CN110621096A - 微波加热装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种微波加热装置及系统。微波加热装置包括微波传输线和微波馈入端口，微波传输线包括传输导体、辅助介质和传输地，传输地围绕传输导体设置形成一屏蔽壳体，辅助介质和传输导体设置于屏蔽壳体内；传输导体包括第一端，传输导体的第一端贯穿屏蔽壳体；微波馈入端口与第一端相连接；微波馈入端口用于接入微波信号；屏蔽壳体用于放置待加热物体；微波加热装置用于加热待加热物体。本申请实施例实现装置的体积微小化，满足多样化的应用场景需求。
Description
技术领域
本申请实施例涉及微波应用技术领域，尤其涉及一种微波加热装置及系统。
背景技术
微波加热与传统加热方式相比，极大地提高了能源的利用率，减少了能量损耗，具有效率高、环保等优点。因此微波加热得到了广泛的应用。
现有技术的微波加热技术，大多是基于天线耦合到谐振腔的。通过天线将微波信号馈入到谐振腔中，在谐振腔内实现谐振，谐振腔内的待加热物体在电磁场作用下高频往返运动，从而实现加热。由于谐振频率与腔体尺寸关系密切，难以在小体积内实现谐振，导致现有的微波加热装置难以满足多样化应用场景对体积的要求。
发明内容
本申请实施例提供一种微波加热装置，以解决或缓解现有技术中的一项或更多项技术问题。
作为本申请实施例的一个方面，本申请实施例提供一种微波加热装置，包括微波传输线和微波馈入端口，所述微波传输线包括传输导体、辅助介质和传输地，所述传输地围绕所述传输导体设置形成一屏蔽壳体，所述辅助介质和所述传输导体设置于所述屏蔽壳体内；所述传输导体包括第一端，所述传输导体的第一端贯穿所述屏蔽壳体；所述微波馈入端口与所述第一端相连接；
所述微波馈入端口用于接入微波信号；
所述屏蔽壳体用于放置待加热物体；
所述微波加热装置用于加热所述待加热物体。
作为本申请实施例的一个方面，本申请实施例提供一种微波加热装置，所述微波加热装置用于加热待加热物体；所述微波加热装置包括传输导体、传输地和微波馈入端口；所述传输导体、传输地和所述待加热物体形成微波传输线；所述传输地围绕所述传输导体设置形成一屏蔽壳体，所述传输导体设置于所述屏蔽壳体内；所述屏蔽壳体用于放置待加热物体；
所述传输导体包括第一端，所述传输导体的第一端贯穿所述屏蔽壳体；所述微波馈入端口与所述第一端相连接；所述微波馈入端口用于接入微波信号。
作为本申请实施例的一个方面，本申请实施例提供一种微波加热系统，包括微波发生器和本申请任意实施例提供的微波加热装置；所述微波发生器的微波输出端连接所述微波加热装置的微波馈入端口。
本申请实施例采用上述技术方案，微波传输线中的传输地形成屏蔽壳体，微波传输线传输的微波信号能量在屏蔽壳体内沿传输导体传输的过程中，被待加热物体吸收和损耗，实现对待加热物体的加热。微波传输线中传输地作为屏蔽外壳，其大小形状不受限制，因此可以实现装置的体积微小化，满足多样化的应用场景需求。
上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本申请进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。
附图说明
在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本申请公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本申请范围的限制。
图1示出根据本申请实施例的微波加热装置的结构示意图。
图2示出根据本申请实施例的微波传输段的示意图。
图3示出根据本申请实施例的微波传输段的示意图。
图4示出根据本申请实施例的微波传输端的示意图。
图5示出根据本申请实施例的微波加热装置的结构示意图。
图6示出根据本申请实施例的微波加热系统的结构示意图。
图7示出根据本申请实施例的微波波形示意图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本申请的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
作为一种示例性的实施方式，图1示出根据本申请实施例的微波加热装置的结构示意图。如图1所示，该微波加热装置包括微波传输线100和微波馈入端口(图中未标示)。微波传输线100包括传输导体10、辅助介质20和传输地，传输地围绕所输导体10设置形成一屏蔽壳体40，辅助介质20和传输导体10设置于屏蔽壳体40内。传输导体10包括第一端11，传输导体10的第一端11贯穿屏蔽壳体40；微波馈入端口与第一端11相连接。
微波馈入端口用于接入微波信号；屏蔽壳体40用于放置待加热物体30；微波加热装置用于加热待加热物体30。
微波传输线100的传输地形成屏蔽壳体40，微波馈入端口接入的微波信号进入屏蔽壳体40后沿传输导体10传输，屏蔽壳体可以减少微波信号向外泄露。在一些实施例中，屏蔽壳体40可以是全封闭的壳体，也可以是半开放的壳体。在一些实施例中，传输导体10的第一端11贯穿屏蔽壳体40，可以是第一端11外露于屏蔽壳体40的外表面，使得第一端11可以与微波信号源耦合。示例性地，可以是第一端11相对屏蔽壳体40的外表面凸出一部分，也可以是第一端11与屏蔽壳体40平齐。辅助介质20用于填充屏蔽壳体40，以形成微波传输线。微波信号在微波传输线100中传输，将待加热物体30置于屏蔽壳体40中，待加热物体30可以视为微波传输线中的一种介质，微波能量在传输过程中被待加热物体30和辅助介质20转化为热能消耗掉，实现微波加热。
其中，辅助介质20可以包括电介质和/或磁介质，传输导体10可以包括导电体，例如金属。辅助介质20还可以用于隔离传输导体10和待加热物体30，以防传输导体10和待加热物体30直接接触，对传输导体10形成危害，例如使传输导体10生锈、腐蚀，或者遗留有害物质在传输导体10上。在一些实施例中，辅助介质20可以包括空气、塑料、PCB板或陶瓷中的一种或多种。
作为一种示例性实施方式，待加热物体30的损耗角正切大于辅助介质20的损耗角正切，即微波加热装置用于加热损耗角正切大于辅助介质20损耗角正切的待加热物体30。由于待加热物体30的损耗角正切大于辅助介质20的损耗角正切，因此能量更多地损耗在了高有耗的待加热物体30上，实现了待加热物体30的加热。
示例性地，辅助介质20的损耗角正切小于0.02。辅助介质20的损耗角正切小于0.02,可以保证辅助介质20的损耗角正切小于多数有加热需求的物体的损耗角正切，满足目前多数应用场景中的加热需求。并且，以0.02作为临界值，而不是以过小的损耗角正切值作为临界值，可以提高辅助介质20对加热效果的影响度，提高加热效果的可调节性。
示例性地，辅助介质20为空气或陶瓷。空气的损耗角正切为0.0009，陶瓷的损耗角正切为0.001。空气或者陶瓷是常见的损耗角正切较小的物体，在保证加热效果的同时，降低微波加热装置的成本以及实现难度。
作为一种示例性的实施方式，本申请实施例还提供一种微波加热装置，用于加热待加热物体。该微波加热装置包括传输导体、传输地和微波馈入端口。传输导体、传输地和待加热物体形成微波传输线。传输地围绕传输导体设置形成一屏蔽壳体，传输导体设置于屏蔽壳体内。屏蔽壳体用于放置待加热物体。传输导体包括第一端，传输导体的第一端贯穿屏蔽壳体。微波馈入端口与第一端相连接。微波馈入端口用于接入微波信号。本申请实施例，还可以以待加热物体作为微波传输线的介质，微波能量损耗在待加热物体上，实现加热。
在上述任意实施方式的基础上，作为示例性的实施方式，传输导体10还包括第二端，第二端设置于屏蔽壳体40内，第二端与屏蔽壳体40之间开路或者短路设置。开路可以是第二端与屏蔽壳体40不直接接触，短路可以是第二端与屏蔽壳体40直接接触。
示例性地，如图1所示，传输导体10还包括微波传输段12。微波传输段12设置于屏蔽壳体内，微波传输端12可以呈螺旋弹簧状。
如图2至图4所示的微波传输段的示意图，微波传输段还可以呈弯折线状。或者，可以多处折弯形成鱼叉状或空心柱状。例如，如图4所示，传输导体的微波传输段围绕形成具有内部空腔的柱状结构。微波传输段可以围绕一中心轴形成该柱状结构，内部空腔可以容纳待加热物体或者辅助介质。示例性地，微波传输段可以通过多处弯折形成该柱状结构的侧面。
传输导体在屏蔽壳体内包括一处或多处的弯折或螺旋形状，可以在有限空间里增加传输路径，提高加热速度和效果。
作为一种示例性的实施方式，本申请实施例的屏蔽壳体包括盖体以及与盖体相互配合的容器，第一端贯穿盖体或者容器。如图5所示的微波加热装置的结构示意图，传输导体10可以呈直线状。传输导体10可以固定在待加热物体30的上方、下方或其他位置。传输地形成的屏蔽壳体40可以整体呈方体，并在方体上方开盖，分为盖体41和容器42两部分，方便取放待加热物体30。可以在盖体41或者容器42上开设小孔，为传输导体10的同轴馈电结构留出位置。传输导体10的第一端贯穿盖体或者容器，与微波馈入端口连接。应该理解，屏蔽壳体40也可以呈其它形状，比如柱体、台体或椎体。
示例性地，辅助介质可以为固体介质，辅助介质设置有用于放置待加热物体的放置部。例如，辅助介质可以是陶瓷，屏蔽壳体包括盖体以及容器，容器底部设置传输导体，传输导体上方设置辅助介质，辅助介质的放置部用于放置待加热物体。陶瓷介质起到了隔离作用。放置部的形状可以不受限制，可以设计多种有利于物体放置的结构，提高实用性。
示例性地，屏蔽壳体上还可以设置有孔，孔的口径小于微波馈入端口接入的微波信号的波长。本申请实施例采用微波传输线的损耗进行加热，屏蔽壳体上可以设置孔，因此，本申请实施例的微波加热装置可以加热挥发性物体，保持内外气压平衡。
作为一种示例性实施方式，如图6所示的微波加热系统的结构示意图，本申请实施例还提供一种微波加热系统，包括微波发生器50和本申请任意实施例提供的微波加热装置60。微波发生器50的微波输出端连接微波加热装置60的微波馈入端口。其中，微波发生器50和微波加热装置60的数量都分别可是是一个或多个。微波发生器50可以包括半导体微波发生器或电真空微波发生器。
示例性地，微波发生器50输出的微波信号为连续波或脉冲微波。脉冲微波是不连续波，可以在保持温度稳定的同时节省加热过程的功耗。
示例性地，微波发生器50可以包括控制器51。控制器51可以设置微波发生器输出的微波信号的波形、频率、工作相位、功率和占空比中的一种或多种。例如，控制器51可以设置微波发生器50输出的微波信号为方波、正弦波或三角波等。控制器51还可设置微波发生器50输出相位调制或频率调制的微波信号。多种波形、频率、工作相位、功率和占空比的自由组合，可以对应多种工作模式。本申请实施例提供波形、频率、工作相位、功率和占空比可调的微波发生器50，可以灵活调整微波传输线的加热效果。
示例性地，微波加热系统还可以包括电源70，电源70连接微波发生器50的供电端口，用于为微波发生器50提供电能。电源70可以是直流电源，可以包括电池、DC-DC电源或者AC-DC电源等。
示例性地，微波加热系统还可以包括人机交互单元80，人机交互单元80连接微波发生器50。人机交互单元80可以包括鼠标、键盘、触摸屏幕或者设置于微波发生器上的按键系统等。人机交互单元80用于接收用户的控制指令，根据用户的控制指令输出控制信号。微波发生器50的控制器51根据该控制信号设置微波发生器50输出的微波信号。
示例性地，微波加热系统还可以包括网络模块90，网络模块90用于记录微波加热系统的状态信息和使用信息，将所述状态信息和使用信息通过网络发送至服务器。状态信息例如可以包括微波加热装置的温度或微波发生器的输出功率。使用信息例如可以是加热目标温度、加热时间、加热时长或加热模式等。网络模块90可以置于微波发生器50内，也可以置于微波发生器50外。
示例性地，微波加热系统还可以包括传感器200。例如，微波加热系统包括温度传感器，可以设置于微波加热装置的屏蔽壳体内，用于实时监测微波加热装置内的温度，并反馈至控制器，使得控制器根据实时温度调整微波加热装置的各项工作属性。例如，微波加热系统包括功率传感器，用于检测微波发生器的发射功率，并反馈至控制器，使得控制器根据发射功率调整微波加热装置的各项工作属性。
示例性地，微波加热系统还可以包括微波信号放大器(图中未标示)。微波信号放大器可以设置于微波发生器和微波加热装置的微波馈入端口之间。微波信号放大器用于放大微波信号。
参见图7，示出了传输导体传输的微波波形。微波能量在传输导体第一端时形成行波状态。行波在传输时被介质(包括辅助介质和/或待加热物体)吸收并转化为热能。如果传输到第二端时是开路状态，行波可以反射回去形成驻波或行驻波。
在本说明书的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
上文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，上文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (14)
1.一种微波加热装置，其特征在于，包括微波传输线和微波馈入端口，所述微波传输线包括传输导体、辅助介质和传输地，所述传输地围绕所述传输导体设置形成一屏蔽壳体，所述辅助介质和所述传输导体设置于所述屏蔽壳体内；所述传输导体包括第一端，所述传输导体的第一端贯穿所述屏蔽壳体；所述微波馈入端口与所述第一端相连接；
所述微波馈入端口用于接入微波信号；
所述屏蔽壳体用于放置待加热物体；
所述微波加热装置用于加热所述待加热物体。
2.根据权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于，所述待加热物体的损耗角正切大于所述辅助介质的损耗角正切。
3.根据权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于，所述辅助介质的损耗角正切小于0.02。
4.根据权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于，所述辅助介质为空气或陶瓷。
5.根据权利要求1至4任一项所述的微波加热装置，其特征在于，所述传输导体还包括第二端，所述第二端设置于所述屏蔽壳体内，所述第二端与所述屏蔽壳体之间开路或者短路设置。
6.根据权利要求1至4任一项所述的微波加热装置，其特征在于，所述传输导体还包括微波传输段，所述微波传输段设置于所述屏蔽壳体内，所述微波传输段呈弯折线状、螺旋弹簧状、鱼叉状或空心柱状。
7.根据权利要求1至4任一项所述的微波加热装置，其特征在于，所述屏蔽壳体包括盖体以及与所述盖体相互配合的容器，所述第一端贯穿所述盖体或者所述容器。
8.根据权利要求1至3任一项所述的微波加热装置，其特征在于，所述辅助介质为固体介质，所述辅助介质设置有用于放置待加热物体的放置部。
9.根据权利要求1至3所述的微波加热装置，其特征在于，所述辅助介质用于隔离所述传输导体和待加热物体。
10.根据权利要求1至4任一项所述的微波加热装置，其特征在于，所述屏蔽壳体上设置有孔，所述孔的口径小于所述微波馈入端口接入的微波信号的波长。
11.一种微波加热装置，其特征在于，所述微波加热装置用于加热待加热物体；所述微波加热装置包括传输导体、传输地和微波馈入端口；所述传输导体、传输地和所述待加热物体形成微波传输线；所述传输地围绕所述传输导体设置形成一屏蔽壳体，所述传输导体设置于所述屏蔽壳体内；所述屏蔽壳体用于放置待加热物体；
所述传输导体包括第一端，所述传输导体的第一端贯穿所述屏蔽壳体；所述微波馈入端口与所述第一端相连接；所述微波馈入端口用于接入微波信号。
12.一种微波加热系统，其特征在于，包括微波发生器和如权利要求1至11任一项所述的微波加热装置；所述微波发生器的微波输出端连接所述微波加热装置的微波馈入端口。
13.根据权利要求12所述的微波加热系统，其特征在于，所述微波发生器输出的微波信号为脉冲微波。
14.根据权利要求13所述的微波加热系统，其特征在于，所述微波发生器包括控制器；所述控制器用于设置所述微波发生器输出的微波信号的波形、频率、工作相位、功率和占空比中的一种或多种。
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