CN107661739A - 一种带反射腔的多位微波反应器制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带反射腔的多位微波反应器，包括反射腔、反应器组合件和微波辐射器组合件，其特征在于，所述反射腔为微波反射材料制成的截面呈正方形的管状壳体，所述管状壳体四个角设有微波反射体；所述反应器组合件包括四个并排设置、截面为正方形的管状反应器，其正方形截面对角线与所述反射腔截面对角线相互垂直设置于管状壳体内；所述微波辐射器组合件包括微波辐射头和微波源，所述辐射头为棒状裂缝天线辐射器，其辐射端设置于管状壳体中心线，接头端露出管状壳体与微波源通过同轴电缆连接。本发明采用一种吸收反射馈能装置，通过设置反射腔体，明显改善微波利用率，其体积小巧达到厘米级，可方便对多个微量或小量样品同时进行微波处理。

Description

一种带反射腔的多位微波反应器制作方法

技术领域

本发明属于科学实验技术领域，涉及一种微波化学反应的装置，具体讲是一种新型带反射腔的多位微波化学反应器。

技术背景

微型化、小型化是未来分析仪器主流发展趋势之一，分析仪器正沿着从大型落地式到台式、移动式、便携式、手持式、芯片实验室的方向发展，越来越微型化、小型化，在微量、小量样品处理领域得到广泛应用，但如何实现微型化、小型化仪器对微量、小量样品的高效处理，如提高处理速度，仍然需要进一步的努力。微波处理技术具有效率高、时间短、溶剂消耗少、环境污染小等优势，在分析样品消化、制备、提取、合成等各个领域得到了广泛的使用，目前已有的微波设备仍然是多模谐振腔式微波仪器占据主导地位，多模谐振腔式微波仪器具有腔腔体体积大，微波源功率大等特点优势，已有多模谐振腔式微波仪器已可实现多位样品的高通量处理，具有明显优势，但鉴于多模谐振腔式微波仪器腔体体积较大，且使用磁控管等高压真空管微波源，微波源功率较高，并不适合微型化、小型化应用。

目前固态微波源制造技术已在不断成熟，并在医用微波技术等领域得到应用，固态微波源由半导体器件组成，相对于真空管微波源，其工作电压、体积和重量大幅度降低，尤其是同轴式固态微波输出可以采用天线式辐射器馈入微波能，目前国内外已研发出多种医用天线式微波辐射器，这类天线式辐射器结构简单，这种馈入微波能的方式可将微波集中在一个小体积内，保证使用小功率微波输出就能获得较高的微波能量密度，相对于传统的多模谐振腔式微波馈能，其形式多样，体积可以做得更加小巧，结合近场天线式辐射器可将微波馈入小型反应器中，甚至可以实现厘米级的微小型微波反应器。但目前已有的辐射器型装置采取的是天线式馈能方式，即以一个点或面向外辐射微波，已有的方法一个辐射器已能较好对单个反应器中的样品进行处理，但仍然缺乏适合多位反应器的方法和装置。对于多位反应器，可采取的最佳方式是微波辐射器中心设置、反应器围绕四周紧靠设置的方式，存在的问题是，微波辐射器向四周辐射的微波以不同方向经过反应器及反应器结合处，馈入样品，微波吸收差异较大，存在多个弱吸波方向，因此在不同方向，降低了反应器中物料对微波的吸收率。

发明内容

针对上述技术问题，本发明采用一种新型吸收反射馈能的方式，通过设置反射腔体，将未吸收微波通过反射分布于腔体内，其目的在于，提供一种厘米级带反射腔的辐射器型多位微波反应器，具有微波利用率高、易于控制温度、使用方便、体积小巧，并可以对多个微量或小量样品同时进行微波处理。为实现上述目的，本发明的方案是，一种带反射腔的多位微波反应器，包括反射腔、反应器组合件和微波辐射器组合件，其特征在于，所述反射腔为微波反射材料制成的截面呈正方形的管状壳体，所述管状壳体四个角设有微波反射体；所述反应器组合件包括四个并排设置、截面为正方形的管状反应器，其正方形截面对角线与所述反射腔截面对角线相互垂直设置于管状壳体内；所述微波辐射器组合件包括微波辐射头和微波源，所述辐射头为棒状裂缝天线辐射器，其辐射端设置于管状壳体中心线，接头端露出管状壳体与微波源通过同轴电缆连接。

进一步地，上述反射腔管状壳体1材料选自铜、铝或不锈钢等微波反射材料的一种，其截面内边长在12 mm-100 mm，高度30 mm-100 mm。

进一步地，上述管状壳体内设微波反射体呈直角三角形柱状，直角边分别贴合管状壳体内边，直角边长度小于1/4壳体内边长，所述直角三角形柱状一个内角在20-70度之间，其料选自铜、铝或不锈钢等微波反射材料的一种。

进一步地，上述管状反应器材料选自高硼硅玻璃、石英玻璃或聚四氟乙烯等材料的一种，外径4 mm-22mm，高度30 mm-100 mm，管状反应器设有螺口或钳口顶盖，顶盖设有密闭垫，可用于消解、反应、顶空或提取等过程。

进一步地，上述四个管状反应器，其中一个可设为温度控制管，温度控制管顶盖设置有卡套接头，用于安装温度传感器。

进一步地，上述温度传感器选自红外温度传感器、光纤温度传感器或荧光光纤温度传感器的一种。

进一步地，上述棒状偶极裂缝天线辐射器为一段同轴电缆一端适当部位开了ー个环形缝隙，剥离部分外导体露出内导体制成。

进一步地，上述微波源为同轴输出固态微波发生器，微波频率为2450 MHz，功率0-100W可调。

本发明工作原理在于：微波辐射头具有围绕裂缝天线辐射器呈椭球状的微波热场，微波热场截面为以辐射器为中心的圆形，微波通过圆心的方向为最强吸波方向，微波通过与圆相切的方向为最弱吸波方向；本发明采用一种吸收反射馈能装置，反应器组合件截面对角线与反射腔截面对角线相互垂直，反射腔四个角设置有直角三角形柱状微波反射体，可将弱吸波方向和最弱吸波方向未被吸收的微波按一定角度折射至邻近管状反应器，解决多位微波反应器微波能利用的问题。

与现有技术相比，本发明优点和积极效果是：

其一，本发明采用一种吸收反射馈能装置，通过设置反射腔体，将未吸收微波通过反射分布于腔体内，克服现有技术的问题，明显改善微波利用率，且控温容易；其二，提供了一种新型辐射器型多位微波反应器，其体积达到厘米级。其三，本发明多位反应器可方便对多个微量或小量样品同时进行微波处理，相对于单反应器具有明显的优势，本发明将会极大提高天线辐射器微波反应器的应用价值。

附图说明

图1为本发明结构示意图；其中图1a为多位微波反应器顶视图、图1b多位微波反应器剖视图；

图2为微波辐射头结构示意图；

图3 为本发明原理示意图，其中图3a为裂缝天线辐射器热场分布剖视图，图3b为裂缝天线辐射器热场分布顶视图，图3c多位微波反应器内微波吸收反射图。

图中，1-管状壳体，11-微波反射体，2-管状反应器，21-顶盖，22-密闭垫，23-温度控制管，24-卡套接头，25-温度传感器，3-微波辐射头，31-辐射端，32-接头端，33-环形缝隙，34-外导体，35-内导体，4-微波源，5-微波热场。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，一种带反射腔的多位微波反应器，包括反射腔、反应器组合件和微波辐射器组合件，其特征在于，所述反射腔为微波反射材料制成的截面呈正方形的管状壳体1，所述管状壳体1四个角设有微波反射体11；所述反应器组合件包括四个并排设置、截面为正方形的管状反应器2，其正方形截面对角线与所述反射腔截面对角线相互垂直设置于管状壳体1内；；所述微波辐射器组合件包括微波辐射头3和微波源4，所述辐射头3为棒状裂缝天线辐射器，其辐射端31设置于管状壳体1中心线，接头端32露出管状壳体1与微波源4通过同轴电缆连接。

如图1所示，所述反射腔管状壳体1材料选自铜、铝或不锈钢等微波反射材料的一种，其截面内边长在12 mm-100 mm，高度30 mm-100 mm。

如图1所示，所述管状壳体1内设微波反射体2呈直角三角形柱状，直角边分别贴合管状壳体内边，直角边长度小于1/4壳体内边长，所述直角三角形柱状一个内角在20-70度之间，其料选自铜、铝或不锈钢等微波反射材料的一种。

如图1所示，所述管状反应器2材料选自高硼硅玻璃、石英玻璃或聚四氟乙烯等材料的一种，外径4 mm-22mm，高度30 mm-100 mm，管状反应器2设有螺口或钳口顶盖21，顶盖设有密闭垫22，可用于消解、反应、顶空或提取等过程。

如图1所示，所述四个管状反应器2，其中一个可设为温度控制管23，温度控制管顶盖设置有卡套接头24，用于安装温度传感器25。

如图1所示，所述温度传感器25选自红外温度传感器、光纤温度传感器或荧光光纤温度传感器的一种。

如图3所示，所述棒状偶极裂缝天线辐射器为一段同轴电缆一端适当部位开了ー个环形缝隙33，剥离部分外导体34露出内导体35制成。

如图2所示，所微波源为同轴输出固态微波发生器4，微波频率为2450 MHz，功率0-100W可调。

本发明的工作原理如图3a、图3b和图3c所示，如图3a微波辐射头3具有围绕裂缝天线辐射器呈椭球状的微波热场5，如图3b微波热场5截面为以辐射器A为中心的圆形，如图3c微波通过圆心的方向为最强吸波方向AB，微波通过与圆相切的方向为最弱吸波方向AD；本发明采用一种吸收反射馈能装置，反应器组合件2截面对角线与反射腔1截面对角线相互垂直，反射腔1四个角设置有直角三角形柱状微波反射体4，可将弱吸波方向AC和最弱吸波方向AD未被吸收的微波按一定角度折射至邻近管状反应器2，解决多位微波反应器微波能利用的问题。

Claims (8)

1.一种带反射腔的多位微波反应器，包括反射腔、反应器组合件和微波辐射器组合件，其特征在于，所述反射腔为微波反射材料制成的截面呈正方形的管状壳体，所述管状壳体四个角设有微波反射体；所述反应器组合件包括四个并排设置、截面为正方形的管状反应器，其正方形截面对角线与所述反射腔截面对角线相互垂直设置于管状壳体内；所述微波辐射器组合件包括微波辐射头和微波源，所述辐射头为棒状裂缝天线辐射器，其辐射端设置于管状壳体中心线，接头端露出管状壳体与微波源通过同轴电缆连接。

2.根据权利要求1所述一种带反射腔的多位微波反应器，其特征是，所述反射腔管状壳体1材料选自铜、铝或不锈钢等微波反射材料的一种，其截面内边长在12 mm-100 mm，高度30 mm-100 mm。

3.根据权利要求1所述一种带反射腔的多位微波反应器，其特征是，所述管状壳体内设微波反射体呈直角三角形柱状，直角边分别贴合管状壳体内边，直角边长度小于1/4壳体内边长，所述直角三角形柱状一个内角在20-70度之间，其料选自铜、铝或不锈钢等微波反射材料的一种。

4.根据权利要求1所述一种带反射腔的多位微波反应器，其特征是，所述管状反应器材料选自高硼硅玻璃、石英玻璃或聚四氟乙烯等材料的一种，外径4 mm-22mm，高度30 mm-100mm，管状反应器设有螺口或钳口顶盖，顶盖设有密闭垫，可用于消解、反应、顶空或提取等过程。

5.根据权利要求1所述一种带反射腔的多位微波反应器，其特征是，所述四个管状反应器，其中一个可设为温度控制管，温度控制管顶盖设置有卡套接头，用于安装温度传感器。

6.根据权利要求5所述温度控制管，其特征是，所述温度传感器选自红外温度传感器、光纤温度传感器或荧光光纤温度传感器的一种。

7.根据权利要求1所述一种带反射腔的多位微波反应器，其特征是，所述棒状偶极裂缝天线辐射器为一段同轴电缆一端适当部位开了ー个环形缝隙，剥离部分外导体露出内导体制成。

8. 根据权利要求1所述一种带反射腔的多位微波反应器，其特征是，所述微波源为同轴输出固态微波发生器，微波频率为2450 MHz，功率0-100W可调。