CN113543395A - 一种用于固体材料均匀加热的泄露同轴装置 - Google Patents

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尹树孟
于辉
单晓雯
黄兆贺
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Abstract

本发明涉及微波加热领域，是指一种用于固体材料均匀加热的泄露同轴装置，解决了现有技术中现有技术中加热环境要求高、加热不均匀的问题。本发明连接微波发生器，还包括不少于两组同轴缆线；所述同轴缆线横向设置有缝隙；所述同轴缆线连接微波发生器；所述同轴缆线组与被加热物分层间隔设置；本发明公开的一种用于固体材料均匀加热的泄露同轴装置，通过分层支撑结构间隔设置同轴缆线组和被加热物，同轴缆线上的设置开缝均匀辐射电磁波，并在同轴缆线外形成均一分布的电场，进而全方位均匀辐射微波能量，实现均匀加热；本发明不受加热环境的影响，可应对大规模均匀加热需求。

Description

一种用于固体材料均匀加热的泄露同轴装置
技术领域
本发明涉及微波加热领域，特别是指一种用于固体材料均匀加热的泄露同轴装置。
背景技术
随着现代科技的飞速发展，微波能作为一种新型的高效率、清洁能源，已广泛应用于工业生产、日常生活等各个领域。
但微波加热的应用中存在被加热物的加热均匀性差问题。
现有技术中有很多解决上述问题的方法，普遍通过微波在加热腔内对被加热物进行加热，不但加热环境影响巨大，尤其是工业化加热中对加热均匀性的挑战更是不容小觑。
亟待出现一种可解决上述问题的新型微波加热装置。
发明内容
本发明提出的一种用于固体材料均匀加热的泄露同轴装置，解决了现有技术中现有技术中加热环境要求高、加热不均匀的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种用于固体材料均匀加热的泄露同轴装置，连接微波发生器，还包括不少于两组同轴缆线；所述同轴缆线横向设置有缝隙；所述同轴缆线连接微波发生器；所述同轴缆线组与被加热物分层间隔设置。
进一步地，所述同轴缆线包括双向辐射缆线和单向辐射缆线；所述双向辐射缆线组设置于中间层；所述单项辐射缆线组设置于上层和下层。
进一步地，所述双向辐射缆线的缝隙横向设置于同轴缆线相对两侧；所述单项辐射缆线的缝隙横向设置于同轴缆线一侧。
进一步地，所述缝隙间隔设置于同轴缆线的外导体上，且缝隙外电场分布均一。
进一步地，所述同轴缆线远离微波发生器一端还设置有短路面。
进一步地，所述同轴缆线组和被加热物通过分层支撑结构分层设置。
优选地，所述缝隙间隔为二分之一个工作波长。
优选地，所述同轴线缆通过一微波同轴转换装置连接微波发生器；所述微波同轴转换装置包括用于连接磁控管、用于连接同轴腔的同轴接头、用于能量馈入的转换腔。
进一步地，所述同轴接头的内导体高于外导体；所述内导体为铆钉结构，所述内导体靠近输出天线部分半径超过远离输出天线部分；所述靠近输出天线部分为钉帽部；所述钉帽部为倒角结构。
本发明公开的一种用于固体材料均匀加热的泄露同轴装置，通过分层支撑结构间隔设置同轴缆线组和被加热物，同轴缆线上的设置开缝均匀辐射电磁波，并在同轴缆线外形成均一分布的电场，进而全方位均匀辐射微波能量，实现均匀加热；本发明不受加热环境的影响，可应对大规模均匀加热需求；本发明通过一微波同轴转换装置连接微波源，不但结构简单、小巧，方便磁控管系统的集成，且微波输出效率高，不容易受负载的影响；通过设置钉帽部，有效防止尖端效应。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：本发明的结构示意图；
图2：同轴缆线的结构示意图；
图3：具体实施方式的加热效果图；
图4：微波同轴转换装置结构示意图；
图5：单向辐射同轴缆线和双向辐射同轴缆线在不同缝隙间隔下的温度分布图；
图6：单向辐射同轴缆线和双向辐射同轴缆线缝隙间隔与反射功率的关系图；
图7：单向辐射同轴缆线和双向辐射同轴缆线不同缝隙宽度与反射功率的关系图；
图8：单向辐射同轴缆线和双向辐射同轴缆线不同缝隙切入深度与反射功率的关系图；
其中：1、外导体；2、缝隙；3、微波同轴转换装置；4.1、单向辐射同轴缆线；4.2、双向辐射同轴缆线；5、被加热物；6、同轴缆线组；7、磁控管；8、转换腔；9、内导体；10、钉帽部。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开的一种用于固体材料均匀加热的泄露同轴装置，连接微波发生器，还包括不少于两组同轴缆线；所述同轴缆线横向设置有缝隙2；所述同轴缆线连接微波发生器；所述同轴缆线组6与被加热物5分层间隔设置。
进一步地，所述同轴缆线包括双向辐射缆线和单向辐射缆线；所述双向辐射缆线组设置于中间层；所述单项辐射缆线组设置于上层和下层。
进一步地，所述双向辐射缆线的缝隙2横向设置于同轴缆线相对两侧；所述单项辐射缆线的缝隙2横向设置于同轴缆线一侧。
进一步地，所述缝隙2间隔设置于同轴缆线的外导体1上，且缝隙2外电场分布均一。
进一步地，所述同轴缆线远离微波发生器一端还设置有短路面。
进一步地，所述同轴缆线组6和被加热物5通过分层支撑结构分层设置。
优选地，所述缝隙2间隔为二分之一个工作波长。
优选地，所述同轴线缆通过一微波同轴转换装置3连接微波发生器；所述微波同轴转换装置3包括用于连接磁控管7、用于连接同轴腔的同轴接头、用于能量馈入的转换腔8。
进一步地，所述同轴接头的内导体9高于外导体1；所述内导体9为铆钉结构，所述内导体9靠近输出天线部分半径超过远离输出天线部分；所述靠近输出天线部分为钉帽部10；所述钉帽部10为倒角结构。
本发明中的同轴缆线缆的特征阻抗都为50Ω，是工作在TEM模的单模工作模式，能量集中，且能减小传输过程中的损耗和避免不同模式之间的干扰。
对于同轴缆线中的高次模，其低阶波导型模的模式为TE11模式，对于TE11模式，存在一个截至波长，当电磁波的工作波长小于截至波长时，才能传输TE11模式的波。而工作波长大于截至波长，则传输的是TEM模式的波。所以传输TEM波需满足公式[9]：
λmin≥π(a+b)
其中λmin是只存在TEM模的最小工作波长，a为同轴缆线内导体9的半径，b为同轴缆线外导体1的半径。
如图5—8单向辐射同轴缆线4.1和双向辐射同轴缆线4.2不同缝隙2宽度、间隔、切割深度下的温度及反射功率之间的关系图所示，对于单向辐射同轴线缆，在缝隙2之间的间隔为5.9cm时，各个缝隙2之间辐射出的电磁场能量较为一致；
双向辐射同轴线缆在缝隙2之间的间隔为5.8cm时，拥有较好的一致性；，当缝隙2辐射功率相对均匀时，反射功率更小。
当缝隙2宽度大于0.5cm的时候，宽度的增大对减小反射的影响并不大。
当缝隙2切入深度越大，辐射功率越多，反射越小。这是由于切入深度越大，缝隙2的长度就越长，切割管壁电流的范围就越大。
在使用过程中，微波发生器，即微波源通过微波同轴转换装置3连接同轴缆线，其上的开缝进行电磁波辐射，同轴缆线外面的电场分布是否均一进行设置；达到微波能量均匀辐射的目的。
以加热固体催化剂为例：
催化剂可是用于处理废气，微波加热后催化剂与气体反应，实现无害排放，整个腔体加热的催化剂物料为三层，每层催化剂可以为二乘二两块，而同轴缆线组6一共四层，其中中间两层同轴缆线为上下双向辐射缆线组，最上层和最下层同轴缆线为单向辐射缆线组。
其中单向辐射同轴缆线4.1缝隙2间隔为5.9cm、缝隙2宽度为1cm、缝隙2切入深度为1.4cm；双向辐射同轴缆线4.2缝隙2间隔为5.8cm、缝隙2宽度为0.8cm、缝隙2切入深度为1.4cm；同轴缆线到固体催化剂的距离为2.8cm。
固体催化剂的材料属性如下表。
Figure BDA0002507487610000061
如图3为在腔体中加热的三层固体催化剂的加热结果，由于对称结构，三层加热物的最上层与最下层结果一样。中间层由于上下都是双向辐射泄露同轴，上下同轴的加热效果对称，加热的结果最好，而最上层和最下层的加热物由于单向辐射泄露同轴和双向辐射泄露同轴之间的缝隙2间隔存在差异，导致温度分布不对称。
从温度分布可以看出，催化剂中部加热效果最好，而边缘位置略差。这是由于中间部分受到的辐射面积最大，而边缘位置离辐射缝隙2较远所导致的。
最上面和最下面两层同轴的输入功率为500瓦，而中间两层同轴的输入功率为1000瓦。总的输入功率为12000瓦，而总的吸收功率为11444瓦，算得能量的吸收率为95.4％。
本发明公开的一种用于固体材料均匀加热的泄露同轴装置，通过分层支撑结构间隔设置同轴缆线组6和被加热物5，同轴缆线上的设置开缝均匀辐射电磁波，并在同轴缆线外形成均一分布的电场，进而全方位均匀辐射微波能量，实现均匀加热；本发明不受加热环境的影响，可应对大规模均匀加热需求；本发明通过一微波同轴转换装置3连接微波源，不但结构简单、小巧，方便磁控管7系统的集成，且微波输出效率高，不容易受负载的影响；通过设置钉帽部10，有效防止尖端效应。
当然，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员应该可以根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于固体材料均匀加热的泄露同轴装置，连接微波发生器，其特征在于：还包括不少于两组同轴缆线；所述同轴缆线横向设置有缝隙；所述同轴缆线连接微波发生器；所述同轴缆线组与被加热物分层间隔设置。
2.根据权利要求1所述的一种用于固体材料均匀加热的泄露同轴装置，其特征在于：所述同轴缆线包括双向辐射缆线和单向辐射缆线；所述双向辐射缆线组设置于中间层；所述单项辐射缆线组设置于上层和下层。
3.根据权利要求2所述的一种用于固体材料均匀加热的泄露同轴装置，其特征在于：所述双向辐射缆线的缝隙横向设置于同轴缆线相对两侧；所述单项辐射缆线的缝隙横向设置于同轴缆线一侧。
4.根据权利要求1—3中任意一项所述的一种新型微波无极紫外点灯结构，其特征在于：所述缝隙间隔设置于同轴缆线的外导体上，且缝隙外电场分布均一。
5.根据权利要求4所述的一种用于固体材料均匀加热的泄露同轴装置，其特征在于：所述同轴缆线远离微波发生器一端还设置有短路面。
6.根据权利要求5所述的一种用于固体材料均匀加热的泄露同轴装置，其特征在于：所述同轴缆线组和被加热物通过分层支撑结构分层设置。
7.根据权利要求5或6所述的一种用于固体材料均匀加热的泄露同轴装置，其特征在于：所述缝隙间隔为二分之一个工作波长。
8.根据权利要求7所述的一种用于固体材料均匀加热的泄露同轴装置，其特征在于：所述同轴线缆通过一微波同轴转换装置连接微波发生器；所述微波同轴转换装置包括用于连接磁控管、用于连接同轴腔的同轴接头、用于能量馈入的转换腔。
9.根据权利要求8所述的一种用于固体材料均匀加热的泄露同轴装置，，其特征在于：所述同轴接头的内导体高于外导体；
所述内导体为铆钉结构，所述内导体靠近输出天线部分半径超过远离输出天线部分；
所述靠近输出天线部分为钉帽部；
所述钉帽部为倒角结构。
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