應用電磁波對水進行特定處理的設備的製作方法
2023-06-15 23:30:21 2
專利名稱：應用電磁波對水進行特定處理的設備的製作方法
技術領域：
本實用新型專利申請涉及應用電磁波對水進行特定處理的設備，具體地說，涉及根據特定要求採用不同頻率範圍、波形和能量的電磁波對水進行處理的設備。
背景技術：
在市場上可以買到多種用於處理水，從而防止水垢形成的電磁裝置。
雖然在許多實際應用中已經採用電磁波來處理水，這在一些美國專利中也曾涉及，但是這些發明都不能控制處理的效果。在市場上買到的電磁裝置雖然可以去除水垢，但卻伴有產生水藻和細菌的副作用。在大多數應用中，這些副作用是不能接受的。在冷卻塔水處理的情形中，產生細菌是一個非常嚴重的問題，因為這有爆發軍團病(Legionella)的潛在危險。此外，產生的水藻會降低冷卻塔的效率。因為迄今人們對於用電磁方法處理水所產生的各種效果缺乏深入的了解，因此在現有技術的水處理裝置中沒有設立適當的控制功能，從而不能實現無副作用的處理效果。
與本實用新型有關的現有技術列出如下。在編號為5980824的美國專利中，用925MHz-2450MHz的無線電波對動物廢料進行消毒。在編號為5641423的美國專利中，用500KHz-600MHz的無線電波處理有傳染性的醫藥廢料。在編號為5851375的美國專利中，用在電極間的電壓梯度產生至少一個橫穿細胞膜的電壓降以殺滅細菌。在編號為5074998的美國專利中，用700Hz-3000Hz的電磁波處理水，預防和清除水垢。在這個專利中沒有提到所用波形的類型和調製頻率。在編號為5514283、5667677、5935433的美國專利中，採用頻率範圍從50KHz到500KHz的正弦波，在該頻率範圍中的頻率可以隨意變動，未施加固定的調製。在編號為5738766的美國專利中，採用頻率從1Hz-1MHz，波形為三角形波的電磁波來達到抑制水垢的目的。
實用新型內容我們通過大量的實驗和分析，找到了應用電磁方法處理水可以實現的各種功能，包括1)產生水藻，這是某些水藻生產者所要求的。
2)產生細菌，這是在細菌培養過程中所要求的。
3)在鋼鐵表面形成磁鐵(Fe3O4)膜，以防止鋼鐵被腐蝕。
4)抑制和控制水藻的生長，這在許多對水質的要求中是重要的。
5)部分殺菌或控制水中細菌的生長。
6)防止在物體表面上形成汙垢和黏膜漿，包括水垢、海產貝殼、藤壺、蛤貝等等。
7)增加水的pH值。
本專利申請就是在對上述各種功能進行實驗和分析的基礎上提出的。它的目的是提供一種應用電磁波對水進行特定處理的設備，所述設備包括電磁波發生裝置、電磁波負載線圈、控制裝置以及電源，其中，所述電磁波發生裝置包括壓控調頻方波發生器，用於產生各種頻率範圍的調頻方波；
波形反向器，它的輸入端與所述壓控調頻方波發生器的輸出端相連，用於將輸入的調頻方波變換成兩路相位相反的調頻方波；以及功放驅動器，它的兩個輸入端分別與所述波形反向器的兩個輸出端相連，用於對輸入的調頻方波進行功率放大，所述功放驅動器的工作時間受控制裝置的控制；所述電磁波負載線圈與所述功放驅動器的輸出端相連，用於產生所需的電磁場；所述控制裝置包括微處理器，可以對它編程，從而能按照用戶對於水處理的特定要求輸出不同的數位訊號；以及數模轉換器，它與所述微處理器和壓控調頻方波發生器相連，用於將所述數位訊號轉換成模擬信號後送至所述壓控調頻方波發生器；以及所述電源，包括開關電源，它由市電供電，用於產生直流電壓；以及濾波穩壓器，它與所述開關電源相連，用於將所述開關電源輸出的直流電壓經濾波穩壓後提供給所述設備中的集成電路。
圖1是本實用新型的應用電磁波對水進行特定處理的設備中的電磁波發生裝置的示意圖；圖2a至圖2d示出四種不同形式的電磁波負載線圈；圖3是本實用新型的設備的方框圖；圖4a示出本實用新型的設備中的開關電源和濾波穩壓器；圖4b示出本實用新型的設備中的微處理器；
圖4c示出本實用新型的設備中的數模轉換器；圖4d示出本實用新型的設備中的壓控調頻方波發生器和波形反向器；圖4e示出本實用新型的設備中的功率驅動器和電磁波負載線圈。
具體實施方式
圖1是本實用新型的應用電磁波對水進行特定處理的設備中的電磁波發生裝置的示意圖。圖中的附圖標記101是電磁波發生裝置，它根據特定需要產生電磁波。附圖標記102和103分別是流體進口和流體出口。附圖標記104是電感性負載線圈。流經線圈內部空間的流體受到電磁場的作用而產生特定的效應，從而實現所需的功能。
如圖1所示，電磁信號通過盤繞在管子上的電線，從而在線圈內產生電磁場。被處理的水通過該管子進行加壓循環或自然循環。管子直徑的範圍為1/2英寸至20英寸或者更大。線圈的圈數決定通過電線的電流。在電線中的電流強度可以是在0.1到10安，確切的安培數取決於實際的需要。線圈截面的形狀可以是圓形、長方形、方形、三角形、或者是其他合適的形狀，以適應不同的應用。可以把線圈盤繞在管子上，將它水平地放置，或者將它附在不規則的表面上。
另一種施加電磁場的方式是，如果水處於電磁場影響的範圍內，即使水沒有直接流過線圈，水仍然會受到處理。它們適用於平面或異形鋼板的防鏽或船舶的防貝蠣。圖2a至圖2d示出四種不同形式的電磁波負載線圈，它們可用於大體積流動的流體，靠近線圈的流體時受到電磁場的作用而產生特定的效應，從而實現所需的功能。
圖3是本實用新型的應用電磁波對水進行特定處理的設備的原理圖。附圖標記301表示電磁波發生裝置，包括壓控調頻方波發生器302、波形反向器303和功放驅動器304。附圖標記305表示電磁波負載線圈。附圖標記306表示控制裝置，包括微處理器307和數模轉換器308。附圖標記309表示電源，包括開關電源310和濾波穩壓器311。
如圖4a所示，本設備的電源309包括開關電源310和濾波穩壓器311。開關電源310由市電供電，產生+12V、+12V和-12V三路直流電壓。濾波穩壓器311把開關電源的輸出+12V和-12V電壓經過濾波穩壓電路後變成+5V和-5V電壓，提供給設備中的集成電路晶片。
圖4b示出本實用新型的設備的控制裝置306中的微處理器307。在本實用新型的設備中，採用微處理器307作為主控制器，通過對其編程來控制電磁波發生器的工作，使之有選擇地連續地發生單個頻率範圍的電磁波或者按順序輪流地發生一些頻率範圍的組合的電磁波。可以對微處理器307設定方波的頻率範圍、調製用的三角波的頻率、多個頻率範圍的掃掠方式等等。所述微處理器307還控制功放驅動器304的工作時間。
圖4c示出本實用新型的設備的控制裝置306中的數模轉換器308。它把微處理器307輸出的數位訊號轉變為模擬信號。三角波的幅值通過改變Vref腳的參考電壓而獲得再次調整。
圖4d示出本實用新型的設備中的電磁波發生裝置301中的壓控調頻方波發生器302和波形反向器303。電磁波發生裝置301主要產生方形波，它具有一個單獨的連續的頻率範圍，或者是幾個不同頻率範圍的組合。這些頻率範圍可以是重疊的或者是不重疊的。電磁波可以是連續地發生的或者是間歇地發生的。以固定頻率的三角波對壓控調頻方波發生器302進行掃頻而產生各種頻率範圍的方波。三角波頻率是1Hz-100Hz。通過改變電阻R、電容C的值或由微處理器的控制而獲得各個頻率範圍的方波。波形反向器303用於把經掃頻的方波變換成兩路頻率相同但相位相反的方波。
圖4e示出本實用新型的設備中的電磁波發生裝置301中的功放驅動器304，該圖還示出電磁波負載線圈305。功放驅動器304把由波形反向器303輸出的兩路方波加以功率放大，從而輸出達到所需功率電平的調頻方波，供給電磁波負載線圈305。功放驅動器304的工作時間受控制裝置306控制。根據不同的應用可以採用不同形狀的電磁波負載線圈。
要獲得所需要的處理結果，關鍵在於對微處理器307編程，而這又建立在具體地了解各種頻率範圍的電磁波對於處理結果的影響。我們的實用新型具有這樣的能力，能控制各種所需要的處理效果，這在現有技術中是沒有的。在我們的實用新型中，應用頻率在1Hz到500KHz內的各種頻率範圍的電磁方波，並以頻率為1-100Hz中的任一值的三角波對其調頻。
在需要產生水藻的應用中，產生水藻的較佳頻率範圍是在1Hz-3kHz範圍中。在某些需要避免1Hz-3kHz範圍的應用中，用於產生水藻的頻率範圍可以選在30kHz-200kHz。所需要的電流均方根值在0.1安到10安的範圍中。
要抑制水藻的生長，較佳的頻率範圍是5kHz-30kHz。所需要的電流均方根值是在0.1安到10安的範圍中。
在一個有多種細菌繁殖的環境中，如冷卻塔的冷卻水，進行消毒殺菌或者抑制細菌的生長，較佳的頻率範圍是5kHz-500kHz，所需電流的較佳範圍要超過500毫安。經過一天到幾天的電磁處理後，典型的細菌減少量的範圍達1-log到3-log。
當需要進行混合的細菌繁殖時，如生物廢水的處理，較佳的頻率範圍是1Hz-2kHz。若要進一步增加這個效果，可以間歇性地送入電磁信號。例如，間歇性信號可以是一秒「開」，而九秒「關」，或者四小時「開」，20小時「關」，等等。持續時間和周期的選擇取決於細菌的反應，這種反應可以用標準細菌計數方法進行監控。例如。對一個生物廢水處理的反應器，在處理之後，細菌計數在1/2天到2天的期間內，可以增加到2-log至3-log。
要在鋼鐵表面上形成磁鐵(Fe3O4)膜，所需要的較佳頻率範圍是1-200kHz，磁鐵膜在防腐蝕方面是有用的。例如，如果磁鐵膜在鋼質的冷卻水管道的內表面上形成，則能有效地防止管道的內表面腐蝕。這時，可採用如圖1所示的做法，水流經管子，通過感應線圈內的電磁場的作用，逐漸在鋼管的內表面形成磁鐵膜。而在完全或部分浸入水中的鋼結構的應用中，如防護碼頭的鋼結構、離岸海水中的鋼結構、船殼外表面等等，所提到的磁鐵膜可由電磁場影響來形成。在這樣的安排下，將線圈貼近鋼結構的表面平放，使電磁場的影響達到最佳狀態。
在頻率範圍3kHz-200kHz內，在供水系統中的現存汙垢能被這種處理逐漸剝除，並能被防止新汙垢的形成。汙垢包括水垢、有機物和無機物、藤壺、貝殼、或蛤貝等等。這種應用能擴展到其他抗汙垢的應用中，如海水中的結構、船殼外部、冷卻水管等等。線圈可以做成各種形狀以適應電磁場的應用。在編號為507499的美國專利中，使用700Hz-3kHz的電磁波來預防和清除水垢。然而，我們的實驗結果表明，這個頻率範圍並不適合預防和清除水垢，因為它也是適於產生水藻和細菌的頻率範圍。在許多應用中，例如，冷卻水的處理，雖然清除了水垢，但產生了水藻和細菌，這使得冷卻塔的效率變得更低，而且對人體有害。在需要獲得飲用水的場合，更是無法接受用水藻和細菌替換水垢的處理結果。
如果頻率範圍在100Hz-150kHz，且沒有外部因素影響，則被處理的水的pH值會逐漸地增加。這對於一個封閉的循環供水系統，如空氣調節的冷凍供水系統，特別有用。經處理之後，冷凍水pH值會逐漸地增加，使水變得更具鹼性。這有助於防腐蝕，因而對冷凍水系統有好處。
可以單獨地或合併地使用上述功能。例如，當對冷卻塔冷卻水進行處理時，就需要達到多種效果，包括抑制細菌和水藻的生長、清除現存的水垢並防止新水垢的形成、在管道內壁形成磁鐵膜和增加水的pH值。在這樣的情形下，對所述控制裝置中的微處理器編程，以便發出頻率範圍5kHz-30kHz的信號，具有2-5安的均方根電流值並取15Hz作為調製頻率。採用這樣的電磁波對冷卻水進行處理，就可達到所有想要達到的效果。
在空氣調節的冷凍水系統的情形中，對水進行處理的目的是在系統中形成磁鐵膜以便防腐蝕和從供水系統表面清除現存的汙垢以提高熱交換的效率。在這種情況下，不必擔心水藻的形成，因為這是一個封閉的循環系統，水沒有暴露於陽光之下，這樣就制止了水藻的生長。對於這一類的處理，頻率範圍可以定在100Hz-50kHz，而電流是1安。
雖然上面通過具體的實施例示出和描述了本實用新型，但本領域的技術人員顯然知道，可以作出種種變更和修改而不背離本實用新型的精神實質和範圍。因此，權利要求書包含了所有落入本實用新型的精神實質和範圍的變更和修改。
權利要求1.一種應用電磁波對水進行特定處理的設備，所述設備包括電磁波發生裝置、電磁波負載線圈、控制裝置和電源，其特徵在於，所述電磁波發生裝置包括壓控調頻方波發生器，用於產生各種頻率範圍的調頻方波；波形反向器，它的輸入端與所述壓控調頻方波發生器的輸出端相連，用於將輸入的調頻方波變換成兩路相位相反的調頻方波；以及功放驅動器，它的兩個輸入端分別與所述波形反向器的兩個輸出端相連，用於對輸入的調頻方波進行功率放大，所述功放驅動器的工作時間受控制裝置控制；所述電磁波負載線圈與所述功放驅動器的輸出端相連，用於產生所需的電磁場；所述控制裝置包括微處理器，可以對它編程，從而它能按照用戶對於水處理效果的特定要求輸出不同的數位訊號；以及數模轉換器，它與所述微處理器和壓控調頻方波發生器相連，用於將所述數位訊號轉換成模擬信號後送至所述壓控調頻方波發生器；以及所述電源包括開關電源，它由市電供電，用於產生直流電壓；以及濾波穩壓器，它與所述開關電源相連，用於將所述開關電源輸出的直流電壓經濾波穩壓後提供給所述設備中的集成電路。
專利摘要本實用新型涉及應用電磁波對水進行特定處理的設備。所述設備包括電磁波發生裝置、電磁波負載線圈、控制裝置和電源。其中，控制裝置的核心是可編程微處理器。根據需要對控制裝置進行設置，使其以相應頻率範圍和功率電平的調頻方波供給負載線圈，從而達到預期的水處理效果。這些效果包括產生水藻、產生細菌、在鋼鐵表面形成磁鐵膜、抑制或控制水藻生長、抑制或控制細菌生長、防止在表面上形成汙垢和黏膜漿、增加水的pH值。
文檔編號H03K3/02GK2635659SQ0326670
公開日2004年8月25日 申請日期2003年7月3日 優先權日2003年7月3日
發明者胡安華 申請人:馬士科技有限公司