[發(fā)明專利]順饋微波加熱設(shè)備

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• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109496004A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王清源
• 申請（專利權(quán)）人: 成都賽納微波科技有限公司
• 主分類號: H05B6/70
• 分類號: H05B6/70;H05B6/78
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

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。所述微波饋入波導(dǎo)為矩形波導(dǎo)。每個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。我們可以在不同加熱模塊中采用非相干的微波源，也可以在沿Z軸排列的不同加熱模塊中采用相干的微波源，讓沿Z軸對齊并沿Z軸相鄰的屬于不同加熱模塊中的微波饋入波導(dǎo)中的工作微波等幅反相，從而在由屬于不同加熱模塊的空腔構(gòu)成的加熱腔中激勵起從上到下沿?Y方向傳播和從下到上沿Y軸傳播的TEn0波，n為整數(shù)，大于等于2。

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)加熱過程中，熱量通過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，微波通過電場作用被加熱材料，導(dǎo)致其中極性分子的阻尼振動產(chǎn)生熱量， 屬于體加熱。 因此在被加熱物內(nèi)外同時加熱。

但是，傳統(tǒng)微波加熱設(shè)備存在三個主要問題。

第一，加熱的整體均勻性問題。

在加熱腔之類的任何有限空間內(nèi)， 電磁波將因為共振現(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，這些電場集中處之間的距離為所用工作微波的波長的一半或稍大， 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起來的諧振模式數(shù)為幾個到幾百個。人們普遍相信，采用高度過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)生遠大于其它位置的電場集中，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題，國際國內(nèi)的技術(shù)人員進行了不懈的努力。 人們試圖通過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，或者同時隨機改變上述幾個變量，通過計算或?qū)崪y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題沒有得到很好地解決。

讓我們來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的強度的確定在計算上都是非常困難的，在實際測量中也是極其復(fù)雜的。而大型微波加熱設(shè)備中需要采用上百個磁控管作為微波源，因此對應(yīng)的微波饋口的數(shù)目可以多達上百個！上述問題的復(fù)雜程度超出人們的想象。

第二，加熱效率問題。

由于固態(tài)放大器的整體效率，特別是其昂貴的造價，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)展狀況，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。這些反射回來的能量會直接影響磁控管的工作。為了保護磁控管，有時在磁控管和加熱腔之間安裝了波導(dǎo)環(huán)形器。這時，反射回來的微波通過波導(dǎo)環(huán)形器被引導(dǎo)到匹配負載并被吸收。因此，微波饋口的失配都會造成微波加熱設(shè)備的總體加熱效率的進一步降低。