本发明专利技术是关于一种用于加热材料的装置，其包含朝向待处理材料表面(2)开放的的空腔共振器(3)，其空腔是形成在至少一个外侧面(4)的内侧，其中该至少一个外侧面(4)是由会反射微波辐射(6)的材料所组成；至少一个设置在该空腔内部或外部的微波源(5)，该微波源(5)是用于使微波(6)进入空腔中，其中该微波源(5)使该微波(6)的至少一部分以尽可能平行于该材料表面(2)的方式进入空腔内部，其中该空腔共振器(3)的几何形状是以这样的方式被选定，即该由微波(5)所发射和/或在外侧面(4)反射的微波(6)是尽可能平行地进入材料(2)，其中该由微波(5)所发射的微波(6)波长是该材料厚度的至少一半。
Devices and methods for heating materials
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于加热材料的装置和方法
本专利技术关于一种用于加热材料的装置和方法。
技术介绍
微波可用于修复损坏的沥青复层，例如在道路上的路面凹坑。在此通过借助微波加热沥青材料的方法而将微波施加到待处理表面，其例如叙述在美国专利4,594,022、4,319,856、4,175,885、4,252,459或4,252,487中。从US5,441,360A、US5,092,706A、US4,849,020A中已知的是，在沥青复层的回收期间使用了吸收微波辐射的材料。在CN101736671A和CN101906745A中也描述了类似的方法和组成，其中沥青混合物还包含有许多其他成分，如磁性粉、铁粉、玄武岩和碳化硅。这样的沥青混合物被描述在专利技术人的公开文件DE102015108862B4中。该混合物能在微波处理期间，达到材料中的最佳热分布。根据如前所述改善的需求，是提高材料在微波处理时的效能与效率。一个起点是用于将微波引入材料的共振器的设计。DE19633245C1描述一种用于基材高温处理的高模微波共振器(High-modemicrowaveresonator)。该共振器是棱柱形、并相对其纵轴对称的空腔，该空腔具有均匀多边形横截面，特别是具有六边形横截面，而且是由在预期过程中所适用的高导电性金属材料所构成。在共振器中微波的耦合是从两个平坦端面之一进行。耦合微波辐射的束线轴是以其倾斜于两个邻接外侧面段的最近边缘的方式来对准。必须要将待加热的烧结材料引入共振器中。DE10329411B4描述一种用于以微波进行基材高温处理且同样具有均匀凸出多边形、至少六边形横截面的高模微波共振器，以及由这种微波共振器模块所构成的生产线。在该微波共振器中，沿着至少一个外侧面纵向边缘对称地将微波用的一对耦合结构引入共振器壁中。微波辐射的耦合使得其第一反射是在两个邻接的外侧面段之间反射，并且被分成两束辐射线。待加热的工件被导入至处理空间中。在已知的共振器中，物体的加热是发生在共振器的内部空间。材料表面或材料的处理通常是随机进行，而这使得已知的共振器或方法效率很低。
技术实现思路
鉴于此背景本专利技术的目的在于提供一种与现有技术相比，在效率与效能方面有改善的微波共振器和方法，其等被设计成以微波对片状材料的整个厚度进行加热。此目的是通过一种根据权利要求1的用于加热材料的微波共振器与权利要求8的方法来达成。本专利技术是关于一种用于加热材料的装置，其包含：空腔共振器，其朝向待处理的材料表面开放，该共振器的空腔形成在至少一个外侧面的内侧，其中该至少一个外侧面是由用于反射微波辐射的材料所组成；配置在空腔内侧或外侧的至少一个微波源是用于使微波进入空腔中。本专利技术装置的特征在于，该微波源使微波的至少一部分以尽可能平行于在空腔内部中材料表面的方式进入，其中该共振器空腔的几何形状被选择成使得由微波源发射和/或在外侧面反射的微波尽可能平行地进入材料中，其中由微波源所发射的微波波长是该材料厚度的至少一半。因此，由于微波的运行距离增长，而使得该装置允许辐射线在侧向回馈时有更长的停留时间。并以此提高对待处理表面的作用时间。在本专利技术中，使用了朝向待加热材料的材料表面开放的空腔共振器，其空腔是由至少一个外侧面所构成。空腔的至少内侧是由用于反射微波辐射的材料所构成。对此，优选的是具高导电性的金属材料，例如银、铜、金、铝、不锈钢或金属合金。空腔的内部或外部配置有至少一个微波源，微波的至少一部份是以尽可能平行于材料表面的方式进入空腔中。较佳的是该装置被设计成能使得大多数微波是以垂直相位被引入空腔内部。垂直相位相对于水平或圆形相位是较佳的，因为在这种情况下，微波的波谷可完全地进入材料中。对于微波的偏振，可以使用本领域技术人员已知的微波偏振器。「尽可能平行」在本专利技术中意味着，微波是以具有相对于表面在0°和15°之间的角度、优选的是0°和5°之间的角度、优选的是小于3°的角度的辐射宽度范围来进入空腔。当微波以几乎0°的角度、即以完全平行于材料表面进入时，将达到最佳效果。在较佳的变型中，当微波在进入空腔时没有直接被待处理的材料吸收，则会在空腔中形成驻波，在该驻波中，随着每一次的反射，反射微波的一部分会被该待加热的材料吸收。根据本专利技术，空腔共振器的几何形状被选择成使得由微波源发射和/或在外侧面反射的微波尽可能平行地进入材料中。这样的优点在于，电磁波的波谷能到达材料深处并在那里被吸收。为实现该目标，可采用不同多边形的设计，其中优选的是多边形的几何形状。在优选的实施例中，多个外侧面互相连接，形成具有N个角形截面的空腔共振器，其中N大于2。较佳的是该空腔共振器的横截面为六边形。优选的是在微波进入空腔中的位置与微波第一次被反射的位置之间的距离，是由微波源所发射微波的半波长的整数倍。以此可在空腔共振器中形成驻波。优选的是选择微波的施加，使得微波电性成分的振幅以电场形式施加在整个材料厚度中的材料。优选的是根据待处理的材料厚度来设置振幅强度。为了提升微波处理的效能与效率，根据本专利技术，由微波源所发射微波的波长是相对材料厚度的至少一半，优选为材料厚度的两倍。这样的优点在于，深层的材料层也会被一同加热。频率或波长的调整是取决于待处理材料、材料密度或材料厚度。这些参数也可保持灵活并进行对应调整。根据空腔共振器的几何形状亦可选择性地添加额外的微波源。在装置与方法中所使用的微波源优选是漂移管例如放大器、磁控管、稳频管(Stabilotron)、行波管返波器(Carzinotron)或调速管(Klystron)。亦可使用其他微波源。根据本专利技术，在此频率应是来自从300MHz到300GHz、优选是20GHz到200GHz之间的频率范围。20GHz到200GHz之间的频率范围涵盖了具有至少3cm到0.3cm材料厚度的材料处理。为了将微波源安装在空腔外部，有利的是将微波源与波导或天线耦合。例如，将波导或天线通过在共振器壁中的开口而插入空腔中，并以此将微波引入空腔中。此外，与微波源连接的共轴线或波导亦包含在本专利技术中。为了提高驱动安全性，有利的是将至少一个感测器装在开放空腔共振器的内层面和/或外表面，其监视空腔共振器的斜角变化，并且例如在空腔共振器倾斜时产生电性信号，该信号会转传至控制单元，而以此关闭微波源。例如可使用压力感测器、温度感测器、斜角感测器或辐射感测器。本专利技术装置的使用目的是例如在修复路面的过程中，对沥青表面的处理。对此，本专利技术装置的可运输式实施方式是符合其目的。因此，在优选实施例中，用于可相对于材料表面移动装置的额外起落架是被装置在空腔共振器。较佳是该起落架的高度能够调整，以此选择该空腔共振器至材料表面的最佳高度距离。具优势的是可以调节空腔共振器相对于材料表面在起落架的高度，此亦可是越过不平坦的材料表面。起落架还具有另一个优点，即本专利技术的装置可以轻松地从一个工作位置滚动到另一个位置。在替代实施例中，该装置包含输送带，于其上有待加热的材料。材料可经由该输送带在空腔共振器的开放侧下方移动并被施本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于于加热材料的装置，包含：/n空腔共振器(3)，其朝向待处理的材料表面(2)开放，该空腔共振器(3)的空腔是在至少一个外侧面(4)的内侧形成，其中该至少一个外侧面(4)是由用于反射微波辐射(6)的材料所组成；/n至少一个配置在该空腔内部或外部的微波源(5)，其用于使微波(6)进入该空腔，/n其特征在于该微波源(5)使微波(6)的至少一部分是以尽可能平行于该材料表面(2)的方式进入空腔内部，其中该空腔共振器(3)的几何形状是这样被选定，该由微波源(5)所发射和/或在该外侧面(4)反射的微波(6)是尽可能平行地进入材料(2)，其中从微波源(5)所发射的微波(6)的波长对应于该材料厚度的至少一半。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170626 DE 10201711410221.用于于加热材料的装置，包含：
空腔共振器(3)，其朝向待处理的材料表面(2)开放，该空腔共振器(3)的空腔是在至少一个外侧面(4)的内侧形成，其中该至少一个外侧面(4)是由用于反射微波辐射(6)的材料所组成；
至少一个配置在该空腔内部或外部的微波源(5)，其用于使微波(6)进入该空腔，
其特征在于该微波源(5)使微波(6)的至少一部分是以尽可能平行于该材料表面(2)的方式进入空腔内部，其中该空腔共振器(3)的几何形状是这样被选定，该由微波源(5)所发射和/或在该外侧面(4)反射的微波(6)是尽可能平行地进入材料(2)，其中从微波源(5)所发射的微波(6)的波长对应于该材料厚度的至少一半。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于多个外侧面(4)是互相连接，并建构出一具有n-角形横截面的空腔共振器(3)，其中n大于2，且该微波(6)进入该空腔中的位置与该微波(6)第一次被反射的位置之间的距离，是对应于该从微波源(5)所发射微波(6)的半波长的整数倍。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的装置，其特征在于该空腔共振器的横截面是六边形。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于该空腔共振器的空腔的至少内侧是由银、铜、金、铝、不锈钢或金属合金所构成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于进入空腔中的大多数微波是垂直极化。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于该微波源是一与波导(7)、同轴电缆或天线耦合的漂移管，并产生频率范围在300MHz到300GHz的微波束(6)。
7.根据权利要求中1至6任一项所述的装置，其特征在于至少一个感测器(8)装设在开放的空腔共振器(3)内表面和/或外表面，在此当测量值相对于目标值有变化时产生电信号，该电信号被转传至控制单元，因此该至少一个微波源(5)会被该控制单元关闭。
8.根据权利要求1至7...
【专利技术属性】
技术研发人员：哈拉德·海因茨·彼得·贝尼特，
申请(专利权)人：哈拉德·海因茨·彼得·贝尼特，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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