CN117505401A - 一种用于混凝土污染的微波去污装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于混凝土污染的微波去污装置及方法，所述微波去污装置主要包括微波电源柜、可驱动升降小车、微波输出柜、微波泄漏检测装置、微波导向管，其中微波输出柜固定安装于可驱动升降小车上，微波输出柜内安装有风冷系统、灯丝变压器、磁控管、环形器、双定向耦合器、三螺钉调配器；微波泄漏检测装置安装在所述微波输出柜的外部金属壳体上；微波导向管的缩口端与三螺钉调配器相连、微波导向管的广口端朝向待去污混凝土表面。采用本发明提供的微波去污装置对污染混凝土去污时，能够针对建筑物表面污染提供更有效的去污技术，实现对建筑物浅层污染物的高效、彻底的去污，还能控制去污深度，达到低成本去污、减少二次废物产生的效果。

Description

一种用于混凝土污染的微波去污装置及方法

技术领域

本发明属于放射性污染混凝土的去污技术领域，具体涉及一种用于混凝土污染的微波去污装置及方法。

背景技术

在现如今的科学研究、生产实践中，对核能与核技术的利用越来越多，国内核设施建筑物墙面大多为钢筋混凝土结构，包括反应堆安全壳和核化工设施厂房等。因此，堆退役还是化退役过程都存在大量的混凝土表面去污工作。

早期核设施由于设计、运行、管理等方面经验不足，建筑结构表面多未做防水处理，加之运行期间不可避免的跑冒滴漏、以及载带有放射性核素的灰尘吸附扩散，导致建筑物混凝土表面被污染。放射性核素不只停留在表面，而是进入到建筑物浅层。取决于其所处位置和历史运行情况，污染深度通常在毫米或者厘米级别。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于混凝土污染的微波去污装置及方法，以实现对建筑物浅层污染物的高效、彻底的去污，还能控制去污深度，达到低成本去污、减少二次废物产生的效果，同时还能减少工作人员的内外受照射剂量。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案如下：一种用于混凝土污染的微波去污装置，所述微波去污装置主要包括：

微波电源柜；

可驱动升降小车；

微波输出柜，固定安装于所述可驱动升降小车上，所述微波输出柜内安装有风冷系统、灯丝变压器、磁控管、环形器、双定向耦合器、三螺钉调配器；其中，所述微波电源柜与微波输出柜之间通过电气系统连接；

微波泄漏检测装置，安装在所述微波输出柜的外部金属壳体上；

微波导向管，所述微波导向管的缩口端与所述微波输出柜内的三螺钉调配器相连，所述微波导向管的广口端朝向待去污混凝土表面。

进一步，所述风冷系统包括风冷风机、风冷管道，所述风冷管道连接于所述磁控管与风冷风机之间。

进一步，所述微波电源柜和微波输出柜之间通过电线相连；其中，与所述灯丝变压器、磁控管连接的电线控制所述磁控管产生微波；与所述风冷风机连接的电线为所述风冷系统供电；与所述双定向耦合器连接的电线将所述双定向耦合器采集到的微波数据传输回所述传微波电源柜。

进一步，所述环形器、双定向耦合器、三螺钉调配器的部件采用铝、铁氧体制成；

所述微波导向管的材质为铝。

进一步，所述微波电源柜、磁控管、环形器各自设置有互相独立的水冷管道。

进一步，所述微波导向管为喇叭状结构，所述微波导向管的缩口端至广口端的横截面形状保持一致。

进一步，根据所述待去污混凝土表面相对应的布鲁斯特角，来确定所述微波导向管的喇叭状结构，让微波与所述待去污混凝土表面所成的角度等于布鲁斯特角。

进一步，所述微波导向管的横截面呈矩形。

进一步，所述微波导向管末端设置有吸尘口。

本发明还提供一种用于混凝土污染的微波去污方法，基于所述的用于混凝土污染的微波去污装置实现，所述方法包括如下步骤：

S1、根据待去污混凝土表面的材质，选择微波导向管；

S2、将所述微波电源柜置于非去污环境内，所述可移动升降小车及微波输出柜、微波泄漏检测装置、微波导向管放置在待去污室内，所述微波电源柜与微波输出柜由电线连接；

S3、手推或远程遥控所述可移动升降小车，使所述微波导向管与待去污混凝土表面贴合；所述微波导向管上设置的吸尘口连接专用吸尘器；

S4、开启所述微波电源柜的开关，所述磁控管和环形器产生微波，通过环形器、双定向耦合器、三螺钉调配器组成的微波传输系统照射在待去污混凝土表面，照射一定时间后，待去污混凝土表面破裂，污染混凝土被剥离下来；

S5、通过所述专用吸尘器将剥离下来的污染混凝土吸走，完成待去污混凝土表面的去污工作。

本发明的有益效果如下：采用本发明所提供的一种用于混凝土污染的微波去污装置及方法，所述微波去污装置主要包括微波电源柜、可驱动升降小车、微波输出柜、微波泄漏检测装置、微波导向管，其中微波输出柜固定安装于可驱动升降小车上，微波输出柜内安装有风冷系统、灯丝变压器、磁控管、环形器、双定向耦合器、三螺钉调配器；微波泄漏检测装置安装在所述微波输出柜的外部金属壳体上；微波导向管的缩口端与三螺钉调配器相连、微波导向管的广口端朝向待去污混凝土表面。采用本发明提供的微波去污装置对污染混凝土去污时，通过微波电源柜控制微波输出柜内各装置产生最大2450±30MHz的微波，再通过微波传输系统照射在待去污混凝土表面，经过一定时间的微波照射，混凝土表层热应力增大，发生破裂，污染混凝土被剥离下来。

本发明提供的微波去污装置及方法能够针对建筑物表面污染提供更有效的去污技术，能实现对建筑物浅层污染物的高效、彻底的去污，还能控制去污深度，达到低成本去污、减少二次废物产生的效果，同时投入的人工成本低，避免工作人员与污染厂房近距离接触，可以应用于大面积厂房的去污工作，与其他混凝土去污技术相比较，本发明提供的微波破碎去污装置及方法具有安全、高效、快速、及减少二次污染物产生的特点。

附图说明

图1为本发明实施方式提供的一种用于混凝土污染的微波去污装置的结构示意图；

图2为本发明实施方式提供的微波输出柜的结构示意图；

图3为本发明实施方式提供的微波导向管的结构示意图；

图4为本发明实施方式提供的一种用于混凝土污染的微波去污方法示意图；

图中，1—微波电源柜；2—可驱动升降小车；3—微波输出柜；4—微波泄漏检测装置；5—微波导向管；6—专用吸尘器；7—风冷风机；8—灯丝变压器；9—微波发生器、10—环形器、11—双定向耦合器、12—三螺钉调配器；13—电线；14—水冷管道；15—风冷管道；16—吸尘口；17—待去污混凝土表面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明实施方式中的技术方案进行进一步清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下而获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

与传统的人工机械去污的方法相比，本实施方式提供的用于混凝土污染的微波去污装置及方法，能够针对建筑物表面污染提供更有效的去污技术，它能实现对建筑物浅层污染物的高效、彻底的去污，还能控制去污深度，达到低成本去污、减少二次废物产生的效果，同时还能减少工作人员的内外受照射剂量。

如图1-3所示，本发明实施方式提供的一种用于混凝土污染的微波去污装置，主要包括：

微波电源柜1；

可驱动升降小车2；

微波输出柜3，固定安装于所述可驱动升降小车2上；所述微波输出柜3内安装有风冷系统、灯丝变压器8、磁控管9、环形器10、双定向耦合器11、三螺钉调配器12和其他辅助装置；其中，所述环形器10、双定向耦合器11、三螺钉调配器12组成微波传输系统；所述微波电源柜1、微波输出柜3之间通过电气系统连接；

微波泄漏检测装置4，安装在所述微波输出柜3的外部金属壳体上(位于可驱动升降小车2的手推把手侧，接近工作人员活动的区域)，避免泄露的微波对工作人员产生伤害；由于所述微波去污装置是开放式微波装置，在工作时会逸散出微波，产生辐射，为保证辐射值在可控范围内，因此在微波输出柜3外部加装微波泄漏检测装置4。

微波导向管5，为喇叭状结构，所述微波导向管5的缩口端与微波输出柜内的三螺钉调配器12相连，微波导向管5的广口端朝向待去污混凝土表面17。

其中，所述风冷系统包括风冷风机7、风冷管道15、散热器，所述风冷管道15连接于所述磁控管9与风冷风机7之间，对磁控管9进行冷却，避免过热损坏。所述电气系统用于给微波输出柜3内的风冷系统和磁控管9供电、控制微波输出、采集微波频率。

具体的，所述微波电源柜1和微波输出柜3之间通过电线13相连，与灯丝变压器8、磁控管9连接的电线13用来控制磁控管9产生微波，与风冷风机7连接的电线13为所述风冷系统供电，与双定向耦合器11连接的电线13将双定向耦合器11采集到的微波数据回传微波电源柜1。

可选的，所述微波电源柜1通过电线13连接电源，所述微波电源柜1通过水冷管道14连接水冷水源，以实现所述微波去污装置与电源、水冷水源的连接。

具体的，为了尽可能减少微波在所述微波传输系统中发生逸散，制备所述环形器10、双定向耦合器11、三螺钉调配器12的各部件所采用的主要材料为铝、铁氧体，微波导向管5的材质为铝。

具体的，所述微波电源柜1、磁控管9、环形器10各自设置有互相独立的水冷管道14。其中，微波电源柜1的水冷管道14可用于为微波电源柜内的电子元器件降温，避免过热损坏部件；微波发生器9的水冷管道14为微波发生器的核心部件降温，避免高能微波损坏核心部件，从而避免磁控管9过热损坏；环形器10的水冷管道14是用循环水来吸收反射微波的能量，避免反射微波照射在磁控管9上损坏磁控管9。

在一个具体的实施例中，本实施方式提供的所述微波去污装置，针对微波逸散配备了微波泄漏检测装置4，具有微波泄露检测功能，可用于量测、监视微波强度，并添加警报值设定功能；3轴式(X、Y、Z)电场感应器由CPU将3轴测量总值合计电场强度，确保人员作业处微波强度不大于5mW/cm²。微波泄漏检测装置4安装在微波输出柜外部近金属壳体上，位于可驱动升降小车2的手推把手侧，接近工作人员活动的区域，可以确保工作者的安全。同时，在微波传输系统的材料上选择铝、铁氧体来减少微波逸散，减少对工作人员的伤害。而且，针对所述微波去污装置的使用安全，设计了风冷、水冷等多套冷却系统，避免所述微波去污装置温度过高产生损坏；并特别设计了微波保护装置，利用装置内流通的水来吸收在装置工作中反射回来的微波能量，避免磁控管9受损，进而大大提高了整套微波去污装置的使用寿命。

具体的，微波导向管5的形状经过专门设计，以保证所述微波导向管5的缩口端至广口端的横截面形状保持一致，同时引导微波呈一定角度照射于待去污混凝土表面17，所述一定角度的大小是根据波的布鲁斯特角的原理决定的，当波照射在电介质表面时会发生折射与反射，只有当波的入射角等于布鲁斯特角时，波不会被介质表面反射。让微波与待去污混凝土表面17所成的角度等于布鲁斯特角，使微波能量尽可能全部被待去污混凝土表面17吸收以提高去污效率，同时减少反射的微波能量进入微波导向管5及微波传输系统，以避免装置被损坏、减少对工作人员的伤害。待去污混凝土表面17的材质不同，则其电磁特性参数不同，相对应的布鲁斯特角(起偏角)也不同，因此，需要根据待去污混凝土表面17相对应的布鲁斯特角，来选择具有合适形状的喇叭状结构的微波导向管5，让微波与所述待去污混凝土表面17所成的角度等于布鲁斯特角。

具体的，微波导向管5为矩形口径喇叭结构，及微波导向管5的横截面呈矩形，所述选择具有合适形状的喇叭状结构的微波导向管5的方法包括：根据待去污混凝土表面17的电磁特性参数获得相对应的布鲁斯特角，通过选择喇叭状结构的微波导向管5的金字塔角、微波导向管5与待去污混凝土表面17的夹角，让微波与所述待去污混凝土表面17所成的角度等于布鲁斯特角。

在一个具体的实施例中，微波导向管5的横截面呈矩形，但与待去污混凝土表面17呈指定角度，并且可以根据待去污混凝土表面17的具体位置，更换微波导向管5的安装方式；还可以根据待去污混凝土表面17的材质，来更换具有特定金字塔角的微波导向管5、以及与待去污混凝土表面17呈指定夹角的微波导向管5，以达到微波与所述待去污混凝土表面17所成的角度等于布鲁斯特角的目的，从而使微波能量尽可能全部被待去污混凝土表面17吸收，提高所述微波去污装置的去污效率；同时减少反射的微波能量进入微波导向管5、微波传输系统或逸散到环境中，以避免所述微波去污装置被损坏，也减少对工作人员的伤害。

在另一个具体的实施例中，在微波导向管5末端设置有吸尘口16，通过专用吸尘器6从吸尘口16处将破碎的污染物吸走。

具体的，三螺钉调配器12以可调螺钉为可调电抗元件，通过电抗补偿法消除反射波，实现匹配传输。本实施方式中采用的三螺钉阻抗调配器克服了传统两螺钉阻抗调配器存在调配死区的局限性，可以使馈线系统匹配、降低损耗、提高效率、增加可靠性、提高设备使用寿命。

在又一个具体的实施例中，可驱动升降小车2作为所述微波去污装置的移动载体，可驱动升降小车2搭载微波输出柜3、微波泄漏检测装置4和微波导向管5移动道待去污混凝土表面17处；安装在微波输出柜3内的风冷风机7和磁控管9之间接有风冷管道15，用以给磁控管9降温，保护磁控管9。

如图4所示，本实施方式还提供一种用于混凝土污染的微波去污方法，基于检测所述的用于混凝土污染的微波去污装置实现，包括如下步骤：

S1、将微波电源柜1置于非去污环境内，可移动升降小车2及微波输出柜3、微波泄漏检测装置4、微波导向管5放置在待去污室内，微波电源柜1与待去污室内设备间(微波输出柜3等)由足够长的电线13与连接，以方便可移动升降小车2在室内移动。

S2、由工作人员手推或远程遥控可移动升降小车2，使微波导向管5与待去污混凝土表面17贴合；微波导向管5上设置的吸尘口16连接专用吸尘器6；

S3、然后开启微波电源柜1的开关，磁控管9和环形器10产生微波，通过微波传输系统(包括环形器10、双定向耦合器11、三螺钉调配器12)照射在待去污混凝土表面17，照射一定时间后，在待去污混凝土表面17在热应力作用下破裂，污染的混凝土被剥离下来；

具体的，通过微波电源柜1控制微波输出柜3内各装置产生最大2450±30MHz的微波，再通过微波传输系统照射在待去污混凝土表面，经过一定时间的微波照射，混凝土表层热应力增大，发生破裂，污染混凝土被剥离下来。

S4、通过微波导向管5上设置的吸尘口16所接专用吸尘器6将剥离下来的污染混凝土吸走，完成对待去污混凝土表面的去污工作，通过移动小车即可实现连续混凝土地面剥离。

与传统的人工机械去污的方法相比，采用本实施方式提供的用于混凝土污染的微波去污装置及方法，可以针对不同待去污混凝土表面(不同强度混凝土、不同去污深度)，对微波功率进行调节，以最合适的功率完成混凝土微波去污工作，能够针对建筑物表面污染提供更有效的去污技术，它能实现对建筑物浅层污染物的高效、彻底的去污，还能控制去污深度，能够做到高效、低成本去污，减少产生二次废物的量，同时还能减少工作人员的内外受照射剂量。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种用于混凝土污染的微波去污装置，其特征在于，所述微波去污装置主要包括：

微波电源柜；

可驱动升降小车；

微波输出柜，固定安装于所述可驱动升降小车上，所述微波输出柜内安装有风冷系统、灯丝变压器、磁控管、环形器、双定向耦合器、三螺钉调配器；其中，所述微波电源柜与微波输出柜之间通过电气系统连接；

微波泄漏检测装置，安装在所述微波输出柜的外部金属壳体上；

微波导向管，所述微波导向管的缩口端与所述微波输出柜内的三螺钉调配器相连，所述微波导向管的广口端朝向待去污混凝土表面。

2.根据权利要求1所述的一种用于混凝土污染的微波去污装置，其特征在于，所述风冷系统包括风冷风机、风冷管道，所述风冷管道连接于所述磁控管与风冷风机之间。

3.根据权利要求2所述的一种用于混凝土污染的微波去污装置，其特征在于，所述微波电源柜和微波输出柜之间通过电线相连；其中，与所述灯丝变压器、磁控管连接的电线控制所述磁控管产生微波；与所述风冷风机连接的电线为所述风冷系统供电；与所述双定向耦合器连接的电线将所述双定向耦合器采集到的微波数据传输回所述传微波电源柜。

4.根据权利要求1所述的一种用于混凝土污染的微波去污装置，其特征在于，所述环形器、双定向耦合器、三螺钉调配器的部件采用铝、铁氧体制成；

所述微波导向管的材质为铝。

5.根据权利要求1所述的一种用于混凝土污染的微波去污装置，其特征在于，所述微波电源柜、磁控管、环形器各自设置有互相独立的水冷管道。

6.根据权利要求1所述的一种用于混凝土污染的微波去污装置，其特征在于，所述微波导向管为喇叭状结构，所述微波导向管的缩口端至广口端的横截面形状保持一致。

7.根据权利要求6所述的一种用于混凝土污染的微波去污装置，其特征在于，根据所述待去污混凝土表面相对应的布鲁斯特角，来确定所述微波导向管的喇叭状结构，让微波与所述待去污混凝土表面所成的角度等于布鲁斯特角。

8.根据权利要求6所述的一种用于混凝土污染的微波去污装置，其特征在于，所述微波导向管的横截面呈矩形。

9.根据权利要求1所述的一种用于混凝土污染的微波去污装置，其特征在于，所述微波导向管末端设置有吸尘口。

10.一种用于混凝土污染的微波去污方法，基于权利要求9所述的用于混凝土污染的微波去污装置实现，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1、根据待去污混凝土表面的材质，选择微波导向管；

S2、将所述微波电源柜置于非去污环境内，所述可移动升降小车及微波输出柜、微波泄漏检测装置、微波导向管放置在待去污室内，所述微波电源柜与微波输出柜由电线连接；

S3、手推或远程遥控所述可移动升降小车，使所述微波导向管与待去污混凝土表面贴合；所述微波导向管上设置的吸尘口连接专用吸尘器；

S4、开启所述微波电源柜的开关，所述磁控管和环形器产生微波，通过环形器、双定向耦合器、三螺钉调配器组成的微波传输系统照射在待去污混凝土表面，照射一定时间后，待去污混凝土表面破裂，污染混凝土被剥离下来；

S5、通过所述专用吸尘器将剥离下来的污染混凝土吸走，完成待去污混凝土表面的去污工作。