具有胶球在线清洗、水旋流除污、电化学全功能循环水处理装置的制作方法

本发明涉及到工业循环水处理技术领域，具体是涉及一种具有胶球在线清洗、水旋流除污、电化学脱盐、杀菌、防腐蚀非化学全功能循环水处理装置。

背景技术：

循环冷却水系统是石化工业、冶金工业以及建筑的空调系统必不可少的能源介质之一。循环冷却水系统将设备产生的热量通过水与大气的热交换而散发，所以系统必须补充一定水量来弥补蒸发损耗量，因此系统中各种无机离子和有机物质不断浓缩。此外冷却塔在室外受到阳光照射、风吹灰尘杂物的进入，以及设备结构和材料等多种因素的综合作用，共同造成了循环冷却水系统中三大问题——结垢、腐蚀和微生物滋生。污垢和微生物黏泥可以引起垢下腐蚀，而腐蚀产物又形成污垢，上述问题相互关联且均会造成系统传热效率降低，过水段面减少，甚至使设备管道腐蚀穿孔。

传统的循环水系统问题解决方法是添加化学水处理药剂，如阻垢剂、缓蚀剂、杀菌剂和分散剂等。目前的化学水处理药剂均以磷系为主，对水体环境易产生富营养化，而任何杀菌灭藻剂均存在一定的生物毒性，在《GB50050-2007工业循环冷却水处理设计规范》中规定“经过投加阻垢剂、缓蚀剂和杀菌灭藻剂处理后的循环冷却水不应作直流水使用”，所以必须处理达标后才能排放。高浓缩倍数的循环冷却水中含盐量太高，会引起设备腐蚀和结垢等问题，造成系统堵塞和换热效率下降导致的能源损失，远远超过节水效益，为了限制浓缩倍数，大量排污造成水资源的浪费。化学水处理药剂成本高昂，需要专业人员进行维护，但是不能完全解决换热器内结垢和黏泥等问题，而且需要定期清洗换热管，造成了生产波动和间接增加了系统设备的运行费用。

随着工业的高度发展，人类对生存环境改善的强烈需求，社会的可持续发展及其涉及的生态、环境、资源、经济等方面都成为国际和社会关注的焦点，以化学水处理剂作为循环水冷却水系统的传统处理方式会越来越受到社会的限制，并逐步淘汰，因此目前迫切需要一种全新的工业循环冷却水处理方法和理念，以适应现代工业的发展需求。

技术实现要素：

综上所述，本发明的目的在于解决现有的以化学水处理剂作为循环水冷却水系统的传统处理方式存在环境污染、水资源浪费、维护困难和运行成本高等问题的技术不足，而提出具有胶球在线清洗、水旋流除污、电化学全功能循环水处理装置。

为解决本发明所提出的技术问题，采用的技术方案为：

具有胶球在线清洗、水旋流除污、电化学全功能循环水处理装置，其特征在于所述的设备包括有：胶球在线清洗单元、电化学单元、水旋流除污单元、电控单元以及底座；

所述的胶球在线清洗单元包括有上腔体和位于上腔体下方的下腔体；上腔体上分别连接有上腔体入水口和上腔体出水口，上腔体入水口中设有向上腔体内单向开启的第一单向阀，上腔体出水口通过外部引管连接电化学单元；上腔体的底部开设有与下腔体相通的排球通孔，在排球通孔中设有向下腔体方向单向开启的第二单向阀；下腔体上分别连接有下腔体入水口和下腔体出水口，下腔体出水口中设有向下腔体外部单向开启的第三单向阀；

所述的电化学单元包括有安装于底座上的电化学单元腔体，电化学单元腔体上分别设有与外部引管连接的电化学单元入水口和与水旋流除污单元连接的电化学单元出水口，电化学单元腔体内位于电化学单元入水口与电化学单元出水口之间位置设有至少一组用于电化学调节水中矿物质平衡的电解电极；

所述的水旋流除污单元为安装于底座上的旋流分离除污立式水泵，水旋流除污单元的水泵入水口与电化学单元出水口连接，水旋流除污单元的水泵出水口通过第一回流管连接有三通电动阀，三通电动阀的另两端分别通过第二回流管连接下腔体入水口，通过第三回流管连接回水管路；

所述的电控单元连接并控制电解电极、水旋流除污单元和三通电动阀。

作为对本发明技术方案进一步限定的技术方案包括有：

所述的上腔体内部设有导球漏斗，导球漏斗的下端开口与排球通孔对应，导球漏斗的上端开口与上腔体内侧壁贴合设置。

所述的上腔体入水口中设有用于检测是否有水进入上腔体中，为电控单元提供进水传感信号的水流开关。

所述的上腔体和下腔体由一个开口朝下的外壳体和设于外壳体内的隔板分隔构成，外壳体底部开口通过法兰盘与电化学单元腔体顶部密封连接。

所述的电解电极包括有一片以上平行分布的阳极电极板和一片以上平行分布的阴极电极板，各阳极电极板与各阴极电极板交替平行分布；各阳极电极板之间通过钛棒垂直电连接，钛棒引出电化学单元腔体，与电控单元的电解电源的阳极电连接；各阴极电极板之间通过阴极电极棒垂直电连接，阴极电极棒引出电化学单元腔体，与电控单元的电解电源的阴极电连接。

所述各阳极电极板和各阴极电极板之间通过聚四氟乙烯棒等距隔开并固定成一个整体。

所述的电化学单元入水口和电化学单元出水口分别设于电化学单元腔体的底部侧壁和顶部侧壁位置。

所述的上腔体的顶部设有与电控单元电连接用于检测上腔体内水的电导性的电导率传感器。

所述的阳极电极板上的恒定电流密度为0.1~100A/ m2。

电导率传感器实时反馈被处理循环水的电导率，当循环水电导率高于一定值A时，电控单元提高电解电源的输出电压，增加各阳极电极板与各阴极电极板之间的电流密度；当循环水电导率低于一定值B时，电控单元提高电解电源的输出电压，减少各阳极电极板与各阴极电极板之间的电流密度。

本发明的有益效果为：本发明设备采用胶球在线清洗单元向循环水系统循环发射清洗胶球，清洗胶球跟随水流进入换热铜管内部，利用清洗胶球与铜管内壁摩擦清洗污垢；采用电化学单元进行电化学来调节水中矿物质平衡，生成了具有杀菌能力的强氧化剂和氢氧根离子，完全替代了环境污染的化学试剂，防止了冷却水中微生物的繁殖和管道设备腐蚀，从而达到脱除结垢物质、防腐和抑制微生物滋生的目的；采用水旋流除污单元产生旋转向下的水流，在离心力的作用下将杂质沉降分离，综上所述，本发明主动脱除循环冷却水中的钙镁等成垢离子，提高了系统运行的浓缩倍数，将循环水的补充量控制在所需的最小限度内，抑制了水资源不必要的浪费，达到高效、环保、节能、无化学污染的一站式综合水处理效果。

附图说明

图1为本发明的前侧方向的立体结构示意图；

图2为本发明的后侧方向的立体结构示意图；

图3为本发明的分解结构示意图；

图4为本发明俯视结构示意图；

图5为图4的A－A剖视结构示意图；

图6为本发明的胶球在线清洗单元和电化学单元内部结构示意图；

图7为本发明与循环水系统连接使用时的结构示意图；

图8为本发明的工作原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图和本发明优选的具体实施例对本发明的结构作进一步地说明。

参照图1至图8中所示，本发明具有胶球在线清洗、水旋流除污、电化学全功能循环水处理装置，其特征在于所述的设备包括有：胶球在线清洗单元1、电化学单元2、水旋流除污单元3、电控单元4以及底座5。

所述的胶球在线清洗单元1包括有上腔体11和位于上腔体11下方的下腔体12；上腔体11上分别连接有上腔体入水口111和上腔体出水口112，上腔体入水口111中设有向上腔体11内单向开启的第一单向阀113，上腔体出水口112通过外部引管114连接电化学单元2；上腔体11的底部开设有与下腔体12相通的排球通孔115，在排球通孔115中设有向下腔体12方向单向开启的第二单向阀116；下腔体12上分别连接有下腔体入水口121和下腔体出水口122，下腔体出水口122中设有向下腔体12外部单向开启的第三单向阀123。

为了便于将上腔体11内收集到的胶球8，在第二单向阀116开启后能彻底快速导入到下腔体12中，所述的上腔体11内部设有导球漏斗117，导球漏斗117的下端开口与排球通孔115对应，导球漏斗117的上端开口与上腔体11内侧壁贴合设置。

所述的上腔体入水口111中设有用于检测是否有水进入上腔体11中，为电控单元4提供进水传感信号的水流开关118。也即是当上腔体入水口111处有水经过时，水流开关118向电控单元4提供进水传感信号，由电控单元4控制电化学单元2和水旋流除污单元3启动运行，避免无水时资源浪费或设备损坏。

为了便于胶球在线清洗单元1生产加工，以及本发明整体结构紧凑，所述的上腔体11和下腔体12由一个开口朝下的外壳体和设于外壳体内的隔板分隔构成，外壳体底部开口通过法兰盘与电化学单元2的电化学单元腔体201顶部密封连接。

所述的上腔体11的顶部设有与电控单元4电连接用于检测上腔体11内水的电导性的电导率传感器119和pH传感器，以便电控单元实时调节电化学单元供电电流，保证电化学单元的高效运行，使水处理效果最佳。

所述的电化学单元2包括有安装于底座5上的电化学单元腔体201，电化学单元腔体201上分别设有与外部引管114连接的电化学单元入水口202和与水旋流除污单元3连接的电化学单元出水口203，优选方案是将所述的电化学单元入水口202和电化学单元出水口203分别设于电化学单元腔体201的底部侧壁和顶部侧壁位置；电化学单元腔体201内位于电化学单元入水口202与电化学单元出水口203之间位置设有至少一组用于电化学调节水中矿物质平衡的电解电极204。

电解电极204的具体结构包括有一片以上平行分布的阳极电极板和一片以上平行分布的阴极电极板，各阳极电极板与各阴极电极板交替平行分布；各阳极电极板之间通过钛棒垂直电连接，钛棒引出电化学单元腔体201，与电控单元4的电解电源的阳极电连接；各阴极电极板之间通过阴极电极棒垂直电连接，阴极电极棒引出电化学单元腔体201，与电控单元4的电解电源的阴极电连接。为了更好牢固安装各阳极电极板和各阴极电极板，所述各阳极电极板和各阴极电极板之间通过聚四氟乙烯棒等距隔开并固定成一个整体。

所述的水旋流除污单元3为安装于底座5上的旋流分离除污立式水泵，具体结构可以采用申请号为：CN 201620475810.7 名称为：一种旋流分离除污立式水泵 所公开的结构。水旋流除污单元3的水泵入水口31与电化学单元出水口203连接，水旋流除污单元3的水泵出水口32通过第一回流管连接有三通电动阀6，三通电动阀6的另两端分别通过第二回流管62连接下腔体入水口121，通过第三回流管63连接回水管路7；

所述的电控单元4连接并控制电解电极204、水旋流除污单元3和三通电动阀6。

本发明在具体应用时，上腔体入水口111与循环水系统的出水口连接，下腔体出水口122和回水管路7分别与循环水系统的两个回水口连接；在水旋流除污单元3启动之前，清洗胶球8 停留在下腔体12中，由于循环水系统静压的存在，第一单向阀113和第三单向阀123都处于关闭状态；而当水旋流除污单元3启动后，上腔体11形成负压，在负压的作用下，第一单向阀113开启，同时第二单向阀116关闭，循环水系统中的循环水被吸入至上腔体11，并经上腔体11、外部引管114进入电化学单元2的电化学单元腔体201，之后再进入水旋流除污单元3中，三通电动阀6切换到第一回流管61与第二回流管62相通，也即水旋流除污单元3将循环水排出至下腔体12中，下腔体12中的清洗胶球8就会随水流推开第三单向阀123返回循环水系统，完成一次发球动作；清洗胶球8进入循环水系统跟随水流进入换热铜管内部，利用胶球与铜管内壁摩擦清洗污垢，之后又经上腔体入水口111进入上腔体11内，清洗胶球8被捕获拦截于上腔体11中，而根据时间推算清洗胶球8均返回上腔体11内之后，三通电动阀6切换到第一回流管61与第三回流管63相通，下腔体12无水进入，在清洗胶球8自身重力及下腔体12内负压作用下第二单向阀116开启，清洗胶球8落入下腔体12中，等待下一次发球。

而当三通电动阀6再次切换到第一回流管61与第二回流管62相通时，含有杂质的循环水从上腔体11进入外部引管114进入电化学单元2；电化学单元2主要是利用水及水中矿物质的电化学特性，通过电化学来调节水中矿物质平衡，从而达到脱除结垢物质、防腐和抑制微生物滋生的目的，是一种环境友好型的循环冷却水处理技术。电控单元4连接电解电极204，为电解电极204提供电解所需的直流工作电源，电解电极204在低压电压下产生0.1~100A/m²的恒定电流密度，当循环水经平行分布电解电极204的阳极电极板和阴极电极板之间时，在阳极电极板区域产生的次氯酸、双氧水等具有杀菌灭藻的强氧化剂，在阴极电极板上会形成碳酸钙、碳酸镁等结晶物质，并通过定期电极切换定时剥离极板的沉积垢质，从而实现电化学水处理装置定点结垢定点除垢、杀菌灭藻的功能。

电化学水处理装置的原理是在电控单元4给阳极供电，这样在阴极附近就会形成高浓度的氢氧根离子，在这种高pH值的环境下，易结垢的矿物质就会在阴极区域从水中析出并结垢。而在阳极侧由于电流的作用会析出氧、氯分子、双氧水等强氧化性物质，包括氧化性更强的反应中间产物如氧自由基、游离氯、过氧基离子等等，能起到很好的消毒灭活作用，避免微生物、细菌等引起的生物沉积。

本发明阳极电极板上的恒定电流密度控制在0.1~100A/ m²；电导率传感器实时反馈被处理循环水的电导率，当循环水电导率高于一定值A时，电控单元提高电解电源的输出电压，增加各阳极电极板与各阴极电极板之间的电流密度；当循环水电导率低于一定值B时，电控单元提高电解电源的输出电压，减少各阳极电极板与各阴极电极板之间的电流密度。优选地，上述一定值A为100~3000μs/cm，上述一定值B为100~3000μs/cm，且存在A≥B的关系。

为了便于剥离电极上析出的钙镁等盐类成分，电控单元定期转换通过低压直流电源施加在阳极电极板和阴极电极板的电压极性，使钙镁等盐类成分从电极上剥离。在具体实施过程中，阳极电极板和阴极电极板组件形状为板状、网状、圆棒状或多边形棒状。

循环水中的经胶球在线清洗单元1从水循环系统的换热管内壁的摩擦清理出的固体颗粒和电化学单元2上剥离的垢类进入水旋流除污单元后，在离心力的作用下将杂质沉降分离，具体实施原理参照申请号为：CN 201620475810.7中的说明。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、主动脱除循环冷却水中的钙镁等成垢离子，提高了系统运行的浓缩倍数，将循环水的补充量控制在所需的最小限度内，抑制了水资源不必要的浪费；

2、电解处理中生成了具有杀菌能力的强氧化剂和氢氧根离子，完全替代了环境污染的化学试剂，防止了冷却水中微生物的繁殖和管道设备腐蚀，是一种环境友好型的处理方法；

3、电化学单元中的平行极板的极性自动地定期切换，从而将粘附在阴极板表面上的水垢剥离，不需要服务人员清洁电极板表面，有效地实现了运行和维护中的成本降低；

4、旋流分离除污单元将水泵与分离器结合为一整体，利用旋流离心力场，加速水中比重大于水的固体颗粒等杂质的沉降，有效清除流水中的杂质；

5、胶球在线清洗单元可以始终保持换热器内壁洁净，提高换热效率，使换热器始终处于高效运行，降低能耗，节约能源；

6、电化学水处理单元、旋流分离除污单元和胶球在线清洗单元三种功能合一，降低了生产和运行成本，是一款高效、环保、节能、无化学污染的一站式综合水处理装置。