专利名称：使用超声波防垢除垢的光催化反应装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种使用超声波防垢除垢的光催化反应装置。
背景技术：
随着光催化氧化法的深入研究，在光催化金属材料表面负载光触媒已取得了成 功，使得适合大规模工业应用的光催化反应器越来越多。作为光催化反应器核心部件的复 合光催化金属材料具有三维网状结构，它的活性和寿命是决定光催化反应器能否实用化的 关键因素。由于反应器长时间处理水体后，水体中的某些吸附质优先吸附在金属网上催化 剂的活性部位，形成特别强的化学吸附键，使得其内部表面均吸附大量的有机污染物、无机 离子以及无机垢体等杂质，从而导致催化剂活性降低，縮短催化剂的寿命，甚至完全丧失， 影响后续光催化反应。因此，光催化反应器三维金属网的防垢除垢问题已引起越来越多的 关注和重视。 目前，由于定期更换反应器金属网的运行成本偏高，反应器内部金属网的防垢除 垢方式主要有在线连续清垢和离线停工清垢两大类。在线连续清垢的传统方法有注入阻垢 剂法、永磁法、电磁法及高频法。其中阻垢剂需要连续注入，每次用量难以把握，清垢效果时 好时坏；而后三种方法因成本高或实施困难，因此不能有效地解决实际问题。离线停工清垢 常常是在计划外停工、装置局部停工或各设备切换条件下进行，而传统采用的各种手段，如 高压水喷射(机械清垢法)和化学清洗剂(化学清垢法)等，也只是治标不治本，不但给生 产造成了影响，同时会增加计划外费用、磨损腐蚀设备、污染区域环境、损害工人健康等。 因此，寻求一种高效节能、环境友好、降低成本的光催化反应装置已迫在眉睫。
发明内容针对上述光催化反应器金属网的防垢除垢方法存在的不足，本实用新型提出一种 适用于光催化反应器内部三维金属网的超声波防垢除垢装置，它利用超声波强原理声场处 理流体，使流体中成垢物质在超声场作用下，其物理形态和化学性能发生一系列变化，使之 分散、粉碎、松散、松脱而不易附着金属网形成积垢。 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种使用超声波防垢除垢的光 催化反应装置由安装在底座119上的光催化反应器和超声波发生器116以及电控箱117组 成；所述的光催化反应器包括有进水管101 、套筒102、金属网105、螺栓106、垫片107、灯 管接线柱108、电源线109、顶盖111、套筒法兰112、出水管113、金属网支撑架114、紫外灯 管115 ;所述的套筒102安装在底座119上，采用圆柱形空壳结构；所述套筒102上端有进 水管IOI，下端有出水管113 ;所述顶盖111与套筒法兰112之间安装垫片107并使用螺栓 106紧固；所述灯管接线柱108使用电源线109连接电源；所述套筒102内部使用金属网支 撑架114将金属网105分为若干层；紫外灯管115上端连接灯管接线柱108并安装在顶盖 111上，紫外灯管115的灯管部分沿着套筒102的中心线穿过金属网支撑架114 一直到达套 筒102的底部；所述套筒102的外表面沿着轴向左右对称分别开有若干与内部金属网层相对应的通孔，在通孔处均安装超声波换能器103 ;所述顶盖111上安装有清洗液盒IIO，清洗
液盒110与套筒102内部相通；所述超声波换能器103使用传输电缆线104连接超声波发 生器116 ;所述套筒102的底部位置安装排污阀118。 所述的超声波换能器103采用压电陶瓷换能器，包括有法兰盘201、前振动块202、 硅橡胶层203、绝缘环204、后振动稳定槽205、后振动块206、双头螺栓207、压电陶瓷片 208、电极片209、前振动稳定槽210、螺钉孔211、密封槽212和扭力口 213 ;所述前振动块 202和后振动块206将压电陶瓷片208夹在中间，并通过双头螺栓207将其连接；所述的法 兰盘201与前振动块202为一体结构，法兰盘201为凹面形状并与套筒102的外表面形状 相匹配，在法兰盘201上开有环形密封槽212，并有均布的螺钉孔211，通过螺钉将超声波换 能器103安装在套筒102通孔位置；所述的前振动块202的端表面是球形面，有利于增大其 超声波的发射面积。 所述的传输电缆线104采用屏蔽电缆，从超声波发生器116引出的负极先接地后 再连接超声波换能器，可以防止本装置运行时产生感应静电。 所述超声波发生器116安装在电控箱117的顶端位置。所述的超声波发生器和电 控箱分别放置，为避免它们各自产生的感应静电电场形成相互干扰。从方便调试、维护和维 修角度出发，将超声波发生器安置在电控箱的顶端位置。 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氢清洗液。 所述的金属网支撑架114使用两种不同的结构，一种是内环均匀分布供流体流通 圆孔的金属网支撑架，另一种是外环均匀分布供流体流通圆孔的金属网支撑架；上述两种 不同的金属网支撑架在套筒102内部交替安装。两类金属网支撑架交替安置，迫使处理水 体依次通过两类金属网支撑架来回冲刷金属网往上流动，这样就能最大限度地增加处理水 体与金属网的反应接触面积，以达到处理彻底的目的。 所述的金属网105为三维网状结构，其表面负载具有光催化特性的复合材料。 所述的超声波换能器结构简单，安装方便，它采用压电陶瓷换能器，用前振动块和 后振动块将压电陶瓷片夹在中间，通过螺栓紧密连接而制成的，采用螺栓连接安装，能够更 有效的帮助连续工作的换能器散热，延长换能器的使用寿命。为保证装置的防垢除垢效果， 要求每个内部金属网获得均匀的声强，为此，根据套筒内部金属网层将超声波换能器分为 若干层，每层至少2个对称安装在套筒上，超声波换能器每层所需的数目可根据反应器处 理水体的水质情况，以及换能器单位面积的输入功率来进行适当调整。 清洗液盒110采用ABS塑性材料加工而成，用螺钉将其安装在套筒顶盖上。在本 装置运行过程自动开启清洗液盒的阀门，从套筒顶端缓慢注入清洗液。所述的清洗液采用 碳氢清洗液，具有清洗性能好，蒸发损失小，材料相容性好，环境友好，无毒和价廉等优点。 所述的排污阀设置在套筒底部，用于将金属网上清洗沉积下来的污垢及时排出。 该排污阀采用系统自动控制，在本装置工作周期结束时，立即开启排污阀门，在水压的冲击 下将沉积污垢及时排出，一定程度上消除人工检测的麻烦和失误。 本实用新型的有益效果是本实用新型不仅解决了光催化反应器内部三维金属网 的结垢问题，而且能在一定程度上清除反应器套筒内壁表面微孔所造成的含氧气泡，从而 减轻了光催化反应器套管的氧化腐蚀，延长光催化反应器使用寿命。 本实用新型装置可以实现在光催化反应器工作过程中防止内部金属网污垢的形成，同时可以对光催化反应器套筒内壁及内部金属网进行停机除垢，具有防止积垢形成和 破坏已有积垢的双重作用。 此外，本实用新型装置在自动化程度、工作性能可靠、无环境污染、运行维护费用、 光催化反应器工作效率、延长光催化反应器寿命等方面也优于其它防垢除垢装置。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步的详细描述
图1是本实用新型装置的结构示意图。 图中所示标号为进水管101、套筒102、超声波换能器103、传输电缆线104、金属 网105、螺栓106、垫片107、灯管接线柱108、电源线109、清洗液盒110、顶盖111、套筒法兰 112、出水管113、金属网支撑架114、紫外灯管115、超声波发生器116、电控箱117、排污阀 118、底座119。 图2是本实用新型的超声波换能器结构示意图。 图中所示标号为法兰盘201、前振动块202、硅橡胶层203、绝缘环204、后振动稳 定槽205、后振动块206、双头螺栓207、压电陶瓷片208、电极片209、前振动稳定槽210、螺 钉孔211、密封槽212。 图3是本实用新型的超声波换能器结构俯视图。 图中所示标号为扭力口 213。
具体实施方式本实用新型所述的一种使用超声波防垢除垢的光催化反应装置主要由进水管 101、套筒102、超声波换能器103、传输电缆线104、金属网105、螺栓106、垫片107、灯管接 线柱108、电源线109、清洗液盒110、顶盖111、套筒法兰112、出水管113、金属网支撑架 114、紫外灯管115、超声波发生器116、电控箱117、排污阀118、底座119等部件组成。本实 用新型装置可以实现在光催化反应器工作过程中防止内部金属网污垢的形成，同时可以对 光催化反应器套筒内壁及内部金属网进行停机除垢，具有防止积垢形成和破坏已有积垢的 双重作用。 在线防垢时，该装置的运行及其间隔时间是根据处理水质进行调节控制。在光催 化反应器工作过程中，由电控箱117的内部控制模块发出指令，控制超声波发生器116将 220V、50Hz的交流电经滤波、整流、电源激励波形控制等部分产生所需的功率信号，经电缆 线104传输到各个超声波超声波换能器103，由于超声波换能器103内采用居里点较高、换 能效率高的压电陶瓷片208，由超声波换能器103实现电、机、声的转换而发出超声波。为了 实现超声波除垢的高效率，超声波的频率相位实现自动跟踪，从而使超声波发生器116和 超声波换能器103在最佳状态工作，且超声波的输出功率可根据不同的工况需求而进行无 级调节。经换能器103产生的超声波机械振动通过的套筒102上的通孔传入内部处理水， 在水体中形成直线辐射传播的超声波束，以连续不断的方式传播，在超声波传播过程中，会 产生无数微小气泡并形成负压，而这些气泡又在恢复正压时破裂，瞬间使微小区域内产生 几十至上千个大气压力，不断冲击受污染金属网105的表面和孔隙，防止水体中的杂质粘 附金属网105上。当装置运行一定时间后，内部控制模块发出指令，切断装置工作电源，装置停止工作，等待下一次运行开始，如此形成一个在线防垢周期。 停机除垢时，该装置的运行及其间隔时间是根据金属网105结垢程度进行调节控 制。在需要停机除垢时，电控箱117的内部控制模块发出指令，切断反应器工作电源，光催 化反应器停止工作，套筒102内部水体停止循环。同时，控制超声波发生器116将所需的功 率信号传输到各个超声波换能器103，经超声波换能器103产生的超声波机械振动通过的 套筒102上的通孔传入内部处理水，利用超声波强声场产生一系列的物理形态和化学性能 变化，使得隐藏在金属网105表面和内部孔隙中的污垢分散、粉碎、松散、松脱，实现污垢快 速、彻底地被清除。该装置在停机除垢的同时，一定程度上清除了光催化反应器套管102内 壁表面微孔所造成的含氧气泡，从而减轻了光催化反应器套管102的氧化腐蚀。 在装置停机除垢同时，自动开启清洗液盒IIO底部阀门，在工作过程缓慢注入清 洗液，清洗液不断渗入到整个套筒空间，直至装置工作结束。在工作结束时，控制模块再次 发出指令，关闭清洗液盒110阀门，同时开启排污阀118阀门，在水压的冲击下将清洗下来 的污垢及时排出。达到自动控制模块的设定时间立即关闭排污阀118，同时，控制模块发出 指令，接通光催化反应器工作电源，反应器重新开始工作，从而完成一次停机除垢周期，如 此周而复始不断循环。
权利要求一种使用超声波防垢除垢的光催化反应装置，该装置由安装在底座上的光催化反应器和超声波发生器以及电控箱组成；所述的光催化反应器包括有进水管、套筒、金属网、螺栓、垫片、灯管接线柱、电源线、顶盖、套筒法兰、出水管、金属网支撑架、紫外灯管；所述的套筒安装在底座上，采用圆柱形空壳结构；所述套筒上端有进水管，下端有出水管；所述顶盖与套筒法兰之间安装垫片并使用螺栓紧固；所述灯管接线柱使用电源线连接电源；所述套筒内部使用金属网支撑架将金属网分为若干层；紫外灯管上端连接灯管接线柱并安装在顶盖上，紫外灯管的灯管部分沿着套筒的中心线穿过金属网支撑架一直到达套筒的底部；其特征在于所述套筒的外表面沿着轴向左右对称分别开有若干与内部金属网层相对应的通孔，在通孔处均安装超声波换能器；所述顶盖上安装有清洗液盒，清洗液盒与套筒内部相通；所述超声波换能器使用传输电缆线连接超声波发生器；所述套筒的底部位置安装排污阀。
2. 根据权利要求1所述的光催化反应装置，所述的超声波换能器采用压电陶瓷换能 器，包括有法兰盘、前振动块、硅橡胶层、绝缘环、后振动稳定槽、后振动块、双头螺栓、压电 陶瓷片、电极片、前振动稳定槽、螺钉孔、密封槽和扭力口 ；所述前振动块和后振动块将压电 陶瓷片夹在中间，并通过双头螺栓将其连接；其特征在于所述的法兰盘与前振动块为一 体结构，法兰盘为凹面形状并与套筒的外表面形状相匹配，在法兰盘上开有环形密封槽，并 有均布的螺钉孔，通过螺钉将超声波换能器安装在套筒通孔位置；所述的前振动块的端表 面是球形面。
3. 根据权利要求1所述的光催化反应装置，其特征在于所述的传输电缆线采用屏蔽 电缆，从超声波发生器引出的负极先接地后再连接超声波换能器。
4. 根据权利要求1所述的光催化反应装置，其特征在于所述超声波发生器安装在电 控箱的顶端位置。
5. 根据权利要求1所述的光催化反应装置，其特征在于所述的金属网支撑架使用两 种不同的结构，一种是内环均匀分布供流体流通圆孔的金属网支撑架，另一种是外环均匀 分布供流体流通圆孔的金属网支撑架；上述两种不同的金属网支撑架在套筒内部交替安 装。
专利摘要本实用新型公开了一种使用超声波防垢除垢的光催化反应装置，该装置由安装在底座上的光催化反应器和超声波发生器以及电控箱组成；所述的光催化反应器包括有进水管、套筒、金属网、螺栓、垫片、灯管接线柱、电源线、顶盖、套筒法兰、出水管、金属网支撑架、紫外灯管；所述套筒的外表面沿着轴向左右对称分别开有若干与内部金属网层相对应的通孔，在通孔处均安装超声波换能器；所述顶盖上安装有清洗液盒并与套筒内部相通；所述超声波换能器使用传输电缆线连接超声波发生器；所述套筒的底部安装排污阀；本装置实现在光催化反应器工作过程中防止内部金属网污垢的形成，同时可以对光催化反应器套筒内壁及内部金属网进行停机除垢，具有防止积垢形成和破坏已有积垢的双重作用。
文档编号C02F1/32GK201482478SQ20092006089
公开日2010年5月26日 申请日期2009年7月21日 优先权日2009年7月21日
发明者傅李鹏, 吴忠杰, 张国庆, 杨承昭, 饶中浩 申请人:广东工业大学