CN102285707A - 利用可调节磁场强度和波形来生成高频电磁场的设备以及包括该设备的水净化系统 - Google Patents

利用可调节磁场强度和波形来生成高频电磁场的设备以及包括该设备的水净化系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有可调节磁场强度和波形的用于生成高频电磁场的设备和包括该设备的水净化系统。该用于生成高频电磁场的设备包括：用户输入单元，用户可以向该用户输入单元输入；量子场发生器，用于生成高压量子场，该高压量子场能够调节输出电压；波发生器，用于生成具有可变波形的高频信号，并与量子场相匹配；高频输出单元，用于扫描匹配的高频量子场；以及控制器，控制来自所述量子场发生器的输出电压和来自所述波发生器的输出频率的幅值。从而，本发明提供了用于利用超高电压以低成本生成高频电磁场的设备，该设备能够根据污染物的特性有效处理污水，并且不用害怕二次污染。

Description

利用可调节磁场强度和波形来生成高频电磁场的设备以及包括该设备的水净化系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2010年6月4日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2010-0052633的优先权，该申请公开的内容作为参考被合并与此。
技术领域
本发明涉及一种用于生成高频电磁场的设备以及包括该设备的水净化系统。
背景技术
通常，污水处理技术被分为生物工艺、化学工艺和物理工艺等。而且，污水处理技术可以被分为第一、第二和第三工艺等。第一工艺是物理工艺，以及第二工艺是化学或生物工艺。并且高级的第三工艺可以是物理、化学和生物工艺中任意一者。
最近，先进的氧化方法作为高级的污水处理方法被关注。该方法(一般的物理工艺中的一种)是使用氧化-还原反应来处理污水中的污染物。
虽然使用先进的氧化方法的一般的污水处理方法具有复杂结构的设备，但是根据污染物的类型和特征该工艺是不变的和相同的。所以，虽然成本很高，但是不太有效。
而且，需要关注随着在超声波中降解的污染物在一些高频波的范围内重组而增加了不可降解性。
所以，需要某类型的设备，该设备不存在产生二次污染物的危险并能用合理的成本来有效处理污水。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于生成高频电磁场的设备，该设备能够根据污染物的特征来调整对降解性产生直接影响的磁场强度和频率，以及提供具有该设备的水净化系统。
本发明的另一个目的是利用合理的成本提供一种用于生成高频电磁场的设备，该设备不存在产生二次污染物的危险，以及提供具有该设备的水净化系统。
上述目的可以通过以下设备来达到，该设备包括：用户输入单元；量子场发生器，用于生成高压量子场，该量子场能够调节输出电压；波发生器，用于生成具有可变波形的高频信号，并将高频信号与量子场发生器相匹配；高频输出单元，用于扫描匹配的高频量子场；以及控制器，控制对应于用户输入单元的输入来自量子场发生器的输出电压和来自波发生器的输出频率的水平。
其中，用户输入单元包括选择装置，该选择装置能够选择污染物的类型；所述控制器提前保存对应于污染物的特征的关于输出电压和高频信号的输出频率的水平的数据，并通过读取对应于用户输入单元的输入的数据来输出控制信号到量子场发生器和波发生器。
而且，其中量子场发生器包括：初级电源；可变电压发生器，用于根据控制器的控制信号来改变由初级电源生成的电压并输出改变的电压；高压转换单元，用于将改变的电压转换成高压；以及电压倍增整流电流单元，用于通过对改变的高压进行整流和倍增来生成所需的量子场。
而且，其中，所述可变电压发生器使用滑动式变压器在0到220V的范围内改变和输出电压，高压转换单元在0到10kV的范围内改变和输出电压，以及电压倍增整流电路单元在0到40kV的范围内改变和输出电压。
而且，其中波发生器包括：次级电源；高频可变发生器，用于根据控制器的控制信号来调节频率并输出高频信号；波放大器，用于放大由高频可变发生器输出的高频信号；以及匹配单元，用于将从波放大器输出的高频信号与电压倍增整流电路单元相匹配。
同样地，通过将高耐压电阻和电容器并联以及将二极管连接到输出单元来形成匹配单元，以及高频可变发生器在16KHz到40MHz的范围内改变和输出高频信号。
而且，包括上述设备的水净化系统还包括高频放电电极，用于对高频量子场放电；保护帽，用于保护高频放电电极；以及反应器，包括用于起气泡(air bubbling)的扩散器和地电极，该扩散器能够将放电的高频量子场从高频放电电极冒泡(bubbling)进入到污水。
附图说明
图1是示出了根据本发明的一个实施方式用于生成高频电磁场的设备的框图；
图2是示出了根据本发明的一个实施方式的量子场发生器、波发生器和高频输出单元的框图；
图3是图2的详细电路图；以及
图4是根据本发明的一个实施方式的包括图1中所示的用于生成高频电磁场的设备的水净化系统的示意图。
具体实施方式
现在将详细参考附图中所示的本发明的目前优选的实施方式。
图1是示出了根据本发明的一个实施方式用于生成高频电磁场的设备的框图。
如图1所示意性使出的，用于生成高频电磁场100的设备包括用户输入单元10、控制器20、量子场发生器30、波发生器40和高频输出单元50。
用户输入单元10用于接收来自用户的输入，具有用户接口，通过该用户接口用户能够输入或选择量子场发生器30的输出电压和波发生器40的频率。
用户输入单元10可以被构造成允许用户直接选择量子场的输出电压和频率。在另一种情况下，通过将预定电压和频率设置成多个水平，用户输入单元10可以被构造成允许用户在多个水平中选择用户想要的水平。而且，用户输入单元10还可以被构造成允许用户选择污染物的类型。
控制器20根据来自用户输入单元10的输入通过将控制信号输出到下面所述的量子场发生器30和波发生器40来控制高频电磁场发生器100的输出电压和输出频率的水平。
当用户输入单元10具有用于输出电压和频率的选择的多个水平时，控制器20保存对应于多个水平的控制值。控制值被用于控制量子场发生器30和波发生器40。在另一种情况下，控制器20提前保存波频率和电压水平的值，这能根据污染物的类型和特征来有效净化污染物。控制器20控制量子场发生器30和波发生器40来输出对应于由用户输入单元10选择的污染物的波频率和电压。
用于生成高压量子场的量子场发生器30被构造为通过控制器20的控制来调节输出电压。
用于生成高频信号并将这些信号连接到量子场发生器30的波发生器40被构造成通过控制器20的控制来调节频率。
具有高频的匹配的高压量子场被高频输出单元50扫描。
如上所述，本发明能够通过输出对应于用户选择的适于初级污染物的量子和波来合适地响应污染物的类型和特征。
图2是示出了根据本发明的一个实施方式的量子场发生器30、波发生器40和高频输出单元50的框图。图3是图2的详细电路图。
如图2中所示意性示出的，量子场发生器30包括初级电源31、可变电压发生器33、高压转换单元35和电压倍增整流电路单元37。
初级电源31通常使用商业220V、60Hz电源来给量子场发生器60供电。如图3所示，开关与保险丝连接，以避免次级电源和输出单元中发生短路。
可变电压发生器33用于根据下面所述的控制器20的控制来调节次级电压，在0V到220V的范围内改变输出电压。如图3所示，可变电压发生器33可以通过使用滑动式变压器33a来被构建，考虑到次级电压是超高电压，该滑动式变压器33a具有较小的电容。
高压转换单元35用于将可变电压发生器33的低输出电压转换成超高电压。如图3所示，具有变压器35a，初级电压220V被增加到次级电压10Kv。次级电压是可变的，通过第一滑动变压器的电压从0到10Kv被连续调节。
直接作用在磁场强度上的第二电压的水平能够是各种值，但是在该实施方式中，考虑到绝缘和安全性，其被固定为10kV。
次级电压的连续可变是最优化输出的要点。用于升压的变压器的电容由所需的磁场强度来确定。
电压倍增整流电路单元37用于通过整流和倍增电压来生成超高电磁场。如图3所示，电压倍增整流器37被设置成通过使用四倍电压整流方法利用电容器并切换具有高压和高速的二极管来倍增输出电压，输出电压可以达到40kV。通过调节第一滑动式变压器来生成在0到40kV范围内的输出电压。
在该实施方式中，齐纳二极管被应用以保护电路。当向二极管施加与PN节反向的电压时电流突然流过。齐纳效应会产生量子力学的隧道效应(tunneling effect)，其中随着反向电压变高p型半导体中的电子会穿过绝缘区域的小孔。施加的反向电压越高，隧道将会越宽。由此，电流增大，但电压保持不变。总的来说，齐纳二极管是使用如上所述的电压保持不变的现象来得到恒定电压的装置。
电压倍增整流电路单元37的电容器具有当施加DC时电荷被充电，以及当其连接到具有与所述充电电压反向的电压的电路时电荷被放电的特性。随着这些步骤快速重复，通过充电和放电引起的AC电流流过电容器的两端。
通过这些步骤在量子场发生器30生成超高量子场。
波发生器40生成可变高频信号，并将这些信号连接到量子发生器30，该量子发生器30将参考图2和图3在下面被解释。
如图2中所示，波发生器40包括次级电源41、高频可变发生器43、波放大器45和匹配单元47。
初级电源31给次级电源41供电。次级电源41将从初级电源31施加的功率转换成DC功率，并将该DC功率提供到高频可变发生器43和波放大器。如图3所示，两个恒流二极管和两个恒压二极管被设计成具有低压FET和控制晶体管的达林顿(Darlington)电路。整流AC 220V的商业功率，电路将AC 220V转换成DC 12V。所以，电路在有限电流容量的范围内使用该转换的DC功率。
高频可变发生器43用于根据上面所述的控制器20的控制通过调节频率来生成高频信号。如图3中所示，高频可变发生器43使用UJT(单结晶体管)和IC(集成电路)在16KHz到40KHz的范围内使高频振荡。
UJT具有少量漏电流和低饱和电压。而且，UJT对于温度改变很稳定。所以，包括UJT的振荡电路稳定地进行操作。
高频可变发生器43改变频率，改变连接到图3所示的电路的电容器的电容和电阻的值。在该实施方式中，电容的值和电容器的电容以相同的比例被调节以用于稳定的振荡，并且使用可变电阻和可变电容器。
波放大器45用于放大从高频可变发生器43输出的高频信号。如图3所示，波放大器45使用高速切换晶体管和OSC(示波镜)来放大高频信号。在图3的实施方式中，振荡频率在16KHz到40MHz的范围内。为了放大的频率幅度的有效性和稳定性，使用30MHz的频率。
匹配单元47用于将来自波放大器45的高频波与量子场发生器30相连接。如图3所示，匹配单元包括高耐压电阻、高频电容器和高频二极管，该高耐压电阻、高频电容器和高频二极管串联连接或并联连接以防止绝缘。
高频输出单元50输出超高电压的高频量子场，该高频量子场被匹配单元47匹配。如图3所示，高频输出单元50包括对高频量子场放电的高频放电电极51。高频输出单元50可以用超透磁合金构造来用40KV和30MHz的最大输出电压扫描高频磁场。超透磁合金是将Cr降到Fe和Ni的合金中的合金，其具有高磁化率、小的抗磁力、小的滞后损失以及小的涡流。
如上面所解释的，本发明能通过用户输入单元10的输入根据污染物来有效净化水、控制量子场发生器30的输出电压和波发生器40的输出频率。
例如，一个实验显示了以下结果：对于包括纺织污水的许多不能生物降解的化合物的污水(可溶化学需氧量增加1.14倍以及不能生物降解的材料具有两重性(dualized))，当22KV、1.64MHz的量子场被扫描时，效率最高。另一个实验显示了以下结果：对于包括生活污水的许多不能生物降解的有机化合物的污水(可溶化学需氧量增加2.25倍以及不能生物降解的材料具有两重性，该不能生物降解的材料很难被生物降解)，当24KV、1.64MHz的量子场被扫描时，效率最高。
控制器20通过根据污染物的类型和特性提前保存合适的控制值，可以提高净化水的质量。
图4是包括上述用于生成高频电磁场100的设备的水净化系统的示意图。
如图4所示，水净化系统包括用于生成高频电磁场100的设备和反应器200。
反应器200包括用于起气泡的(air bubbling)的扩散器210和地电极220。高频放电电极51包括保护帽53。
当用于生成高频电磁场100的设备扫描适合污染物并具有1KHz到400MHz的范围的超高频电磁场以及扩散器210在包括各种不能生物降解的化合物的污水中起气泡时，阴离子和阳离子被分离，并保持电平衡。
所以，水合有机化合物和重金属的配离子与水化层分离，以及通过这些化合物和例子在水中发生气体似的反应。在这种条件下，当使用外部水下风扇通过通气(aeration)，极性有机分子从水化层逃离时，污染物的分解和电力被加速。这是因为随着V.O.C在空气中立即被氧化和分解，有机物、配离子、阴离子和阳离子被激活到较高能量层。
而且，很难被分解的有机化合不溶解的磷被矿物化成正交形式(orthoform)并转换可溶污泥(sludge)，这使得处理更容易。而且，水净化系统通过将氮转化成蛋白质可以与氮化成，并以气体形式发出。
本发明通过将频率和电压改变成适于污染物来激活污染物的分解和电离，从而调节量子场强度。
如上所述，本发明用合理的成本提供了一种设备，该设备能够根据污染物的特征来有效处理污水，并不存在二次污染的危险，还提供了一种具有该设备的系统。虽然示出和描述了一些示例性实施方式，但是本领域的技术人员可以理解，在不脱离本发明的原则和精神的情况下可以对这些示例性实施方式做出改变，本发明的范围在所附权利要求及其等价物中被限定。

Claims (8)

1.一种用于生成高频电磁场的设备，该设备具有可调节磁场强度和波形，该设备包括：
用户输入单元；
量子场发生器，用于生成高压量子场，该高压量子场能够调节输出电压；
波发生器，用于生成具有可变波形的高频信号，并将高频信号与量子场发生器相匹配；
高频输出单元，用于扫描匹配的高频量子场；以及
控制器，控制对应于所述用户输入单元的输入来自所述量子场发生器的输出电压和来自所述波发生器的输出频率的水平。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述用户输入单元包括能够选择污染物的类型的选择装置，以及
所述控制器提前保存对应于污染物的特征的关于所述输出电压和高频信号的输出频率的水平的数据，并通过读取对应于所述用户输入单元的输入的数据来输出控制信号到所述量子场发生器和所述波发生器。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述量子场发生器包括：
初级电源；
可变电压发生器，用于根据所述控制器的控制信号来改变由所述初级电源生成的电压并输出改变的电压；
高压转换单元，用于将改变的电压转换成高压；以及
电压倍增整流电流单元，用于通过对改变的高压进行整流和倍增来生成所需的量子场。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述可变电压发生器使用滑动式变压器在0到220V的AC范围内改变和输出电压，
所述高压转换单元在0到10kV的范围内改变和输出电压，以及
所述电压倍增整流电路单元在0到40kV的范围内改变和输出电压。
5.根据权利要求3所述的设备，其中，所述波发生器包括：
次级电源；
高频可变发生器，用于根据控制器的控制信号来调节频率并输出高频信号；
波放大器，用于放大由所述高频可变发生器输出的高频信号；以及
匹配单元，用于将从所述波放大器输出的高频信号与电压倍增整流电路单元相匹配。
6.根据权利要求5所述的设备，其中通过将高耐压电阻和电容器并联和将二极管连接到输出单元来形成所述匹配单元。
7.根据权利要求5所述的设备，其中所述高频可变发生器在16KHz到40MHz的范围内改变和输出高频信号。
8.一种水净化系统，该水净化系统包括：
权利要求1至7中任一项权利要求所述的设备，还包括：
高频放电电极，用于对高频量子场进行放电；
保护帽，用于保护高频放电电极；以及
反应器，包括用于起气泡的扩散器和地电极，该扩散器能够将放电的高频量子场从高频放电电极冒泡进入到污水。
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