基本信息
- 项目名称：
- 新型高效连续流体微波灭菌装置
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 设计并制作一种高效灭菌压舱水的微波处理装置。该装置还可用于洗浴中心水净化加热，家庭用水加热净化处理系统。基本思路为由磁控管发射出的微波首先经过自行设计制作的分解耦合器分解成两束，相位差为90度，然后这两束微波进入聚焦耦合器首先相遇叠加（如此形成在总功率不变的情况下，瞬时功率增加近2倍的效果），最后通过聚焦耦合器的内的狭缝聚焦形成一个强力的聚焦微波场，其最大限度减少微波传导损失，增强了微波辐射灭菌的生物效应与热效应。连续流动液体经泵由管道经过聚焦腔内强力聚焦微波场被辐射灭菌，通过控制流体的操作过程（间歇与连续）即可达到快速杀菌加热的效果。
- 详细介绍：
- 本发明属能源领域的节能减排技术，其为一种利用微波对连续流动液体辐射加热进行灭菌处理的装置。微波灭菌原理是利用热效应和生物效应联合作用杀灭微生物，实践证明采用微波装置显著节能，并在在灭菌温度和时间、产品品质保持和保质期方面突显优势。该装置核心设备包含一个将微波分解成90°相位差，增加近两倍瞬时功率的耦合器，其与另一个能将微波聚焦环形耦合器有机结合起来组成一个微波聚焦腔，对磁控管发射出的微波进行聚焦，这不仅保证了微波的高效利用，同时由于微波辐射液体内部热振动加剧的特点使加热灭菌更均匀，很好地避免了导热式加热杀菌不均匀不彻底的弊端。由水泵把液体导入聚焦腔内液体管道，对其进行杀菌处理后排出。该装置利用微波的基于高效无污染新型能源的优势，发明了能增加近两倍瞬时功率的可分解微波相位差成90°耦合器，再集成一个微波聚焦环形耦合器，制造出本微波加热灭菌设备。该设备可用于游泳馆循环水净化处理系统、家居饮水系统、食品加工业液体灭菌乃至目前全球的棘手问题——远洋压舱水的外源物种生物污染处理等领域。本装置可采用计算机智能控制，使用简便，体积小，可设计成机载（船载或车载）系统。本发明的应用将引领一种全新的工作和生活模式，具有极好的推广前景。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的： 设计并制作一种高效灭菌压舱水的微波处理装置。本装置还可用于洗浴中心水净化加热，家庭用水加热净化处理系统。 基本思路： 依据微波波导原理，设计了一个用于微波传输的相差分解耦合器，再集成一个狭缝分配聚焦耦合器，构成一个具有强力聚焦微波场的微波聚焦腔。连续流动液体经泵由管道经过聚焦腔内强力聚焦微波场被辐射灭菌。 创新点： 首次设计并制作出基于两个耦合器组合的微波聚焦腔，微波在此聚焦腔内形成一个强力的聚焦微波场。其最大限度减少微波传导损失，增强了微波辐射灭菌的生物效应与热效应。连续流动液体经泵由管道经过聚焦腔内强力聚焦微波场被辐射灭菌。本发明的微波聚焦腔作为一个单元组件，可以通过多个单元串联组合、并联组合或者是两者的匹配组合方式，构成连续式或间歇式大型灭菌设备。 关键技术： 在使用总功率不变的前提下，通过分解耦合器实现瞬时功率增加近两倍。分解耦合器与狭缝分配聚焦耦合器联合使用，实现了微波热效应与生物效应的同时增加，提高了微波的利用率。 主要技术指标： 单模微波,输出功率0-700W,微波功率密度可达900W/L,手动输出；处理腔体积达200ml,采用7管束玻璃管输出；操作方式可根据处理量自行设计，最大灭菌率近100%.单个设备满足杀菌效果80%连续操作可取流量2520 (L/h)；本装置可串联使用；
科学性、先进性
- 本发明依据波导原理进一步减少损失提高微波利用率，采用自主原始创新的分解耦合器与狭缝分配聚焦耦合器集成耦合构成一个强力的聚焦微波场。其最大限度减少微波传导损失，增强了微波辐射灭菌的生物效应与热效应。这不仅在国内微波辅助设备设计实现首创，而且超越了美国人仅引进聚焦耦合器设计聚焦腔的技术方法。这一发明的应用使压舱水处理领域进入全新时代。这一设备亦可用于洗浴中心水净化加热，家庭用水加热净化处理等。在节能方面通过本装置对700 W磁控管微波效率测试，其额定耗电量为1000 W，输出功率为700 W。加热1kg的水，经测试耗电仅为0.35 kWh。在等值耗能和等值消耗费用的条件下，对同等重量加热水进行对比试验，其结果表明本装置节电效果相当明显，比电炉节能70％，比煤气节能45％，比传统的微波炉节电5%。在减排方面：本装置的流体微波灭菌不添加化学药品，从源头遏制二次污染，到达了很好的减排效果。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 1、自主创业 2、技术转让
作品可展示的形式
- 模型
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 首先打开流体控制装置，再打开磁控管电源，通过调节流体出口流量与磁控管功率即可满足不同使用要求。而且间歇操作、连续操作均可。间歇操作：单个设备就可达到，主要适用于需处理量很小的物流，例如化学反应，小加热炉等；连续操作：需要几个本设备单元组合联用，具体需联用方式由具体物流量决定。其适用于处理大量流体时，例如压舱水，游泳馆供水系统； 从本装置特点优势分析： 1、设备占用空间小，可安装在码头，亦可装载在船体上，灵活方便。2、高效安全：微波聚焦杀菌的方法能保证杀死几乎所有的微生物，而且节省电力资源，节省空间，节省时间。3、该设备不会引发二次污染。4、该设备可以根据船吨位大小灵活改装，也可根据压舱水质灵活选择合适功率。 市场分析和经济效益预测： 从上述技术分析我们可以看出，该装置不仅在压舱水处理领域有很大的市场前景，而且经过简单的改装可在游泳馆泳池循环水杀菌消毒处理、家庭用水的加热和净化两个领域有更大的市场潜力
同类课题研究水平概述
- 国内情况： 在微波辅助设备的设计中，还未见有基于微波波导传输原理设计的提高微波利用率和充分杀菌的创新，既杀菌时存在很多盲区，杀菌不彻底而且利用率不高。例如国内的微波加热器专利[5]，烟台凯尔微波系统有限公司的微波杀菌器[6]等等。 国外情况： 国外现有微波辅助设备中，最好的技术创新便是引进了聚焦耦合器制作的聚焦腔，例如美国培安科技公司的微波辅助化学反应装置[7]都基于这种设计。这样的设计相比于国内来说虽然有了很大的进步。但是还是没有能够更充分地利用微波的热效应与生物效应。 本装置相比于国内外同类产品和相关研究课题来说： 本装置的设计，在国内外微波杀菌加热产品中属于首创，且超越了国外的为提高微波利用率时仅引进聚焦耦合器所设计聚焦腔的技术方法。即同时使用分解耦合器与聚焦耦合器的结合而组成全新的聚焦腔。实现了微波热效应与生物效应的同时增加，提高了微波的利用率，在压舱水处理领域创造了一种全新的设备，这一设备亦可用于游泳馆或洗浴中心水净化加热，家庭用水加热净化处理等。
