安装在管路上的全智能净水防垢装置的制作方法

本发明涉及水处理技术领域，特别涉及一种安装在管路上的全智能净水防垢装置。

背景技术：

结垢问题在石油、热电及其他工业和民用领域中涉及流体传输和循环的系统中广泛存在。水处理技术领域中一般将析出的非水溶性沉积物成为水垢，其中最常见的是caco3和mgco3。碳酸钙的成垢反应主要是由于钙离子与碳酸根离子或碳酸氢根离子结合形成的。如果能够通过一定的技术手段将金属离子的正电荷或酸根离子的负电荷中和掉，会大幅度降低阴阳离子的结合速率，从而显著降低成垢速率。电磁场处理方法，该方法耗电大，且还达不到防垢除垢的要求，应用极少。化学阻垢法是通过添加药剂的方法改变了水体的成分、酸碱度和离子浓度来产生阻垢效果。如前所述，化学法因为需要改变水体的成分，不符合环境保护的要求，其应用正受到越来越多的约束。现有技术虽然有提出不需要加化学药剂的防垢装置，但由于其铜基触媒合金含有毒性的微量金属元素铅或锑，其生产会造成一定的污染，且安全性能欠佳，该成分的合金防垢除垢尚存在提升空间，尤其是用在民用净水器领域，尚需更安全、稳定和效果更好的防垢除垢装置。

技术实现要素：

发明目的：本发明旨在提供一种更安全、更稳定的以及稳态电流释放量更高、电流持续释放性能更强的全智能净水防垢装置，在不改变溶液系统成分和酸碱度的条件下，通过全智能净水防垢装置持续释放自由电子，形成更稳定更强的稳态电流，降低溶液系统的阳离子浓度，从而降低成垢指数，来达到安全阻垢的目的。

发明内容：本发明所述的一种安装在管路上的全智能净水防垢装置，包括防垢管、滤网、滤料和端盖；防垢管为两端开口的圆筒体，滤网安装在两端开口处，滤料放置在滤网与防垢管形成的腔室中，端盖连接在防垢管的两端；所述滤料为全智能防垢除垢合金，所述全智能防垢除垢合金按质量百分比包括如下组分：cu：40％-70％、ni：5％-20％、zn：8％-35％、sn：5％-30％、ag：0.5％-20％、fe：0.1％-8％、nb：0.01％-3％、mn：0.05％-5％、v：0.01％-2％、c：0.01％-0.5％，所述各组分经高温熔炼形成一种沿s110晶轴定向生长的柱状晶体合金。滤料均匀散布在防垢管内，能够最大面积与水接触，从而更好地起到防垢阻垢的作用。全智能防垢除垢合金由具有不同电负性的金属元素高温化合制成。水流经合金表面时能够自动形成稳定电流，通过弱电的作用中和成垢金属离子的正电荷，不仅能有效控制垢的形成，同时弱电场的持续作用可以使已板结的垢块逐渐溶解、脱落，达到阻垢、除垢的功能。

优选的，所述全智能防垢除垢合金按质量百分比包括如下组分：cu：45％-65％、ni：10％-20％、zn：10％-20％、sn：7％-30％、ag：2％-20％、fe：2％-8％、nb：0.01％-2％、mn：0.05％-5％、v：0.01％-2％、c：0.01％-0.5％，所述各组分经高温熔炼形成一种沿s110晶轴定向生长的柱状晶体合金。

优选的，所述全智能防垢除垢合金按质量百分比包括如下组分：cu：50％-60％、ni：12％-18％、zn：10％-15％、sn：7％-10％、ag：2％-8％、fe：2％-6％、nb：0.01％-2％、mn：0.05％-5％、v：0.01％-2％、c：0.01％-0.2％，所述各组分经高温熔炼形成一种沿s110晶轴定向生长的柱状晶体合金。

更优选的，所述全智能防垢除垢合金按质量百分比包括如下组分：cu：55％、ni：15％、zn：10％、sn：8％、ag：4％、fe：3％、nb：2％、mn：2.5％、v：0.45％、c：0.05％，所述各组分经高温熔炼形成一种沿s110晶轴定向生长的柱状晶体合金。

进一步的，所述全智能防垢除垢合金按以下步骤制成：按所述各组分的质量百分比准备原材料，原材料纯度为99.9％以上的块状物，其体积小于或等于2cm³；在加热炉的坩埚内铺入3cm厚的木炭，按重量计将cu料的一半均匀铺在木炭上，然后在cu料上均匀铺入全部ni块，再铺入3cm厚的木炭，开炉升温至1100℃-1500℃，待全部金属熔化后，加入全部fe、v、nb、c块体，搅拌至金属全部熔化后再加入全部mn块体，保温3分钟～8分钟，使熔体金属脱气；然后按照zn、sn、ag和剩余的cu顺序加入，慢速搅拌，待金属全部熔化后，去浮渣，使熔体温度降低至1230℃～1350℃，将熔体金属注入浇筑型模具中，冷却5分钟～15分钟至金属表面结壳形成金属锭，然后水冷至室温，取出金属锭，得到全智能防垢除垢合金。

进一步的，还包括圆环，圆环外径与管体内径相同，圆环固定套置在管体两端开口处的内壁；圆环面向管体开口处的端部开设有环槽，环槽内设有卡环；所述滤网放置在环槽上，通过卡环与环槽紧配合固定。

进一步的，所述端盖两端开口，一端开口设有与管路相连的螺纹，另一端开口内壁设有内螺纹，与所述防垢管两端外壁的外螺纹旋接配合。

进一步的，在所述端盖上设有便于旋紧施力的旋紧结构。

进一步的，所述滤网的目数为40～120目。

进一步的，所述端盖与防垢管之间还设有密封圈。

进一步的，还包括圆环，圆环外径与管体内径相同，圆环固定套置在管体两端开口处的内壁；圆环面向管体开口处的端部开设有环槽，环槽内设有卡环；所述滤网放置在环槽上，通过卡环与环槽紧配合固定。

优选的，所述端盖两端开口，一端开口设有与管路相连的螺纹，另一端开口内壁设有内螺纹，与所述防垢管两端外壁的外螺纹旋接配合。

进一步的，在所述端盖上设有便于旋紧施力的旋紧结构。

优选的，所述滤网的目数为40～120目。滤网在阻止滤料通过的同时还能物理过滤去除直径小至50μm的悬浮颗粒物质。

优选的，所述端盖与防垢管之间还设有密封圈。防垢管与端盖之间通过密封圈实现轴向密封。

反应机理：当流体流经本发明时，在两者之间能够形成65μa左右的稳态电流。此电流的持续作用将使溶液中的溶剂分子产生极化效应，形成溶剂分析的偶极子。极化的偶极子与带电荷的成垢离子重新排列，形成新的成垢离子耦合物，呈悬浮态分布在溶液系统中，进一步降低了成垢反应的可能性。同时可以明显降低垢盐因电荷吸附产生的壁面沉积效应，减少钙镁垢在管路壁面的沉积。

碳酸钙、碳酸镁等不溶性分子的结晶形态在电流作用下也会发生改变。碳酸钙、碳酸镁分子一般有两种结晶形态：一种是“大理石型”结构，质地坚硬，吸附性强，总分子量较大，是正常条件下钙镁垢的常见形态。另一种是“文石型”结构，质地松软，吸附性不强，总分子量较小。一般在弱电场持续作用下形成。由于在工作时能够在全智能防垢除垢合金与流体间形成弱电场，因此可以促进“文石型”垢盐的形成，同时使已有的垢盐发生“大理石型”结构向“文石型”结构的转变，使已经板结的垢层逐渐松软脱落，达到管路系统除垢的目的。

随着垢层的脱落，管壁金属表面逐渐裸露。极化后的偶极子与裸露金属表面将发生壁面效应，使管壁金属表面沉积一定厚度的成垢离子耦合物(厚度约500μm)。这层耦合物将管壁金属与流体系统隔开，在一定程度上起到了管壁防腐的作用。由于耦合物沉积是通过偶极子与壁面金属的静电吸附产生的，与普通垢层的沉积生长过程原理不同，因此，耦合物沉积层的厚度不随时间变化，而只与管路系统的流速有关。

本发明它在不改变流体化学成分前提下，应用先进的弱电复合阻垢机理，阻止水垢的生成，并具有很强的溶解水垢能力。运行过程不需要额外维护，无磁无电，不需要外加电源。当流体中含有过量的自由电子时，成垢阳离子的电荷被自由电子中和，使其难以与酸根结合成垢。过量自由电子的存在增加了流体的离子浓度，成垢指数下降，co2分压上升，使得垢盐的溶解度增加，产生一定溶垢效应。同时，弱电场的持续作用会导致垢盐晶体发生“方解石型”向“文石型”转变，垢盐晶体变得疏松，与壁面结合力降低，导致已经板结的垢层逐渐松脱溶解。

有益效果：与现有技术相比，本发明结构简单，采用更合理配方组分的全智能防垢除垢合金，均为无毒的元素，同时进一步提升了除垢防垢性能，且本发明全智能防垢除垢合金为沿s110晶轴定向生长的柱状晶体合金。与现有技术的s100晶轴形成的柱状合金相比，s110晶轴形成的柱状合金结构更先进、更稳定，所形成的合金释放稳态电流由于结构的优化，稳态电流释放量得到了提高；电流更加趋于稳定，不易流失电子。即s110晶轴得到的合金组分电负性配位关系和电流持续释放性能得到明显强化。试验表明，本发明活化电流比现有的铜基触媒合金的防垢装置提高约60％，并且成分更加合理安全，加工成本也更低。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明圆环、滤网、卡环的结构示意图；

图3为本发明滤网的安装示意图；

图4为本发明中的全智能防垢除垢合金与现有铜基触媒合金活化电流效果对比图。

具体实施方式

实施例1：

如图1、2、3所示，本发明所述的一种安装在管路上的全智能净水防垢装置，包括端盖1、防垢管2、滤料3、密封圈4、滤网5、圆环6、卡环7，防垢管2为两端开口的圆筒体，在防垢管2两端开口处固定套有圆环6，圆环6外径与防垢管2内径相同，圆环6面向防垢管2开口处的端部开设有环槽，环槽内设有卡环7；滤网5放置在环槽上，通过卡环7固定，卡环7与圆环6紧配合。滤网5与防垢管2形成腔室，腔室中放置滤料3，滤料3均匀散布在防垢管2内，能够最大面积与水接触，从而更好地起到防垢阻垢的作用。滤网5的目数为100目，能物理过滤去除直径小至50μm的悬浮颗粒物质。滤料3颗粒平均尺寸大约为60目，最小的颗粒约115目。

滤料3的材料为全智能防垢除垢合金。全智能防垢除垢合金通过严格控制各种元素的成分配比，并采用特殊的热加工工艺，在全智能防垢除垢合金内部形成了取向一致的柱状晶体结构，从而使全智能防垢除垢合金呈现出极强的向水体介质释放自由电子和使水体介质产生极化效应的独特功能。当水体以一定的流速流经全智能防垢除垢合金后，全智能防垢除垢合金可向水体释放电子，改变流体静电位，使水体产生极化现象，使水体中的阴、阳离子不易结合形成垢。全智能防垢除垢合金按质量百分比包括如下组分：cu：40％-70％、ni：5％-20％、zn：8％-35％、sn：5％-30％、ag：0.5％-20％、fe：0.1％-8％、nb：0.01％-3％、mn：0.05％-5％、v：0.01％-2％、c：0.01％-0.5％，所述各组份经高温熔炼形成一种沿s110晶轴定向生长的柱状晶体合金。它在不改变溶液系统成分和酸碱度的条件下，通过持续释放自由电子，降低溶液系统的阳离子浓度，从而降低成垢指数，来达到阻垢的目的。cu-ni二元合金具有优异的化学稳定性，在各种环境中耐腐蚀性能非常出色，冷热加工性能优异，成本适中。cu-ni合金系虽然电负性小于溶液，但由于化学稳定性很好，其失电子能力并不强。因此，又在cu-ni二元合金基础上，选择zn和ag元素作为合金元素进行添加。其中，zn元素的电负性为1.65，是常见元素中电负性最小的金属元素之一，能够与cu-ni合金形成稳定的三元合金。ag元素的电负性为2.34，是常见元素中处理稀土和放射性元素以外电负性最大的合金元素之一。ag在cu-ni-zn合金中几乎不溶，主要以游离态出现，通过合理的成分控制和热加工工艺能够获得理想的分布状态，是理想的正极材料。随着ag含量的增加，活化电流逐渐增大。活化电流越大，释放电子的能力越强，单位流量的全智能阻垢防垢合金用量越少，整体成本更具优势，v和mn都是良好的脱氧剂，mn还可以做为脱硫剂对去除合金中的s元素，提高合金的淬性，改善合金的热加工性能，而v可以增加合金的强度和韧性，并且v会和c结合，增强合金在高温高压下抗氢腐蚀的效果，铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在合金材料中加nb，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力并改善焊接性能。合金材料添加微量的c元素，目的在于提高材料的屈服点、抗拉强度、冷脆性和时效敏感性。实验表明，将φ40mm全智能防垢除垢合金放置在5000mg/mol浓度碳酸钙溶液中，流速1000mm/s，25℃室温环境下测得的活化电流与时间的关系示于图4。从图4看出，本发明的全智能防垢除垢合金活化电流约为80μa，稳定时间约为150min，不仅完全满足阻垢器工程应用要求，且活化电流比现有的铜基触媒合金提高约60％，并且成分更加合理安全，加工成本也更低，更适合用于民用净水领域。

全智能防垢除垢合金的按如下步骤制备，按所述各组分的质量百分比准备原材料，原材料纯度为99.9％以上的块状物，其体积小于或等于2cm³；在加热炉的坩埚内铺入3cm厚的木炭，按重量计将cu料的一半均匀铺在木炭上，然后在cu料上均匀铺入全部ni块，再铺入3cm厚的木炭，开炉升温至1100℃-1500℃，开炉升温优选为至1380℃，待全部金属熔化后，加入全部fe、v、nb、c块体，搅拌至金属全部溶化后再加入全部mn块体，保温3分钟～8分钟，使熔体金属脱气；然后按照zn、sn、ag和剩余的cu顺序加入，慢速搅拌，待金属全部熔化后，去浮渣，使熔体温度降低至1230℃～1350℃，将熔体金属注入浇筑型模具中，冷却5分钟～15分钟至金属表面结壳形成金属锭，然后水冷至室温，取出金属锭，即得到全智能防垢除垢合金。为进一步提高全智能防垢除垢合金的质量，增加峰值活化电流与稳定活化电流数值，同时缩短达到稳定电流值的时间，使得全智能防垢除垢合金更安全、更稳定。还可将全智能防垢除垢合金进行均匀化处理，包括将热处理电阻炉的炉膛清理干净，在室温条件下将全智能防垢除垢合金装入热处理炉中，通电开炉加温，以1.8℃/s～3.2℃/s的速度升温至780℃～1100℃，保温50min～100min；再以2℃/s-2.5℃/s的速度升温至1100℃～1380℃，保温300min～360min；然后冷却至300℃～400℃，取出全智能防垢除垢合金锭空冷至室温。优选为，以2.2℃/s的速度升温至1070℃，保温65min；再以2.3℃/s的速度升温至1250℃，保温300min；然后冷却至360℃，取出全智能防垢除垢合金锭空冷至室温。

防垢管2两端外壁设有外螺纹，外螺纹上旋接有端盖1。端盖1两端开口，开口的一端内壁设有内螺纹，与防垢管2两端外壁的外螺纹旋接配合；开口的另一端设有外螺纹8，与管路相连；端盖1与防垢管2之间设有密封圈4，防垢管2与端盖1之间通过密封圈4实现轴向密封。在端盖1上还设有设有六角旋紧施力旋紧结构9。

使用时，水体以一定的流速流经本发明，由于全智能防垢除垢合金滤料3均匀散布在筒体内，能够最大面积与水体接触，从而更好地释放电子，改变水体静电位，使水体产生极化现象，使水体中的阴、阳离子不易结合形成垢。本发明结构简单，安装使用简便，在不改变水体的化学成分，不需要加化学药剂，不需要电力电源，不需额外维护的前提下，即可有效的防止水垢的产生，且无毒无害，更安全、更稳定、更节能环保。采用将滤料均匀散布在防垢管内的方式，使得滤料最大面积与水接触，从而更好地起到防垢阻垢的作用。

实施例2：

本实施例与实施例1差异仅在于全智能防垢除垢合金组分配比不同，本实施例中的全智能防垢除垢合金按质量百分比包括如下组分：cu：45％-65％、ni：10％-20％、zn：10％-20％、sn：7％-30％、ag：2％-20％、fe：2％-8％、nb：0.01％-2％、mn：0.05％-5％、v：0.01％-2％、c：0.01％-0.5％，所述各组分经高温熔炼形成一种沿s110晶轴定向生长的柱状晶体合金。

实施例3：

本实施例与实施例1差异仅在于全智能防垢除垢合金组分配比不同，本实施例中的全智能防垢除垢合金按质量百分比包括如下组分：cu：50％-60％、ni：12％-18％、zn：10％-15％、sn：7％-10％、ag：2％-8％、fe：2％-6％、nb：0.01％-2％、mn：0.05％-5％、v：0.01％-2％、c：0.01％-0.2％，所述各组分经高温熔炼形成一种沿s110晶轴定向生长的柱状晶体合金。

实施例4：

本实施例与实施例1差异仅在于全智能防垢除垢合金组分配比不同，本实施例中的全智能防垢除垢合金按质量百分比包括如下组分：cu：55％、ni：15％、zn：10％、sn：8％、ag：4％、fe：3％、nb：2％、mn：2.5％、v：0.45％、c：0.05％，所述各组分经高温熔炼形成一种沿s110晶轴定向生长的柱状晶体合金。

实施例5：

本实施例与实施例1差异仅在于全智能防垢除垢合金组分配比不同，本实施例中的全智能防垢除垢合金按质量百分比为：cu：45％、ni：18％、zn：15％、sn：10％、ag：4％、fe：2.5％、nb：3.5％、mn：1.5％、v：0.48％、c：0.02％，各组分经化合成一种沿s110晶轴定向生长的柱状晶体合金。

实施例6：

本实施例与实施例1差异仅在于全智能防垢除垢合金组分配比不同，本实施例中的全智能防垢除垢合金按质量百分比为：cu：57％、ni：13％、zn：8％、sn：7％、ag：6％、fe：5％、nb：1％、mn：2.5％、v：0.45％、c：0.05％，各组分经化合成一种沿s110晶轴定向生长的柱状晶体合金。

实施例7：

本实施例与实施例1差异仅在于全智能防垢除垢合金组分配比不同，本实施例中的全智能防垢除垢合金按质量百分比为：cu：60％、ni：11％、zn：11％、sn：9％、ag：2％、fe：2％、nb：2％、mn：2.5％、v：0.42％、c：0.08％，各组分经化合成一种沿s110晶轴定向生长的柱状晶体合金。

实施例8：

本实施例与实施例1差异仅在于全智能防垢除垢合金组分配比不同，本实施例中的全智能防垢除垢合金按质量百分比为：cu：60％、ni：10％、zn：8％、sn：10％、ag：3％、fe：4％、nb：3％、mn：1.5％、v：0.4％、c：0.1％，各组分经化合成一种沿s110晶轴定向生长的柱状晶体合金。

实施例9：

本实施例与实施例1差异仅在于全智能防垢除垢合金组分配比不同，本实施例中的全智能防垢除垢合金按质量百分比为：cu：40％、ni：6％、zn：18％、sn：5％、ag：19.5％、fe：8％、nb：0.15％、mn：0.35％、v：2％、c：0.5％，各组分经化合成一种沿s110晶轴定向生长的柱状晶体合金。