微波半导体自激振荡化学反应器及其方法技术

本发明专利技术提供一种微波半导体自激振荡化学反应器及利用所述反应器加热和催化物料反应的方法，包括依次设置并通过微波电缆形成封闭环路的微波功率放大器、微波腔体、移相器、电调衰减器，微波腔体内部用于放置物料并使微波作用于物料；微波腔体包括：微波腔主体、微微波腔上盖、微波腔下盖，微波腔下盖和微波腔主体活动连接，微波腔下盖与机械升降装置的活动部件固定连接；本发明专利技术简化了向微波腔内馈入特定功率和频率的微波信号的方法，显著改进了微波可调频率的范围，并提高了微波腔化学反应装置的工作效率，使功率和频率可实现自动调节，使用本发明专利技术可以达到使用不同的频率分别对不同的物料进行恒定功率或者恒定温度加热并催化物料反应的效果。

Microwave semiconductor self oscillating chemical reactor and its method

The invention provides a microwave semiconductor self excited oscillation chemical reactor and a method for heating and catalyzing material reaction in the reactor, including a microwave power amplifier, a microwave cavity, a phase shifter, an electric attenuator in turn and a closed loop through a microwave cable. The microwave cavity is used in the microwave cavity to place the material and make the material be placed and made in the microwave cavity. Microwave cavity consists of the main body of the microwave cavity, the upper cover of the micro wave cavity, the lower cover of the microwave cavity, the active connection of the lower cover of the microwave cavity and the microwave cavity, the lower cover of the microwave cavity and the moving parts of the mechanical lifting device, and the invention simplifies the microwave signal of the microwave cavity feeding a specific power and frequency. The method has greatly improved the range of the microwave adjustable frequency and improved the working efficiency of the microwave cavity chemical reaction device so that the power and frequency can be automatically adjusted. The invention can use the invention to achieve the effect of constant power or Heng Dingwen degree heating and catalytic reaction of different materials using different frequencies.

【技术实现步骤摘要】
微波半导体自激振荡化学反应器及其方法
本专利技术属于微波领域，更具体地，涉及一种微波反馈式可调频率和功率以及恒定温度的加热催化装置系统及其加热和催化物料反应的方法。
技术介绍
微波是指频率在300MHz～300GHz范围内的电磁波，其特点为波长短、穿透性强、携带能量等。微波加热有别于传统由外到内的非均匀加热方式，它利用微波的特性，使微波与物质相互作用，不仅可以对物料进行整体加热，具有加热速度快、加热均匀、加热效率高、可选择性加热、易于控制的特点，而且具有催化物料反应的特性，并且能量损失小，是一种清洁高效的加热和催化物料反应的方式。随着微波加热技术的发展和应用，微波加热越来越广泛地应用于工业界中，其微波加热器件和系统则比往日主要应用于食品加热的微波炉等加热装置有更高的要求。就目前所见的报道而言，现有的微波加热装置大多是使用微波源直接对微波腔进行微波信号源馈入，再利用封闭的腔体来作为微波加热装置。传统使用固态器件加热的腔体多采用信号源、放大器和微波腔进行工作加热，但这种方式会使微波腔体的谐振频率在放入加热物料之后被扰动，进而偏离信号源频率，即会产生频率偏移，引起微波能量损失严重的问题。现有的微波腔体加热装置主要存在以下的缺陷或不足：第一，微波腔体结构尺寸固定，这使得腔体内的谐振频率固定，使用频率不能随具体的使用条件变化而改变；第二，微波腔体的谐振频率会随着放入被加热物料产生偏移，并且谐振频率在偏移之后不能实现信号频率自动调节至与谐振频率相同，因而引起较大的反射和功率损耗，不利于物料的加热，能量损耗严重，效率低下；第三，现有的微波腔体加热装置要实现对馈入腔体的微波功率自动调节，需要由额外的器件和手段辅助调节，比如将测温器件置于被加热物料中来检测被加热物料的温度，进而会在加热产品中形成瑕疵点，或者不便于放置测温器件。因此，本领域需要针对上述情况而设计开发一种特别的能解决上述问题的微波自动加热和催化反应装置。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种微波半导体自激振荡化学反应器及利用所述反应器加热和催化物料的方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术技术方案如下：一种微波半导体自激振荡化学反应器，包括依次设置并通过微波电缆形成封闭环路的微波功率放大器、微波腔体、移相器、电调衰减器；微波腔体内部用于放置物料并使微波作用于物料；所述微波腔体包括：微波腔主体、微波腔主体顶端的微波腔上盖、微波腔主体底部的微波腔下盖，所述微波腔下盖和微波腔主体活动连接，微波腔下盖与机械升降装置的活动部件固定连接；第一耦合环、第二耦合环分别由微波同轴电缆的内导体引出至微波腔主体内部；所述微波功率放大器用于在通电后产生初始噪声信号和放大微波腔内谐振微波信号并向微波腔体内发送微波；所述机械升降装置安装在微波腔体下方，用于调节微波腔下盖在微波腔主体内部的位置，从而调节微波腔体的大小和微波腔体的谐振频率；所述移相器与微波腔体连接，用于将从微波腔中耦合出的微波信号进行移相；所述电调衰减器与移相器连接，用于在温度处理器的自动控制下对通过移相器后的微波信号进行衰减。本专利技术提出了一种微波半导体自激振荡化学反应器，其中通过对关键组件如微波腔的结构和设置方式进行改进，对反馈式微波自激振荡系统转置结构的使用，简化了向微波腔内馈入特定功率和频率的微波信号的方法，显著改进了微波可调频率的范围，并提高了微波腔化学反应装置的工作效率，使功率和频率可实现自动调节，使用本专利技术可以达到使用不同的频率分别对需要特定电磁波频率产生化学反应的物料进行恒定功率或者恒定温度加热和催化的效果，尤其适用于各种微波腔内工作频率会偏移的微波化学反应装置中。作为优选方式，所述第一耦合环、第二耦合环分别由通过第一馈电压片、第二馈电压片的微波同轴电缆的内导体引出至微波腔主体内部。作为优选方式，微波腔体外部设有温度采集仪，温度采集仪通过温度处理器与电调衰减器连接；所述温度采集仪用于采集微波腔内被加热物料的温度并将温度数据传送至温度处理器，温度处理器用于对物料进行恒定温度加热。作为优选方式，温度采集仪使用红外温度计，其可以直接无接触地测量被加热物料温度。作为优选方式，所述机械升降装置安装并固定于支撑座的底板上，机械升降装置包括升降柱，升降柱插入微波腔下盖下表面并紧固。作为优选方式，所述微波腔主体为中空的圆柱体；所述微波腔上盖呈圆形，其直径与微波腔主体的外直径相同，微波腔上盖位于微波腔主体上方并与微波腔主体通过连接紧固；所述微波腔下盖呈圆形，其直径比微波腔主体的内直径小，且微波腔下盖下表面中心设有用以与机械升降装置的活动部分顶端连接的圆筒结构。作为优选方式，微波腔下盖的侧壁设有沿圆周周向分布的半圆凹槽，半圆凹槽内设有环形胶圈，环形胶圈用于将微波腔下盖紧固于微波腔主体内、隔离微波腔主体壁上的电流。作为优选方式，所述第一馈电压片、第二馈电压片均为T形压片，T形压片包括水平部和竖直部，水平部两侧设有螺纹通孔，竖直部为开有纵向槽的锥形，第一馈电压片和第二馈电压片对称嵌入微波腔主体的两侧。作为优选方式，所述微波腔上盖设有3个截止波导通孔，其中一个截止波导通孔设置于微波腔上盖的中心，另外两个截止波导通孔关于中心的截止波导通孔对称设置。为实现上述专利技术目的，本专利技术还提供一种上述微波半导体自激振荡化学反应器加热和催化物料反应的方法，包括如下步骤：(1)首先对所述微波功率放大器通电，微波功率放大器输出初始噪声信号并通过微波电缆馈入所述微波腔体中；(2)馈入所述微波腔体中的微波信号在腔体的谐振频率处产生自激振荡，并由谐振频率的微波加热和催化放入微波腔中的物料；(3)耦合环耦合出谐振频率的微波，并通过微波电缆传输到移相器中；(4)移相器将微波信号的相位调整之后传送至电调衰减器；(5)采集微波腔内物料的温度并将温度数据传送至温度处理器中，在温度处理器的控制下调节电调衰减器的衰减量；(6)衰减后的微波信号通过微波电缆反馈到所述微波功率放大器输入端；(7)所述微波功率放大器将反馈到其输入端的微波信号放大并再次馈入所述微波腔体中；(8)步骤(2)～(7)循环进行，直至整个系统工作在恒定状态下，即工作频率和加热温度均恒定；上述步骤(2)中腔体的谐振频率会因在腔体中放入物料或者改变腔体高度而改变，该微波半导体自激振荡化学反应器稳定工作后的频率即为腔体的谐振频率。本专利技术的有益效果为：1.通过对关键模块如微波功率放大器、移相器、电调衰减器和温度处理器进行选择和使用，解决了谐振频率、功率和加热温度自动调节的问题。2.通过对无接触式温度采集仪如红外温度计的选择和使用，解决了需要额外的温度采集装置采集腔体中加热温度的问题。3.通过对可调节高度的微波腔下盖的选择和使用，扩大了微波腔可用频段，解决了对不同物料加热并催化物料反应需要特定频率要求的问题。4.采用模块化设计理念，各模块功能清晰，易于后期维护检修。附图说明图1是本专利技术微波半导体自激振荡化学反应器的系统框图。图2是本专利技术的微波腔体的主视图。图3是本专利技术的微波腔体A-A方向的剖面图。图4是本专利技术的微波腔下盖的剖面图。图5是本专利技术的微波腔体的立体图。图6是T形馈电压片的立体结构图。图7是微波腔下盖的立体结构图。其中，1为微波功率放大器、2为微波腔体、3为机械升降装置、4为移相器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波半导体自激振荡化学反应器，其特征在于：包括依次设置并通过微波电缆形成封闭环路的微波功率放大器(1)、微波腔体(2)、移相器(4)、电调衰减器(5)；微波腔体(2)内部用于放置物料并使微波作用于物料；所述微波腔体包括：微波腔主体(8)、微波腔主体(8)顶端的微波腔上盖(9)、微波腔主体(8)底部的微波腔下盖(10)，所述微波腔下盖(10)和微波腔主体(8)活动连接，微波腔下盖(10)与机械升降装置(3)的活动部件固定连接；第一耦合环(14)、第二耦合环(15)分别由微波同轴电缆的内导体引出至微波腔主体(8)内部；所述微波功率放大器(1)用于在通电后产生初始噪声信号和放大微波腔内谐振微波信号并向微波腔体内发送微波；所述机械升降装置(3)安装在微波腔体(2)下方，用于调节微波腔下盖(10)在微波腔主体(8)内部的位置，从而调节微波腔体(2)的大小和微波腔体(2)的谐振频率；所述移相器(4)与微波腔体(2)连接，用于将从微波腔中耦合出的微波信号进行移相；所述电调衰减器(5)与移相器(4)连接，用于在温度处理器的自动控制下对通过移相器后的微波信号进行衰减。

【技术特征摘要】
1.一种微波半导体自激振荡化学反应器，其特征在于：包括依次设置并通过微波电缆形成封闭环路的微波功率放大器(1)、微波腔体(2)、移相器(4)、电调衰减器(5)；微波腔体(2)内部用于放置物料并使微波作用于物料；所述微波腔体包括：微波腔主体(8)、微波腔主体(8)顶端的微波腔上盖(9)、微波腔主体(8)底部的微波腔下盖(10)，所述微波腔下盖(10)和微波腔主体(8)活动连接，微波腔下盖(10)与机械升降装置(3)的活动部件固定连接；第一耦合环(14)、第二耦合环(15)分别由微波同轴电缆的内导体引出至微波腔主体(8)内部；所述微波功率放大器(1)用于在通电后产生初始噪声信号和放大微波腔内谐振微波信号并向微波腔体内发送微波；所述机械升降装置(3)安装在微波腔体(2)下方，用于调节微波腔下盖(10)在微波腔主体(8)内部的位置，从而调节微波腔体(2)的大小和微波腔体(2)的谐振频率；所述移相器(4)与微波腔体(2)连接，用于将从微波腔中耦合出的微波信号进行移相；所述电调衰减器(5)与移相器(4)连接，用于在温度处理器的自动控制下对通过移相器后的微波信号进行衰减。2.根据权利要求1所述的微波半导体自激振荡化学反应器，其特征在于：所述第一耦合环(14)、第二耦合环(15)分别由通过第一馈电压片(11)、第二馈电压片(12)的微波同轴电缆的内导体引出至微波腔主体(8)内部。3.根据权利要求1所述的微波半导体自激振荡化学反应器，其特征在于：微波腔体(2)外部设有温度采集仪(6)，温度采集仪(6)通过温度处理器(7)与电调衰减器(5)连接；所述温度采集仪(6)用于采集微波腔内被加热物料的温度并将温度数据传送至温度处理器(7)，温度处理器(7)用于对物料进行恒定温度加热。4.根据权利要求1所述的微波半导体自激振荡化学反应器，其特征在于：所述机械升降装置(3)安装并固定于支撑座的底板(13)上，机械升降装置(3)包括升降柱(20)，升降柱(20)插入微波腔下盖(10)下表面并紧固。5.根据权利要求1所述的微波半导体自激振荡化学反应器，其特征在于：所述微波腔主体(8)为中空的圆柱体；所述微波腔上盖(9)呈圆形，其直径与微波腔主体(8)的外直径相同，微波腔上盖(9)位于微波腔主体...

【专利技术属性】
技术研发人员：高源慈，赖雨瑞，韩文焕，冯晨晨，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51