CN112794397A - 一种腔式微波辐射器及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种腔式微波辐射器，涉及微波技术领域。该腔式微波辐射器包括：多个微波源和腔体，腔体包括顶部盖板、底面和四个侧面，顶部盖板开有波导安装孔，侧面包括顶部侧面和底部侧面，顶部侧面靠近腔体顶部，底部侧面靠近腔体底部，顶部侧面的长度小于底部侧面的长度。本发明解决了现有的微波源辐射面积小、辐射不均匀的问题。
Description
技术领域
本发明涉及微波技术领域，具体而言，涉及一种腔式微波辐射器及系统。
背景技术
工业废水包括生产废水、生产污水及冷却水，是指工业生产过程中产生的废水和废液，其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物、副产品以及生产过程中产生的污染物。工业废水种类繁多，成分复杂。例如电解盐工业废水中含有汞，重金属冶炼工业废水含铅、镉等各种金属，电镀工业废水中含氰化物和铬等各种重金属，石油炼制工业废水中含酚，农药制造工业废水中含各种农药等。由于工业废水中常含有多种有毒物质，污染环境对人类健康有很大危害，因此要开发综合利用，化害为利，并根据废水中污染物成分和浓度，采取相应的净化措施进行处置后，才可排放。
在水和空气存在的情况下，微波催化剂吸收电磁波后会产生电子和电子空穴对，通过微波催化反应生成氧化降解所需的氢氧电子，氢氧电子再和反应体系中的酚类有机物及中间产物发生氧化降解反应，最终将酚类有机物矿化为二氧化碳和水等无机物，达到完全降解的作用。但是现有的微波对废水进行处理时，微波在极性液体中传输时，穿透深度不够，而且微波辐射面积较小并且辐射不均匀。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种腔式微波辐射器，以解决现有的微波源辐射面积小并且辐射不均匀的问题。
为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种腔式微波辐射器，包括：多个微波源和腔体，腔体包括顶部盖板、底面和四个侧面，顶部盖板开有波导安装孔，侧面包括顶部侧面和底部侧面，顶部侧面靠近腔体顶部，底部侧面靠近腔体底部，顶部侧面的长度小于底部侧面的长度。
优选地，每个侧面包括第一层侧面、第二层侧面和第三层侧面三层；第一层侧面为间隔设置的金属网，第二层侧面为隔液安全介质层，第三层侧面为过滤层。
优选地，多个微波源两两相互垂直均匀设置在腔体的顶部盖板上。
优选地，四个侧面之间连接处设置为圆角。
优选地，过渡层的厚度大于四分之一倍的波长。
优选地，过渡层由电介质材料制成。
优选地，过渡层为固体或者液体，过渡层的相对介电常数由腔式微波辐射器内部空气的相对介电常数和腔式微波辐射器外部液体的相对介电常数决定。
优选地，从顶部侧面到底部侧面，金属网的间隔逐渐增大，金属网的长度逐渐减小。
第二方面，本发明实施例还提供了一种腔式微波辐射系统，包括多个第一方面所述的腔式微波辐射器。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种腔式微波辐射器，包括：多个微波源和腔体，多个微波源增大了微波辐射面积，腔体可以使得多个微波源辐射的微波更加均匀，另外，腔体包括顶部盖板、底面和四个侧面，顶部盖板开有波导安装孔，可以安装多个微波源，侧面包括顶部侧面和底部侧面，顶部侧面靠近腔体顶部，底部侧面靠近腔体底部，顶部侧面的长度小于底部侧面的长度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
图1为本发明一实施例提供的腔式微波辐射器示意图；
图2为本发明一实施例提供的腔体侧面剖面图；
图3为本发明一实施例提供的腔体顶板上微波源布置规划图；
图4为本发明一实施例提供的腔体侧面从顶部到底部的微波辐射强度变化图。
图标：1-微波源、2-腔体、201-顶部盖板、202-底面、203-侧面203、2031-顶部侧面2031、2032-底部侧面、2033-第一层侧面、2034-第二层侧面、2035-第三层侧面。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为本发明一实施例提供的腔式微波辐射器示意图，图2为本发明一实施例提供的腔体侧面剖面图，图3为本发明一实施例提供的腔体顶板上微波源布置规划图，图4为本发明一实施例提供的腔体侧面从顶部到底部的微波辐射强度变化图。以下将结合图1至图4，对本发明实施例所提供的腔式微波辐射器进行详细说明。
图1为本发明一实施例提供的腔式微波辐射器示意图，如图1所示，该腔式微波辐射器，包括：多个微波源1和腔体2，腔体2包括顶部盖板201、底面202和四个侧面203，顶部盖板201开有波导安装孔，侧面203包括顶部侧面2031和底部侧面2032，顶部侧面2031靠近腔体2顶部，底部侧面2032靠近腔体2底部，顶部侧面2031的长度小于底部侧面2032的长度。
腔式微波辐射器的腔体2将多个微波源1发出的微波扩散得更加均匀，并且增大了微波的辐射面积。
其中，微波源1包括微波电源、磁控管和波导，微波电源给磁控管供电，磁控管生成微波，波导将微波进行传输。
腔体2一侧与微波的波导连接，可以增大微波的辐射面积，同时，多个微波源1可以设置在腔体2的一侧，增大了微波的辐射强度。
其中，腔体2包括顶部盖板201、底面202和四个侧面203，多个微波源1可以设置在腔体2的顶部盖板201上，微波从顶部盖板201传输至腔体2的其他部位，进而通过腔体2进行辐射，使得微波的辐射更加均匀。
腔体2的顶部盖板201开有波导安装孔，微波源1可以安装的顶部盖板201上，波导安装孔可以均匀设置在顶部盖板201上，可以使得微波源1均匀设置在顶部盖板201上，进一步使得微波辐射进腔体2更加均匀。
另外，顶部盖板201可以为不锈钢盖板。
侧面203包括顶部侧面2031和底部侧面2032，顶部侧面2031靠近腔体2顶部，底部侧面2032靠近腔体2底部，顶部侧面2031的长度小于底部侧面2032的长度。使用腔式微波辐射器时，腔体2需沁入液体中，液面高度需高于顶部侧面2031与底部侧面2032之间的分界线。液体可以液封微波，减少微波的泄露。
本实施例中，腔式微波辐射器包括：多个微波源1和腔体2，多个微波源1增大了微波辐射面积，腔体2可以使得多个微波源1辐射的微波更加均匀，另外，腔体2包括顶部盖板201、底面202和四个侧面203，顶部盖板201开有波导安装孔，可以安装多个微波源1，侧面203包括顶部侧面2031和底部侧面2032，顶部侧面2031靠近腔体2顶部，底部侧面2032靠近腔体2底部，顶部侧面2031的长度小于底部侧面2032的长度。
优选地，如图2所示，为了减少微波的反射，并且减少微波的泄露，每个侧面203包括第一层侧面2033、第二层侧面2034和第三层侧面2035三层；第一层侧面2033为间隔设置的金属网，第二层侧面2034为隔液安全介质层，第三层侧面2035为过滤层。
其中，第一侧面203可以为金属网或者金属板，金属网可以阻隔微波，减少微波的泄露。
金属网的厚度大于1毫米，金属网的网孔直径小于3毫米。并且金属网的厚度与腔体2可以沁入液体的深度有关，腔体2可以沁入液体越深，金属网的厚度越厚。
需要说明的是，与此同时，腔体2可以沁入液体越深，隔液安全介质层和过渡层的厚度也越厚。
隔液安全介质层可以由相对介电常数尽量低并且损耗角正切尽量小的材料制成，比如，隔液安全介质层可以由硅基高分子材料、基于碳搀杂氧化硅材料、聚酰亚胺、聚苯并恶嗪、聚硅氧烷、聚酰胺等低介电常数的材料制成。
相对介电常数，表征介质材料的介电性质或极化性质的物理参数。其值等于以预测材料为介质与以真空为介质制成的同尺寸电容器电容量之比，该值也是材料贮电能力的表征。也称为相对电容率。不同材料不同温度下的相对介电常数不同。
介电损耗角正切是指表征电介质材料在施加电场后介质损耗大小的物理量，是指电介质在单位时间内每单位体积中，将电能转化为热能（以发热形式）而消耗的能量。表征电介质材料在施加电场后介质损耗大小的物理量。
另外，隔液安全介质层的厚度可以大于1毫米。
过渡层可以有效减小微波反射，增强微波辐射效果。
具体的，过渡层使得80%的微波反射减少至5%。
另外，过渡层的相对介电常数可以由腔体2外液体相对介电常数和腔体2内气体的相对介电常数共同决定。
过渡层的损耗角正切可以尽可能小。
过渡层可以为固体或者液体，当过渡层为液体时，盛放液体的外壳的相对介电常数应该尽量与腔体2外液体的相对介电常数接近。
过渡层可以由超高频瓷、云母、碳、花岗石或者氧化玻制成。
优选地，如图3所示，为了使得进入腔体2的微波更加均匀，进一步使得微波辐射更加均匀，多个微波源1两两相互垂直均匀设置在腔体2的顶部盖板201上。
相互垂直的微波源1可以使得微波进入腔体2更加分散更加均匀。
具体的，腔体2顶部盖板201上可以均匀设置有八个微波源1。
其中，微波源1可以为2.4GHz的微波源1。
优选地，为了有效防止微波尖端放电现象的发生，四个侧面203之间连接处设置为圆角。
在强电场作用下，物体表面曲率大的地方(如尖锐、细小物的顶端)，等电位面密，电场强度剧增，致使它附近的空气被电离而产生气体放电。
尖端放电为电晕放电的一种，专指尖端附近空气电离而产生气体放电的现象。
尖端放电可能引起火灾爆炸。由于火花型尖端放电的放电能量较大，因此很容易引起易燃易爆混合物的燃烧和爆炸，造成重大人身伤亡和财产损失。
尖端放电还可能妨碍生产，损坏设备。火花型及电晕型尖端放电都会对生产过程造成不同程度的妨碍，乃至损坏设备。
尖端放电也可造成人体电击，如带静电的人触摸金属把手而在手指放电。
优选地，为了减少微波的泄露，过渡层的厚度大于四分之一倍的波长。
优选地，为了进一步减少微波泄露，过渡层由电介质材料制成。
优选地，为了将微波隔绝在腔体2内，减少微波漏出腔体2现象的发生，过渡层为固体或者液体，过渡层的相对介电常数由腔式微波辐射器内部空气的相对介电常数和腔式微波辐射器外部液体的相对介电常数决定。
具体的，过渡层的相对介电常数可以为，腔体2外液体的相对介电常数与腔体2内气体的相对介电常数之比的开方。
优选地，为了保证微波的均匀辐射，并且节约材料，从顶部侧面2031到底部侧面2032，金属网的间隔逐渐增大，金属网的长度逐渐减小。
如图4所示，越接近腔体2顶部盖板201，微波越强，所以需要的金属网较长，间隔较小，越接近腔体2底部，微波越弱，所以，需要的金属网较短，间隔较大。
需要说明的是，金属网之间最小的间隔可以大于十分之一波长。
具体的，两个相邻的金属网长度差可以大于十分之一波长，两个相邻的间隔之间，较短间隔长度可以为较长间隔长度的0.75倍。
具体的：
可以选用八个2.4GHz微波源1，顶部盖板201上开设由八个波导安装口，微波源1安装在顶部盖板201上，顶部侧面2031的长度可以为50厘米，底部侧面2032的长度可以为150厘米，使用时，腔体2沁入液体中的长度大于165厘米。
由于波长等于波速（光在介质中的传播速度）除以微波频率，光在水中和光在空气中的传播速度分别为
8m/s、
8 m/s，所以，光在水中的波长
8 
9)=0.09375m，光在空气中的波长N=
8 
9)=0.125m。
另外，顶部盖板201的长可以为120厘米，宽可以为80厘米。
金属网可以为铁制网，隔液安全介质层可以由硅基高分子材料制成。
金属网之间最小的间隔可以大于1.5厘米。
以腔式微波辐射器沁入水中为例，水的相对介电常数为9，腔体2内空气的相对介电常数为1，由于过渡层的相对介电常数可以为，腔体2外液体的相对介电常数与腔体2内气体的相对介电常数之比的开方。
所以得知，过渡层的相对介电常数大约为9。
所以，过渡层可以由云母制成。
由于，过渡层的厚度大于四分之一倍的波长，所以，过渡层的厚度可以大于3厘米。
本发明实施例还提供了一种腔式微波辐射系统，包括多个上述的腔式微波辐射器。
综上所述，本发明实施例还提供了一种腔式微波辐射系统，包括多个上述的腔式微波辐射器。其中，腔式微波辐射器包括：多个微波源1和腔体2，多个微波源1增大了微波辐射面积，腔体2可以使得多个微波源1辐射的微波更加均匀，另外，腔体2包括顶部盖板201、底面202和四个侧面203，顶部盖板201开有波导安装孔，可以安装多个微波源1，侧面203包括顶部侧面2031和底部侧面2032，顶部侧面2031靠近腔体2顶部，底部侧面2032靠近腔体2底部，顶部侧面2031的长度小于底部侧面2032的长度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种腔式微波辐射器，其特征在于，包括：多个微波源和腔体，所述腔体包括顶部盖板、底面和四个侧面，所述顶部盖板开有波导安装孔，所述侧面包括顶部侧面和底部侧面，所述顶部侧面靠近所述腔体顶部，所述底部侧面靠近所述腔体底部，所述顶部侧面的长度小于所述底部侧面的长度。
2.如权利要求1所述的腔式微波辐射器，其特征在于，所述每个侧面包括第一层侧面、第二层侧面和第三层侧面三层；所述第一层侧面为间隔设置的金属网，所述第二层侧面为隔液安全介质层，所述第三层侧面为过滤层。
3.如权利要求1所述的腔式微波辐射器，其特征在于，所述多个微波源两两相互垂直均匀设置在所述腔体的顶部盖板上。
4.如权利要求1所述的腔式微波辐射器，其特征在于，所述四个侧面之间连接处设置为圆角。
5.如权利要求2所述的腔式微波辐射器，其特征在于，所述过渡层的厚度大于四分之一倍的波长。
6.如权利要求1所述的腔式微波辐射器，其特征在于，所述过渡层由电介质材料制成。
7.如权利要求2所述的腔式微波辐射器，其特征在于，所述过渡层为固体或者液体，所述过渡层的相对介电常数由所述腔式微波辐射器内部空气的相对介电常数和所述腔式微波辐射器外部液体的相对介电常数决定。
8.如权利要求2所述的腔式微波辐射器，其特征在于，从所述顶部侧面到所述底部侧面，所述金属网的间隔逐渐增大，所述金属网的长度逐渐减小。
9.一种腔式微波辐射系统，其特征在于，包括多个如权利要求1-8任一项所述的腔式微波辐射器。
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