專利名稱：微波法清除水管內(nèi)壁積垢的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及水管內(nèi)壁除垢技術(shù)，特別是一種微波法清除水管內(nèi)壁積垢的裝置，屬微波器件技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在海水淡化、集中空調(diào)等設(shè)備運行一段時間后，設(shè)備系統(tǒng)中的水管內(nèi)壁(特別是出水管)會產(chǎn)生水垢，如不及時清除會使水垢越積越厚，導致設(shè)備的效率下降，因此，必須定期除垢。除垢方法有化學法和物理法，化學法藥水有污染，飲用水管更不能采用；現(xiàn)有物理法除垢效果又不如化學法好。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種微波法清除水管內(nèi)壁積垢的裝置，屬于物理法除垢，效果好又沒有污染。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的微波法清除水管內(nèi)壁積垢的裝置，其特征是將積垢水管置于波導管的微波場內(nèi)，波導管輸出口設(shè)有滑動調(diào)節(jié)短路面，積垢水管中設(shè)置有金屬微波場激勵器。所述波導管可采用槽波導，將積垢水管置于槽波導諧振腔中，與槽波導長度方向中心軸線垂直，金屬微波場激勵器采用平面、片狀對數(shù)周期激勵器，制成圓片嵌在水管內(nèi)，激勵器平面應(yīng)平行于管道橫截面，極化方向要對準管道的主模極化方向。所述波導管也可采用圓波導，圓波導側(cè)壁開有線槽孔，將積垢水管置于線槽孔外側(cè)平行接觸相對，金屬微波場激勵器采用平面、片狀對數(shù)周期激勵器，制成圓片嵌在水管與線槽孔相對的內(nèi)壁處，波導管上還設(shè)有調(diào)諧器，積垢水管內(nèi)還可放置一根與水管同軸的金屬棒，金屬棒直徑小于水管內(nèi)徑。所述對數(shù)周期激勵器采用圓弧齒型的六齒對數(shù)周期激勵器。
本實用新型的優(yōu)點及效果氣體在微波的作用下放電，生成的等離子體宏觀溫度高達幾百度到上千度，使微波通入管道，高能量的微波擊穿氣體放電，高溫的等離子體將管道壁的積垢燒掉。


圖1是槽波導實施例結(jié)構(gòu)長度方向的波導橫截面示意圖；圖2a、2b、2c是三種槽波導橫截面上主模電場的相對強度分布示意圖；圖3a、3b是本實用新型圓波導實施例結(jié)構(gòu)示意圖圖4a、4b是兩種微波場激勵器的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是片狀對數(shù)周期激勵器在除垢結(jié)管道中的位置圖；具體實施方式
下面結(jié)合微波除垢原理給出本實用新型實施例眾所周知，氣體在微波的作用下放電，生成的等離子體宏觀溫度高達幾百度到上千度。所以在除垢管道內(nèi)(如海水淡化機管)充滿氣體，然后使微波通入海水淡化機管內(nèi)，高能量的微波擊穿氣體放電，高溫的等離子體將海水淡化機管壁的積垢燒掉。這種除垢法唯一要解決的問題就是如何使海水淡化機管內(nèi)的微波場主要集中在積垢處，只使積垢處的氣體放電。為此我們可采用金屬激勵器使微波場主要集中在積垢處，激勵器要內(nèi)置在需要除垢的管道內(nèi)。由于管道一般為圓管，可以看作是圓波導，其主模電場是線極化的，因此采用的激勵器同樣具有線極化的輻射場(或激勵場)。
槽波導的概念最早是由Tischer作為一種變形的平行板波導提出的，以后國內(nèi)外學者又陸續(xù)提出了多種類型的槽波導，研究較多的包括矩形槽波導、V形槽波導、圓形槽波導。與傳統(tǒng)的波導(矩形、圓形波導)相比，槽波導優(yōu)點很明顯低衰減、低色散、單模工作、大尺寸、高功率容量等，因此除垢管道可以放入槽波導中，利用這種微波能量清除管壁的積垢。管道雖然是金屬制成，但由于與槽波導諧振腔的尺寸相比小的多，因此對微波場起不到屏蔽作用，近似將其看成微擾物體。前后兩壁處的場強尤為集中，如果有較大能量的微波輸入諧振腔，此時機管前后兩壁的溫度會很高，以便達到除垢目的。如圖1，將需要除水垢1的管道2置于圓形槽波導管3諧振腔中。根據(jù)槽波導管的長度，可在管內(nèi)的多個橫截面上同時放置多根需要除垢的水管(多根需要除垢的水管可通過在槽波導上、下平面上打孔插入，然后用抗流裝置(現(xiàn)有技術(shù))封閉)，在槽波導管輸出口設(shè)置與槽波導橫截面形狀匹配的滑動調(diào)節(jié)短路面在槽波導管內(nèi)沿長度方向滑移，可調(diào)節(jié)微波場強。
圖2a、2b、2c分別給出了圓形、矩形、V形槽波導主模在橫截面上的電場相對場強的分布圖和電力線磁力線示意圖。可以看出槽波導橫截面上的電場主要分布在A區(qū)，并且中心和尖角處的場強最大。如果給槽波導傳輸較大的功率的能量，波導內(nèi)的介質(zhì)很有可能在這些地方被加熱到較高的溫度。在示意圖上可以清楚地看出主模電場的線極化特點。
圖3中，將積有水垢1的管道2置于側(cè)壁開有線槽孔的圓波導4一側(cè)(線槽孔可以是矩形(R2≤a≤4R1/5)，也可以是圓形(R2≤r≤2R1/5)。水管與線槽孔外側(cè)平行接觸相對，5是微波輸入口，6是微波輸出口短路調(diào)節(jié)面，7是調(diào)諧器(微調(diào))，金屬微波場激勵器(平面對數(shù)周期激勵器)8嵌在圓波導4側(cè)面的線槽內(nèi)壁(最好緊貼此內(nèi)壁)。圖3中，為了更好的將微波能量耦合至積垢水管內(nèi)，積垢水管內(nèi)還可放置一根與水管同軸的金屬棒9(如銅或鋁棒，虛線所示)，金屬棒直徑必須小于水管內(nèi)徑，之間可用聚四氟乙烯材料支撐定位。在間隙內(nèi)的微波把全部能量耦合到同軸線里，聚集在同軸線內(nèi)的微波能量就會加熱水管壁上的污垢，使其有效的受到高溫的加熱分解，進而達到除垢的目的。
常見的具有線極化的激勵場的激勵裝置有螺旋狀、有限雙圓錐狀、套筒狀、等角螺旋狀、阿基米德螺旋狀、蝴蝶結(jié)狀、對數(shù)周期狀、對數(shù)周期偶極子狀等，在這些激勵裝置中，只有蝴蝶結(jié)狀和對數(shù)周期狀激勵器具有很強的線極化的輻射場且結(jié)構(gòu)較小，適合內(nèi)置除垢管道內(nèi)。蝴蝶結(jié)狀激勵器是一種平面激勵器，如圖4a所示。蝴蝶結(jié)激勵器可以看作是有限長雙圓錐激勵器沿軸的截面。蝴蝶結(jié)激勵器除了扇形外，還有三角形的。蝴蝶結(jié)激勵器的尺寸參數(shù)有半徑R和張角2α。Brown測量了為張角90°的三角形蝴蝶結(jié)激勵器，其輻射場沿圖5a中的x方向線極化，在±z方向上有較寬的主瓣。蝴蝶結(jié)激勵器上的面電流在邊緣突然終止，會使激勵器出現(xiàn)較強的終端影響，從而限制蝴蝶結(jié)激勵場的作用。解決這個問題的一個方法是在蝴蝶結(jié)激勵器的兩邊加上周期性排列的齒狀金屬片，這樣蝴蝶結(jié)激勵器就演變成了對數(shù)周期激勵器。圖3b給出了圓弧齒型的六齒對數(shù)周期激勵器形狀。和蝴蝶結(jié)激勵器類似，對數(shù)周期激勵器有著沿圖中x方向的線極化輻射場。其幾何參數(shù)有中心張角為β，齒張角δ，相鄰齒的外緣半徑用Rn+1和Rn表示，內(nèi)緣半徑rn+1用和rn表示。對數(shù)周期激勵器的參數(shù)還有常數(shù)τ和常數(shù)σ。τ定義為τ=Rn+1Rn=rn+1rn<1---(1)]]>τ反映了對數(shù)周期激勵器的結(jié)構(gòu)周期性。因為結(jié)構(gòu)的周期性，激勵器的頻率響應(yīng)也呈現(xiàn)出周期性。相鄰的兩個頻率fn和fn+11如果滿足fnfn+1=τ---(2)]]>激勵器在這兩個頻率上就會有相同的方向性圖和輸入駐波比。常數(shù)σ定義了齒的相對寬度σ=rnRn<1---(3)]]>如果是相對齒寬和相對間隙寬度是相等的，則有關(guān)系σ=τ---(4)]]>符合(4)式和β＝δ＝π/4的對數(shù)周期激勵器是自互補式的結(jié)構(gòu)。由巴俾涅(Babinet)原理可知，具有自互補式結(jié)構(gòu)的對數(shù)周期激勵器其輸入阻抗是不隨頻率變化的固定值。由于對數(shù)周期激勵器在頻寬方面比蝴蝶結(jié)激勵器有優(yōu)勢，選用對數(shù)周期激勵器作為除垢管道內(nèi)激勵場的裝置。對數(shù)周期激勵器是平面結(jié)構(gòu)，可以用微帶線的制作工藝在敷銅介質(zhì)片上刻蝕形成，把印刷有激勵器的這一面稱為正面。安裝時將印有激勵器的介質(zhì)片剪成略小于海水淡化機管直徑的小圓片，然后將介質(zhì)片嵌在圓形槽波導內(nèi)，正面迎著信號的來向。為了盡可能的抑制表面波的干擾，介質(zhì)片選用了低介電常數(shù)(εr＝2.64)和薄的(t＝0.5mm)的雙面敷銅板為材料。
對數(shù)周期激勵器安裝到除垢管道內(nèi)時應(yīng)保持正確方向。激勵器平面應(yīng)平行于除垢管道的橫截面，極化方向要對準圓管道(可以看作是圓波導)的主模極化方向，即讓圖4b中激勵器坐標與圖5除垢管道橫截面的坐標系重合。圖5是在除垢管道內(nèi)放置了對數(shù)周期的激勵器8后的樣子。激勵器能在20cm長范圍的激勵場，這一范圍由于場強集中，氣體最先放電生成高溫等離子，從而使這一區(qū)域的積垢除掉。逐漸移動對數(shù)激勵器，就可以使更大區(qū)域內(nèi)的管壁積垢依次處理掉。
本實用新型中波導器件、微波場激勵器等均為有實際應(yīng)用的現(xiàn)有技術(shù)，但將他們組合應(yīng)用在水管除垢，本申請屬首次公開。本實用新型主要為海水淡化機管壁除垢設(shè)計，亦可適用于其它設(shè)備的管道除垢。
權(quán)利要求1.微波法清除水管內(nèi)壁積垢的裝置，其特征是將積垢水管置于波導管的微波場內(nèi)，波導管輸出口設(shè)有滑動調(diào)節(jié)短路面，積垢水管中設(shè)置有金屬微波場激勵器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述微波法清除水管內(nèi)壁積垢的裝置，其特征是所述波導管采用槽波導，將積垢水管置于槽波導諧振腔中，與槽波導長度方向中心軸線垂直，金屬微波場激勵器采用平面、片狀對數(shù)周期激勵器，制成圓片嵌在水管內(nèi)，激勵器平面應(yīng)平行于管道橫截面，極化方向要對準管道的主模極化方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述微波法清除水管內(nèi)壁積垢的裝置，其特征是所述波導管采用圓波導，圓波導側(cè)壁開有線槽孔，將積垢水管置于線槽孔外側(cè)平行接觸相對，金屬微波場激勵器采用平面、片狀對數(shù)周期激勵器，制成圓片嵌在水管與線槽孔相對的內(nèi)壁處，波導管上還設(shè)有調(diào)諧器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述微波法清除水管內(nèi)壁積垢的裝置，其特征是積垢水管內(nèi)還可放置一根與水管同軸的金屬棒，金屬棒直徑小于水管內(nèi)徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述微波法清除水管內(nèi)壁積垢的裝置，其特征是所述對數(shù)周期激勵器采用圓弧齒型的六齒對數(shù)周期激勵器。
專利摘要微波法清除水管內(nèi)壁積垢的裝置，其特征是將積垢水管置于波導管的微波場內(nèi)，波導管輸出口設(shè)有滑動調(diào)節(jié)短路面，積垢水管中設(shè)置有金屬微波場激勵器。所述波導管可采用槽波導，將積垢水管置于槽波導諧振腔中，所述波導管也可采用圓波導，圓波導側(cè)壁開有線槽孔，將積垢水管置于線槽孔外側(cè)平行接觸相對。
文檔編號B08B7/00GK2860636SQ20052007761
公開日2007年1月24日 申請日期2005年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月11日
發(fā)明者張兆勇 申請人:南京普眾科技有限責任公司