CN115665914B - 多源微波加热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多源微波加热装置，属于微波加热设备技术领域，包括密闭谐振腔及侧壁上的测温单元，谐振腔的前后侧壁及右侧壁上均设有微波输入单元、顶部设出气口，微波输入单元包括入射波导及磁控管，入射波导均通过移动转向机构与谐振腔侧壁相连。通过移动转向机构来改变微波输入单元的位置，实现微波入射方向及位置的改变，测温单元检测内腔温度；通过实际寻找能高效利用微波能量的最佳位置和方向，实现在该条件下多个磁控管之间产生的微波竞争模式最少。本发明提供的试验模拟装置，能够根据前期仿真的近似最优解，利用入射波导在一定范围的可调性，能够找到高效利用微波能量的最佳位置，进而验证实际运行结果与仿真结果的一致性。

Description

多源微波加热装置
技术领域
本发明属于微波加热设备技术领域，尤其涉及一种多源微波加热装置。
背景技术
磁控管作为传统微波输入单元一直起着举足轻重的作用，传统家用微波炉为单源结构，即只有一个磁控管作为微波输入单元，单独一个磁控管的工作不存在竞争模式。而工业用微波加热装置，往往需要更高的微波功率用于物料加热，为满足高功率的工作条件，常常需要添加更多的磁控管作为微波输入单元。但是多个磁控管同时工作，而目前现有谐振腔上的多个磁控管和入射波导常常是安装在固定位置，将导致多个微波输入单元之间在谐振腔内产生多种竞争模式，而这种竞争模式在谐振腔内由于输入单元的位置与方向固定所确定，这种竞争模式最终会导致磁控管个数一加一不等于二的结果，显著降低微波加热效率，极大浪费微波能量，造成了能源的不必要浪费，但实际上，这种竞争模式可以被优化减弱，本发明即是通过对多源微波装置的入射单元的位置以及方向的改动，能显著改变微波在谐振腔内竞争模式，通过对入射单元位置与方向的调整，能显著提高加热物料在相同功率下对微波能量的利用率。
发明内容
本发明的目的是提供一种多源微波加热装置，旨在解决上述现有技术中多个微波输入单元在谐振腔上固定安装产生多种竞争模式导致加热效率低的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种多源微波加热装置，包括长方体状的密闭谐振腔及其侧壁上的微波输入单元和测温单元，所述谐振腔的前后侧壁及右侧壁上均设有微波输入单元、顶部设有出气口，所述微波输入单元包括入射波导及其侧壁上的磁控管，所述入射波导均通过移动转向机构与谐振腔的侧壁相连，用于改变微波输入单元与谐振腔侧壁的相对位置。
优选的，所述移动转向机构包括三个波导滑道及两个旋转圆盘，两个旋转圆盘分别与谐振腔前后两侧壁转动配合；三个波导滑道分别为第一波导滑片、第二波导滑片和第三波导滑片，所述第一波导滑片通过接收波导与谐振腔的右侧壁相连，所述第二波导滑片和第三波导滑片分别通过接收波导与两个旋转圆盘相连，三个微波输入单元的入射波导分别与第一波导滑片、第二波导滑片及第三波导滑片相连、且能够沿着接收波导的长度方向滑动；所述谐振腔侧壁上设有与旋转圆盘及接收波导相对应的微波入口，所述微波入口尺寸大于入射波导的出口尺寸。
优选的，三个波导滑道的结构相同，均包括长条板状的滑道主体，所述滑道主体的中部设有与入射波导外形相匹配的矩形开口，所述入射波导的入口端焊接固定在滑道主体的开口处，所述接收波导的内腔为大于入射波导出口的矩形孔、且二者的长宽相对应；所述接收波导的两侧均设有导向固定单元，所述滑道主体能够沿着导向固定单元的卡槽滑动并固定。
优选的，所述谐振腔的前后侧壁上均设有用于与旋转圆盘相配合的圆形滑道，所述接收波导的一端焊接固定在旋转圆盘的外侧，所述接收波导的另一端通过导向固定单元与第二波导滑片及第三波导滑片相连。
优选的，所述导向固定单元成对设置于滑道主体的两侧，所述导向固定单元设有朝向里侧开口的U形卡槽，所述卡槽的两侧压板上设有用于紧固滑道主体的紧固螺栓。
优选的，所述滑道主体的两侧均设有环形把手，所述把手设置于导向固定单元的外侧。
优选的，所述旋转圆盘的四周设有多个固定卡扣，所述固定卡扣的固定端与谐振腔的侧壁相连，所述固定卡扣的活动端能够卡住旋转圆盘的边缘，所述固定卡扣的固定端与活动端通过扭簧相连。
优选的，所述接收波导的外形为长方体，所述旋转圆盘的圆形边缘不小于接收波导的外接圆。
优选的，所述旋转圆盘的四周边缘设有刻度盘，所述刻度盘外侧的谐振腔外壁上设有指向标；所述滑道主体的两侧边缘设有标尺，所述导向固定单元的表面中部设有指向标。
优选的，所述测温单元设置于谐振腔的顶部，所述测温单元为能够与电脑相连的红外热成像仪，所述红外热成像仪的探头设置于谐振腔的内部。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过密闭谐振腔侧壁上的移动转向机构来改变微波输入单元的位置，实现调节微波入射方向及位置的改变，利用测温单元来检测内腔温度；通过实际寻找能高效利用微波能量的最佳位置和方向，实现在多个磁控管之间共同工作时产生的微波竞争模式最少。本发明提供的多源微波加热装置，能够根据前期仿真找到近似最优解，利用微波输入单元的移动和旋转方式实现磁控管与入射波导在一定范围的可调性，实现对微波能量利用率高低的线性可调，能够找到高效利用微波能量的最佳位置，进而验证实际运行效果与仿真结果的一致性，同样可作为工业微波装置的细节调整手段。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例提供的一种多源微波加热装置的结构示意图；
图2是图1中多源微波加热装置的俯视图；
图3是图1中多源微波加热装置的右视图；
图4是图1中右侧微波输入单元的安装示意图；
图5是图4中的A向视图；
图6是本发明实施例中前后侧微波输入单元的安装示意图；
图中：1-谐振腔，2-微波输入单元，21-入射波导，22-磁控管；3-测温单元，4-出气口，5-旋转圆盘，6-第一波导滑片，7-第二波导滑片，8-第三波导滑片，9-接收波导，10-滑道主体，11-导向固定单元，12-把手，13-固定卡扣，14-紧固螺栓，15-导轨。
具体实施方式
下面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的一部分实施例，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做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。
如图1-3所示，本发明提供的一种多源微波加热装置包括长方体状的密闭谐振腔1及其侧壁上的微波输入单元2和测温单元3，所述谐振腔1的前后侧壁及右侧壁上均设有微波输入单元2、顶部设有出气口4，所述微波输入单元2包括入射波导21及其侧壁上的磁控管22，所述入射波导21均通过移动转向机构与谐振腔1的侧壁相连，用于改变微波输入单元2与谐振腔1侧壁的相对位置。将待加热媒质能够置于谐振腔内，根据前期仿真找到的近似最优解来设计移动转向机构，实现磁控管与入射波导在一定范围的可调性。在具体实施时，磁控管工作产生微波借由入射波导规整后入射到谐振腔内，通过移动转向机构来移动磁控管和入射波导的位置以及方向，能够实际寻找能高效利用微波能量的最佳放置和旋转方向条件，实现在该条件下多个磁控管之间产生的微波竞争模式最少的目的。
在本发明的一个具体实施例中，如图2所示，所述移动转向机构包括三个波导滑道及两个旋转圆盘5，两个旋转圆盘5分别与谐振腔1前后两侧壁转动配合；三个波导滑道分别为第一波导滑片6、第二波导滑片7和第三波导滑片8，所述第一波导滑片6通过接收波导9与谐振腔1的右侧壁相连，所述第二波导滑片7和第三波导滑片8分别通过接收波导9与两个旋转圆盘5相连，三个微波输入单元2的入射波导21分别与第一波导滑片6、第二波导滑片7及第三波导滑片8相连、且能够沿着接收波导9的长度方向滑动；所述谐振腔1侧壁上设有与旋转圆盘5及接收波导9相对应的微波入口，所述微波入口尺寸大于入射波导21的出口尺寸，确保入射波导随波导滑道的移动及旋转圆盘的转动过程中均能够进入谐振腔内。利用波导滑道及旋转圆盘可调节微波输入单元相对谐振腔的相对位置，进行调节入射波导的位置以及方向。
在本发明的一个具体实施例中，如图2-6所示，三个波导滑道的结构相同，均包括长条板状的滑道主体10，所述滑道主体10的中部设有与入射波导21外形相匹配的矩形开口，所述入射波导21的入口端焊接固定在滑道主体10的开口处，所述接收波导9的内腔为大于入射波导21出口的矩形孔、且二者的长宽相对应；所述接收波导9的两侧均设有导向固定单元11，所述滑道主体10能够沿着导向固定单元11的卡槽滑动并固定。其中，所述导向固定单元11成对设置于滑道主体10的两侧，所述导向固定单元11设有朝向里侧开口的U形卡槽，所述卡槽的两侧压板上设有用于紧固滑道主体的紧固螺栓14。具体制作时，在滑道主体的两侧边缘表面上加工出导轨15，方便与卡槽内壁上的导向槽吻合；紧固螺栓贯穿外侧压板、且与导轨相对应。在调节操作前，松开紧固螺栓使滑道主体沿着压板之间的卡槽滑动，调整好后再锁紧紧固螺栓，将滑道主体固定牢固。
具体设计时，入射波导21及接收波导均为矩形，入射波导21末端出口宽w与接收波导9的进口宽度一致，而入射波导出口长边长度ｌ（为标准输入波导内径）小于接收波导的进口长边的长度L，而接收波导9与入射波导21的长度差（L-ｌ）即为入射波导的移动范围O。同时，为防止微波泄露问题，在入射波导的可移动范围O内，焊接了与入射波导壁相同的材料作为微波挡板，形成滑道主体10。微波挡板的总长H挡为移动范围O与接收波导9外围挡板H1之和，组合为滑道主体总长H=H挡+H1。
在本发明的一个具体实施例中，如图1-3、6所示，所述谐振腔1的前后侧壁上均设有用于与旋转圆盘5相配合的圆形滑道（图中未画出），所述接收波导9的一端焊接固定在旋转圆盘5的外侧，所述接收波导9的另一端通过导向固定单元11与第二波导滑片7及第三波导滑片8相连。通过转动旋转圆盘即可调整接收波导的转向，确定其处于垂直状态或水平状态。
为了方便操作滑道主体，如图1、3-6所示，在滑道主体10的两侧均设有环形把手12，所述把手12设置于导向固定单元11的外侧。通过手握把手更方便移动滑道主体及带动接收波导及旋转圆盘做旋转运动。通过对微波输入单元的整体旋转和位置调整操作，仿真结果显示，将相对及相邻侧壁上的入射微波上下错开，且入射微波之间的上下间距最好大于等于一个波长（0.122m）时有着较好的效果，最终得到多个微波输入单元之间产生竞争最小的位置或旋转方向，使用此条件下的装置对内部放置的媒质进行加热时，能够达到最佳的微波加热效果，能在相同微波功率条件下，极大提升微波的利用率，减少了多个磁控管产生的微波在谐振腔内竞争造成的能量损失。
进一步优化上述接收方案，如图1所示，所述旋转圆盘5的四周设有多个固定卡扣13，所述固定卡扣13的固定端与谐振腔1的侧壁相连，所述固定卡扣13的活动端能够卡住旋转圆盘5的边缘，所述固定卡扣13的固定端与活动端通过扭簧相连。当旋转圆盘转动到位后，通过固定卡扣即可将其四周固定牢固，避免发生移位。
具体设计时，所述接收波导9的外形为长方体，所述旋转圆盘5的圆形边缘不小于接收波导9的外接圆。旋转圆盘的直径D大小等同于接收波导的长方形内孔对角线的长度与其壁厚之和。
同时，在旋转圆盘5的四周边缘设有360°刻度盘，所述刻度盘外侧的谐振腔1外壁上设有指向标；所述滑道主体10的两侧边缘设有标尺，所述导向固定单元11的表面中部设有指向标。图中未画出刻度盘、标尺及指向标，通过刻度盘能够精确确定旋转圆盘转动的度数，借助标尺能够精确确定滑道主体的移动量。
在本发明的一个具体实施例中，如图1、2所示，所述测温单元3设置于谐振腔1的顶部，所述测温单元3为能够与电脑相连的红外热成像仪，所述红外热成像仪的探头设置于谐振腔1的内部。将待加热媒质放置在谐振腔内，通过调整外部微波输入单元的位置及方向，找到微波输入单元的最佳位置和方向。利用红外热成像仪能够实现谐振腔内的温度实时在线监测，并将温度数据储存在电脑内，红外热成像仪的红外热成像能同时显示温度数据结果和温度分布结果，经由电脑分析后的温度以及温度分布结果直接反映在该微波入射条件下多源微波加热装置的加热效果。
实际应用时，工业用高功率多源微波加热装置在设计制造前，通常采用一系列的计算机仿真，通过计算机仿真的方式提前寻找到多个磁控管之间最佳的适配位置。本发明即是从仿真为第一步出发，经由计算机仿真得出设计制造谐振腔外多个输入端口的近似解后，在近似解的前提下采用本发明提供的多源微波加热装置对微波输入单元放置位置和旋转方向进行细节调控，能较方便的低成本的得到最佳的结果，更高效的利用微波。
微波入射到谐振腔的过程即是微波从入射波导进入到谐振腔内部的过程，微波经由入射波导规整，在入射波导内部传输，产生由入射波导内径尺寸所限制的微波辐射模式，而当微波从入射波导射入到谐振腔时，谐振腔的尺寸更大，微波从入射波导的固定传播模式进入到大尺寸的谐振腔后，便会向四周发射。当存在多个微波输入单元时，由于微波经由波导小尺寸入射到谐振腔大尺寸的瞬间产生多种不同的传输模式；由于多源微波装置的入射波导的尺寸以及谐振腔的尺寸是固定的，当多源微波入射单元同时工作时，多种传输模式在谐振腔内同时存在，通过波导滑道及旋转圆盘调整多个微波输入单元的放置位置以及面对谐振腔的朝向，使其相互错开，最大程度上提高微波输入单元之间的适配性，避免在谐振腔内产生大量驻波而严重影响微波加热效果，减少微波能量的浪费，显著提高多源微波加热装置的能量利用率，进而提高微波装置的使用寿命。
综上所述，本发明通过对微波输入单元、接收波导以及谐振腔三者之间的适配调整，对多微波输入单元之间产生的竞争模式进行细节调整，从而减少这种竞争模式的产生，减少微波能量相互作用产生的浪费，提高了能量的利用率。本发明提供的试验模拟装置制成后方便后期调整，无需修改，即可调整适配达到更佳的效果。
在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。

Claims (9)

1.一种多源微波加热装置，其特征在于：包括长方体状的密闭谐振腔及其侧壁上的微波输入单元和测温单元，所述谐振腔的前后侧壁及右侧壁上均设有微波输入单元、顶部设有出气口，所述微波输入单元包括入射波导及其侧壁上的磁控管，所述入射波导均通过移动转向机构与谐振腔的侧壁相连，用于改变微波输入单元与谐振腔侧壁的相对位置；所述移动转向机构包括三个波导滑道及两个旋转圆盘，两个旋转圆盘分别与谐振腔前后两侧壁转动配合；三个波导滑道分别为第一波导滑片、第二波导滑片和第三波导滑片，所述第一波导滑片通过接收波导与谐振腔的右侧壁相连，所述第二波导滑片和第三波导滑片分别通过接收波导与两个旋转圆盘相连，三个微波输入单元的入射波导分别与第一波导滑片、第二波导滑片及第三波导滑片相连、且能够沿着接收波导的长度方向滑动；所述谐振腔侧壁上设有与旋转圆盘及接收波导相对应的微波入口，所述微波入口尺寸大于入射波导的出口尺寸。
2.根据权利要求1所述的多源微波加热装置，其特征在于：三个波导滑道的结构相同，均包括长条板状的滑道主体，所述滑道主体的中部设有与入射波导外形相匹配的矩形开口，所述入射波导的入口端焊接固定在滑道主体的开口处，所述接收波导的内腔为大于入射波导出口的矩形孔、且二者的长宽相对应；所述接收波导的两侧均设有导向固定单元，所述滑道主体能够沿着导向固定单元的卡槽滑动并固定。
3.根据权利要求2所述的多源微波加热装置，其特征在于：所述谐振腔的前后侧壁上均设有用于与旋转圆盘相配合的圆形滑道，所述接收波导的一端焊接固定在旋转圆盘的外侧，所述接收波导的另一端通过导向固定单元与第二波导滑片及第三波导滑片相连。
4.根据权利要求3所述的多源微波加热装置，其特征在于：所述导向固定单元成对设置于滑道主体的两侧，所述导向固定单元设有朝向里侧开口的U形卡槽，所述卡槽的两侧压板上设有用于紧固滑道主体的紧固螺栓。
5.根据权利要求2所述的多源微波加热装置，其特征在于：所述滑道主体的两侧均设有环形把手，所述把手设置于导向固定单元的外侧。
6.根据权利要求3所述的多源微波加热装置，其特征在于：所述旋转圆盘的四周设有多个固定卡扣，所述固定卡扣的固定端与谐振腔的侧壁相连，所述固定卡扣的活动端能够卡住旋转圆盘的边缘，所述固定卡扣的固定端与活动端通过扭簧相连。
7.根据权利要求2所述的多源微波加热装置，其特征在于：所述接收波导的外形为长方体，所述旋转圆盘的圆形边缘不小于接收波导的外接圆。
8.根据权利要求2所述的多源微波加热装置，其特征在于：所述旋转圆盘的四周边缘设有刻度盘，所述刻度盘外侧的谐振腔外壁上设有指向标；所述滑道主体的两侧边缘设有标尺，所述导向固定单元的表面中部设有指向标。
9.根据权利要求1-8任一项所述的多源微波加热装置，其特征在于：所述测温单元设置于谐振腔的顶部，所述测温单元为能够与电脑相连的红外热成像仪，所述红外热成像仪的探头设置于谐振腔的内部。
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