一种微波缝隙谐振腔均匀辐射装置及其实现方法

本发明属于微波加热，尤其涉及一种微波缝隙谐振腔均匀辐射装置及其实现方法。

背景技术：

1、微波加热技术因具有高效节能、快速升温、绿色环保等优点而被广泛应用在食品加工、煤化工、医疗、冶金等诸多领域。然而，目前微波加热装置绝大部分是采用家用微波炉或由家用微波炉改装而成的，此类实验装置整体存在能量利用率低、加热均匀性差、功率容量小等问题。在大规模应用中，由于微波自身的传输特性，微波装置在本身设计上，会出现微波能量辐射不均匀等问题，造成在加热过程中被作用物质受热不均匀，严重时会引起热点、热失控甚至爆炸等现象的发生，进而无法满足大规模产业化应用。因此，需设计研发一种高性能的微波加热装置，现提出一种微波缝隙谐振腔均匀辐射装置及其实现方法。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种微波缝隙谐振腔均匀辐射装置及其实现方法，以解决上述现有技术存在的能量利用率低、加热均匀性差、功率容量小等问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种微波缝隙谐振腔均匀辐射装置，包括：波导功分器、弯波导接头、矩形波导、缝隙谐振腔辐射器、反应腔体。

3、其中，所述波导功分器，用于在水平方向上将微波能量等幅值均分成若干路的分支能量；

4、所述弯波导接头，与所述波导功分器连接，用于改变所述分支能量的传输路径；

5、所述矩形波导，与所述弯波导接头的另一端连接，用于在垂直方向上将所述分支能量均匀传输至缝隙谐振腔辐射器的底部；

6、所述缝隙谐振腔辐射器，与所述矩形波导的另一端连接，所述缝隙谐振辐射器顶部壁上开有矩形缝隙，用于将分支能量通过开缝处辐射至所述缝隙谐振辐射器上方连接的反应腔体内；

7、所述反应腔体，与所述缝隙谐振腔辐射器连接，用于放置需进行微波处理的物质即被作用的物质。

8、优选地，所述波导功分器采用级联形式，包括第一功分器、第二功分器、第三功分器等，通过所述第一功分器将微波能量均分并传输至第二功分器和第三功分器，分别通过第二功分器、第三功分器再次将微波能量进行等幅值均分，得到分支能量，以此类推。

9、优选地，所述第二功分器和所述第三功分器以第一功分器为中心呈对称分布且第一功分器、第二功分器、第三功分器都分别采用了椭圆挖孔，减少内部微波反射损耗，提高微波能量的传输效率。

10、优选地，所述弯波导接头为弯曲的金属导管。

11、优选地，所述矩形波导表面光洁。

12、优选地，所述缝隙谐振腔辐射器为封闭的矩形谐振腔，且在所述矩形谐振腔的顶部壁上设置有矩形开缝，以实现分支能量通过矩形开缝辐射至上方的反应腔体。

13、优选地，所述矩形开缝处填充不吸波介质。

14、为实现上述技术目的，本发明提供了一种微波缝隙谐振腔均匀辐射装置的实现方法，基于所述的微波缝隙谐振腔均匀辐射装置，所述实现方法包括以下步骤：

15、通过波导功分器在水平方向上将微波能量等幅值均分成若干路的分支能量；

16、通过弯波导接头改变所述分支能量的传输路径；

17、通过矩形波导在垂直方向上将所述分支能量均匀传输至缝隙谐振腔辐射器的底部；

18、基于缝隙谐振腔辐射器，将分支能量通过开缝处辐射至上方的加热腔体；

19、将被作用的物质放置于所述反应腔体内，以实现加热或热解过程。

20、与现有微波加热技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

21、本申请提供了一种微波缝隙谐振腔均匀辐射装置，包括：波导功分器、弯波导接头、矩形波导、缝隙谐振腔辐射器。其中，波导功分器用于在水平方向上将微波等幅值均分成若干路的分支能量；弯波导接头用于改变所述分支能量的传输路径；矩形波导用于在垂直方向上将所述分支能量均匀传输至缝隙谐振腔辐射器的底部；缝隙谐振腔辐射器用于将分支能量通过开缝处均匀地辐射至上方的反应腔体；反应腔体用于放置被作用的物质。本发明通过引入波导功分器结构，使装置能够接入大功率微波源；通过弯波导接头和矩形波导的设计，提高了能量利用率且改善了加热均匀性，通过缝隙谐振腔辐射器的设计降低了加热过程中出现热点进而引发爆炸的工况风险，为大规模微波装置工业应用提供了一种新思路。

技术特征：

1.一种微波缝隙谐振腔均匀辐射装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的微波缝隙谐振腔均匀辐射装置，其特征在于，所述波导功分器采用级联形式，包括第一功分器，通过所述第一功分器将微波能量均分并传输至第二功分器和第三功分器，分别通过第二功分器、第三功分器再次将微波能量进行等幅值均分，得到分支能量。

3.根据权利要求2所述的微波缝隙谐振腔均匀辐射装置，其特征在于，所述第二功分器和所述第三功分器以第一功分器为中心呈对称分布且分别采用了椭圆挖孔。

4.根据权利要求1所述的微波缝隙谐振腔均匀辐射装置，其特征在于，所述弯波导接头为弯曲的金属导管。

5.根据权利要求1所述的微波缝隙谐振腔均匀辐射装置，其特征在于，所述矩形波导表面光洁。

6.根据权利要求1所述的微波缝隙谐振腔均匀辐射装置，其特征在于，所述缝隙谐振腔辐射器为封闭的矩形谐振腔，且在所述矩形谐振腔的顶部壁上设置有矩形开缝，以实现分支能量通过矩形开缝辐射至上方的反应腔体。

7.根据权利要求1所述的微波缝隙谐振腔均匀辐射装置，其特征在于，所述矩形开缝处填充不吸波介质。

8.一种微波缝隙谐振腔均匀辐射装置的实现方法，其特征在于，基于权利要求1-7任一项所述的微波缝隙谐振腔均匀辐射装置，所述实现方法包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种微波缝隙谐振腔均匀辐射装置及其实现方法，装置包括：波导功分器，用于在水平方向上将微波能量等幅均分成若干路的分支能量；弯波导接头，用于改变所述分支能量的传输路径；矩形波导，用于在垂直方向上将所述分支能量均匀传输至缝隙谐振腔辐射器的底部；缝隙谐振腔辐射器，用于将分支能量通过开缝处辐射至上方的反应腔体；反应腔体，用于放置被作用的物质。本发明通过引入波导功分器结构接入大功率微波源；通过弯波导接头和矩形波导的设计，提高了能量利用率且改善了加热均匀性，通过缝隙谐振腔辐射器的设计降低了加热过程中出现热点进而引发爆炸的工况风险。技术研发人员：田文艳,冯旭鑫,陈可新,张文聪受保护的技术使用者：太原科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2