本發明涉及防垢領域，特別涉及一種安裝在管路上的全智能凈水防垢裝置。

背景技術：

管路水垢主要是管程或殼程走生水的一面，生水沒有經過軟化處理造成的。水垢是萬惡之源，且長期困擾著人類。它使熱效下降，能源浪費，管道堵塞，甚至會發生惡性事故。因此管路上的水垢必須清除。據統計，到1990年我國每年由于結垢所浪費的煤炭占總用量的1/3；每年由于結垢而報廢的大量設備。因此，如何經濟有效地解決管路的結垢問題已成為普遍關注的重要課題和迫切需要解決的生產問題。化學阻垢法是通過添加藥劑的方法改變了水體的成分、酸堿度和離子濃度來產生阻垢效果。如前所述，化學法因為需要改變水體的成分，不符合環境保護的要求，其應用正受到越來越多的約束。現有技術雖然有提出不需要加化學藥劑的防垢裝置，但由于其銅基觸媒合金含有毒性的微量金屬元素鉛或銻，其生產會造成一定的污染，且安全性能欠佳，該成分的合金防垢除垢尚存在提升空間，尤其是用在民用凈水器領域，尚需更安全、穩定和效果更好的防垢除垢裝置。

技術實現要素：

發明目的：本發明旨在提供一種更安全、更穩定的以及穩態電流釋放量更高、電流持續釋放性能更強的全智能凈水防垢裝置，在不改變溶液系統成分和酸堿度的條件下，通過全智能凈水防垢裝置持續釋放自由電子，形成更穩定更強的穩態電流，降低溶液系統的陽離子濃度，從而降低成垢指數，來達到安全阻垢的目的。

技術方案：一種安裝在管路上的全智能凈水防垢裝置，包括兩端開口的防垢管、防垢體和兩個管接頭；管接頭中部設有通孔，管接頭安裝在防垢管開口端并將防垢體固定在防垢管內，防垢體包括多個孔板式防垢片、螺桿和螺母，孔板式防垢片設有中心孔，在中心孔周圍設有多個濾孔，中心孔的軸線與孔板式防垢片的端面垂直，每個濾孔的軸線與孔板式防垢片的端面呈小于或等于90°夾角，所有孔板式防垢片通過中心孔套裝在螺桿上，相鄰兩塊孔板式防垢片之間由螺母隔開并旋接固定，孔板式防垢片與防垢管的配合方式為過渡配合或間隙配合；所述孔板式防垢片材料為全智能防垢除垢合金，全智能防垢除垢合金按質量百分比包括如下組分：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％，所述各組分經高溫熔煉形成一種沿s110晶軸定向生長的柱狀晶體合金。

優選的，所述全智能防垢除垢合金按質量百分比包括如下組分：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％，所述各組分經高溫熔煉形成一種沿s110晶軸定向生長的柱狀晶體合金。

優選的，所述全智能防垢除垢合金按質量百分比包括如下組分：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％，所述各組分經高溫熔煉形成一種沿s110晶軸定向生長的柱狀晶體合金。

更優選的，所述全智能防垢除垢合金按質量百分比包括如下組分：cu：55％、ni：15％、zn：10％、sn：8％、ag：4％、fe：3％、nb：2％、mn：2.5％、v：0.45％、c：0.05％，所述各組分經高溫熔煉形成一種沿s110晶軸定向生長的柱狀晶體合金。

進一步的，所述全智能防垢除垢合金按以下步驟制成：按所述各組分的質量百分比準備原材料，原材料純度為99.9％以上的塊狀物，其體積小于或等于2cm³；在加熱爐的坩堝內鋪入3cm厚的木炭，按重量計將cu料的一半均勻鋪在木炭上，然后在cu料上均勻鋪入全部ni塊，再鋪入3cm厚的木炭，開爐升溫至1100℃-1500℃，待全部金屬熔化后，加入全部fe、v、nb、c塊體，攪拌至金屬全部熔化后再加入全部mn塊體，保溫3分鐘～8分鐘，使熔體金屬脫氣；然后按照zn、sn、ag和剩余的cu順序加入，慢速攪拌，待金屬全部熔化后，去浮渣，使熔體溫度降低至1230℃～1350℃，將熔體金屬注入澆筑型模具中，冷卻5分鐘～15分鐘至金屬表面結殼形成金屬錠，然后水冷至室溫，取出金屬錠，得到全智能防垢除垢合金。

進一步的，所述中心孔的圓心與任意兩個濾孔的孔心相連所得連線的夾角呈36°的倍數。

進一步的，所述孔板式防垢片為8-12個。

進一步的，所述濾孔的個數為15個。

進一步的，所述濾孔的長軸為7mm，短軸為5mm。

進一步的，所述相鄰孔板式防垢的間隔距離為3mm-5mm。

反應機理：當流體流經本發明時，在兩者之間能夠形成65μa左右的穩態電流。此電流的持續作用將使溶液中的溶劑分子產生極化效應，形成溶劑分析的偶極子。極化的偶極子與帶電荷的成垢離子重新排列，形成新的成垢離子耦合物，呈懸浮態分布在溶液系統中，進一步降低了成垢反應的可能性。同時可以明顯降低垢鹽因電荷吸附產生的壁面沉積效應，減少鈣鎂垢在管路壁面的沉積。

碳酸鈣、碳酸鎂等不溶性分子的結晶形態在電流作用下也會發生改變。碳酸鈣、碳酸鎂分子一般有兩種結晶形態：一種是“大理石型”結構，質地堅硬，吸附性強，總分子量較大，是正常條件下鈣鎂垢的常見形態。另一種是“文石型”結構，質地松軟，吸附性不強，總分子量較小。一般在弱電場持續作用下形成。由于在工作時能夠在全智能防垢除垢合金與流體間形成弱電場，因此可以促進“文石型”垢鹽的形成，同時使已有的垢鹽發生“大理石型”結構向“文石型”結構的轉變，使已經板結的垢層逐漸松軟脫落，達到管路系統除垢的目的。

隨著垢層的脫落，管壁金屬表面逐漸裸露。極化后的偶極子與裸露金屬表面將發生壁面效應，使管壁金屬表面沉積一定厚度的成垢離子耦合物(厚度約500μm)。這層耦合物將管壁金屬與流體系統隔開，在一定程度上起到了管壁防腐的作用。由于耦合物沉積是通過偶極子與壁面金屬的靜電吸附產生的，與普通垢層的沉積生長過程原理不同，因此，耦合物沉積層的厚度不隨時間變化，而只與管路系統的流速有關。

本發明它在不改變流體化學成分前提下，應用先進的弱電復合阻垢機理，阻止水垢的生成，并具有很強的溶解水垢能力。運行過程不需要額外維護，無磁無電，不需要外加電源。當流體中含有過量的自由電子時，成垢陽離子的電荷被自由電子中和，使其難以與酸根結合成垢。過量自由電子的存在增加了流體的離子濃度，成垢指數下降，co2分壓上升，使得垢鹽的溶解度增加，產生一定溶垢效應。同時，弱電場的持續作用會導致垢鹽晶體發生“方解石型”向“文石型”轉變，垢鹽晶體變得疏松，與壁面結合力降低，導致已經板結的垢層逐漸松脫溶解。

有益效果：本發明的防垢片結構采用孔板式斜孔設計，使用時，流體經由管接頭進入防垢管內部，斜孔的孔板式防垢片與流體的接觸面積大，均勻排列的斜孔便于加工生產，且分布均衡，有利于水流的紊流效果，降低對流速的影響，流經防垢管內的防垢片表面時能夠快速自動形成穩定電流，通過弱電的作用中和成垢金屬離子的正電荷，有效控制垢的形成，同時弱電場的持續作用可以使已板結的垢塊逐漸溶解、脫落，實現阻垢、除垢。經防垢片處理后的流體繼續向前運動，經由管接頭排出。本發明使用材料較少，且能有效增大與流體的接觸面積，提高防垢效率的同時卻能降低成本，在流體固體雜質較少、流速較快的環境中，防垢效果更明顯。本發明結構簡單，采用更合理配方組分的全智能防垢除垢合金，均為無毒的元素，同時進一步提升了除垢防垢性能，且本發明全智能防垢除垢合金為沿s110晶軸定向生長的柱狀晶體合金。與現有技術的s100晶軸形成的柱狀合金相比，s110晶軸形成的柱狀合金結構更先進、更穩定，所形成的合金釋放穩態電流由于結構的優化，穩態電流釋放量得到了提高；電流更加趨于穩定，不易流失電子。即s110晶軸得到的合金組分電負性配位關系和電流持續釋放性能得到明顯強化。試驗表明，本發明活化電流比現有的銅基觸媒合金的防垢裝置提高約60％，并且成分更加合理安全，加工成本也更低。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明中防垢體的示意圖；

圖3為本發明中防垢片的示意圖；

圖4為本發明中的全智能防垢除垢合金與現有銅基觸媒合金活化電流效果對比圖。

具體實施方式

實施例1：

如圖1所示，本發明所述的安裝在管路上的全智能凈水防垢裝置，包括防垢管1、防垢體2、兩個管接頭3，防垢體2放置在防垢管1內，兩個管接頭3分別裝在防垢管1兩端，將防垢體2固定在防垢管1內。

防垢管1兩端開口，開口端設有外螺紋，管接頭3旋接在外螺紋上，且防垢管1與管接頭3之間通過密封圈實現軸向密封。管接頭3是中空的，中部設有通孔31，管接頭3一端安裝在防垢管1開口端，另一端與管路連接。管接頭3在與防垢管1安裝的安裝端外表面上設有便于旋緊施力的旋緊結構32。旋緊結構32優選為在安裝端外表面切出一45°角的斜面，其長15mm寬15mm高2mm。

設于防垢管1內的防垢體2，如圖2、3所示，其包括8-12個孔板式防垢片21、螺桿22和螺母23，優選為10個孔板式防垢片21，孔板式防垢片21厚度為4mm-10mm，優選為6mm。每個孔板式防垢片21的中心設有中心孔211，在中心孔211周圍設有多個濾孔212，優選為15個。中心孔211的軸線與孔板式防垢片21的端面垂直，呈90°夾角。且每個濾孔212的軸線與孔板式防垢片21的端面夾角小于或等于90°，優選呈60°夾角，任意兩個濾孔212孔心與中心孔211圓心的連線呈36°的倍數夾角，即中心孔211圓心與任意兩個濾孔212孔心相連所得連線所呈現的夾角呈36°的倍數。優選的，濾孔212的長軸為7mm，短軸為5mm。經多次試證得到，這樣的斜孔濾孔212的設計在流體固體雜質較少、流速較快的環境中最有利于水流的紊流效果，降低對流速的影響，提高防垢效率。所有孔板式防垢片21通過中心孔211套裝在螺桿22上，相鄰兩塊孔板式防垢片21之間由螺母23隔開并旋接固定，其間隔距離為3mm-5mm，優選為4mm。孔板式防垢片21與防垢管1的配合方式為過渡配合或間隙配合。

本發明中的孔板式防垢片21的材料為全智能防垢除垢合金。全智能防垢除垢合金通過嚴格控制各種元素的成分配比，并采用特殊的熱加工工藝，在全智能防垢除垢合金內部形成了取向一致的柱狀晶體結構，從而使全智能防垢除垢合金呈現出極強的向水體介質釋放自由電子和使水體介質產生極化效應的獨特功能。當水體以一定的流速流經全智能防垢除垢合金后，全智能防垢除垢合金可向水體釋放電子，改變流體靜電位，使水體產生極化現象，使水體中的陰、陽離子不易結合形成垢。全智能防垢除垢合金按質量百分比包括如下組分：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％，所述各組分經高溫熔煉形成一種沿s110晶軸定向生長的柱狀晶體合金。它在不改變溶液系統成分和酸堿度的條件下，通過持續釋放自由電子，降低溶液系統的陽離子濃度，從而降低成垢指數，來達到阻垢的目的。cu-ni二元合金具有優異的化學穩定性，在各種環境中耐腐蝕性能非常出色，冷熱加工性能優異，成本適中。cu-ni合金系雖然電負性小于溶液，但由于化學穩定性很好，其失電子能力并不強。因此，又在cu-ni二元合金基礎上，選擇zn和ag元素作為合金元素進行添加。其中，zn元素的電負性為1.65，是常見元素中電負性最小的金屬元素之一，能夠與cu-ni合金形成穩定的三元合金。ag元素的電負性為2.34，是常見元素中處理稀土和放射性元素以外電負性最大的合金元素之一。ag在cu-ni-zn合金中幾乎不溶，主要以游離態出現，通過合理的成分控制和熱加工工藝能夠獲得理想的分布狀態，是理想的正極材料。隨著ag含量的增加，活化電流逐漸增大。活化電流越大，釋放電子的能力越強，單位流量的全智能阻垢防垢合金用量越少，整體成本更具優勢，v和mn都是良好的脫氧劑，mn還可以做為脫硫劑對去除合金中的s元素，提高合金的淬性，改善合金的熱加工性能，而v可以增加合金的強度和韌性，并且v會和c結合，增強合金在高溫高壓下抗氫腐蝕的效果，鈮能細化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強度，但塑性和韌性有所下降。在合金材料中加nb，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕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點、抗拉強度、冷脆性和時效敏感性。實驗表明，將φ40mm全智能防垢除垢合金放置在5000mg/mol濃度碳酸鈣溶液中，流速1000mm/s，25℃室溫環境下測得的活化電流與時間的關系示于圖4。從圖4看出，本發明的全智能防垢除垢合金活化電流約為80μa，穩定時間約為150min，不僅完全滿足阻垢器工程應用要求，且活化電流比現有的銅基觸媒合金提高約60％，并且成分更加合理安全，加工成本也更低，更適合用于民用凈水領域。

全智能防垢除垢合金的按如下步驟制備，按所述各組分的質量百分比準備原材料，原材料純度為99.9％以上的塊狀物，其體積小于或等于2cm³；在加熱爐的坩堝內鋪入3cm厚的木炭，按重量計將cu料的一半均勻鋪在木炭上，然后在cu料上均勻鋪入全部ni塊，再鋪入3cm厚的木炭，開爐升溫至1100℃-1500℃，開爐升溫優選為至1380℃，待全部金屬熔化后，加入全部fe、v、nb、c塊體，攪拌至金屬全部熔化后再加入全部mn塊體，保溫3分鐘～8分鐘，使熔體金屬脫氣；然后按照zn、sn、ag和剩余的cu順序加入，慢速攪拌，待金屬全部熔化后，去浮渣，使熔體溫度降低至1230℃～1350℃，將熔體金屬注入澆筑型模具中，冷卻5分鐘～15分鐘至金屬表面結殼形成金屬錠，然后水冷至室溫，取出金屬錠，即得到全智能防垢除垢合金。為進一步提高全智能防垢除垢合金的質量，增加峰值活化電流與穩定活化電流數值，同時縮短達到穩定電流值的時間，使得全智能防垢除垢合金更安全、更穩定。還可將全智能防垢除垢合金進行均勻化處理，包括將熱處理電阻爐的爐膛清理干凈，在室溫條件下將全智能防垢除垢合金裝入熱處理爐中，通電開爐加溫，以1.8℃/s～3.2℃/s的速度升溫至780℃～1100℃，保溫50min～100min；再以2℃/s-2.5℃/s的速度升溫至1100℃～1380℃，保溫300min～360min；然后冷卻至300℃～400℃，取出全智能防垢除垢合金錠空冷至室溫。優選為，以2.2℃/s的速度升溫至1070℃，保溫65min；再以2.3℃/s的速度升溫至1250℃，保溫300min；然后冷卻至360℃，取出全智能防垢除垢合金錠空冷至室溫。

實施例2：

本實施例與實施例1差異僅在于全智能防垢除垢合金組分配比不同，本實施例中的全智能防垢除垢合金按質量百分比包括如下組分：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％，所述各組分經高溫熔煉形成一種沿s110晶軸定向生長的柱狀晶體合金。

實施例3：

本實施例與實施例1差異僅在于全智能防垢除垢合金組分配比不同，本實施例中的全智能防垢除垢合金按質量百分比包括如下組分：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％，所述各組分經高溫熔煉形成一種沿s110晶軸定向生長的柱狀晶體合金。

實施例4：

本實施例與實施例1差異僅在于全智能防垢除垢合金組分配比不同，本實施例中的全智能防垢除垢合金按質量百分比包括如下組分：cu：55％、ni：15％、zn：10％、sn：8％、ag：4％、fe：3％、nb：2％、mn：2.5％、v：0.45％、c：0.05％，所述各組分經高溫熔煉形成一種沿s110晶軸定向生長的柱狀晶體合金。

實施例5：

本實施例與實施例1差異僅在于全智能防垢除垢合金組分配比不同，本實施例中的全智能防垢除垢合金按質量百分比為：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％，各組分經化合成一種沿s110晶軸定向生長的柱狀晶體合金。

實施例6：

本實施例與實施例1差異僅在于全智能防垢除垢合金組分配比不同，本實施例中的全智能防垢除垢合金按質量百分比為：cu：57％、ni：13％、zn：8％、sn：7％、ag：6％、fe：5％、nb：1％、mn：2.5％、v：0.45％、c：0.05％，各組分經化合成一種沿s110晶軸定向生長的柱狀晶體合金。

實施例7：

本實施例與實施例1差異僅在于全智能防垢除垢合金組分配比不同，本實施例中的全智能防垢除垢合金按質量百分比為：cu：60％、ni：11％、zn：11％、sn：9％、ag：2％、fe：2％、nb：2％、mn：2.5％、v：0.42％、c：0.08％，各組分經化合成一種沿s110晶軸定向生長的柱狀晶體合金。

實施例8：

本實施例與實施例1差異僅在于全智能防垢除垢合金組分配比不同，本實施例中的全智能防垢除垢合金按質量百分比為：cu：60％、ni：10％、zn：8％、sn：10％、ag：3％、fe：4％、nb：3％、mn：1.5％、v：0.4％、c：0.1％，各組分經化合成一種沿s110晶軸定向生長的柱狀晶體合金。

實施例9：

本實施例與實施例1差異僅在于全智能防垢除垢合金組分配比不同，本實施例中的全智能防垢除垢合金按質量百分比為：cu：40％、ni：6％、zn：18％、sn：5％、ag：19.5％、fe：8％、nb：0.15％、mn：0.35％、v：2％、c：0.5％，各組分經化合成一種沿s110晶軸定向生長的柱狀晶體合金。

本發明的防垢片結構采用孔板式設計，使用時，流體經由管接頭3進入防垢管1內部，孔板式防垢片21與流體的接觸面積大，均勻排列的斜孔便于加工生產，且分布均衡，有利于水流的紊流效果，降低對流速的影響，流經防垢管1內的防垢片表面時能夠自動形成穩定電流，通過弱電的作用中和成垢金屬離子的正電荷，有效控制垢的形成，同時弱電場的持續作用可以使已板結的垢塊逐漸溶解、脫落，實現阻垢、除垢。經防垢片處理后的流體繼續向前運動，經由管接頭3排出。本發明使用材料較少，且能有效增大與流體的接觸面積，提高防垢效率的同時卻能降低成本，在流體固體雜質較少、流速較快的環境中，防垢效果更明顯。