[發(fā)明專利]基模微波加熱設(shè)備

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811381729.2
• 申請(qǐng)日: 2018-11-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109548212A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王清源;鄧超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都賽納微波科技有限公司
• 主分類號(hào): H05B6/64
• 分類號(hào): H05B6/64;H05B6/70
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明將微波加熱設(shè)備的主要部分分為若干加熱模塊沿Z軸串接。每個(gè)模塊中的不同微波饋入波導(dǎo)中都只傳播基模TE10模式，電場(chǎng)方向只有X軸分量。每個(gè)加熱模塊中的不同微波饋入波導(dǎo)中的工作微波是相干同相位的，不同加熱模塊的工作微波饋入波導(dǎo)之間的隔離度很高的。本發(fā)明得以通過(guò)控制微波加熱設(shè)備的空腔中的微波模式來(lái)改進(jìn)微波加熱設(shè)備在三維空間中的加熱的均勻性，防止從任意一個(gè)微波饋入波導(dǎo)注入的工作微波在其它微波饋入波導(dǎo)的溢出并導(dǎo)致能量損失，同時(shí)減小通過(guò)進(jìn)料口和出料口的微波泄漏。本發(fā)明可以用于對(duì)各種材料的加熱，或者用于加快化學(xué)反應(yīng)的速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微波加熱設(shè)備。具體地，涉及一種利用高次模高效率均勻加熱材料的緊湊型微波加熱設(shè)備。

背景技術(shù)

微波能可以用于代替各種傳統(tǒng)加熱方式。微波加熱設(shè)備利用微波能加熱各種材料，包括但不限于木材、糧食、調(diào)料、乳制品。在微波化學(xué)領(lǐng)域，微波能量被用于加快各種化學(xué)反應(yīng)。微波能還被用于納米材料、人造金剛石等各種材料的生產(chǎn)。

在傳統(tǒng)加熱過(guò)程中，熱量通過(guò)被加熱物外部向其內(nèi)部傳導(dǎo)，屬于表面加熱，導(dǎo)致被加熱物內(nèi)外溫度不均勻。微波能加熱中，微波通過(guò)電場(chǎng)作用被加熱材料，導(dǎo)致其中極性分子的阻尼振動(dòng)產(chǎn)生熱量， 屬于體加熱。 因此在被加熱物內(nèi)外同時(shí)加熱。

但是，傳統(tǒng)微波加熱設(shè)備存在三個(gè)主要問(wèn)題。

第一，加熱的整體均勻性問(wèn)題。

在加熱腔之類的任何有限空間內(nèi)， 電磁波將因?yàn)楣舱瘳F(xiàn)象以該空腔的各種固有諧振模式的形式存在。在其中任意一個(gè)諧振模式中，電磁波都以駐波形式存在，導(dǎo)致空間某些固定位置處的電場(chǎng)的幅值為最大，另外某些固定位置處的幅值為零。在2450MHz的典型微波能應(yīng)用頻率，這些電場(chǎng)集中處之間的距離為所用工作微波的波長(zhǎng)的一半或稍大， 大致在61~100毫米之間，導(dǎo)致被加熱材料在對(duì)應(yīng)尺度上的不均勻。

普通的家用微波爐的尺寸比上述尺度大5~10倍。工業(yè)微波加熱設(shè)備中的大型加熱爐的尺寸比上述尺度大30~300倍。在這些空腔中的工作頻率附近可以激勵(lì)起來(lái)的諧振模式數(shù)為幾個(gè)到幾百個(gè)。人們普遍相信，采用高度過(guò)模的加熱腔有利于微波加熱的均勻性。但是，為數(shù)眾多的諧振模式的任意疊加可能在加熱腔的某些位置產(chǎn)生遠(yuǎn)大于其它位置的電場(chǎng)集中，導(dǎo)致微波加熱的極度不均勻。

為了解決微波能加熱的均勻性問(wèn)題，國(guó)際國(guó)內(nèi)的技術(shù)人員進(jìn)行了不懈的努力。 人們?cè)噲D通過(guò)增加工作微波的饋口數(shù)目，改變饋口形狀，改變工作微波的饋口在加熱腔外表面的位置，或者改變工作微波的饋口的極化方向，或者同時(shí)隨機(jī)改變上述幾個(gè)變量，通過(guò)計(jì)算或?qū)崪y(cè)找到改善加熱均勻性的方法。 但是到目前為止，微波爐，特別是大型微波加熱設(shè)備中加熱的均勻性問(wèn)題沒(méi)有得到很好地解決。

讓我們來(lái)理解一下大型微波加熱設(shè)備中我們面臨的加熱均勻性技術(shù)難題。在工作微波的頻率，對(duì)于某一微波饋口，選定其位置、形狀、極化方向后，加熱腔中上百模式分別被激勵(lì)的強(qiáng)度的確定在計(jì)算上都是非常困難的，在實(shí)際測(cè)量中也是極其復(fù)雜的。而大型微波加熱設(shè)備中需要采用上百個(gè)磁控管作為微波源，因此對(duì)應(yīng)的微波饋口的數(shù)目可以多達(dá)上百個(gè)！上述問(wèn)題的復(fù)雜程度超出人們的想象。

第二，加熱效率問(wèn)題。

由于固態(tài)放大器的整體效率，特別是其昂貴的造價(jià)，微波加熱設(shè)備普遍采用磁控管提供微波能量。就目前的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，磁控管的電源的效率為90%左右， 磁控管本身從高壓電源到微波的轉(zhuǎn)換效率為70%左右。所以，磁控管從220V的交流電到微波的轉(zhuǎn)換效率為63%左右。微波加熱設(shè)備的實(shí)際效率則要低得多。家用微波爐等采用小型加熱腔和單只磁控管。由于被加熱材料的體積、形狀和密度等的變化導(dǎo)致微波饋口處的輸入阻抗變化很大，導(dǎo)致磁控管經(jīng)常處于阻抗失配狀態(tài)， 從磁控管輸入到加熱腔中的微波很大部分被反射回來(lái)。這些反射回來(lái)的能量會(huì)直接影響磁控管的工作。為了保護(hù)磁控管，有時(shí)在磁控管和加熱腔之間安裝了波導(dǎo)環(huán)形器。這時(shí)，反射回來(lái)的微波通過(guò)波導(dǎo)環(huán)形器被引導(dǎo)到匹配負(fù)載并被吸收。因此，微波饋口的失配都會(huì)造成微波加熱設(shè)備的總體加熱效率的進(jìn)一步降低。