一种紧凑型微波加热装置、系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种紧凑型微波加热装置、系统及方法，属于微波技术领域，包括圆波导、超材料体和加热腔体；所述圆波导下端设有微波馈入口；所述圆波导内壁设有超材料体；所述超材料体包括沿微波传输方向依次连接的第一超材料体和第二超材料体；所述第一超材料体沿微波传输方向材料相对介电常数逐渐增大；所述第二超材料体沿微波传输方向材料相对介电常数保持不变，且等于第一超材料体材料相对介电常数的最大值；所述第二超材料体的厚度等于第二超材料体最大厚度；所述第二超材料体内设有加热腔体。本发明专利技术能有效改善现有微波加热装置无法实现对大范围介电液体高效加热，加热腔体不够紧凑的问题。凑的问题。凑的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种紧凑型微波加热装置、系统及方法


[0001]本专利技术涉及微波
，具体涉及一种紧凑型微波加热装置、系统及方法。

技术介绍

[0002]由于微波加热具有速度快、控制及时、选择性加热、高效以及清洁无污染等优点，目前已经被广泛应用于食品加工、化工、医药等领域。在化学领域，微波能量也被用于加快各种化学反应。
[0003]现有技术中，为了提高微波加热的效率，微波加热常常在大体积的多模腔内进行，因此微波加热腔体不够紧凑，限制了微波加热在实际场景中的应用。例如，文献号为CN 115087162A的中国专利公开了一种微波加热装置及加热方法，包括设置有微波馈入源的加热腔体，在该加热腔体中设置有中空的圆柱状加热管道，所述圆柱状加热管道的内部形成有截面为圆形的物料加热通道，所述圆柱状加热管道的管壁至少包括超材料结构层。该方案中的加热装置能对待加热物料进行加热，以缓解微波加热的聚焦现象，但是其加热腔体为多模腔，体积较大，限制了微波加热在实际场景中的应用。与此同时，在微波多模腔实际加热过程中，加热对象的介电常常随着温度而发生变化，从而影响微波加热效率，造成加热效率低的问题，无法实现对于大范围介电液体的高效加热。因此，亟需一种能实现对于大范围介电液体的高效加热且结构紧凑的微波加热装置。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种紧凑型微波加热装置、系统及方法，拟解决现有的微波加热装置无法实现对大范围介电液体的高效加热，同时加热腔体不够紧凑的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]一种紧凑型微波加热装置，包括圆波导、超材料体和加热腔体；所述圆波导下端设有微波馈入口；所述圆波导内壁设有超材料体；所述超材料体包括沿微波传输方向依次连接的第一超材料体和第二超材料体；所述第一超材料体沿微波传输方向材料相对介电常数逐渐增大；所述第二超材料体沿微波传输方向材料相对介电常数保持不变，且等于第一超材料体材料相对介电常数的最大值；所述第二超材料体的厚度等于第二超材料体最大厚度；所述第二超材料体内设有加热腔体；所述超材料体用于将微波馈入口馈入的微波单向传输至加热腔体内。
[0006]进一步的，所述第一超材料体的厚度沿微波传输方向逐渐增大。
[0007]进一步的，所述第一超材料体包括至少一个介质段；所述介质段沿微波传输方向材料相对介电常数保持不变；所述介质段的内壁设有凹槽组；所述凹槽组包括若干沿微波传输方向并行设置的径向凹槽；所述径向凹槽的深度沿微波传输方向逐渐减小。
[0008]进一步的，所述加热腔体为下端封口、上端开口的空心圆柱形结构；所述加热腔体配合在第二超材料体内；所述加热腔体上端面设有金属屏蔽盖。
[0009]进一步的，还包括均匀组件；所述均匀组件设置于加热腔体内，用于使加热腔体内
的物料均匀加热。
[0010]进一步的，所述均匀组件包括四个独立的均匀块；四个所述均匀块为从上底面直径小、下底面直径大的圆台中间沿轴心方向挖出一个横截面为正方形的长方体后所形成。
[0011]进一步的，所述圆波导侧壁开设有沿轴向延伸的第一开口；所述超材料体侧壁上开设有第二开口；所述第一开口和第二开口相对应，形成外大内小的通道；所述通道内过盈配合有楔形条。
[0012]进一步的，所述楔形条外侧壁上设有受力区；所述楔形条外侧壁上还设有把手。
[0013]一种微波加热系统，采用上述的紧凑型微波加热装置，还包括微波固态源、波导同轴转换器、环形器、定向耦合器和波导适配器；所述微波固态源、波导同轴转换器、环形器、定向耦合器、波导适配器和紧凑型微波加热装置依次连接；所述环形器上连接有水负载；所述定向耦合器上连接有微波功率计。
[0014]一种微波加热方法，采用上述的一种紧凑型微波加热装置或微波加热系统，微波馈入到圆波导内，圆波导内传输的微波馈入到加热腔体中，对加热腔体内的物料进行加热。
[0015]本专利技术的有益效果是：
[0016]1.本专利技术提供的一种紧凑型微波加热装置通过在圆波导内壁设有超材料体，将微波馈入口馈入的微波单向传输至加热腔体内，并设计杯型加热腔体，从而实现对大范围介电液体的高效加热，同时加热腔体紧凑，可以扩大微波加热的使用场景；
[0017]2.本专利技术提供的一种紧凑型微波加热装置通过在圆波导中设计超材料体，实现了圆波导的非互易传输，相比较普通圆波导，非互易传输的圆波导反射很小，微波能量利用率高；
[0018]3.本专利技术提供的一种紧凑型微波加热装置通过在加热腔体内设置四个独立的均匀块，使得加热腔体内的电场均匀分布，进而使加热均匀性更好；
[0019]4.本专利技术提供的一种紧凑型微波加热装置通过在圆波导和超材料体侧壁开设相对应的第一开口和第二开口，过盈配合有楔形条，既便于超材料体和圆波导的安装配合，又不会使超材料体和圆波导之间产生间隙，提高装置的可靠性，使得装置安装和拆卸更加方便。
附图说明
[0020]图1是本专利技术的实施例所提供的一种紧凑型微波加热装置的结构示意图；
[0021]图2是本专利技术的实施例所提供的一种紧凑型微波加热装置的纵向剖面结构示意图；
[0022]图3是本专利技术的实施例所提供的均匀组件的整体结构示意图；
[0023]图4是本专利技术的实施例所提供的均匀组件的侧视图；
[0024]图5是本专利技术的实施例所提供的均匀组件的俯视图；
[0025]图6是本专利技术的实施例所提供的均匀组件配合在微波加热装置内的纵向剖面结构示意图；
[0026]图7是本专利技术的实施例所提供的楔形条配合在通道时的示意图；
[0027]图8是本专利技术的实施例所提供的楔形条配合在通道时的俯视图；
[0028]图9是本专利技术的实施例所提供的第二种结构的楔形条配合在通道时的横向剖面结
构示意图；
[0029]图10是本专利技术的实施例所提供的一种紧凑型微波加热装置的反射系数的实验和仿真结果图；
[0030]图11是本专利技术的实施例所提供的不同半径的加热腔体的加热效率实验结果对比图；
[0031]图12是本专利技术的实施例所提供的不同厚度的加热腔体的加热效率实验结果对比图；
[0032]图13是本专利技术的实施例所提供的不同高度的加热腔体的加热效率实验结果对比图；
[0033]图14是本专利技术的实施例所提供的不同介电的加热腔体的加热效率实验结果对比图；
[0034]图15是本专利技术的实施例所提供的不同介电液体加热效率的仿真结果对比图；
[0035]图16是本专利技术的实施例所提供的不同介电液体加热效率的实验和仿真结果对比图；
[0036]图17是本专利技术的实施例所提供的仿真模拟未加均匀组件时加热腔体的电场分布示意图；
[0037]图18是本专利技术的实施例所提供的仿真模拟加入均匀组件时加热腔体的电场分布示意图。
[0038]附图中：1
‑
圆波导、2
‑
加热腔体、3
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型微波加热装置，其特征在于：包括圆波导(1)、超材料体和加热腔体(2)；所述圆波导(1)下端设有微波馈入口；所述圆波导(1)内壁设有超材料体；所述超材料体包括沿微波传输方向依次连接的第一超材料体(3)和第二超材料体(4)；所述第一超材料体(3)沿微波传输方向材料相对介电常数逐渐增大；所述第二超材料体(4)沿微波传输方向材料相对介电常数保持不变，且等于第一超材料体(3)材料相对介电常数的最大值；所述第二超材料体(4)的厚度等于第二超材料体(4)最大厚度；所述第二超材料体(4)内设有加热腔体(2)；所述超材料体用于将微波馈入口馈入的微波单向传输至加热腔体(2)内。2.根据权利要求1所述的一种紧凑型微波加热装置，其特征在于：所述第一超材料体(3)的厚度沿微波传输方向逐渐增大。3.根据权利要求1所述的一种紧凑型微波加热装置，其特征在于：所述第一超材料体(3)包括至少一个介质段；所述介质段沿微波传输方向材料相对介电常数保持不变；所述介质段的内壁设有凹槽组；所述凹槽组包括若干沿微波传输方向并行设置的径向凹槽(5)；所述径向凹槽(5)的深度沿微波传输方向逐渐减小。4.根据权利要求1所述的一种紧凑型微波加热装置，其特征在于：所述加热腔体(2)为下端封口、上端开口的空心圆柱形结构；所述加热腔体(2)配合在第二超材料体(4)内；所述加热腔体(2)上端面设有金属屏蔽盖(6)。5.根据权利要求1或4所述的一种紧凑型微波加热装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：田文艳，郭一呈，王硕杭，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：