專利名稱：應用電磁波對水進行特定處理的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)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(shè)備，具體地說，涉及根據(jù)特定要求采用不同頻率范圍、波形和能量的電磁波對水進行處理的設(shè)備。
背景技術(shù)：
在市場上可以買到多種用于處理水，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(jīng)采用電磁波來處理水，這在一些美國專利中也曾涉及，但是這些發(fā)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(chǎn)生水藻和細菌的副作用。在大多數(shù)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(chǎn)生細菌是一個非常嚴重的問題，因為這有爆發(fā)軍團病(Legionella)的潛在危險。此外，產(chǎn)生的水藻會降低冷卻塔的效率。因為迄今人們對于用電磁方法處理水所產(chǎn)生的各種效果缺乏深入的了解，因此在現(xiàn)有技術(shù)的水處理裝置中沒有設(shè)立適當?shù)目刂乒δ?，從而不能實現(xiàn)無副作用的處理效果。
與本實用新型有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)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(yī)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(chǎn)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(diào)制頻率。在編號為5514283、5667677、5935433的美國專利中，采用頻率范圍從50KHz到500KHz的正弦波，在該頻率范圍中的頻率可以隨意變動，未施加固定的調(diào)制。在編號為5738766的美國專利中，采用頻率從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(nèi)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(xiàn)的各種功能，包括1)產(chǎn)生水藻，這是某些水藻生產(chǎn)者所要求的。
2)產(chǎn)生細菌，這是在細菌培養(yǎng)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(zhì)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污垢和粘膜漿，包括水垢、海產(chǎn)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(chǔ)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(shè)備，所述設(shè)備包括電磁波發(fā)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(fā)生裝置包括壓控調(diào)頻方波發(fā)生器，用于產(chǎn)生各種頻率范圍的調(diào)頻方波；
波形反向器，它的輸入端與所述壓控調(diào)頻方波發(fā)生器的輸出端相連，用于將輸入的調(diào)頻方波變換成兩路相位相反的調(diào)頻方波；以及功放驅(qū)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，用于對輸入的調(diào)頻方波進行功率放大，所述功放驅(qū)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(qū)動器的輸出端相連，用于產(chǎn)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，從而能按照用戶對于水處理的特定要求輸出不同的數(shù)字信號；以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器，它與所述微處理器和壓控調(diào)頻方波發(fā)生器相連，用于將所述數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號后送至所述壓控調(diào)頻方波發(fā)生器；以及所述電源，包括開關(guān)電源，它由市電供電，用于產(chǎn)生直流電壓；以及濾波穩(wěn)壓器，它與所述開關(guān)電源相連，用于將所述開關(guān)電源輸出的直流電壓經(jīng)濾波穩(wěn)壓后提供給所述設(shè)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(shè)備中的電磁波發(fā)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(shè)備的方框圖；圖4a示出本實用新型的設(shè)備中的開關(guān)電源和濾波穩(wěn)壓器；圖4b示出本實用新型的設(shè)備中的微處理器；
圖4c示出本實用新型的設(shè)備中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器；圖4d示出本實用新型的設(shè)備中的壓控調(diào)頻方波發(fā)生器和波形反向器；圖4e示出本實用新型的設(shè)備中的功率驅(qū)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(shè)備中的電磁波發(fā)生裝置的示意圖。圖中的附圖標記101是電磁波發(fā)生裝置，它根據(jù)特定需要產(chǎn)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(jīng)線圈內(nèi)部空間的流體受到電磁場的作用而產(chǎn)生特定的效應，從而實現(xiàn)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(nèi)產(chǎn)生電磁場。被處理的水通過該管子進行加壓循環(huán)或自然循環(huán)。管子直徑的范圍為1/2英寸至20英寸或者更大。線圈的圈數(shù)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(shù)取決于實際的需要。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(guī)則的表面上。
另一種施加電磁場的方式是，如果水處于電磁場影響的范圍內(nèi)，即使水沒有直接流過線圈，水仍然會受到處理。它們適用于平面或異形鋼板的防銹或船舶的防貝蠣。圖2a至圖2d示出四種不同形式的電磁波負載線圈，它們可用于大體積流動的流體，靠近線圈的流體時受到電磁場的作用而產(chǎn)生特定的效應，從而實現(xiàn)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(shè)備的原理圖。附圖標記301表示電磁波發(fā)生裝置，包括壓控調(diào)頻方波發(fā)生器302、波形反向器303和功放驅(qū)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(shù)模轉(zhuǎn)換器308。附圖標記309表示電源，包括開關(guān)電源310和濾波穩(wěn)壓器311。
如圖4a所示，本設(shè)備的電源309包括開關(guān)電源310和濾波穩(wěn)壓器311。開關(guān)電源310由市電供電，產(chǎn)生+12V、+12V和-12V三路直流電壓。濾波穩(wěn)壓器311把開關(guān)電源的輸出+12V和-12V電壓經(jīng)過濾波穩(wěn)壓電路后變成+5V和-5V電壓，提供給設(shè)備中的集成電路芯片。
圖4b示出本實用新型的設(shè)備的控制裝置306中的微處理器307。在本實用新型的設(shè)備中，采用微處理器307作為主控制器，通過對其編程來控制電磁波發(fā)生器的工作，使之有選擇地連續(xù)地發(fā)生單個頻率范圍的電磁波或者按順序輪流地發(fā)生一些頻率范圍的組合的電磁波?？梢詫ξ⑻幚砥?07設(shè)定方波的頻率范圍、調(diào)制用的三角波的頻率、多個頻率范圍的掃掠方式等等。所述微處理器307還控制功放驅(qū)動器304的工作時間。
圖4c示出本實用新型的設(shè)備的控制裝置306中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器308。它把微處理器307輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M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(diào)整。
圖4d示出本實用新型的設(shè)備中的電磁波發(fā)生裝置301中的壓控調(diào)頻方波發(fā)生器302和波形反向器303。電磁波發(fā)生裝置301主要產(chǎn)生方形波，它具有一個單獨的連續(xù)的頻率范圍，或者是幾個不同頻率范圍的組合。這些頻率范圍可以是重疊的或者是不重疊的。電磁波可以是連續(xù)地發(fā)生的或者是間歇地發(fā)生的。以固定頻率的三角波對壓控調(diào)頻方波發(fā)生器302進行掃頻而產(chǎn)生各種頻率范圍的方波。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范圍的方波。波形反向器303用于把經(jīng)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(shè)備中的電磁波發(fā)生裝置301中的功放驅(qū)動器304，該圖還示出電磁波負載線圈305。功放驅(qū)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(diào)頻方波，供給電磁波負載線圈305。功放驅(qū)動器304的工作時間受控制裝置306控制。根據(jù)不同的應用可以采用不同形狀的電磁波負載線圈。
要獲得所需要的處理結(jié)果，關(guān)鍵在于對微處理器307編程，而這又建立在具體地了解各種頻率范圍的電磁波對于處理結(jié)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(xiàn)有技術(shù)中是沒有的。在我們的實用新型中，應用頻率在1Hz到500KHz內(nèi)的各種頻率范圍的電磁方波，并以頻率為1-100Hz中的任一值的三角波對其調(diào)頻。
在需要產(chǎn)生水藻的應用中，產(chǎn)生水藻的較佳頻率范圍是在1Hz-3kHz范圍中。在某些需要避免1Hz-3kHz范圍的應用中，用于產(chǎn)生水藻的頻率范圍可以選在30kHz-200kHz。所需要的電流均方根值在0.1安到10安的范圍中。
要抑制水藻的生長，較佳的頻率范圍是5kHz-30kHz。所需要的電流均方根值是在0.1安到10安的范圍中。
在一個有多種細菌繁殖的環(huán)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，較佳的頻率范圍是5kHz-500kHz，所需電流的較佳范圍要超過500毫安。經(jīng)過一天到幾天的電磁處理后，典型的細菌減少量的范圍達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，較佳的頻率范圍是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(guān)”，或者四小時“開”，20小時“關(guān)”，等等。持續(xù)時間和周期的選擇取決于細菌的反應，這種反應可以用標準細菌計數(shù)方法進行監(jiān)控。例如。對一個生物廢水處理的反應器，在處理之后，細菌計數(shù)在1/2天到2天的期間內(nèi)，可以增加到2-log至3-log。
要在鋼鐵表面上形成磁鐵(Fe3O4)膜，所需要的較佳頻率范圍是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(zhì)的冷卻水管道的內(nèi)表面上形成，則能有效地防止管道的內(nèi)表面腐蝕。這時，可采用如圖1所示的做法，水流經(jīng)管子，通過感應線圈內(nèi)的電磁場的作用，逐漸在鋼管的內(nèi)表面形成磁鐵膜。而在完全或部分浸入水中的鋼結(jié)構(gòu)的應用中，如防護碼頭的鋼結(jié)構(gòu)、離岸海水中的鋼結(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)的表面平放，使電磁場的影響達到最佳狀態(tài)。
在頻率范圍3kHz-200kHz內(nèi)，在供水系統(tǒng)中的現(xiàn)存污垢能被這種處理逐漸剝除，并能被防止新污垢的形成。污垢包括水垢、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污垢的應用中，如海水中的結(jié)構(gòu)、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(jié)果表明，這個頻率范圍并不適合預防和清除水垢，因為它也是適于產(chǎn)生水藻和細菌的頻率范圍。在許多應用中，例如，冷卻水的處理，雖然清除了水垢，但產(chǎn)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(jié)果。
如果頻率范圍在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。這對于一個封閉的循環(huán)供水系統(tǒng)，如空氣調(diào)節(jié)的冷凍供水系統(tǒng)，特別有用。經(jīng)處理之后，冷凍水pH值會逐漸地增加，使水變得更具堿性。這有助于防腐蝕，因而對冷凍水系統(tǒng)有好處。
可以單獨地或合并地使用上述功能。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(xiàn)存的水垢并防止新水垢的形成、在管道內(nèi)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(fā)出頻率范圍5kHz-30kHz的信號，具有2-5安的均方根電流值并取15Hz作為調(diào)制頻率。采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(diào)節(jié)的冷凍水系統(tǒng)的情形中，對水進行處理的目的是在系統(tǒng)中形成磁鐵膜以便防腐蝕和從供水系統(tǒng)表面清除現(xiàn)存的污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(huán)系統(tǒng)，水沒有暴露于陽光之下，這樣就制止了水藻的生長。對于這一類的處理，頻率范圍可以定在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(lǐng)域的技術(shù)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(zhì)和范圍。因此，權(quán)利要求書包含了所有落入本實用新型的精神實質(zhì)和范圍的變更和修改。
權(quán)利要求1.一種應用電磁波對水進行特定處理的設(shè)備，所述設(shè)備包括電磁波發(fā)生裝置、電磁波負載線圈、控制裝置和電源，其特征在于，所述電磁波發(fā)生裝置包括壓控調(diào)頻方波發(fā)生器，用于產(chǎn)生各種頻率范圍的調(diào)頻方波；波形反向器，它的輸入端與所述壓控調(diào)頻方波發(fā)生器的輸出端相連，用于將輸入的調(diào)頻方波變換成兩路相位相反的調(diào)頻方波；以及功放驅(qū)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，用于對輸入的調(diào)頻方波進行功率放大，所述功放驅(qū)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(qū)動器的輸出端相連，用于產(chǎn)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于水處理效果的特定要求輸出不同的數(shù)字信號；以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器，它與所述微處理器和壓控調(diào)頻方波發(fā)生器相連，用于將所述數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號后送至所述壓控調(diào)頻方波發(fā)生器；以及所述電源包括開關(guān)電源，它由市電供電，用于產(chǎn)生直流電壓；以及濾波穩(wěn)壓器，它與所述開關(guān)電源相連，用于將所述開關(guān)電源輸出的直流電壓經(jīng)濾波穩(wěn)壓后提供給所述設(shè)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(shè)備。所述設(shè)備包括電磁波發(fā)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(jù)需要對控制裝置進行設(shè)置，使其以相應頻率范圍和功率電平的調(diào)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(chǎn)生水藻、產(chǎn)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、防止在表面上形成污垢和粘膜漿、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(yōu)先權(quán)日2003年7月3日
發(fā)明者胡安華 申請人:馬士科技有限公司