本发明专利技术公开了微波薄膜加热装置，属于微波应用技术领域，包括两个矩形波导和加热腔；两个矩形波导的出口端通过加热腔连通；所述矩形波导内设有沿着窄面侧内壁设置的超界面；所述超界面从矩形波导进口端延伸至出口端，且超界面从进口端至出口端材料的相对介电常数渐变递增，使微波在矩形波导内单向传播至加热腔。本发明专利技术的微波薄膜加热装置，对薄膜类产品加热效率高，加热更均匀。加热更均匀。加热更均匀。
【技术实现步骤摘要】
微波薄膜加热装置
[0001]本专利技术属于微波应用
，具体地说涉及微波薄膜加热装置。
技术介绍
[0002]微波能作为一种高效的绿色能源，颇受各行各业的青睐。与传统的热源相比，微波加热具有效率高、功率大、操控性好、选择性加热等特点。在物料干燥工艺中，传统的干燥方法采用接触式传导干燥和对流加热干燥等方式，即从外部把热能缓慢地传到物料内部，但由外向内的传热方式所形成的温度梯度易造成物料内外加热不均匀，同时热量散失较大。而通过微波加热干燥，物料在微波条件下内外同时受热，提高干燥效率和物料内外干燥的均匀性，利用微波加热可以较好地克服这些缺点。
[0003]但是现有的微波加热装置多使用433MHz/915MHz/2450MHz的微波频率，微波的波长较长，因此在对纸张干燥的过程中很容易出现干燥不均匀的问题，且由于纸张的厚度远小于微波的波长，因此微波能量无法高效率的作用在纸张上面。所以，微波在薄膜结构的物料加热应用中，微波加热仍会因为加热不均匀容易出现热失控等问题，无法发挥其真正的作用。
[0004]现有技术中常用的微波薄膜干燥方法为压缩脊波导结构，通过波导中的脊将电场进行压缩，从而实现微波对薄膜的加热，但这种加热方法效率很难大于70％，且结构复杂，设备成本较高。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是针对上述不足之处提供微波薄膜加热装置，拟解决微波对薄膜类产品加热效率低，加热不均匀，设备复杂，成本高等问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]微波薄膜加热装置，包括两个矩形波导1和加热腔2；两个矩形波导1的出口端3通过加热腔2连通；所述矩形波导1内设有沿着窄面侧内壁设置的超界面4；所述超界面4从矩形波导1进口端5延伸至出口端3，且超界面4从进口端5至出口端3材料的相对介电常数渐变递增，使微波在矩形波导1内单向传播至加热腔2。
[0007]进一步的，所述超界面4在长度方向远离加热腔2的起始点坐标为x0，靠近加热腔2的终点坐标为x
L
；所述超界面4在长度方向的各位置点的相对介电常数构成阶梯函数，位置点的坐标为x，其中x
L
＞x＞x0；阶梯函数的每个阶梯和另构建的理论函数相交；在方程中：ε
′
(x)表示相对介电常数随位置变化的理论函数，n(x)表示折射率随位置变化的理论函数，K为常数，K值决定了折射率的变化率和介电常数的变化率，K通过电磁仿真优化得到，k0为电磁波的波束，d为超界面4的厚度。进一步的，所述超界面4包括若干个从矩形波导1进口端5向出口端3依次排列的介质面板6；靠进口端5的介质面板6的相对介电常数小于靠出口端3的介质面板6的相对介电常数；每个介质面板6的各位置点的相对介电常
数构成的函数段对应阶梯函数的一个阶梯。
[0008]进一步的，所述介质面板6上设有贯穿介质面板6两端的凹槽7。
[0009]进一步的，靠进口端5的介质面板6的凹槽7截面大于靠出口端3的介质面板6的凹槽7截面。
[0010]进一步的，所述矩形波导1的出口端3设有短路面8；所述短路面8使矩形波导1的出口端3上设有的微波出口9变小；所述加热腔2顶部内侧设有微波上维持面10，底部内侧设有微波下维持面11；一个矩形波导1的超界面4位于该矩形波导1的底部，且和下维持面衔接；另一个矩形波导1的超界面4位于该矩形波导1的顶部，且和上维持面衔接。
[0011]进一步的，所述微波上维持面10和微波下维持面11材料的相对介电常数不变，且等于或大于超界面4位于出口端3处的材料的相对介电常数。
[0012]进一步的，所述加热腔2上设有薄膜进口12和薄膜出口13；所述薄膜进口12和薄膜出口13均位于微波上维持面10和微波下维持面11之间。
[0013]进一步的，还包括微波控制电源和两个微波发生器；所述微波控制电源用于控制两个微波发生器发出相位可调的微波；两个微波发生器分别用于向两个矩形波导1的进口端5输入微波。
[0014]本专利技术的有益效果是：
[0015]本专利技术公开了微波薄膜加热装置，属于微波应用
，包括两个矩形波导和加热腔；两个矩形波导的出口端通过加热腔连通；所述矩形波导内设有沿着窄面侧内壁设置的超界面；所述超界面从矩形波导进口端延伸至出口端，且超界面从进口端至出口端材料的相对介电常数渐变递增，使微波在矩形波导内单向传播至加热腔。本专利技术的微波薄膜加热装置，对薄膜类产品加热效率高，加热更均匀。
附图说明
[0016]图1是本专利技术微波薄膜加热装置正视剖开结构示意图；
[0017]图2是本专利技术微波薄膜加热装置俯视结构示意图；
[0018]图3是本专利技术窄面侧内壁设置一个超界面的矩形波导从进口端输入微波的电场仿真示意图，可以看出微波从进口端到出口端传输，且微波逐渐变为表面波，即强电场聚集在超界面表面，该传输方向定义为正向传播方向，其中S11为
‑
19.62；
[0019]图4是本专利技术窄面侧内壁设置一个超界面的矩形波导从出口端输入微波的电场仿真示意图，可以看出微波无法很好的从出口端向进口端传输，该传输方向定义为反向传播方向，其中S11为
‑
2.89，说明单边超界面具有非互易传播特性，即可以实现微波从进口端到出口端单向传输；
[0020]图5是微波薄膜加热装置的两个矩形波导从进口端输入微波的电场仿真示意图，可以看出微波从进口端到出口端传输，且微波逐渐变为表面波，然后在加热腔中，表面波延续到微波上维持面和微波下维持面，微波上维持面和微波下维持面的表面聚集均匀的强电场。
[0021]图6是本专利技术窄面侧内壁设置一个超界面的矩形波导从进口端输入微波的电场仿真示意图，可以看出微波从进口端到出口端传输，且微波逐渐变为表面波，即强电场聚集在超界面表面，该传输方向定义为正向传播方向，其中S11为
‑
21.342，超界面采用梯形坡面；
[0022]图7是本专利技术窄面侧内壁设置一个超界面的矩形波导从出口端输入微波的电场仿真示意图，可以看出微波无法很好的从出口端向进口端传输，该传输方向定义为反向传播方向，其中S11为
‑
0.616，说明单边超界面具有非互易传播特性，即可以实现微波从进口端到出口端单向传输，超界面采用梯形坡面；
[0023]图8是本专利技术加热薄膜时的温度分布图，采用100瓦功率加热60秒。
[0024]附图中：1
‑
矩形波导、2
‑
加热腔、3
‑
出口端、4
‑
超界面、5
‑
进口端、6
‑
介质面板、7
‑
凹槽、8
‑
短路面、9
‑
微波出口、10
‑
微波上维持面、11
‑
微波下维持面、12
‑
薄膜进口、13
‑
薄膜出口、14
‑
薄膜。
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.微波薄膜加热装置，其特征在于：包括两个矩形波导(1)和加热腔(2)；两个矩形波导(1)的出口端(3)通过加热腔(2)连通；所述矩形波导(1)内设有沿着窄面侧内壁设置的超界面(4)；所述超界面(4)从矩形波导(1)进口端(5)延伸至出口端(3)，且超界面(4)从进口端(5)至出口端(3)材料的相对介电常数渐变递增，使微波在矩形波导(1)内单向传播至加热腔(2)。2.根据权利要求1所述的微波薄膜加热装置，其特征在于：所述超界面(4)在长度方向远离加热腔(2)的起始点坐标为x0，靠近加热腔(2)的终点坐标为x
L
；所述超界面(4)在长度方向的各位置点的相对介电常数构成阶梯函数，位置点的坐标为x，其中x
L
＞x＞x0；阶梯函数的每个阶梯和另构建的理论函数相交；在方程中：ε
′
(x)表示相对介电常数随位置变化的理论函数，n(x)表示折射率随位置变化的理论函数，K为常数，K值决定了折射率的变化率和介电常数的变化率，K通过电磁仿真优化得到，k0为电磁波的波束，d为超界面(4)的厚度。3.根据权利要求2所述的微波薄膜加热装置，其特征在于：所述超界面(4)包括若干个从矩形波导(1)进口端(5)向出口端(3)依次排列的介质面板(6)；靠进口端(5)的介质面板(6)的相对介电常数小于靠出口端(3)的介质面板(6)的相对介电常数；每个介质面板(6)的各位置点的相对介电常数构成的函数段对应阶梯函数的一个阶梯。4.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱铧丞，杨阳，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。