專利名稱：一種利用電磁切變場提高污水處理溶氣效率的溶氣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種污水處理裝置，尤其涉及一種利用電磁(EM)切變場提高污水處理溶氣效率的溶氣裝置。
背景技術(shù)：
目前，污水處理技術(shù)中常常需要將空氣、氧氣、氯氣、臭氧等氣體投加到污水中，以達到促進生化、化學反應(yīng)、消毒等方面的作用，其投加方式基本上是采用射流曝氣、曝氣盤(管)曝氣或溶氣泵等投加手段，使用時，通過增加水深的方式來增加溶氣效率，其原理基本是通過增加氣體分壓來增大氣體的溶解度。但這樣方式所存在的不足之處是:能耗大，溶氣效率低、并且受溫度等因素的影響較大，另外，用增加水深度的辦法來達到提高溶氣效率，使其適用場合受到很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種利用電磁切變場提高污水處理溶氣效率的溶氣裝置。本發(fā)明解決了現(xiàn)有裝置所存在的能耗大、溶氣效率低、受溫度影響大的技術(shù)問題。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明利用電磁切變場提高污水處理溶氣效率的溶氣裝置予以實現(xiàn)的技術(shù)方案是:包括殼體，所述殼體內(nèi)并列分布有多個電極板，所有電極板呈交替間隔的分為兩組；兩組電極均設(shè)有電氣連接線；還包括一 EM模塊脈沖電源系統(tǒng)，所述EM模塊脈沖電源系統(tǒng)由L-C諧振恒流充電電路、兩級充放電回路、脈寬調(diào)制器和脈沖壓縮電路構(gòu)成；所述L-C諧振恒流充電電路，由電源、L-C諧振恒流電路以及充電電路組成；所述電源的UO為電網(wǎng)交流電壓，通過一調(diào)壓器Tl連接至所述L-C諧振恒流電路，所述L-C諧振恒流電路由電容器C l和兩個分別帶有鐵心的電感線圈LI和電感線圈L2組成；所述充電電路由隔離變壓器T2、整流橋D和第一級儲能電容C2組成；所述兩級充放電回路由電感L3、晶閘管K1、第二級儲能電容C3、高頻脈沖變壓器T3和晶閘管K2組成；所述電感13與第一級儲能電容C2連接，所述L-C諧振恒流充電電路給第一級儲能電容C2充電，第一級儲能電容C2通過所述電感L3、晶閘管Kl和第二級儲能電容C3放電，所述第二級儲能電容C3通過高頻脈沖變壓器T3原邊漏感L4和晶閘管K2放電；所述晶閘管Kl和晶閘管K2輪流導(dǎo)通，通過所述晶閘管Kl和晶閘管K2對第二儲能電容C2放電形成脈沖；所述脈寬調(diào)制器采用SG3525單片集成PWM控制芯片，該芯片的6腳和5腳之間串聯(lián)有電容C5和調(diào)節(jié)電位器R3，其中調(diào)節(jié)電位器R3用于調(diào)節(jié)輸出信號的頻率；該芯片的7腳與5腳之間連接有放電電阻R4 ;該芯片的13腳和12腳之間串聯(lián)有分壓電阻Rl和分壓調(diào)節(jié)電阻R2，所述分壓電阻Rl和分壓調(diào)節(jié)電阻R2用于將13腳基準電壓調(diào)整器輸出的標準電壓分壓，分出的電壓接到補償端9腳，分壓調(diào)節(jié)電阻R2用于改變引入9腳的電壓幅值，從而達到調(diào)節(jié)脈寬；該芯片的8腳連接有電容C6 ;該芯片的13腳和15腳連接有電容C4 ;該芯片的10腳接地；該芯片的11腳和14腳為兩路互補信號的輸出；該芯片的11腳和14腳分別通過其隔離及放大電路連接至所述晶閘管Kl和晶閘管K2，所述隔離及放大電路包括光耦和三極管，經(jīng)過光耦隔離和三極管放大后的信號觸發(fā)所述晶閘管Kl和晶閘管K2 ;所述脈沖壓縮電路由與所述高頻脈沖變壓器T3副邊連接的自擊穿氣體開關(guān)，所述自擊穿氣體開關(guān)為同軸結(jié)構(gòu)，其中間部位為銅棒電極，其外面是不銹鋼圓筒電極，氣體介質(zhì)為氬氣；所述自擊穿氣體開關(guān)連接有兩段Blumlein傳輸線，兩段Blumlein傳輸線獲得的脈沖電壓等于充電電壓；兩組電極的電氣連接線分別與兩段Blumlein傳輸線連接。進一步講，本發(fā)明利用電磁切變場提高污水處理溶氣效率的溶氣裝置中，所述高頻脈沖變壓器的鐵心為30型JP2.5K錳鋅鐵氧體鐵心，鐵心形狀為C型，鐵心磁路長17.7cm,截面為圓形,半徑為1.3cm,截面積為5.3cm2 ;所述高頻脈沖變壓器的初級繞組阻數(shù)為19匝，次級繞組匝數(shù)為1140匝；所述初級繞組的線徑d=l.24mm，所述次級繞組的線徑為 0.14mm η與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明從一個全新的角度來實現(xiàn)在污水處理過程提高溶氣效率，是利用電磁切變場(電磁切變窄脈沖)作用于污水中水分子團簇結(jié)構(gòu)、 污染物分子的團簇結(jié)構(gòu)，從而改變了污水的物理化學性質(zhì)，與現(xiàn)有的裝置相比，可以成倍的提高溶氣效率及化學、生化反應(yīng)速度。本發(fā)明裝置具有低能耗、高溶氣效率且不受環(huán)境溫度影響的優(yōu)點。與目前常規(guī)溶氣裝置(如溶氣泵，射流投加等)比較，在同等效率的情況下，可降低能耗，節(jié)能達50%以上。而且體積只是現(xiàn)有技術(shù)中溶氣裝置的十分一，從而節(jié)約了大量的原材料；本裝置可以全自動運行，無需人員值守，節(jié)約人力成本，降低了運行人員勞動強度。


圖1-1是本發(fā)明溶氣裝置實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖1-2是圖1-1中A-A位置剖視圖；圖2-1是本發(fā)明溶氣裝置實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2-2是圖2-1中B-B位置剖視圖；圖3是本發(fā)明所實現(xiàn)的脈沖電流波形圖；圖4是本發(fā)明中EM模塊脈沖電源電路原理圖；圖5是本發(fā)明中L-C諧振恒流充電電路圖；圖6-1是一種單級充放電電路圖；圖6-2是本發(fā)明中兩級充放電回路電路圖；圖6-3是脈寬調(diào)制器SG3525的外圍電路圖；圖6-4和圖6-5分別是脈寬調(diào)制器SG3525輸出信號的隔離及放大電路圖；圖7-1是本發(fā)明中高頻脈沖變壓器等效電路圖；圖7-2是二階濾波電路的幅頻特性曲線；圖7-3是二階濾波電路的相頻特性曲線；圖7-4是本發(fā)明中變壓器繞組線路圖；圖8-1是本發(fā)明中Blumlein傳輸線的電路及其中的波過程；圖8-2是本發(fā)明中自擊穿氣體開關(guān)剖視圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細地描述。如圖1-1和圖1-2所示，本發(fā)明一種利用電磁切變場提高污水處理溶氣效率的溶氣裝置，包括殼體1，所述殼體I內(nèi)并列分布有多個電極板2，所述電極板2涂覆有鑭系金屬氧化物涂層，使其具有較低的析氫析氧電位；所有電極板2呈交替間隔的分為兩組，兩組電極均設(shè)有電氣連接線3，兩組電極的電氣連接線分別與一 EM模塊脈沖電源系統(tǒng)4的兩段Blumlein傳輸線連接。為了得到高壓、高重復(fù)頻率和納秒級快上升沿的高能脈沖，EM模塊脈沖電源將充電、儲能、脈沖形成、脈沖壓縮有機結(jié)合起來，提出一種新的高重復(fù)頻率納秒級前陡沿脈沖高壓電源設(shè)計方案。通常脈沖形成回路得不到納秒級陡脈沖，還需要脈沖壓縮回路，因此EM模塊脈沖電源將脈沖形成回路放在低壓側(cè)，脈沖壓縮回路放在高壓側(cè)，中間用變壓器升壓和隔離。如圖4所示，所述EM模塊脈沖電源系統(tǒng)4由L-C諧振恒流充電電路、兩級充放電回路、脈寬調(diào)制器和脈沖壓縮電路構(gòu)成。脈沖是儲能元件在輸出脈沖期間向負載放電形成的，那就必須在脈沖輸出的間隔時間內(nèi)，利用電源對儲能元件充電。因此，除了放電回路(即脈沖形成回路)，還需要一個充電回路。為使脈沖電源能夠良好的工作，通常對充電電路有下述三項要求:(I)必須保證在每一次充電過程結(jié)束后，儲能元件上都具有大致相同的充電電壓；(2)必須保證在脈沖輸出期間，使電源和放電開關(guān)充分隔離開；(3)必須有較高的充電效率。為了滿足高重復(fù)頻率的要求，除了需要滿足以上三個要求之外，還需要解決的一個問題是快速充電。傳統(tǒng)的單次運行的脈沖功率電源常采用恒壓充電技術(shù)，其缺點是:充電回路限流電阻的存在嚴重限制 了充電速度，并且該電阻的耗能使充電效率偏低，在高重復(fù)頻率條件下，其耗能更是不可忽略。因此，在重復(fù)頻率脈沖功率裝置中通常采用L-C諧振恒流充電電路，其特點是:充電電流與負載無關(guān)，充電速度快，并且充電回路無需電阻，提高了效率。如圖4和圖5所示，所述L-C諧振恒流充電電路，由電源、L-C諧振恒流電路以及充電電路組成；所述電源的UO為電網(wǎng)交流電壓，通過一調(diào)壓器TI連接至所述L-C諧振恒流電路，所述L-C諧振恒流電路由電容器Cl和兩個分別帶有鐵心的電感線圈LI和電感線圈L2組成，(其互感為M，M=KL，0〈K〈1為互感系數(shù));所述充電電路由隔離變壓器T2、整流橋D和第一級儲能電容C2組成。當滿足諧振條件ω2ΙΧ=1，并忽略電感線圈電阻時，由電路原理得
「 π Γ.U1I2=-J ；
ω/,(\ + 人 I
7.U1I1=J -
β；/,(Ι + Α)因此，L-C諧振恒流電路輸出電流I2只與電壓U1有關(guān)，即其輸出電流與負載無關(guān)，這樣就保證了充電電流始終保持在較高值，從而提高了充電速度。電容儲能是脈沖功率技術(shù)中最簡單也是應(yīng)用最多的一種儲能方式，通過閉合開關(guān)對儲能電容放電形成脈沖，這其中的關(guān)鍵是閉合開關(guān)的選取，EM模塊脈沖電源系統(tǒng)中脈沖形成在低壓側(cè)，因此選擇半導(dǎo)體開關(guān)器件作為閉合開關(guān)是最合適的。開關(guān)器件有很多種，如按功率等級來分類，有微功率器件、小功率器件、大功率器件等等；按制造材料分類有鍺管、硅管等；按導(dǎo)電機理分類有雙極型器件、單極型器件、混合型器件等；按控制方式來分類，可分為不可控器件、半可控器件和全可控器件三類器件:不可控器件包括整流二極管、快速恢復(fù)二極管、肖特基二極管等等，半可控器件只有普通晶閘管(SCR) —種，全可控器件包括雙極結(jié)型電力三極管(BJT)、功率場效應(yīng)管(POWERMOSFET)、絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT)、靜電感應(yīng)晶體管(SIT)、可關(guān)斷晶閘管(GT0)、靜電感應(yīng)晶閘管(SITH)等。在選取開關(guān)器件時，主要從以下幾個方面考查開關(guān)器件的性能特點:(I)導(dǎo)通壓降。半導(dǎo)體器件工作在飽和導(dǎo)通時仍然產(chǎn)生一定的管耗，管耗與器件導(dǎo)通壓降成正比，所以應(yīng)盡量選擇低導(dǎo)通壓降的電力半導(dǎo)體器件。(2)運行頻率。電力半導(dǎo)體器件運行頻率除了與器件的最小開、關(guān)時間有關(guān)外，還受到開關(guān)損耗和系統(tǒng)控制分辨率的限制，器件的開、關(guān)時間越短，器件可運行的
頻率越高。(3)器件容量。器件容量包括輸出功率、電壓及電流等級、功率損耗等參數(shù)。(4)耐沖擊能力。主要是指器件短時間內(nèi)承受過電流的能力。(5)可靠性。主要是指器件防止誤導(dǎo)通的能力。半可控器件一旦受到干擾信號產(chǎn)生了誤導(dǎo)通，則無法通過控制信號 將其關(guān)斷。而全可控器件可以通過控制信號迅速關(guān)斷誤導(dǎo)通的器件，因此系統(tǒng)工作可靠性高。表I列出了幾種主要的電力半導(dǎo)體全控性開關(guān)器件的特性。從表中可以清楚的看到SCR的功率大于MOSFET和IGBT，同樣功率的三種器件，SCR價格要便宜很多。雖然MOSFET開關(guān)速度最快，工作頻率最高，但電流容量相對較小，耐壓較低，導(dǎo)通壓降大。IGBT雖然頻率也較高，功率也較大，但是IGBT過流過壓能力差，很容易燒毀，需要復(fù)雜的保護電路。本課題最初就是選用IGBT，但是實驗表明，IGBT太脆弱，容易燒毀，而且這里不需要全可控器件，利用電感電容的諧振，可實現(xiàn)軟開關(guān)技術(shù)，在電流為零時，半可控器件SCR就可以自關(guān)斷，等待下一次放電。SCR優(yōu)點就在于功率大，過流過壓能力強，不易燒毀，不需要復(fù)雜的保護電路，且驅(qū)動簡單，不需要專門的驅(qū)動芯片，經(jīng)濟實惠，而且導(dǎo)通壓降低，因此，在頻率不是很高(幾kHz量級)、高壓和大電流的情況下，選擇SCR作為開關(guān)器件是最合適的。表I幾種主要的電力半導(dǎo)體全控性開關(guān)器件的特性比較
權(quán)利要求
1.一種利用電磁切變場提高污水處理溶氣效率的溶氣裝置，包括殼體(I)，其特征在于， 所述殼體(I)內(nèi)并列分布有多個電極板(2)，所有電極板(2)呈交替間隔的分為兩組；兩組電極均設(shè)有電氣連接線(3)； 還包括一 EM模塊脈沖電源系統(tǒng)(4)，所述EM模塊脈沖電源系統(tǒng)(4)由L-C諧振恒流充電電路、兩級充放電回路、脈寬調(diào)制器和脈沖壓縮電路構(gòu)成； 所述L-C諧振恒流充電電路，由電源、L-C諧振恒流電路以及充電電路組成；所述電源的UO為電網(wǎng)交流電壓，通過一調(diào)壓器Tl連接至所述L-C諧振恒流電路，所述L-C諧振恒流電路由電容器Cl和兩個分別帶有鐵心的電感線圈LI和電感線圈L2組成；所述充電電路由隔離變壓器T2、整流橋D和第一級儲能電容C2組成； 所述兩級充放電回路由電感L3、晶閘管K1、第二級儲能電 容C3、高頻脈沖變壓器T3和晶閘管K2組成；所述電感13與第一級儲能電容C2連接，所述L-C諧振恒流充電電路給第一級儲能電容C2充電，第一級儲能電容C2通過所述電感L3、晶閘管Kl和第二級儲能電容C3放電，所述第二級儲能電容C3通過高頻脈沖變壓器T3原邊漏感L4和晶閘管K2放電；所述晶閘管Kl和晶閘管K2輪流導(dǎo)通，通過所述晶閘管Kl和晶閘管K2對第二儲能電容C2放電形成脈沖； 所述脈寬調(diào)制器采用SG3525單片集成PWM控制芯片，該芯片的6腳和5腳之間串聯(lián)有電容C5和調(diào)節(jié)電位器R3，其中調(diào)節(jié)電位器R3用于調(diào)節(jié)輸出信號的頻率；該芯片的7腳與5腳之間連接有放電電阻R4 ;該芯片的13腳和12腳之間串聯(lián)有分壓電阻Rl和分壓調(diào)節(jié)電阻R2，所述分壓電阻Rl和分壓調(diào)節(jié)電阻R2用于將13腳基準電壓調(diào)整器輸出的標準電壓分壓，分出的電壓接到補償端9腳，分壓調(diào)節(jié)電阻R2用于改變引入9腳的電壓幅值，從而達到調(diào)節(jié)脈寬；該芯片的8腳連接有電容C6 ;該芯片的13腳和15腳連接有電容C4 ;該芯片的10腳接地；該芯片的11腳和14腳為兩路互補信號的輸出；該芯片的11腳和14腳分別通過其隔離及放大電路連接至所述晶閘管Kl和晶閘管K2，所述隔離及放大電路包括光耦和三極管，經(jīng)過光耦隔離和三極管放大后的信號觸發(fā)所述晶閘管Kl和晶閘管K2 ； 所述脈沖壓縮電路由與所述高頻脈沖變壓器T3副邊連接的自擊穿氣體開關(guān)，所述自擊穿氣體開關(guān)為同軸結(jié)構(gòu)，其中間部位為銅棒電極，其外面是不銹鋼圓筒電極，氣體介質(zhì)為氬氣；所述自擊穿氣體開關(guān)連接有兩段Blumlein傳輸線，兩段Blumlein傳輸線獲得的脈沖電壓等于充電電壓； 兩組電極的電氣連接線分別與兩段Blumlein傳輸線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用電磁切變場提高污水處理溶氣效率的溶氣裝置，其特征在于，所述電極板(2 )涂覆有鑭系金屬氧化物涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用電磁切變場提高污水處理溶氣效率的溶氣裝置，其特征在于，所述高頻脈沖變壓器的鐵心為30型JP2.5K錳鋅鐵氧體鐵心，鐵心形狀為C型，鐵心磁路長17.7cm,截面為圓形,半徑為1.3cm,截面積為5.3cm2 ； 所述高頻脈沖變壓器的初級繞組匝數(shù)為19匝，次級繞組匝數(shù)為1140匝；所述初級繞組的線徑d=l.24mm,所述次級繞組的線徑為0.14mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用電磁切變場提高污水處理溶氣效率的溶氣裝置，包括殼體，殼體內(nèi)并列分布有多個電極板，所有電極板呈交替間隔的分為兩組；兩組電極均設(shè)有電氣連接線；還包括一EM模塊脈沖電源系統(tǒng)，EM模塊脈沖電源系統(tǒng)由L-C諧振恒流充電電路、兩級充放電回路、脈寬調(diào)制器和脈沖壓縮電路構(gòu)成。本發(fā)明是利用電磁切變場(電磁切變窄脈沖)作用于污水中水分子團簇結(jié)構(gòu)、污染物分子的團簇結(jié)構(gòu)，改變污水的物理化學性質(zhì)，提高溶氣效率及化學、生化反應(yīng)速度，在同等效率的情況下，可降低能耗，節(jié)能達50%以上。而且體積只是現(xiàn)有技術(shù)中溶氣裝置的十分一，從而節(jié)約了大量的原材料。
文檔編號C02F1/48GK103204570SQ20131006775
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月4日
發(fā)明者劉佩春, 賈占付, 劉海濤, 李 赫, 馬強, 侯喜超 申請人:天津北方萬峰環(huán)?？萍加邢薰?br>