垂直均匀式微波加热炉制造技术

本发明专利技术采用一个到两个辐射阵列在垂直均匀式微波加热炉的加热腔的后方或上方尽量多地激励起高次模TEn0模式（n为整数，大于等于2），从而在所述加热腔中形成驻波。本发明专利技术包括加热腔，至少一个辐射阵列。所述至少一个辐射阵列包括沿Z轴的至少两行辐射器1。所述辐射阵列通过地板向所述加热腔辐射微波能量。所述辐射器的横截面形状为矩形波导。所述矩形波导的辐射口沿Z轴的长度Lz为工作微波自由空间的波长的3/5~9/10倍。与传统的微波炉中微波源通过波导和耦合孔在加热腔中同时激励各自能量难以控制的多个谐振模式相比，本发明专利技术的工作模式的场分布是确定的并且是可以被控制的。为了进一步改善加热的均匀性，我们使用了可以横向平移的或者可以绕加热腔的垂直轴线进动的旋转圆盘。本发明专利技术通过控制垂直均匀式微波加热炉的空腔中的微波模式来改进垂直均匀式微波加热炉在三维空间中的加热的均匀性。本发明专利技术可以用于对各种材料的加热，或者用于加快化学反应的速度。

【技术实现步骤摘要】
垂直均匀式微波加热炉
本专利技术涉及微波炉。具体地，涉及一种利用高次模高效率均匀加热材料的微波炉。
技术介绍
微波能可以用于代替各种传统加热方式。微波炉利用微波能加热各种食物和材料，在微波化学领域，微波能量被用于加快各种化学反应。微波能还被用于纳米材料、人造金刚石等各种材料的生产。在传统加热过程中，热量通过被加热物外部向其内部传导，属于表面加热，导致被加热物内外温度不均匀。微波能加热中，微波通过电场作用被加热材料，导致其中极性分子的阻尼振动产生热量，属于体加热。因此在被加热物内外同时加热。但是，传统微波炉存在加热的整体均匀性问题。在加热腔之类的任何有限空间内，电磁波将因为共振现象以该空腔的各种固有谐振模式的形式存在。在其中任意一个谐振模式中，电磁波都以驻波形式存在，导致空间某些固定位置处的电场的幅值为最大，另外某些固定位置处的幅值为零。在2450MHz的典型微波能应用频率，这些电场集中处之间的距离为所用工作微波的波长的一半或稍大，大致在61~100毫米之间，导致被加热材料在对应尺度上的不均匀。普通的家用微波炉的尺寸比上述尺度大5~10倍。在这些空腔中的工作频率附近可以激励起来的谐振模式数为几个到几十个。人们普遍相信，采用高度过模的加热腔有利于微波加热的均匀性。但是，为数众多的谐振模式的任意叠加可能在加热腔的某些位置产生远大于其它位置的电场集中，导致微波加热的极度不均匀。为了解决微波能加热的均匀性问题，国际国内的技术人员进行了不懈的努力。人们试图通过增加工作微波的馈口数目，改变馈口形状，改变工作微波的馈口在加热腔外表面的位置，或者改变工作微波的馈口的极化方向，或者同时随机改变上述几个变量，通过计算或实测找到改善加热均匀性的方法。但是到目前为止，微波炉，特别是大型微波炉中加热的均匀性问题没有得到很好地解决。让我们来理解一下微波炉中我们面临的加热均匀性技术难题。在工作微波的频率，对于某一微波馈口，选定其位置、形状、极化方向后，加热腔中几个到几十个模式分别被激励的强度的确定在计算上都是非常困难的，在实际测量中也是极其复杂的。而大型微波炉中需要采用多个磁控管作为微波源，因此对应的微波馈口的数目也为多个，微波炉加热问题的复杂程度超出人们的想象。
技术实现思路
本专利技术通过控制过模加热腔中的工作模式，提供一种加热均匀的微波炉。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种垂直均匀式微波加热炉，包括加热腔和至少一个辐射阵列。所述至少一个辐射阵列包括沿Z轴的至少两行辐射器。所述辐射阵列通过地板向所述加热腔辐射微波能量。在普通微波炉中，磁控管通过波导和一个耦合孔对加热腔辐射能量。本专利技术通过采用沿Z轴方向的多行辐射器，对加热腔中的微波分布进行更有效的控制，改善加热的均匀性。一般情况下，所述加热腔的形状为矩形体。但是，本专利技术也可以采用圆柱体或其它结构的加热腔。还可以包括沿X方向的多列辐射器：所述至少一个辐射阵列包括沿X轴的至少两列辐射器1。所述辐射阵列通过地板向所述加热腔辐射微波能量。为了让微波场的分布在加热腔中的传播过程中尽量保持不变，所述任意辐射阵列上的辐射器沿X方向和沿Z方向都均匀分布。同时，位于同一辐射阵列上的所有辐射器中辐射的微波为相干波。位于同一辐射阵列上沿X轴排列属于同一行的所有辐射器辐射的微波的幅度相同而且相位相同。位于同一辐射阵列上沿Z轴排列的属于同一列的任意相邻的两个辐射器辐射的微波的幅度相同，相位相反。上述安排，目的是在加热腔中激励起向加热腔内某方向传播的由该加热腔的与该方向垂直的横截面定义的波导的某一个高次模，而其它模式尽量不被激励。为了简化结构，我们也可以设定位于同一辐射阵列上沿Z轴相邻的两个属于同一列的辐射器辐射的微波的幅度相同，相位相同。进一步地，我们通过控制各辐射器中微波的模式和场分布，让各辐射器位于同一辐射阵列上沿X轴排列属于同一行的辐射器辐射的微波在各辐射器的沿Z轴一边的中心线上的电场在Z轴方向上的分量为零。一种较佳的方案，所述任意辐射器为矩形波导或矩形波导喇叭。所述矩形波导或矩形波导喇叭中微波的模式为基模TE10模式。当然，所述矩形波导或矩形波导喇叭中微波的模式也可以为高次模TEn0模式，其中n为整数，大于等于2。矩形波导或矩形喇叭中的单一的高次模比单一的基模的激励复杂多了。为了便于单一基模激励和传输，所述矩形波导或矩形波导喇叭辐射口沿Z轴的长度Lz为工作微波自由空间的波长的3/5~9/10。所述矩形波导或矩形波导喇叭辐射口沿X轴的长度Lx小于工作微波自由空间的波长。较佳的设计，所述矩形波导或矩形波导喇叭辐射口沿X轴的长度Lx小于工作微波自由空间的波长的一半。一种设计方案，所述辐射阵列的数目为1。所述一个辐射阵列位于所述垂直均匀式微波加热炉的加热腔上方，从上向下向所述加热腔辐射微波能量。所述Z轴方向与所述加热腔的从后向前的一条边平行。另一种设计方案，所述辐射阵列的数目为1。所述辐射阵列位于所述垂直均匀式微波加热炉的所述加热腔的后面，从后向前向加热腔辐射微波能量，或者所述辐射阵列位于所述垂直均匀式微波加热炉的所述加热腔的前面，从前向后向加热腔辐射微波能量。所述Z轴方向与所述加热腔的从前向后的一条边平行。第三种设计方案，所述辐射阵列的数目为2。其中一个辐射阵列位于所述垂直均匀式微波加热炉的所述加热腔的后面，从后向前向加热腔辐射微波能量，另一个辐射阵列位于所述垂直均匀式微波加热炉的所述加热腔的前面，从前向后向加热腔辐射微波能量。所述Z轴方向与所述加热腔的从前向后的一条边平行。与上述两种设计方案相比，该设计方案稍复杂。但是，我们可以让两个辐射阵列在所述加热腔中形成的驻波形式的微波的电场极大点在所述加热腔互相错开，从而进一步改善所述加热腔中微波场的均匀性。这里的两个辐射阵列的微波源可以是彼此相干的，也可以来源于两个互相独立的微波源。上述各方案激励起的驻波形式的电磁场的电场极大点在在所述加热腔中是周期性点阵分布的。为了进一步改善加热的均匀性，还包括位于加热腔底部的转盘。所述垂直均匀式微波加热炉工作时，所述转盘绕所述转盘的沿垂直方向的中心轴旋转。现有方案中，所述转盘的轴线在所述加热器中的位置是固定的。位于该轴线上的被加热材料无法通过所述转盘的绕所述转盘沿垂直方向的中心轴旋转而达到均匀加热。为此，本专利技术让所述转盘的沿垂直方向的中心轴同时在所述加热腔（3)中前后摆动。所述转盘的沿垂直方向的中心轴在所述加热腔中前后摆动的摆幅等于工作微波沿前后方向某相邻的电场极大值点之间的距离的整数倍。为了实现所述转盘的沿垂直方向的中心轴在所述加热腔中前后摆动的功能，本专利技术中设计了三个方案：第一个方案，在所述转盘的垂直方向的轴线上设置有圆柱体，在所述加热腔底部设置有固定在所述加热腔底部的矩形块。所述圆柱体外边沿与所述矩形块的一边接触。所述圆柱体外边沿沿所述矩形块的一边滚动，从而带动所述转盘绕自身轴线旋转的同时沿所述矩形块的一边平移。这里的所述圆柱体可以直接与电机的转轴连接。所述电机随所述圆柱体移动并且其转动方向周期性地反向。也可以将电机固定在所述垂直均匀式微波加热炉上，通过软棍或软棒将扭矩传送给所述圆柱体。另一种方案，在所述加热腔底部设置有圆柱体A和矩形块A。所述矩形块A的一个侧面与所述圆柱体A的侧面接触并与所述圆柱体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种垂直均匀式微波加热炉，其特征在于，包括加热腔（3）， 至少一个辐射阵列；所述至少一个辐射阵列包括沿Z轴的至少两行辐射器（1）；所述辐射阵列通过地板（2）向所述加热腔（3）辐射微波能量；所述辐射器（1）的横截面形状为矩形波导；所述矩形波导的辐射口沿Z轴的长度Lz为工作微波自由空间的波长的3/5~9/10倍；X轴、Y轴和Z轴构成直角坐标系。

【技术特征摘要】
1.一种垂直均匀式微波加热炉，其特征在于，包括加热腔（3），至少一个辐射阵列；所述至少一个辐射阵列包括沿Z轴的至少两行辐射器（1）；所述辐射阵列通过地板（2）向所述加热腔（3）辐射微波能量；所述辐射器（1）的横截面形状为矩形波导；所述矩形波导的辐射口沿Z轴的长度Lz为工作微波自由空间的波长的3/5~9/10倍；X轴、Y轴和Z轴构成直角坐标系。2.根据权利要求1所述的垂直均匀式微波加热炉，其特征在于，所述至少一个辐射阵列还包括沿X轴的至少两列辐射器(1)；位于同一辐射阵列上沿Z轴排列的属于同一列的任意相邻的两个辐射器（1）辐射的微波的幅度相同而且相位相反。3.根据权利要求1所述的垂直均匀式微波加热炉，其特征在于，位于同一辐射阵列上沿X轴排列属于同一行的辐射器（1）辐射的微波在各辐射器（1）的沿Z轴一边的中心线上的电场在Z轴方向上的分量为零。4.根据权利要求1所述的垂直均匀式微波加热炉，其特征在于，所述任意辐射器（1）中微波的模式为基模TE10模式；所述矩形波导或矩形波导喇叭辐射口沿X轴的长度Lx小于工作微波自由空间的波长的一半。5.根据权利要求1所述的垂直均匀式微波加热炉，其特征在于，所述加热腔（3）的形状为矩形体；所述辐射阵列的数目为1；所述一个辐射阵列位于所述垂直均匀式微波加热炉的加热腔（3）上方，从上向...

【专利技术属性】
技术研发人员：王清源，
申请(专利权)人：成都赛纳为特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51