CN113825271A - 一种基于微波加热的中药加热盒 - Google Patents

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李晨楠
何治丽
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朱玉昊
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Abstract

本发明公开了一种基于微波加热的中药加热盒，属于微波加热技术领域，所述的中药加热盒包括微带贴片天线以及加热封闭腔体，微带贴片天线由金属辐射贴片以及耦合馈电结构构成，通过控制输入波的功率以及加热时间来控制中药加热的温度。本发明可用于中药敷贴加热，其优点是中药加热的温度可控，安全系数高，具有可重复利用性以及便携性，而且其加工成本低，可实现批量化生产。

Description

一种基于微波加热的中药加热盒
技术领域
本发明属于微波加热技术领域，涉及一种基于微波加热的中药加热盒。
背景技术
传统中医药作为一种系统疗法在中国乃至全世界医学界始终拥有不可替代的地位。目前，西药的副作用和局限性逐渐为人们认识，而中草药以其纯天然的特性越来越受到世人的青睐。中药热敷是中医外治的重要手段之一，它是通过热力、药力直接作用于患处，不仅有保健的效果，还能治疗多种疾病。目前中药热敷多采用的是将中药装入布袋后加热到一定的温度，然后用药包熨烫患处皮肤来治疗，或采用蒸汽机来熏蒸病人皮肤。目前没有确定的中药敷包的加热装置，大多是采用水煮锅、微波炉或是化学自动加热型敷贴，但这几种加热方式都存在一定的问题。将药包置于锅内用水煮加热目前存在的问题是，温度不易控制，同时药包在水中热煮的时候药物的有效成分有时会过多的溶入水中造成药效成分的降低，另一方面，药包浸在水中取出后的湿度也较难控制。带有加热包的中药敷贴主要采用生石灰遇水放热原理来加热，温度不好控制，容易烫伤皮肤且为一次性使用，但实际中药敷包可多次使用，这就造成了中药的浪费。
有研究表明，采用微波加热中药有以下优点：1.微波对细胞有破壁作用，有利于有效成分快速溶出；2.快速灭菌，对药性成分破坏小；3.最大程度保持中药的原色，同时减轻中药的毒性。4.实现中药敷包的多次使用，随时用随时加热。因此，微波是加热中药的较优选择，但微波炉难以随身携带；微波中药加热盒，在实现中药加热的同时能随身携带，操作方便，节时省力且不易烫伤。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种基于微波加热的中药加热盒，在实现中药加热的重复利用、减少药效流失，避免烫伤皮肤，同时实现中药加热的便携性。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种基于微波加热的中药加热盒，包括微带贴片天线、加热封闭腔体，所述微带贴片天线提供中药加热的能量；所述加热封闭腔体用于提供加热中药所需的加热空间，并将微带贴片天线结构限定在加热腔体中；腔体内部附着铝合金形成电磁屏蔽，防止微波能量泄露。
进一步地，所述的微带贴片天线由微带辐射贴片、耦合馈电结构、构成。
进一步地，所述微带辐射贴片由两个直径为4mm的螺丝钉固定在接地板上，中间留有1mm的空隙。
进一步地，所述耦合馈电结构为单层介质基片上焊接微带馈线再焊接到接地板上，其中，微带馈线连接馈电口。
进一步地，所述单层介质基片的高度为0.508mm；所述微带馈线(123)的宽度为0.97mm，电阻为50欧姆。
进一步地，所述接地板中间有一个尺寸为11mm×3.5mm的矩形缝隙。
进一步地，所述微带贴片天线(1)的尺寸不超过加热封闭腔体(2)的尺寸。
进一步地，所述微带贴片天线的尺寸为48mm×56.6mm，所述的加热封闭腔体的尺寸为85.71mm×84.28mm。
进一步地，加热方法理论，根据温度变化公式P＝MaCp(T-T0)/t，其中P为功率，Ma为物体质量，Cp为物体比热容，T为物体最终温度，T0为物体初始温度，t为功率持续时间；功率与电场强度的公式P＝2πfε0ε″reffE(r，t)2V，其中f为频率，ε0为真空中介电常数，ε″reff为物体的相对介电常数虚部，E为电场强度，V为物体体积，可以得到电场强度与温度的公式
Figure BDA0003231459040000031
其中ρ为物体密度，因此可以通过控制电场强度来控制温度场分布。
进一步地，电场强度可用谐振腔模型法表示
Figure BDA0003231459040000032
其中，μ为磁导率，A为向量磁势，j为虚数，ε为介电常数，其中
Figure BDA0003231459040000033
其中J为天线表面电流，β为相位因子，r为所计算点到中心点之间距离，r′为所计算点到中心点之间相对距离，S为所计算的面积。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明所采用的微带贴片天线馈电方式为耦合馈电，减少了在加工使用过程中由于不连续结构产生电火花的问题，减少了安全隐患。且贴片天线制作成本低，适合大量加工生产。
(2)本发明是在与传统加热中药方式相比，可以减少药效流失，重复利用性好；易携带，操作方便，应用范围广。
(3)本发明可以通过控制输入波功率以及加热时间来控制加热温度，且加热均匀，不易烫伤皮肤。
本发明的目的、特征及优点将结合实施例，参照附图作如下进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的基于微波加热的中药加热盒总体结构展开示意图。
图2是本发明所采用的微带贴片天线正视图。
图3是本发明所实现的加热示意图。
具体实施方式
如图1的总体结构展开示意图所示，一种基于微波加热的中药加热盒，包括微带贴片天线1、加热封闭腔体2。所述微带贴片天线1提供中药加热的能量；所述加热封闭腔体2用于提供加热中药所需的加热空间，并将微带贴片天线结构限定在加热腔体中；腔体内部附着铝合金形成电磁屏蔽，防止微波能量泄露。
如图2的微带贴片天线1结构正视图所示，微带贴片为1.5mm金属铜制成的辐射贴片11、耦合馈电结构12构成，天线工作在2.45±0.02GHZ频率范围内；所述微带辐射贴片11由两个直径为4mm的螺丝钉111固定在接地板121上，中间留有1mm的空隙；所述耦合馈电结构12，为高度为0.508mm的单层FR4介质基片122上焊接宽度为0.97mm的50欧姆微带馈线123再焊接到接地板121上，其中，微带馈线连接馈电口；所述接地板121，中间有一个11mm×3.5mm矩形缝隙124，用于将微带馈线123的能量传输到微带辐射贴片上。
所述微带贴片天线1的尺寸48mm×56.6mm为不超过加热封闭腔体2的尺寸85.71mm×84.28mm。
所述的加热方法理论，根据温度变化公式P＝MaCp(T-T0)/t，其中P为功率，Ma为物体质量，Cp为物体比热容，T为物体最终温度，T0为物体初始温度，t为功率持续时间；功率与电场强度的公式P＝2πfε0ε″reffE(r，t)2V，其中f为频率，ε0为真空中介电常数，ε″reff为物体的相对介电常数虚部，E为电场强度，V为物体体积，可以得到电场强度与温度的公式
Figure BDA0003231459040000051
其中ρ为物体密度，因此可以通过控制电场强度来控制温度场分布。
电场强度可用谐振腔模型法表示
Figure BDA0003231459040000052
其中，μ为磁导率，A为向量磁势，j为虚数，ε为介电常数，其中
Figure BDA0003231459040000053
其中J为天线表面电流，β为相位因子，r为所计算点到中心点之间距离，r′为所计算点到中心点之间相对距离，S为所计算的面积，因此可以通过控制贴片天线的电流来控制贴片天线的电场分布，最后均匀的电流形成均匀的温度分布。根据公式
Figure BDA0003231459040000061
得到图3，由图3可以看出在相位0度时，加热区域位于左下角；而相位90度时，加热区域位于右上角；将两种相位交替设置时，实现了均匀加热。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于微波加热的中药加热盒，包括微带贴片天线(1)、加热封闭腔体(2)，其特征在于：所述微带贴片天线(1)提供中药加热的能量；所述加热封闭腔体(2)用于提供加热中药所需的加热空间，并将微带贴片天线结构限定在加热腔体中；腔体内部附着铝合金形成电磁屏蔽，防止微波能量泄露。
2.根据权利要求1所述的基于微波加热的中药加热盒，其特征在于：所述的微带贴片天线(1)由微带辐射贴片(11)、耦合馈电结构(12)、构成。
3.根据权利要求1所述的基于微波加热的中药加热盒，其特征在于：所述微带辐射贴片(11)由两个直径为4mm的螺丝钉(111)固定在接地板(121)上，中间留有1mm的空隙。
4.根据权利要求1所述的基于微波加热的中药加热盒，其特征在于：所述耦合馈电结构(12)为单层介质基片(122)上焊接微带馈线(123)再焊接到接地板(121)上，其中，微带馈线连接馈电口。
5.根据权利要求4所述的基于微波加热的中药加热盒，其特征在于：所述单层介质基片(122)的高度为0.508mm；所述微带馈线(123)的宽度为0.97mm，电阻为50欧姆。
6.根据权利要求1所述的基于微波加热的中药加热盒，其特征在于：所述接地板(121)中间有一个尺寸为11mm×3.5mm的矩形缝隙(124)。
7.根据权利要求1所述的基于微波加热的中药加热盒，其特征在于：所述微带贴片天线(1)的尺寸不超过加热封闭腔体(2)的尺寸。
8.根据权利要求7所述的基于微波加热的中药加热盒，其特征在于：所述微带贴片天线(1)的尺寸为48mm×56.6mm，所述的加热封闭腔体(2)的尺寸为85.71mm×84.28mm。
9.根据权利要求1所述的基于微波加热的中药加热盒，其特征在于：加热方法理论，根据温度变化公式P＝MaCp(T-T0)/t，其中P为功率，Ma为物体质量，Cp为物体比热容，T为物体最终温度，T0为物体初始温度，t为功率持续时间；功率与电场强度的公式P＝2πfε0ε″reffE(r，t)2V，其中f为频率，ε0为真空中介电常数，ε″reff为物体的相对介电常数虚部，E为电场强度，V为物体体积，可以得到电场强度与温度的公式
Figure FDA0003231459030000021
其中ρ为物体密度，因此可以通过控制电场强度来控制温度场分布。
Figure FDA0003231459030000022
10.根据权利要求9所述的基于微波加热的中药加热盒，其特征在于：电场强度可用谐振腔模型法表示
Figure FDA0003231459030000023
其中，μ为磁导率，A为向量磁势，j为虚数，ε为介电常数，其中
Figure FDA0003231459030000024
其中J为天线表面电流，β为相位因子，r为所计算点到中心点之间距离，r′为所计算点到中心点之间相对距离，S为所计算的面积。
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