专利名称：净化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种净化空气和水的装置，可以处理广谱污染物，特别是涉及一种采用微波能量产生等离子来净化空气和水的装置。
背景技术：
细菌悬浮在空气中，附着在悬浮液滴或其它诸如灰尘颗粒等中间介质上，很难通过紫外线照射的方法完全消毒。在封闭环境中，空气的流动有助于细菌的扩散，并且在某些特定的情况下，加速了细菌的繁殖。空气中或水雾中带有的细菌和微生物会给健康带来危害，这一点是公知的。目前，只能采取化学或生物化学的方法来处理它们。现有的药物不能完全防治这些对健康的危害，流感病毒就是一个例证。在未知细菌的情况下就更难防治。这些细菌在空气中产生，由微液滴(液滴核形成菌落)或灰尘颗粒携带，会被人吸入肺中。
人们己经研究了一些改善空气和水的质量并减少灰尘颗粒的方法和技术，特别是针对现代化工厂中的清洁空间的方法和技术。这些技术是基于化学处理和/或物理过滤。相反，研究人员并没有对于去除微生物和纳米有机物的空气净化方法和技术给予太大的关注。现有的一些医学手段可以处理已知的细菌，有些可以用来防止已知细菌与活体细胞反应。某些导致疾病传染的细菌，即使它们的结构和特点都是已知的，医学上仍然没有有效的防治方法。一个典型的例子就是普通流感。
和许多其它活的有机生物一样，细菌通过细胞结构和特征的变异来不断进化。用科学的方法证明这种现象并找到切实可行的治疗方法仍然需要相当长的时间。空气和水携带的附着在飞沫或颗粒上的细菌在封闭的环境里传播时会致病。等离子的方法和技术有助于降低封闭环境中的细菌浓度。无论细菌的种类、化学、物理或生物特性如何，等离子技术都能起到作用。
目前有各种不同的产生等离子的技术和方法。由于工作过程中发生的电极腐蚀现象，直流等离子排放是不稳定的。若工作过程中在大气压下而非受控的真空状态下，不稳定的情况更严重。研究人员开发了无线射频等离子技术来克服直流等离子技术的缺点，但是这类技术又存在介电排放污染的问题，这在工作过程中会引起等离子的渐进不均匀性。
这种不均匀性在操作时处于大气压状态而非受控真空状态下时会更加严重。
尽管已研究出各种各样水净化方法和技术，但没有一种声称在不将水温升高到某一程度(70℃以上或至沸腾)即可以杀死或抑制细菌的。其它用紫外线消毒的方法较慢而且无法在较高的水流情况下实施。采用微波能量的电磁辐射是非电离辐射，可以杀死或抑制水流中的细菌而不会将水温提升到太高温度。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服或基本上解决上述的现有技术中的问题，提供一种利用等离子降低室内空气中的颗粒和细菌来净化水和空气的装置。
为实现上述目的，本发明提供一种净化空气和水的装置，包括微波供应源；微波能量脉动控制器，与该微波供应源连接；圆柱形微波空腔谐振器，与该微波供应源连接；空气入口，与该圆柱形微波空腔谐振器相连通；和空气出口，与该圆柱形微波空腔谐振器相连通。
在一个优选方案中，圆柱形微波空腔谐振器包括微波能量输入腔和微波反应器腔。微波反应器腔可以含有耐火陶瓷微波半透明模，其具有空气循环的通道和用于气体流出的过滤喷嘴。在本实用新型的一个方面，上述通道是螺旋形通道。
优选地，所述通道包括玻璃材料构成的直管。
在另一个优选方案中，所述圆柱形微波空腔谐振器包括微波能量输入腔，等离子成形腔和后处理腔。
本实用新型的装置还可以包括多个校准的空气入口孔，对称地布置在能产生稳定的等离子转子运动和平稳的等离子排放的方向。
优选地，等离子成形腔包含陶瓷/碳纤维网和多个等离子诱发体注入孔，对称地布置在能将适当的气体引入等离子成形腔而激发等离子的位置上。
优选地，该装置还包括将后处理介质喷入后处理腔的后处理进给孔。
本实用新型的装置上，该装置还包括至少三个校准空气入口孔和诱发体进给孔，均匀分布在等离子成形腔的圆柱壁上，在连接点上沿切线同时为顺时针或逆时针方向，注入空气及诱发体，在等离子成型腔内产生稳定的转子等离子体。
优选地，该装置还包括一个或多个直接接合于圆柱形微波能量输入腔的矩形波导管发射器，以减少微波能量损失及产生横向磁场谐振模式或横向电场谐振模式微波谐振，诱发等离子体产生，从而处理进入的污染空气。
优选地，该装置等离子成形腔具有空气输入孔，采用耐火陶瓷微波透明隔板与微波能量输入腔隔开，并且含有定位等离子区域的陶瓷/碳纤维网，该装置还采用穿孔铅板和出口侧的交叉穿孔铅板使后处理腔与等离子成形腔隔开，使得处理后的空气可以流出。
本实用新型采用微波谐振的原理产生等离子，可以高效地杀灭各种细菌，净化水和空气。
下面参照附图描述本实用新型，其中图1示出本实用新型采用大气压下微波能量产生空气等离子发生器(MAPR)的结构方框图；图2示出本实用新型采用微波谐振发生器(MRA)的结构方框图；图3示出了本实用新型采用大气压下微波能量产生空气等离子发生器-圆柱形微波空腔谐振器(MAPR-CMCR)的实施例的局部剖面示意图；图4示出了用于激发横向磁场谐振模式(TM kmn)的微波波导管；图5示出了用于激发横向电场谐振模式(TE kmn)的微波波导管；图6示出了用于诱发体A-A和推进剂的校准孔位置的截面图；图7示出了相对于A-A截面的校准孔方位的截面图(B-B)；图8示出了本实用新型采用微波谐振发生器-圆柱形微波空腔谐振器(MRA-CMCR)的实施例装置的局部剖视图。
具体实施方式
本实用新型采用微波谐振发生器(MRA)和大气压下微波能量产生空气等离子发生器(MAPR)来净化空气的装置。
在图1和2中示出了本实用新型装置不同实施例的结构，基本上都包括一个或多个微波供应源(磁控管、调速管、回旋管等)，微波能量脉动控制器，圆柱形微波空腔谐振器(CMCR)，空气入口和出口。
图3示出了MAPR-CMCR的各种组件，包括微波供应源1，矩形波导2，微波能量输入腔3，微波反射铅板4，微波透明隔板5，等离子成形腔6，空气入口孔7，诱发体进给孔8，密封网状观察窗9，陶瓷/碳纤维网18，微波反射穿孔隔板10，后处理腔11，后处理进给入口12和多孔空气出口铅板13。矩形开口14，可调发射调谐器15和可调空腔调谐器16使微波场优化，并提高MAPR-CMCR的质量因数(Q因数)。
MAPR-CMCR分成三个腔微波能量输入腔、等离子成形腔和后处理腔。当微波能量输入腔提供微波能量时，等离子成形腔提供稳定等离子的成形，这是因为a)在各腔中都存在着微波电场强度，陶瓷/碳纤维网有助于激发等离子。
b)在等离子成形腔中，低压的等离子诱发体先于大气压空气刺激稳定的等离子形成。
c)一旦形成，等离子出口腔中的等离子由低功率源来保持，不允许空气在微波能量输入腔形成等离子。
MAPR-CMCR的直径(D)和长度(L)取决于微波供应源的工作频率和激励的谐振模式。
不采用诱发气体形成等离子的其中一个方法是采用高频率周期的微波功率脉动单元。
等离子成形腔(ID体积)包括至少三个校准的诱发体进给孔，引入气态诱发体，用于开始MAPR-CMCR的电离过程并形成稳定的足以维持等离子排放的等离子转子运动。后处理腔可以包括后处理进给入口，让用于中和危害健康的副产品、有害的气味其它残留物的后处理媒体通过。
与微波供应源相联的波导2连接在微波能量输入腔，直接附着在圆柱形壁上。微波供应源与波导相连。距离(1/4)取决于微波供应源的工作频率，其中1为波长。微波供应源可以包括冷却系统(图中未示出)，用于微波传送的波导可以由同轴传送系统替换。
图4和5示出了用于TM kmn和TE kmn模式的波导。孔接头和波导直接连接在微波能量输入腔的圆柱形壁上，并提供如下的可能a)产生不同种谐振模式(横向电埸(TE)和/或横向磁场(TM))，它们会影响处理后形成危害健康的副产品、有害气味或它残留物的潜在能力。
b)减少微波功率损失。
c)简化MAPR-CMCR装置。
d)降低制造成本。
图6示出了等离子出口腔和三个就位的校准孔的截面图(A-A)。为了保持稳定的等离子排出量，气流应在等离子出口腔中旋转。校准孔的直径必须相对于诱发气体的流速、微波供应源的功率水平、不同原子/分子诱发气体的等离子参数(离子浓度，电离率等)优化。
图7示出校准空气入口孔的截面(B-B)，这些孔与等离子输出腔的圆柱形壁相切，并与A-A截面的夹角为a。这一构型使等离子在等离子成形腔中旋转，被处理的空气通过后处理腔中的微波反射穿孔隔板而顺利逸出。
图8示出MRA-CMCR的基本组件，包括微波供应源1，矩形波导2，微波能量输入腔3，微波反射铅板4，微波反应器腔6，空气入口孔7和空气出口孔17。矩形开口14，可调发射调谐器15和可调空腔调谐器16使微波场优化并提高MRA-CMCR的质量因子(Q因子)。
MRA-CMCR分成两个腔微波能量输入腔和微波反应器腔。微波能量输入腔提供微波能量，微波反应器腔提供均匀的微波场强度。微波反应器腔被耐火陶瓷微波半透明模充满，其具有螺旋形的通道，使水和空气循环而导向过滤喷嘴，让处理后的空气流出。
MRA-CMCR的直径(D)和长度(L)取决于微波供应源的工作频率和激励的谐振模式。
形成均匀微波场的方法是采用高频周期的微波功率脉动装置。
空气出口孔可以为拉伐尔(Laval)设计，并且可以包括后处理进给入口，通入用于中和危害健康的副产品、有害的气味或其它残留物的后处理介质通。
与微波供应源相联的波导2连接在微波能量输入腔，直接附着在圆形壁上。微波供应源与波导相连。距离(1/4)取决于微波供应源的工作频率，其中1为波长。微波供应源可以包括冷却系统(图中未示出)。
应该明白的是，对本领域普通技术人员而言为顕而易见的变形并不认为超出了本发明的范围。例如，作为上述陶瓷/碳纤维网的替代品，也可以采用简单的点火器用来激发等离子。
权利要求1.一种净化装置，其特征在于，包括微波供应源；微波能量脉动控制器，与该微波供应源连接；圆柱形微波空腔谐振器，与该微波供应源相连接；空气入口，与圆柱形微波空腔谐振器相连通；和空气出口，与该圆柱形微波空腔谐振器相连通。
2.如权利要求1所述的净化装置，其特征在于，所述圆柱形微波空腔谐振器包括微波能量输入腔和微波反应器腔。
3.如权利要求2所述的净化装置，其特征在于，所述微波反应器腔含有耐火陶瓷微波半透明模，其具有空气循环的通道和用于气体流出的过滤喷嘴。
4.如权利要求3所述的净化装置，其特征在于，所述通道是螺旋形通道。
5.如权利要求3所述的净化装置，其特征在于，所述通道包括玻璃材料构成的直管。
6.如权利要求1所述的净化装置，其特征在于，所述圆柱形微波空腔谐振器包括微波能量输入腔，等离子成形腔和后处理腔。
7.如权利要求6所述的净化装置，其特征在于，空气入口包括多个校准的空气入口孔，对称地布置在能产生稳定的等离子转子运动和平稳的等离子排放的方向。
8.如权利要求6所述的净化装置，其特征在于，等离子成形腔包含陶瓷/碳纤维网和多个等离子诱发体进给孔，对称地布置在将气体引入等离子成形腔而激发等离子的位置上。
9.如权利要求6所述的净化装置，其特征在于，还包括将后处理介质喷入后处理腔的后处理进给孔。
10.如权利要求7所述的净化装置，其特征在于，包括至少三个分别注入空气及诱发体而在等离子成型腔内产生稳定的转子等离子体的校准空气入口孔和诱发体进给孔，均匀分布在等离子成形腔的圆柱壁上，在连接点上沿切线同时为顺时针或逆时针方向。
11.如权利要求7所述的净化装置，其特征在于，还包括一个或多个减少微波能量损失及产生横向磁场谐振模式或横向电场谐振模式微波谐振的矩形波导管发射器，直接接合于圆柱形微波能量输入腔。
12.如权利要求6所述的净化装置，其特征在于，还包括同轴传输系统。
13.如权利要求6所述的净化装置，其特征在于，等离子成形腔具有空气输入孔，采用耐火陶瓷微波透明隔板与微波能量输入腔隔开，并且含有定位等离子区域的陶瓷/碳纤维网，该装置采用穿孔铅板和出口侧的交叉穿孔铅板将后处理腔与等离子成形腔隔开。
专利摘要本实用新型提供了一种采用微波能量产生等离子来净化空气和水的装置，包括微波供应源；微波能量脉动控制器，与该微波供应源连接；圆柱形微波空腔谐振器，与该微波供应源相连接；空气入口，与圆柱形微波空腔谐振器相连通；和空气出口，与该圆柱形微波空腔谐振器相连通。本实用新型采用了微波谐振原理，利用了圆柱形微波空腔谐振器在大气压力下工作，用于开放的或密封的空气循环系统。本实用新型可以与空气冷却或加热系统结合使用。
文档编号C02F1/48GK2912644SQ20062000305
公开日2007年6月20日 申请日期2006年1月23日 优先权日2005年1月27日
发明者李锡勋, 方湛樑, 程明锦, 伊莱亚斯·苏莱斯, 亚历山大·陶布 申请人:香港生产力促进局