一种微波腔内高效加热装置及其加热方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及微波加热技术领域，具体涉及一种微波腔内高效加热装置及其加热方法。本发明专利技术提供的一种微波腔内高效加热装置，包括加热腔体、一端与所述加热腔体连通的有非对称传输功能的直壁波导以及至少一组单向导波结构，所述单向导波结构附着于所述直壁波导的内侧壁上；所述单向导波结构包括沿微波传输方向依次布置的第一介质段和第二介质段，所述第一介质段的介电常数沿微波传输方向逐渐增大且最大值为ε

【技术实现步骤摘要】
一种微波腔内高效加热装置及其加热方法


[0001]本专利技术涉及微波加热
，尤其涉及一种微波腔内高效加热装置及其加热方法。

技术介绍

[0002]微波能作为一种新型高效的清洁能源，具有高效节能、选择性加热、清洁无污染等特点，在食品加工、化工、医药等领域有着广泛的应用。尤其在化工和冶金这两个高耗能行业，微波的应用展现出了明显的节能减排优势。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。微波多模腔应用广泛，相比于微波单模加热腔具有容量大，加热均匀性好等优势。但在加热过程中，由于被加热物体的形状、体积以及介电常数不同，微波加热的效率也不一样，现有的微波多模加热腔难以适用于各种各样负载的高效加热。
[0003]与此同时，在微波多模腔在加热过程中，由于微波不能匹配传输，导致微波源输出的能量不能全部被负载吸收，造成了能量的浪费。此外，在微波能的大功率工业应用中，工业物料作为大功率微波负载，是典型的复杂时变非均匀媒质，其对微波的吸收/反射能力随时间和温度会发生剧烈的非线性变化，而激烈的微波反射对于大功率的系统来说是灾难性的，不仅浪费巨大的能量，也极易烧毁微波器件，因此微波功率在不同状态下的高效利用以及防止微波源被反射功率损毁是大功率微波加热系统高效、稳定应用的大前提。
[0004]针对微波加热过程中加热效率低和存在微波反射的问题，现有技术中一般通过使用环形器和水负载对反射的微波进行吸收，以防止反射的微波能量对微波源造成损坏。如公开号为CN112569885B的中国专利技术专利公开的一种带反射保护的微波反应装置，该装置通过设置环形器和水负载，能够对反射微波进行高效吸收、保护微波源，使得使用的安全性更高且使得设备使用寿命更长。但上述的微波反应装置也存在一定的缺陷，例如，由于环形器是铁氧体器件，在使用的过程中会给系统引入额外的插损，当器件工作在大功率连续波状态时，消耗的功率会持续地转变为热量，从而引起器件的温度升高，甚至完全失去隔离作用。因此这种器件性能受制于工作温度和功率，且被反射回来的功率被水负载吸收，造成了较为严重的能量浪费。同时，现有技术中还通过使用三销钉调配器来提高微波的加热效率，但使用三销钉进行效率增强，需要在整个加热过程中对销钉进行实时调节，并且三销钉存在调配盲区，价格昂贵。部分带有智能调配功能的三销钉微波加热装置也存在一定的不足，例如：(1)调配过程易出现反射功率的激增，且调配时间过长，极易造成微波源的损毁；(2)三销钉调配存在匹配盲区；(3)三销钉的自动调配需要额外引入复反射系数测量器件、运算电路、步进电机等一系列模块，价格昂贵且降低了系统的稳定性。
[0005]但上述技术方案均未实际和完善地解决微波加热过程中加热效率低和存在微波反射的问题。因此，微波能的大规模应用亟须一种更加简便，且可以在不同状态下提高微波能量利用率的装置。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种微波腔内高效加热装置及其加热方法，所述微波腔内高效加热装置结构简单，且可在不同状态下提高微波能量利用率并有效解决微波反射问题，以延长微波源寿命、减少环形器等保护器件的使用、降低设备成本，提高微波加热的安全性。
[0007]为达到上述技术效果，本专利技术采用了以下技术方案：
[0008]一种微波腔内高效加热装置，包括加热腔体、一端与所述加热腔体连通的有非对称传输功能的直壁波导以及至少一组单向导波结构，所述单向导波结构附着于所述直壁波导的内侧壁上；所述单向导波结构包括沿微波传输方向依次布置的第一介质段和第二介质段，所述第一介质段的介电常数沿微波传输方向逐渐增大且最大值为ε
max
，所述第二介质段为介电常数为稳定的值ε0，且ε
max
＝ε0。
[0009]进一步地，所述单向导波结构设有两组，并分别设于所述直壁波导两个相对的内侧壁上，优选地，所述直壁波导所传输的电磁波为TE波。
[0010]进一步地，所述单向导波结构设有一组，并固定安装于所述直壁波导的任意一个内侧壁上。
[0011]进一步地，所述单向导波结构共设有四组，并分别设于所述直壁波导的四个内侧壁上。
[0012]进一步地，所述单向导波结构可粘接或嵌设于所述直壁波导的内侧壁上。
[0013]进一步地，所述直壁波导的截面呈矩形结构。
[0014]进一步地，所述第二介质段的首端与所述第一介质段的尾端紧密相接，或所述第二介质段与所述第一介质段为一体式结构。
[0015]进一步地，所述第二介质段的末端凸出于所述直壁波导且部分延伸至所述加热腔体的内部。
[0016]进一步地，所述第二介质段的末端部分延伸至所述加热腔体的内部且所述第二介质段延伸至所述加热腔体内的部分长度小于所述加热腔体长度的1/2，且优选为所述加热腔体长度的1/10
‑
2/5。
[0017]进一步地，所述单向导波结构的高度大于或等于其所附着的直壁波导内壁高度的2/3，且所述单向导波结构的最大高度与所述直壁波导的内壁高度相等。
[0018]进一步地，所述第二介质段的厚度等于所述第一介质段最大厚度。
[0019]进一步地，所述第一介质段的一侧外表面设有沟槽组，所述沟槽组包括由第一介质段首端至尾端方向并行设置的多道纵向沟槽，且所述纵向沟槽的深度由第一介质段首端至尾端方向逐渐减小，优选地，所述纵向沟槽的截面为矩形。
[0020]进一步地，所述第一介质段的厚度由第一介质段首端至尾端方向逐渐增大。
[0021]进一步地，所述第一介质段的内部设置有介质孔组，所述介质孔组包括沿所述第一介质段的首端至尾端方向依次设置的若干纵向介质孔，所述介质孔的内部均设有填充介质，所述介质孔的横截面均呈圆形，且所述介质孔的孔径沿所述第一介质段首端至尾端方向逐渐增大或减小，具体而言，该填充介质可为空气，或其他任意介电常数大于或小于空气的材料。
[0022]进一步地，所述加热腔体内还设置有托盘，所述托盘用于放置待加热物体。
[0023]第二方面，本专利技术还提供一种微波腔内高效加热方法，该微波腔内高效加热方法通过采用上述微波腔内高效加热装置对待加热物体进行加热，所述待加热物体被静止或活动的置于所述加热腔体内。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0025]本专利技术提供的一种微波腔内高效加热装置及其加热方法通过在传输电磁波的直壁波导的内侧壁上设置至少一组单向导波结构，通过该单向导波结构将电磁波转化为表面波并将其单向传输至该加热腔体内，从而实现对该加热腔体内的待加热物体的高效加热，并有效地解决微波反射、加热效率低的问题，提高了微波加热效率及其安全性。且该微波腔内高效加热装置整体结构简单，通过该微波加热装置对待加热物体进行加热，使得微波加热更易于实施，可极大地降低微波加热的成本、简化现有的微波加热装置的结构、以延长微波源寿命、减少环形器等保护器件的使用、降低设备成本，提高微波加热的安全性。
附图说明
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波腔内高效加热装置，包括加热腔体(10)和一端与所述加热腔体(10)连通的有非对称传输功能的直壁波导(20)，其特征在于，还包括：至少一组单向导波结构(30)，所述单向导波结构(30)附着于所述直壁波导(20)的内侧壁上；所述单向导波结构(30)包括沿微波传输方向依次布置的第一介质段(31)和第二介质段(32)，所述第一介质段(31)的介电常数沿微波传输方向逐渐增大且最大值为ε
max
，所述第二介质段(32)为介电常数为稳定的ε0，且ε
max
＝ε0。2.如权利要求1所述的一种微波腔内高效加热装置，其特征在于：所述第二介质段(32)的末端凸出于所述直壁波导(20)且部分延伸至所述加热腔体(10)的内部。3.如权利要求1所述的一种微波腔内高效加热装置，其特征在于：所述第二介质段(32)的首端与所述第一介质段(31)的尾端紧密相接，或所述第二介质段(32)与所述第一介质段(31)为一体式结构。4.如权利要求1所述的一种微波腔内高效加热装置，其特征在于：所述第二介质段(32)的厚度等于所述第一介质段(31)最大厚度。5.如权利要求1所述的一种微波腔内高效加热装置，其特征在于：所述单向导波结构(30)的高度大于或等于其所附着的直壁波导(20)内壁...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱铧丞，杨丰铭，杨阳，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：