路對稱輸出的多路輸出精密穩(wěn)壓電源。交流信號源，如圖12中所示，從內(nèi)部電源變壓器通過阻容電路耦合得到正弦波信號構(gòu)成，或用如圖10所示的正弦波信號發(fā)生器。高頻方波信號源如圖12中所示，或用如圖9所示的方波振蕩器。驅(qū)動電路如圖12中所示，為一個(gè)由三極管組成的放大電路，或用如圖11所示的放大整形電路。輸出電路，如圖7中所示，用于將主電源電路的鐘形波對外工作電流I通過一個(gè)功率放大器由驅(qū)動電路的輸出i3進(jìn)行調(diào)制。
圖8與圖10對比，可以說明主電源電路的鐘形波的產(chǎn)生。圖10是用一個(gè)運(yùn)算放大器和微積分電路組成的正弦波發(fā)生器。圖8是在圖10的輸出端用一個(gè)整流二極管得到半波整流輸出，再用一個(gè)運(yùn)放做反向器獲得余弦波經(jīng)另一二極管整流得到滯后半周期的半波，兩個(gè)半波疊加得到鐘形波。
圖9中4046壓控振蕩器輸出頻率由輸入端電壓控制，如果在輸入的直流電壓上疊加一個(gè)低頻脈動信號，輸出頻率高低值將按這個(gè)脈動信號的變化規(guī)律變化。這個(gè)壓控振蕩器輸出的是占空比50％的方波，為了得到變化的占空比，后邊用雙D觸發(fā)器做成高頻振蕩器，當(dāng)調(diào)整其振蕩頻率為壓控振蕩器輸出頻率的整倍數(shù)時(shí)，受時(shí)鐘端送入的壓控振蕩器信號控制，可以輸出穩(wěn)定方波，其占空比調(diào)整范圍原則上可以做到1％～99％。
圖11用高速六反向斯密特觸發(fā)器對高頻脈沖波形整形，嚴(yán)格對稱的上拉和下拉使方波的上升沿和下降沿十分陡峭，為高頻開關(guān)電路提供理想的工作條件，大大降低開關(guān)損耗。
圖13中的圖一主電源波形是圖12中“圖1主電源”虛線框電路產(chǎn)生的波形；圖2內(nèi)部調(diào)控電源是圖12中“圖2內(nèi)部調(diào)控電源”虛線框電路產(chǎn)生的波形；圖3受圖4調(diào)制的波形對應(yīng)圖12中“圖3主頻信號源”虛線電路產(chǎn)生的波形；圖4掃頻信號源對應(yīng)圖12中“圖4掃頻信號源”虛線框電路產(chǎn)生的波形；圖5輸出的波形對應(yīng)圖12中“圖5驅(qū)動電路”虛線框電路產(chǎn)生的波形；圖6輸出的波形對應(yīng)于圖12中“圖6輸出電路”虛線框電路產(chǎn)生的波形，即是整個(gè)電源最終某一極短時(shí)間內(nèi)輸出的波形。
可以看出，本電源裝置是一個(gè)復(fù)雜的調(diào)制脈沖直流電流源，它以電壓可調(diào)的直流電源為基礎(chǔ)，同時(shí)滿足以下條件不同的生物有不同的“生物敏感電流”，使微生物觸電的脈沖電頻率在高頻范圍的低端，為了使水體中的所有微生物都觸電，采用了自動掃頻技術(shù)。為了取得普適性除菌能力，電源的輸出頻率范圍選擇在7KHz-900KHz。
為了同時(shí)清除被處理水中各種微生物，需要實(shí)現(xiàn)速率可變的自動掃頻功能。為此設(shè)計(jì)了一個(gè)30Hz-100Hz的正弦波訊號源，對電源主頻壓控振蕩器的調(diào)頻電壓實(shí)施調(diào)制。
為提高電子沖量，還要擊碎各種粒子，使用了脈寬調(diào)整和電壓調(diào)整相結(jié)合的技術(shù)措施，以便在輸出功率不變的前提下，以較高的電壓和較小的占空比組合，擊碎較小的粒子或較短的分子鏈；或是以較低的電壓和較大的占空比組合，打碎較大的粒子或切斷較長的大分子鏈。因此電源電壓調(diào)整范圍是2-110V，占空比調(diào)整范圍是1％-99％。
為加強(qiáng)電震蕩能力，使更多的粒子被激振，電源輸出的直流脈沖上檐不是平坦的，而是鐘形波，其頻率在20Hz-200Hz范圍內(nèi)可調(diào)。
通過大量試驗(yàn)驗(yàn)證，本裝置可以成功地應(yīng)用于飲用水深度凈化——不用化學(xué)品，低成本生產(chǎn)最適合生飲的“活性水”。
果蔬飲料生產(chǎn)——常溫除菌，保證果汁純天然口感和營養(yǎng)。
游泳池水循環(huán)凈化——高標(biāo)準(zhǔn)低成本深度循環(huán)凈水。
一般污水處理——占地面積只有常規(guī)處理設(shè)施的一半。
高濃度有機(jī)廢水處理——提取有機(jī)物質(zhì)，降低處理費(fèi)用。
電化水處理裝置可以發(fā)揮重要作用的領(lǐng)域有無土栽培——增加植株內(nèi)自由水成份，促進(jìn)營養(yǎng)吸收，縮短生長周期。
水產(chǎn)品工業(yè)化密集養(yǎng)殖——除菌、防病、增氧、凈水。
權(quán)利要求
1.一種電化法水處理系統(tǒng)的電源裝置，其特征在于，該裝置包括一個(gè)主電源電路，用于產(chǎn)生整個(gè)電源裝置對外輸出的2～110V電壓可調(diào)，20～200Hz的鐘形波可調(diào)脈沖直流電流源；一個(gè)內(nèi)部調(diào)控電路電源，用于產(chǎn)生至少一組內(nèi)部工作所需精密直流穩(wěn)壓電源，給內(nèi)部電路工作提供穩(wěn)定的電壓；一個(gè)交流信號源，產(chǎn)生30Hz～150Hz的可調(diào)交變信號，用以產(chǎn)生掃頻信號；一個(gè)高頻方波信號源，用于通過產(chǎn)生7KHz～900KHz、占空比1％～99％的可調(diào)方波信號，對輸入的交流信號源的交流信號進(jìn)行調(diào)制，并輸出掃頻的高頻信號；一個(gè)驅(qū)動電路，用于對高頻方波信號源的掃頻輸出進(jìn)行放大；一個(gè)輸出電路，用于將主電源電路的鐘形波對外工作電流通過驅(qū)動電路的輸出調(diào)制后作為整個(gè)電源裝置的對外功率輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源裝置，其特征在于，所述的主電源電路由工頻變壓器和全橋整流橋構(gòu)成，或用可調(diào)壓可調(diào)輸出波形的高頻開關(guān)電源技術(shù)制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源裝置，其特征在于，所述的內(nèi)部穩(wěn)壓調(diào)控電路電源為具有至少一路輸出的多路對稱輸出精密穩(wěn)壓電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源裝置，其特征在于，所述的高頻方波信號源為頻率和占空比分別獨(dú)立可大范圍調(diào)整的振蕩器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源裝置，其特征在于，所述的輸出電路，用于將主電源電路的鐘形波對外工作電流通過一個(gè)功率放大器由驅(qū)動電路的輸出進(jìn)行調(diào)制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源裝置，其特征在于，所述的驅(qū)動電路為高頻、整形、功率放大電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電化法水處理系統(tǒng)的電源裝置，該裝置包括一個(gè)主電源電路，用于產(chǎn)生整個(gè)電源裝置2～110V、20～200Hz的鐘形波可調(diào)對外工作電流；一個(gè)內(nèi)部穩(wěn)壓調(diào)控電路電源，用于產(chǎn)生至少一組內(nèi)部工作直流穩(wěn)壓電源，給內(nèi)部電路工作提供穩(wěn)壓電源；一個(gè)交流信號源，用于產(chǎn)生30Hz～150Hz的可調(diào)交流信號；一個(gè)高頻方波信號源，用于通過產(chǎn)生7KHz～900KHz、占空比1％～99％的可調(diào)方波信號，對輸入的交流信號源的交流信號進(jìn)行調(diào)制，輸出掃頻信號；一個(gè)驅(qū)動電路，用于對高頻方波信號源的掃頻輸出進(jìn)行放大；一個(gè)輸出電路，用于將主電源電路的鐘形波對外工作電流通過驅(qū)動電路的輸出調(diào)制后作為整個(gè)電源裝置的對外輸出。
文檔編號C25B9/04GK101085683SQ20071005419
公開日2007年12月12日 申請日期2007年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月6日
發(fā)明者萬紹民 申請人:河南大學(xué)