微波氣體裂解裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種微波氣體裂解裝置，用于醫療垃圾處理，其包括一穩定電源、磁控管、激勵腔、電磁鐵、高穩信號源、四端環形器、波導轉換器、等離子體發生器、氣體流量調節器及吸收負載，穩定電源、磁控管、電磁鐵及激勵腔構成一微波能發生器，提供等離子產生所需的微波功率；高穩信號源用于提供穩定的2450MHz微波信號并通過四端環形器注入磁控管，磁控管的振蕩頻率被所注入信號頻率控制，并輸出微波能至所述等離子體發生器；波導轉換器設置在所述四端環形器的第三端口與等離子體發生器之間，用于微波能輸出功率的轉換，氣體流量調節器與所述等離子體發生器連接，用于調節進入等離子體發生器的氣體流量；磁控管為一低外觀品質因數的磁控管。
【專利說明】微波氣體裂解裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及微波設備【技術領域】，具體而言涉及一種醫療垃圾微波處理設備的微波氣體裂解裝置，用于垃圾燃燒廢氣凈化處理。

【背景技術】
[0002]目前國內外的研宄發現，在治理環境污染問題方面，微波技術具有能耗低、反應時間短、操作簡單、反應物產率增加、變廢為寶等優點，引起各國科研機構和企業的研宄熱情。
[0003]微波等離子體炬是一種很重要的等離子體發生形式，用微波電磁能量產生等離子體，相比電極放電，不存在電極的蒸發污染問題，等離子體的生成空間不受電極間隙的限制，而且產生的等離子體和能量源分離，可以實現大氣壓開放式等離子體。這些優勢使得微波等離子體在工業應用中越來越廣泛。
[0004]等離子體火炬系統處理垃圾燃燒后的尾氣，可對尾氣中的二噁英等有害氣體有效電離，消除減少廢氣中的有害氣體成分，降低醫療廢棄物焚燒對大氣造成的二次污染。然而，微波等離子體技術和推廣和應用，受到微波能發生器對微波等離子穩定工作的影響，效率和可靠性方面存在一定的問題。例如，等離子體火炬系統微波能不穩定，多數都需要借助三螺釘調配器調節等離子體發生器阻抗相位匹配，微波效率低；功率密度不集中，裂解氣體相對單一，無法根據氣體和氣體量變化自主功率調節。
實用新型內容
[0005]本實用新型目的在于提供一種新型的微波氣體裂解裝置，解決垃圾焚燒產生的有害氣體凈化問題，采用注入鎖頻技術解決微波等離子體系統效率低、等離子火炬不穩定問題。
[0006]本實用新型的上述目的通過獨立權利要求的技術特征實現，從屬權利要求以另選或有利的方式發展獨立權利要求的技術特征。
[0007]為達成上述目的，本實用新型所采用的的技術方案如下:
[0008]一種微波氣體裂解裝置，包括一穩定電源、磁控管、激勵腔、電磁鐵、高穩信號源、四端環形器、波導轉換器、等離子體發生器、氣體流量調節器以及吸收負載，其中:
[0009]所述穩定電源作為一微波電源，與所述磁控管連接，所述磁控管以及電磁鐵固定在所述激勵腔上，所述穩定電源、磁控管、電磁鐵及激勵腔構成一微波能發生器，提供等離子產生所需要的微波功率；
[0010]所述四端環形器具有四個端口，第一端口與所述高穩信號源連接，第二端口與所述激勵腔連接，第三端口經由所述波導轉換器與所述等離子體發生器連接，第四端口與所述吸收負載連接；
[0011]所述吸收負載用于吸收反射功率；
[0012]所述高穩信號源用于提供穩定的2450MHz微波信號并通過所述四端環形器將2450MHz微波信號注入所述磁控管，該磁控管的振蕩頻率被所注入信號頻率控制，并輸出微波能至所述等離子體發生器；
[0013]所述波導轉換器設置在所述四端環形器的第三端口與所述等離子體發生器之間，用于微波能輸出功率的轉換，即將磁控管輸出的功率從TElO模式轉換至等離子體發生器的工作模式TEll ；
[0014]所述氣體流量調節器與所述等離子體發生器連接，用于調節進入等離子體發生器的氣體流量；
[0015]所述磁控管為一低外觀品質因數的磁控管，其外觀品質因數取值在100?120，且頻率在2450MHz±2.5MHz，連續波輸出功率彡15kW。
[0016]進一步的實施例中，所述四端環形器的第三端與所述波導轉換器之間還設置有一定向耦合器，該定向耦合器還連接有一功率檢測器，用于監測微波能發生器的輸入功率和反射功率。
[0017]進一步的實施例中，所述高穩信號源為一個固態注入源，其注入功率多200W，頻率為2450MHz且功率穩定度為土 1W。
[0018]進一步的實施例中，所述穩定電源的紋波系數< 1%。
[0019]進一步的實施例中，所述激勵腔為標準BJ-22型激勵腔。
[0020]由以上本實用新型的技術方案可知，本實用新型提出的微波氣體裂解裝置，與現有技術相比，其顯著效果在于:
[0021]1、本實用新型的氣體裂解裝置采用注入鎖頻技術，實現微波能發生器穩定功率輸出；
[0022]2、采用四端環形器設計，有效減弱反饋功率對微波能發生器產生影響，保障微波能發生器的穩定工作；
[0023]3、采用注入鎖頻技術和四端環形器作為微波等離子體火炬的功率源和輸能系統，微波能利用效率高，等離子體火炬穩定，便于工業推廣應用；
[0024]4、氣體流量調節器可根據進氣量自主調節微波功率，一方面提高微波能利用效率，另一方面利于等離子體火炬的穩定工作；
[0025]5、采用微波能進行氣體裂解，可提高氣體凈化程度，有效控制垃圾焚燒造成的二次污染。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本實用新型一實施方式微波氣體裂解裝置的結構示意圖。
[0027]圖2為本實用新型另一實施方式的微波氣體裂解裝置的結構示意圖。
[0028]圖3為前述圖1、圖2實施例中激勵腔、磁控管及電磁鐵的安裝示意圖。
[0029]圖4為圖1或2實施例中磁控管的一個示例性結構示意圖。
[0030]圖5為圖4實施例中腔體組合的結構示意圖。
[0031]圖6為圖4實施例中腔體組合另一方向的結構示意圖。
[0032]圖7為圖4實施例中輸出窗組合的結構示意圖。
[0033]圖8為圖4實施例中引線組合的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0034]為了更了解本實用新型的技術內容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。
[0035]圖1所示為本實用新型一實施方式微波氣體裂解裝置的結構示意，其中，一種微波氣體裂解裝置，包括一穩定電源101、磁控管102、激勵腔103、電磁鐵104、高穩信號源105、四端環形器106、波導轉換器107、等離子體發生器108、氣體流量調節器109以及吸收負載110。
[0036]本實施例中，前述穩定電源101作為一微波電源，與磁控管102連接，如圖3所示，磁控管102以及電磁鐵104固定在激勵腔103上，穩定電源101、磁控管102、電磁鐵103及激勵腔104構成一微波能發生器，提供等離子產生所需要的微波功率。
[0037]激勵腔103為標準BJ-22型激勵腔。
[0038]本實施例中，所述穩定電源101為磁控管102的微波電源，其優選的紋波系數(即穩定度)(1%。
[0039]前述四端環形器106具有四個端口，如圖1所示，第一端與高穩信號源105連接，第二端與激勵腔103連接，第三端經由波導轉換器107與等離子體發生器108連接，第四端與吸收負載110連接。本實施例中，前述吸收負載用110于吸收反射功率。
[0040]高穩信號源105用于提供穩定的2450MHz微波信號并通過四端環形器106將2450MHz微波信號注入磁控管102，該磁控管102的振蕩頻率被所注入信號頻率控制，并輸出微波能至等離子體發生器108，以激發等離子體。
[0041]本實施例中，前述高穩信號源105所提供的穩定的2450MHz微波信號為一連續波，作為優選的實施方式，高穩信號源105為一個固態注入源，其注入功率多200W，頻率為2450MHz且功率穩定度為土 1W。
[0042]如圖1所示，前述微波能發生器(穩定電源101、磁控管102、激勵腔103、電磁鐵104)與高穩定信號源105、四端環形器106、吸收負載110構成一注入鎖頻磁控管。
[0043]波導轉換器107設置在四端環形器106的第三端與等離子體發生器108之間，用于微波能輸出功率的轉換，即將磁控管102輸出的功率從TElO模式轉換至等離子體發生器108的工作模式TElI。
[0044]本實施例中，前述氣體流量調節器109與等離子體發生器108連接，用于調節進入等離子體發生器的氣體流量。
[0045]本實施例的磁控管102為一低外觀品質因數的磁控管，其外觀品質因數取值在100?120，且頻率在2450MHz±2.5MHz，連續波輸出功率彡15kW。如圖4所示為低外觀品質因數磁控管的一個示例，將在下面做具體說明。當然，本實施例所列出的該結構不致對本實用新型構成限制，本實用新型也可以采用現有市場上其他結構的磁控管，只要其外觀品質因數、頻段和輸出功率滿足前述條件即可。
[0046]前述磁控管102采用2450MHz的磁控管，例如:5KW/2450MHz注入鎖頻磁控管，15KW/2450MHZ注入鎖頻磁控管，20KW/2450MHz注入鎖頻磁控管，30KW/2450MHz注入鎖頻磁控管。這些所選用的磁控管的功率不同，其對等離子體發生器所產生的等離子體的密度產生影響。
[0047]下述圖4實施例中所示出的磁控管為15KW/2450MHZ的磁控管。
[0048]如圖2所示為本實用新型另一實施方式的微波氣體裂解裝置的結構示意，其中，微波氣體裂解裝置，包括一穩定電源201、磁控管202、激勵腔203、電磁鐵204、高穩信號源205、四端環形器206、波導轉換器207、等離子體發生器208、氣體流量調節器209以及吸收負載210。
[0049]參考圖1所示的實施例及上述對各部件的說明，本實施例中的穩定電源201、磁控管202、激勵腔203、電磁鐵204、高穩信號源205、四端環形器206、波導轉換器207、等離子體發生器208、氣體流量調節器209以及吸收負載210，其作用、功能和連接方式與圖1實施例相同。
[0050]較上述圖1實施方式，本實施例中，所述四端環形器206的第三端與所述波導轉換器207之間還設置有一定向耦合器211，該定向耦合器211還連接有一功率檢測器212 (市購)，用于監測前述微波能發生器的輸入功率和反射功率。
[0051]如圖4所示，磁控管(102、103)包括腔體組合1、輸出窗組合2、引線組合3和散熱器4。
[0052]如圖5，結合圖6所示，腔體組合I由以下部分組成:圓柱形腔體Ia ;位于圓柱形腔體內的并呈瓣狀分布的多個腔體翼片Ib (如圖5、6)，腔體翼片的水路結構構成V型水路冷卻結構；設置在圓柱形腔體外周的水冷套lc，水冷套內圍繞所述圓柱形腔體設有帶孔的隔水環Id ;設置在圓柱形腔體內部兩端、用于增加模式分割度的大、小隔型帶(大隔型帶le、小隔型帶If)，大隔型帶Ie位于小隔型帶If的外周并具有一間隙(如圖6);插入所述水冷套內并用于冷卻水注入和排出的水管Ig ;以及連接在腔體翼片上的輸出天線lh。
[0053]所述輸出窗組合2與腔體組合I的一端連接并形成密封結構，所述輸出天線Ih的另一端位于所述輸出窗組合2的內部并且不接觸輸出窗組合2的內壁.
[0054]腔體組合I的另外一端與所述引線組合3焊接，所述引線組合3上遠離腔體組合I的位置焊接有散熱器4。
[0055]作為可選的實施方式，引線組合3與輸出窗組合2分別用大電流釬焊焊接在腔體組合I的兩端，經過排氣后將排氣管封離，并用高溫錫焊將散熱器4焊接在引線組合上。
[0056]如圖5和圖6所示，大、小隔型帶表面鍍銀后與腔體2a焊接。輸出天線2h通過銀銅焊料與腔體Ia焊接。隔水環Id焊接在腔體Ia與水冷套Ic之間，水冷套Ic焊接在腔體Ia外面，水管Ig焊接在隔水環Id的孔內。
[0057]如圖5和圖6所示，作為可選的實施方式，所述腔體翼片Ib在沿所述瓣狀分布方向的內部形成有狹孔，所述腔體翼片之間的狹孔與所述水冷套構成水冷卻通道用于對磁控管進行散熱，且相鄰腔體翼片Ib之間的狹孔構成所述V型水路冷卻結構。
[0058]如圖6所示，結合圖4和圖5，所述水管Ig包括進水管Ig-1和出水管lg_2，進水管Ig-1插入所述水冷套Ic內并延伸穿過所述隔水環ld，所述出水管lg-2插入所述水冷套Ic并向內延伸至不超過所述隔水環的位置。如此設計，可保證充分的冷卻水循環，增強水冷的效果。
[0059]作為優選的實施方式，參考圖5和圖6所示，對于輸出天線Ih與大隔型帶的間距le，輸出天線Ih與大隔型帶Ie的間隙，該距離控制在Omm?0.4_時，對外觀品質因數(即Qe值)的影響較小，而且跳模的可能性比較小。
[0060]作為優選的實施方式，如圖5所示，大隔型帶Ie與小隔型帶If之間的距離值控制在一定的范圍內，對磁控管的性能有較大的影響，尤其是中心頻率和易打火情況。經過大量的試驗數據發現，大隔型帶Ie與小隔型帶If之間的間隙距離控制在0.7mm?0.8mm之間時，滿足對磁控管的性能要求及外觀品質因數的要求。
[0061]為增強微波能的輸出效率，本實施例中采用軸向天線輸出結構，作為優選的實施方式，所述輸出天線的直徑值在4.5mm?5.5mm，所述輸出天線在伸出所述腔體的高度值在39mm?41mm。試驗表明，利用該直徑范圍和高度范圍的輸出天線，可保證微波能的輸出效率，并且對外觀品質因數的影響較小。
[0062]如圖7所示，本實施例中，所述輸出窗組合2包括蓋2a和輸出窗2b，輸出窗2b為陶瓷材料制作成一 U形狀結構，該U形結構的開口與蓋2a連接，所述蓋2a與一下級靴5連接形成密封結構，結合圖1所述，所述輸出天線Ih的一端與腔體翼片Ib連接，其另一端伸入該U形結構的開口內部。
[0063]如圖8所示，本實施例中，所述引線組合3包括引線桿3a、屏蔽帽3b、燈絲3c、上級靴3d、扼流筒3e、支持筒3f、定位瓷3g、瓷筒3h、上蓋3i以及排氣管3j，其中:所述屏蔽帽3b、燈絲3c、上級靴3d、扼流筒3e、支持筒3f、定位瓷3g、瓷筒3h、上蓋3i圍繞所述引線桿3a設置并以該引線桿3a為中心線，所述燈絲3c位于兩個屏蔽帽3b之間，所述一個屏蔽帽3b卡在所述上級靴3d上，上級靴3d的另一側依次固定安裝扼流筒3e、支持筒3f以及位于其內部的定位瓷3g，所述瓷筒3h與支持筒3f連接，所述上蓋3i位于瓷筒3h的另一端，所述排氣管3j伸出所述上蓋3i。
[0064]作為可選的實施方式，上蓋3i用銀銅焊料焊接在瓷筒3h上端；排氣管3 j用銀銅焊料焊在上蓋3i的孔內；支持筒3f用銀銅焊料焊在瓷筒3h的下端，其另一端用銀銅焊料與上極靴3d焊接在一起；位于支持筒3f內部，燈絲3c用氬弧焊焊接在屏蔽帽3b內部，位于上極靴3d的下端。
[0065]雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本實用新型。本實用新型所屬【技術領域】中具有通常知識者，在不脫離本實用新型的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本實用新型的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。
【權利要求】
1.一種微波氣體裂解裝置，其特征在于，包括一穩定電源、磁控管、激勵腔、電磁鐵、高穩信號源、四端環形器、波導轉換器、等離子體發生器、氣體流量調節器以及吸收負載，其中: 所述穩定電源作為一微波電源，與所述磁控管連接，所述磁控管以及電磁鐵固定在所述激勵腔上，所述穩定電源、磁控管、電磁鐵及激勵腔構成一微波能發生器，提供等離子產生所需要的微波功率； 所述四端環形器具有四個端口，第一端口與所述高穩信號源連接，第二端口與所述激勵腔連接，第三端口經由所述波導轉換器與所述等離子體發生器連接，第四端口與所述吸收負載連接； 所述吸收負載用于吸收反射功率； 所述高穩信號源用于提供穩定的2450MHZ微波信號并通過所述四端環形器將2450MHz微波信號注入所述磁控管，該磁控管的振蕩頻率被所注入信號頻率控制，并輸出微波能至所述等離子體發生器； 所述波導轉換器設置在所述四端環形器的第三端口與所述等離子體發生器之間，用于微波能輸出功率的轉換，即將磁控管輸出的功率從TElO模式轉換至等離子體發生器的工作模式TEll ； 所述氣體流量調節器與所述等離子體發生器連接，用于調節進入等離子體發生器的氣體流量； 所述磁控管為一低外觀品質因數的磁控管，其外觀品質因數取值在100?120，且頻率在2450MHz±2.5MHz，連續波輸出功率彡15kW。
2.根據權利要求1所述的微波氣體裂解裝置，其特征在于，所述四端環形器的第三端與所述波導轉換器之間還設置有一定向耦合器，該定向耦合器還連接有一功率檢測器，用于監測微波能發生器的輸入功率和反射功率。
3.根據權利要求1所述的微波氣體裂解裝置，其特征在于，所述高穩信號源為一個固態注入源，其注入功率多200W，頻率為2450MHz且功率穩定度為±1W。
4.根據權利要求1所述的微波氣體裂解裝置，其特征在于，所述穩定電源的紋波系數
5.根據權利要求1所述的微波氣體裂解裝置，其特征在于，所述激勵腔為標準BJ-22型激勵腔。
6.根據權利要求1所述的微波氣體裂解裝置，其特征在于，所述磁控管包括腔體組合、輸出窗組合、引線組合和散熱器，其中: 所述腔體組合由以下部分組成:圓柱形腔體；位于圓柱形腔體內的并呈瓣狀分布的多個腔體翼片，腔體翼片的水路結構構成V型水路冷卻結構；設置在圓柱形腔體外周的水冷套，水冷套內圍繞所述圓柱形腔體設有帶孔的隔水環；設置在圓柱形腔體內部兩端、用于增加模式分割度的大、小隔型帶，大隔型帶位于小隔型帶的外周并具有一間隙；插入所述水冷套內并用于冷卻水注入和排出的水管；以及連接在腔體翼片上的輸出天線； 所述輸出窗組合與腔體組合的一端連接并形成密封結構，所述輸出天線的另一端位于所述輸出窗組合的內部并且不接觸輸出窗組合的內壁； 腔體組合的另外一端與所述引線組合焊接，所述引線組合上遠離腔體組合的位置焊接有散熱器。
7.根據權利要求6所述的微波氣體裂解裝置，其特征在于，所述腔體翼片在沿所述瓣狀分布方向的內部形成有狹孔，所述腔體翼片之間的狹孔與所述水冷套構成水冷卻通道，且相鄰腔體翼片之間的狹孔構成所述V型水路冷卻結構； 所述水管包括進水管和出水管，進水管插入所述水冷套內并延伸穿過所述隔水環，所述出水管插入所述水冷套并向內延伸至不超過所述隔水環的位置； 所述輸出窗組合包括蓋和輸出窗，輸出窗為陶瓷材料制作成一 U形狀結構，該U形結構的開口與蓋連接，所述蓋與一下級靴連接形成密封結構，所述輸出天線的一端與腔體翼片連接，其另一端伸入該U形結構的開口內部； 所述引線組合包括引線桿、屏蔽帽、燈絲、上級靴、扼流筒、支持筒、定位瓷、瓷筒、上蓋以及排氣管，其中:所述屏蔽帽、燈絲、上級靴、扼流筒、支持筒、定位瓷、瓷筒、上蓋圍繞所述引線桿設置并以該引線桿為中心線，所述燈絲位于兩個屏蔽帽之間，所述一個屏蔽帽卡在所述上級靴上，上級靴的另一側依次固定安裝扼流筒、支持筒以及位于其內部的定位瓷，所述瓷筒與支持筒連接，所述上蓋位于瓷筒的另一端，所述排氣管用銀銅焊料焊在上蓋的孔內并伸出所述上蓋。
8.根據權利要求6所述的微波氣體裂解裝置，其特征在于，所述大隔型帶與小隔型帶之間的距離值在0.7mm?0.8mm。
9.根據權利要求6所述的微波氣體裂解裝置，其特征在于，所述輸出天線的直徑值在4.5mm?5.5mm，所述輸出天線在伸出所述腔體的高度值在39mm?41mm，所述輸出天線與大隔型帶的間距值為Omm?0.4mm。
【文檔編號】F23G7/06GK204201908SQ201420498022
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年8月29日 優先權日:2014年8月29日
【發明者】康新蕾, 張偉燕, 劉友春, 李斌, 王法禮, 金超 申請人:南京三樂微波技術發展有限公司