CN113694675A - 一种微波气体加热控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微波气体加热控制系统及其控制方法，涉及气体处理技术领域。包括：进气口、电源、风冷磁控管、微波源、反应腔、多孔吸收微波材料、温度传感器、控制器和出风口；其中，多孔吸收微波材料上附着有催化剂；气体通过进气口依次经过电源、风冷磁控管的加热后，通过微波源进风通道将加热后的气体送至反应腔，在微波源的作用下加热后的气体被多孔吸收微波材料进一步加热，并在其上附着的催化剂的催化作用下快速反应，将反应后的气体通过出风口排出。本发明实现了对气体的低能耗加热与快速净化处理。

Description

一种微波气体加热控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及气体加热处理技术领域，具体而言，涉及一种微波气体加热控制系统及其控制方法。

背景技术

随着经济与科技技术的快速发展，工业废气、大气污染以及室内装修污染等给人们生活带来了许多困扰，甚至危害到人体生命健康。空气污染是目前全球面临的十分严重的环境问题，随着人们对空气质量的意识增强，如何保证在满足冬季取暖提高生活质量的前提下，不会对空气质量产生任何负面影响成为当下人们对生活的追求目标，这对供暖以及空气净化装置都提出了更高的要求。

现有技术中，对于空气净化处理主要采用以下两种方式：一种是采用活性炭对空气中的污染物进行吸附；另一种是采用空气净化装置，通过过滤网以及催化剂对空气中的污染物进行净化处理。

然而，现有技术中的上述方法存在对空气的净化效果不明显、可靠性不高以及净化处理设备结构复杂，且不能够满足人们冬季取暖需求的问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种微波气体加热控制系统及其控制方法，以解决对气体加热处理过程中加热效率低、能耗高以及可靠性低的问题。

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微波气体加热控制系统，其特征在于，包括：进气口、电源、风冷磁控管、微波源、反应腔、多孔吸收微波材料、温度传感器、控制器和出风口；

其中，所述多孔吸收微波材料上附着有催化剂；

气体通过所述进气口依次经过所述电源、所述风冷磁控管的加热后，通过微波源进风通道将加热后的气体送至所述反应腔，在所述微波源的作用下所述加热后的气体被所述多孔吸收微波材料进一步加热，并在其上附着的催化剂的催化作用下快速反应，将反应后的气体通过所述出风口排出。

可选的，所述控制器包括：温度控制器、微波功率控制器和工作时间的控制器。

可选的，所述温度控制器用于检测所述反应腔的温度；所述微波功率控制器用于控制所述微波源的功率。

可选的，所述控制系统还包括风速传感器。

可选的，若所述微波功率控制器工作于第一模式时，所述出气口排出的气体用于消毒。

可选的，所述控制系统还用于，若所述微波功率控制器工作于第二模式时，所述出气口排出的气体用于消毒、去除异味和有毒气体。

可选的，所述控制系统还用于，若所述微波功率控制器工作于第三模式时，所述出气口排出的气体用于消毒、去除异味、去除有毒气体和对空气进行加热。

可选的，所述微波源与所述风冷磁控管连接处设置金属网；所述反应腔与所述出风口拐角处设置金属网。

第二方面，一种微波气体加热控制系统的控制方法，其特征在于，所述方法用于实现上述所述的微波气体加热控制系统。

第三方面，一种微波气体加热控制系统的控制设备，其特征在于，所述设备包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储指令，所述处理器用于执行所述存储器中存储的指令，以使所述设备执行上述所述的微波气体加热控制系统。

本发明的有益效果是：一种微波气体加热处理装置，其特征在于，包括：进气口、电源、风冷磁控管、微波源、反应腔、多孔吸收微波材料、温度传感器、控制器和出风口；其中，多孔吸收微波材料上附着有催化剂；气体通过所述进气口依次经过所述电源、所述风冷磁控管的加热后，通过微波源进风通道将加热后的气体送至所述反应腔，在所述微波源的作用下所述加热后的气体被所述多孔吸收微波材料进一步加热，并在其上附着的催化剂的催化作用下快速反应，将反应后的气体通过所述出风口排出。本发明实现了对气体的低能耗加热与快速净化处理。

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微波气体加热控制系统示意图；

图2为本发明另一实施例提供的微波气体加热控制系统示意图；

图3为本发明一实施例提供的微波气体加热控制系统的控制方法流程示意图；

图4为本发明另一实施例提供的微波气体加热控制系统的控制装置示意图；

图5为本发明另一实施例提供的微波气体加热控制系统的控制系统结构示意图。

1-进气口、2-电源、3-风冷磁控管、4-微波源、5-反应腔、6-多孔吸收微波材料、7-吸收微波材料、8-温度传感器、 9-控制器和10-出气口。

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微波气体加热控制系统示意图，图2为本发明另一实施例提供的微波气体加热控制系统示意图，图3为本发明一实施例提供的微波气体加热控制系统的控制方法的示意图，图4为发明另一实施例提供的微波气体加热控制系统的控制方法示意图，图5为本发明另一实施例提供的微波气体加热控制系统的控制系统结构示意图。以下将结合图1至图5，对本发明实施例所提供的微波气体加热控制系统进行详细说明。

图1为本发明一实施例提供的微波气体加热处理装置示意图，如图1所示，该微波气体加热处理装置，包括：进气口1、电源2、风冷磁控管3、微波源4、反应腔5、多孔吸收微波材料6、吸收微波材料7、温度传感器8、控制器9和出风口10，气体通过进气口依次经过电源、风冷磁控管的加热后，通过微波源进风通道将加热后的气体送至反应腔，在微波源的作用下加热后的气体被多孔吸收微波材料进一步加热，并在其上附着的催化剂的催化作用下快速反应，将反应后的气体通过出风口排出。

其中，多孔吸收微波材料上附着有催化剂。

本发明实施例中，气体包括：单个原子(稀有气体)、一种元素组成的单质分子(氧气、臭氧)、多种元素组成的化合物，例如，工业气体，二氧化碳、二硫化碳、硫化氢、氟化物、氮氧化物、氯、氯化氢、一氧化碳、硫酸(雾)铅汞、铍化物、烟尘及生产性粉尘以及气体混合物(空气)。

微波是频率在300兆赫到300千兆赫的电波，被加热介质物料中的水分子是极性分子。它在快速变化的高频点磁场作用下，其极性取向将随着外电场的变化而变化。造成分子的相互摩擦运动的效应，此时微波场的场能转化为介质内的热能，使物料温度升高，产生热化和膨化等一些列物化过程而达到微波加热的目的。

采用微波加热，具有以下优点：加热时间短；热能利用率高，节省能源；加热均匀；微波源易于控制，微波还能诱导催化反应的发生。

本发明实施例中，多孔吸收微波材料上附着有催化剂，催化剂可以为金属纳米颗粒、金属氧化物，例如，二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO2)、二氧化锆(ZrO2) 和硫化镉(CdS)等多种氧化物硫化物半导体。

需要说明的是，本发明中使用的催化剂在微波环境下始终保持活性，无需对催化剂进行更换，操作更加便捷。

本发明实施例中，结合图1对进行气体加热处理过程说明。气体通过进气口依次经过电源、风冷磁控管的加热后，通过微波源进风通道将加热后的气体送至反应腔，在微波源的作用下加热后的气体被多孔吸收微波材料进一步加热，并在其上附着的催化剂的催化作用下快速反应，将反应后的气体通过出风口排出，消除气体中的异味，有毒的气体，最后经出气口排出，最终实现高效的对气体进行加热，而且，气体加热处理装置结构简单，可靠性高，易于操作控制，同时达到消除公共空间的异味，有机气体和病毒细菌的作用。

需要说明的是，离子传导及偶极子转动是微波加热的主要原理，在微波环境下，反应腔5中的多孔吸收微波材料6吸收微波能，将微波能转换成热能，使自身整体温度上升，进而将热能传导至反应腔中的气体的加热方式，从而达到了基于微波对气体进行加热的效果。

基于前述实施例，本发明实施例提供一种微波气体加热处理装置中的多空吸收材料示意图，结合图2进一步说明。采用如图2所示的多孔吸收微波材料6，其中，反应腔 5内部均匀设置多个多孔吸收微波材料6，且相邻多孔吸收微波材料之间距离大于或等于三分之一波长。

示例性的，微波的频率可以为9150MHz，2045GHz， 5.8GHz。因此，相邻多孔吸收微波材料之间距离可以依据波长等于光速除以频率进行计算。

本发明实施例中，气体通过风冷磁控管经微波源4进入反应腔5。这里，反应腔的外部设置有多个微波源，每一微波源4处对应包含一路经电源2冷风磁控管3进而通过微波源4进入反应腔5的气体。相应的，该微波气体加热处理装置中包含多个与微波源4数量对应的电源2、风冷磁控管3。多路气体同时进入反应腔5，提高了气体净化处理的效率。

控制器包括：温度控制器、微波功率控制器和工作时间的控制器。温度控制器用于检测反应腔的温度；微波功率控制器用于控制微波源的功率。

本发明实施例中，温度控制器是在接收到温度传感器采集的反应腔温度信息后，确定反应腔的温度达到最高温度，此时用户通过调节微波功率控制器，调节微波功率加快反应腔内气体的反应速度。可选的，工作时间的控制器用于控制控制系统的工作时间，用户可以基于实际需求控制微波加热控制系统是否开启或关闭，实现了微波加热控制系统的即开即用功能，并且在发生意外时，及时关闭系统，避免更多的资源浪费，提高了系统的可靠性。

需要说明的是，电源还包括两个风扇，一个用于进风，一个用于出风。电源出风口用于将电源出来的风送入风冷磁控管3中。风冷磁控管3还包括波导和两个风导，一个风导用于接收电源出风口出来的风，另一个用于将经过风冷磁控管处理的风进行排出。这里，风导的形状以及设置在风冷磁控管上的位置不作具体限定。需要说明的是，风冷磁控管的出风口温度高于进风口温度。风冷磁控管3的一端设置波导(Wave Guide)，用来定向引导电磁波的结构。可选的，风冷磁控管3的另一端设置了冷却风扇，用于对风冷磁控管3进行强迫风冷散热，以防止过热损坏。

其中，相邻多孔吸收微波材料之间距离大于或等于三分之一波长，相邻多孔吸收微波材料之间形成微波通道，在微波通道内，微波照射方向的顶端设置有吸收微波材料。

本发明实施例中，反应腔5内的多个多孔吸收微波材料必须满足相邻多孔吸收微波材料之间距离大于或等于三分之一波长，从而保证微波能够顺利通过。进一步的，相邻多孔吸收微波材料之间形成微波通道，在微波通道内，微波照射方向(如图1中箭头所指的方向)的顶端设置有吸收微波材料7，防止微波反射。

示例性的，吸收微波材料7主要组分为吸收剂，其次为粘结剂及有关助剂。吸收剂是吸收电磁波的主体基料，吸收剂通常为粉状或纤维状等，如铁氧体粉、羰基铁粉、各种超微金属粉、碳化硅粉、碳化硅纤维、碳纤维、金属纤维和有机高分子聚合物等。新型吸收剂有复合铁氧体、超微金属粒子、碳化硅、有机高分子聚合物(功能高分子) 纳米材料等。

控制系统还包括风速传感器。

本发明实施例中，风速传感器用于检测进气口进入气体的浓度和风速，当进风口风速处于稳定状态下，微波功率越高，从反应腔排气口排出的气体的温度越高，从而达到对环境的加热效果。

可选的，控制系统还包括有害气体传感器，示例性的，有害气体传感器可以是VOCs浓度传感器、二氧化硫传感器。

控制器设置在反应腔的外壁，调节控制器的功率，使反应腔以不同的模式工作。

本发明实施例中，控制器包括，微波功率控制器、温度控制器以及工作时间的控制器。微波气体加热处理装置中采用功率可调节的微波功率控制器。

可选的，温度传感器用于检测反应腔5的工作温度。

可选的，用户可以根据自身需求设置微波气体加热处理装置的最高温度和工作时间，确定最高温度和工作时间后，通过调节不同的微波功率使得微波气体加热处理装置形成3中工作模式：

若微波功率控制器工作于第一模式时，出气口排出的气体用于消毒。

第一模式：若微波功率低于总功率的20％，即低功率时，微波气体加热处理装置在微波环境、催化剂和金属离子的作用下，对反应腔5中的气体进行消毒。

若微波功率控制器工作于第二模式时，出气口排出的气体用于消毒、去除异味和有毒气体。

第二模式：若微波功率大于或等于总功率的20％，且小于或等于总功率的50％，即中等功率时，微波气体加热处理装置在微波环境、催化剂和金属离子的作用下，除了具有低温时对气体进行消毒的功能外，还可以对气体中的异味和有毒气体进行消除处理。

若微波功率控制器工作于第三模式时，出气口排出的气体用于消毒、去除异味、去除有毒气体和对空气进行加热。

第三模式：若微波功率大于总功率的50％且小于总功率时，即为高功率时，微波气体加热处理装置在微波环境、催化剂和金属离子的作用下，除了具有低温时对气体进行消毒、对气体中的异味和有毒气体进行消除处理的功能外，还可以对反应腔5中的气体加热，可作为暖风使用。

优选地，为了减少对工作人员身体的伤害，进气口、出气口和反应腔出气口与第二通道之间都设置有金属网。

可选的，微波源与风冷磁控管连接处设置金属网；反应腔与出风口拐角处设置金属网。

进一步的，本发明实施例中，金属网的孔径小于或等于3mm，可防止微波能量从反应腔5中泄露到外环境中，提高了系统的安全性。

本发明实施例中，气体首先通过微波电源2的进气口 1进入风冷磁控管3对气体进行加热处理后，将加热处理后的气体通过微波源4进入反应腔5，在微波的环境下，加热处理后的气体与催化剂发生反应，消除气体中的异味，有毒的气体，最后经出气口排出。微波直接作用于被加热气体，省去了传统加热方式因为热传导带来的时间和能量上的损耗问题，而且，通过调节微波功率，达到对气体的不同处理功效。因此，该微波气体加热处理装置具有效率高，可靠性高，同时能处理公共空间的异味，有机气体和病毒细菌的功能。

需要说明的是，本实施例中与其它实施例中相同步骤和相同内容的说明，可以参照其它实施例中的描述，此处不再赘述。

如图3所示，本发明实施例还提供了一种微波气体加热控制系统的控制方法，用于实现前述的微波气体加热控制系统。

优选地，上述方法包括：

S201，从多个进气口获取气体。

本发明实施例中，反应腔的外部设置有多个微波源，每一微波源处对应包含一路经电源冷风磁控管进而通过微波源进入反应腔的气体。相应的，该微波气体加热处理装置中包含多个与微波源数量对应的电源、风冷磁控管。多路气体同时进入反应腔，提高了气体加热处理的效率。

S202，对气体进行一次处理，得到处理后的气体。

本发明实施例中，对气体进行一次处理是指，气体从电源冷风磁控管的气体通道经过时，利用电源以及风冷磁控管的对气体进行了热处理，因此，处理后的气体比从进气口进入的气体的温度高。该过程中利用的是电源冷风磁控管的工作发热，对热量进行吸收，一方面节省了对气体进行加热的能耗，另一方面对热量进行回收利用，从而达到降低能耗的效果。

S203，在反应腔中对处理后的气体进行二次处理，得到目标气体。

本发明实施例中，处理后的气体从微波源进入反应腔处理后的气体在微波通道内，受到微波的照射，处理后的气体与附着在多孔吸收微波材料上的催化剂进行快速反应，快速对处理后的气体进行二次处理，从而达到对处理后的气体加热的同时，去除气体中的病毒细菌，以及有害物质，将干净的气体从出气口排出。

S204，将目标气体从出气口排出。

本发明实施例中，将反应腔中经过二次处理的气体称为目标气体，这里，目标气体是无毒无害且去除异味的气体。

需要说明的是，人体长期与微波辐射源距离很近时，因受到过量的辐射能量从而产生头晕、睡眠障碍、记忆力减退、心跳过缓、血压下降等现象。当微波泄漏达到 1mw/cm2时，会突然感到眼花，视力下降，甚至引起白内障。为了保障用户的健康，本发明微波气体加热控制系统在进气口和出气口以及存在拐角处，均设置有金属网，拐角在微波的作用下，可能会产生微波放电，容易发生危险事故。金属网可以阻隔微波泄露，减少了微波对人体的伤害，提高了系统的安全性。

需要说明的是，本实施例中与其它实施例中相同步骤和相同内容的说明，可以参照其它实施例中的描述，此处不再赘述。

如图4所示为本发明实施例中提供的微波气体加热控制系统控制装置图。获取模块301用于从进气口获取待处理的气体；第一处理模块302用于将待处理气体经过电源、风冷磁控管进行一次处理，得到处理后的气体；第二处理模块303用于将处理后的气体经微波源送入反应腔进行二次处理，得到目标气体；输出模块304用于将目标气体排出反应腔。

需要说明的是，本实施例中与其它实施例中相同步骤和相同内容的说明，可以参照其它实施例中的描述，此处不再赘述。

图5为本发明实施例提供的微波气体加热控制系统装置的示意图，该装置可以集成于终端设备或者终端设备的芯片，该终端可以是具备图像处理功能的计算设备。

该装置包括：存储器401、处理器402。

存储器401用于存储程序，处理器402调用存储器401 存储的程序，以执行上述方法实施例。具体实现方式和技术效果类似，这里不再赘述。

优选地，本发明还提供一种程序产品，例如计算机可读存储介质，包括程序，该程序在被处理器执行时用于执行上述方法实施例。

以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路 (Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器(digital singnal processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(CentralProcessing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等) 或处理器(英文：processor)执行本发明各个实施例方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (10)

1.一种微波气体加热控制系统，其特征在于，包括：进气口、电源、风冷磁控管、微波源、反应腔、多孔吸收微波材料、温度传感器、控制器和出风口；

其中，所述多孔吸收微波材料上附着有催化剂；

气体通过所述进气口依次经过所述电源、所述风冷磁控管的加热后，通过微波源进风通道将加热后的气体送至所述反应腔，在所述微波源的作用下所述加热后的气体被所述多孔吸收微波材料进一步加热，并在其上附着的催化剂的催化作用下快速反应，将反应后的气体通过所述出风口排出。

2.根据权利要求1所述的微波气体加热控制系统，其特征在于，所述控制器包括：温度控制器、微波功率控制器和工作时间的控制器。

3.根据权利要求2所述的微波气体加热控制系统，其特征在于，所述温度控制器用于检测所述反应腔的温度；所述微波功率控制器用于控制所述微波源的功率。

4.根据权利要求1所述的微波气体加热控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括风速传感器。

5.根据权利要求3所述的微波气体加热控制系统，其特征在于，若所述微波功率控制器工作于第一模式时，所述出气口排出的气体用于消毒。

6.根据权利要求5所述的微波气体加热控制系统，其特征在于，所述控制系统还用于，若所述微波功率控制器工作于第二模式时，所述出气口排出的气体用于消毒、去除异味和有毒气体。

7.根据权利要求5所述的微波气体加热控制系统，其特征在于，所述控制系统还用于，若所述微波功率控制器工作于第三模式时，所述出气口排出的气体用于消毒、去除异味、去除有毒气体和对空气进行加热。

8.根据权利要求1所述的微波气体加热控制系统，其特征在于，所述微波源与所述风冷磁控管连接处设置金属网；所述反应腔与所述出风口拐角处设置金属网。

9.一种微波气体加热控制系统的控制方法，其特征在于，所述方法用于实现如权利要求1-8任一项所述的微波气体加热控制系统。

10.一种微波气体加热控制系统的控制设备，其特征在于，所述设备包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储指令，所述处理器用于执行所述存储器中存储的指令，以使所述设备执行所述如权利要求1-8中任一项所述的微波气体加热控制系统。

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