CN106211405B - 一种隧道式带回转功能多模微波谐振腔 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隧道式带回转功能多模微波谐振腔，该微波谐振腔由空心六棱柱构成，利用高频结构仿真软件HFSS模拟定位了4个微波馈能口位置，4只共计4KW微波管分别从不同方向馈入微波能，经过电磁波馈能模拟，改善了该微波谐振腔能量分布，谐振腔内微波能聚焦点明显减少，同时该谐振腔中间部位设计有管道安装位置，可装配低微波吸收材料如陶瓷、玻璃制成的管道，安装完毕的管道可在回转装置的带动下旋转，使管内物料接受微波辐照更加均匀。在环保领域，适用于处理农林废料、废橡胶、废塑料、废印刷线路板等，可进行间断批次处理，也可以与其它输送处理设备组合实现流态化作业，结构简单，具有较高的实际应用价值，有利于工业化推广。

Description

一种隧道式带回转功能多模微波谐振腔

技术领域

本发明涉及一种隧道式带回转功能多模微波谐振腔。

背景技术

微波是频率在300MHz-300GHz的电磁波，波长范围在0.1cm-100cm之间，国际规定，民用较多的频率有915MHz，2450MHz，我国家用微波炉的功率是2450MHz。微波通过作用于极性分子物质，被加热材料内部分子或原子在微波场内做高频振动，产生“内摩擦热”使微波能量以热量的形式传递给分子或原子，从而升高整个物料温度，不须任何热传导过程，就能使物料内外同时加热和升温，加热速度快，仅需传统加热方式能耗的几分之一或几十分之一就可达到同等加热水平，所以微波加热设备属于节能环保类产品，物质在微波场中所产生的热量大小与物质种类及其介电特性有很大关系，极性物质介电损耗高，单位时间内在微波场内的升温速率要远高于非极性物质。微波谐振腔是实现微波与物料相互作用的空间，可分为单模微波谐振腔、多模微波谐振腔，多模微波谐振腔结构简单，损耗少。家用微波炉就是一种典型的多模微波谐振腔，是由一定厚度铁板或不锈钢板经折弯、点焊形成的密闭空间金属结构，六个反射面，一个微波能馈入口。工业和实验室用多数微波设备是长方体箱式结构或由家用微波炉改装而成，其微波辐照均匀性方面尚不够优良。

发明内容

本发明的目的在于克服传统立方箱式结构微波谐振腔辐射均匀性不好的缺点，提出一种隧道式带回转功能多模微波谐振腔，比传统长方体箱式微波谐振腔有更多的反射面，利用高频结构仿真软件HFSS模拟定位了4个微波馈能口位置，4只共计4KW微波管分别从不同方向馈入微波能，经过电磁波馈能模拟，改善了该微波谐振腔能量分布，谐振腔内微波能聚焦点（热点）明显减少，同时该谐振腔中间部位设计有管道安装位置，可装配低微波吸收材料如陶瓷、玻璃制成的管道，安装完毕的管道可在回转装置的带动下旋转，使管内物料接受微波辐照更加均匀。

本发明提出的一种隧道式带回转功能多模微波谐振腔，回转结构、馈能部分和微波泄漏防护、测温及气体进排系统和六棱主腔体16组成，其中：

六棱主腔体16内部两端由六角端盖9密封，其表面设有波导10和红外测温探头11，所述波导10用于放置微波管，所述红外测温探头11用于测量陶瓷管12表面温度；六棱主腔体16内壁的六个面为六个反射面；

回转结构由轴承1、调速电机2、链轮3、左陶瓷管外套筒4、轴承座6、右陶瓷管外套筒13和陶瓷管12组成，陶瓷管12两端穿过六角端盖9和六棱主腔体16，陶瓷管12的两端分别套于左陶瓷管外套筒4和右陶瓷管外套筒13内，左陶瓷管外套筒4和右陶瓷管外套筒13分别与相应的轴承1配合，轴承1安装于轴承座６内，左陶瓷管外套筒4与链轮3配合，链轮3与调速电机2相连，完成陶瓷管12转动动作；六棱主腔体16两端外部和相应的轴承座6之间通过六角法兰7固定连接；

馈能部分由第一馈能口17、第二馈能口18、第三馈能口19和第四馈能口20组成，所述第一馈能口17、第二馈能口18、第三馈能口19和第四馈能口20的位置由高频结构仿真软件HFSS模块软件计算得到，根据得到的第一馈能口17、第二馈能口18、第三馈能口19和第四馈能口20的数据，设置相应的微波管放置位置；

微波泄漏防护、测温及气体进排系统包括行程开关8、布风板15、进气管5和排气管14，所述行程开关８固定于六棱主腔体16外表面，所述行程开关８用于监控六角法兰7，左陶瓷管外套筒４连接进气管５，右陶瓷管外套筒13通过布风板15连接排气管14。

本发明中，链轮3和调速电机2间采用链条传动或齿轮啮合传动等中任一种。

本发明中，所述六角法兰7采用六角圆形或六角形法兰等代替。

本发明中，所述第一馈能口17、第二馈能口18、第四馈能口20的开口长短边方向与六棱主腔体16半展开图（图2）长短边平行，第三馈能口19与开口长短边方向与六棱主腔体16半展开图（图2）长短边垂直。

本发明中，当将六棱主腔体（16）的六个反射面全部展开，处于同一平面时，所述第一馈能口17与第二馈能口18长边中心线距离为90-100mm，第二馈能口18长边中心线与第三馈能口19短边中心线距离为145-155mm，第四馈能口20长边中心线与第三馈能口19短边中心线距离为85-95mm，第一馈能口17与第四馈能口20长边中心线距离为150-160mm。

本发明中，左陶瓷管外套筒4，右陶瓷管外套筒13，六角端盖9，六角法兰7，六棱主腔体16，波导10，进气管5，排气管14和布风板15采用不锈钢制成。

本发明的有益效果在于：本发明是六棱主腔体16内微波辐照均匀性较好，微波聚焦热点少，微波能量分布相对比较均匀。两组由螺栓连接配合的六角法兰7由4只行程开关8监控其配合严密程度。布风板15，左右陶瓷管外套筒、法兰与进出气管及法兰紧密配合，能够使微波泄露量下降到国家微波安全泄露量范围之内，

本发明主要出发点是改善微波辐照均匀性和易于实现流态化作业。首先，增加微波谐振腔反射面，设计了六棱柱形多模微波谐振腔主体结构，比传统长方体箱式结构多两个反射面，增加了微波反射次数，其次采取多个微波管从不同方向馈能的方案，利用高频结构仿真软件HFSS模拟设计并优化馈能口位置，使谐振微波分散更均匀，不易形成微波聚焦热点，最后，设计能够使物料在谐振腔内旋转的装置，尽量使物料接受相对均一的微波能量。由该多模微波谐振腔制成的微波设备，可以进行高温微波热解、炭化、新材料合成等工作，在环保领域，适用于处理农林固废、废橡胶、废塑料、废印刷线路板等，也可满足各类中低温微波化学反应的需求。

附图说明

图１为本发明的结构图示。

图２为本发明馈能口图示，六棱主腔体16半展开图。

图３为本发明多模微波谐振腔微波能量分布图。

图4为本发明多模微波谐振腔中部陶瓷管壁面微波能量分布图。

图中标号：１为轴承，２为调速电机，３为链轮，４为左陶瓷管外套筒，５为进气管，６为轴承座，７为六角法兰，８为行程开关，９为六角端盖，10为波导，11为红外测温探头，12为陶瓷管，13为右陶瓷管外套筒，14为排气管，15为布风板，16为六棱主腔体，17为第一馈能口，18为第二馈能口，19为第三馈能口，20为第四馈能口。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。

实施例１：如图１所示，六棱主腔体16两端外部是由两组由螺栓固定到一起的共计4只六角法兰7固定，六角法兰安装配合密封程度由4只行程开关8监控，六棱主腔体16内部左右两端由两个六角端盖9密封。外部安装的4个波导10可安装4只1KW的微波管，红外测温探头11监控陶瓷管12表面温度，六角法兰7与轴承座6由6只螺栓固定，轴承座内有安装好轴承1，轴承1与左陶瓷管外套筒4、右陶瓷管外套筒13配合，左陶瓷管外套筒4、右陶瓷管外套筒13分别由圆法兰与进气管5，排气管14相连，内部与陶瓷管12相配合，在陶瓷管外套筒13与排气管14间有布风板15，具有布气和防止微波泄漏的功能。左陶瓷管外套筒4外与链轮3配合，链轮3与调速电机由传动链相连，完成转动功能。

如图２所示，六棱主腔体16上半部微波馈能口展开图，共四个馈能口，第一馈能口17、第二馈能口18、第三馈能口19和第四馈能口20，所述第一馈能口17、第二馈能口18、第三馈能口19和第四馈能口20的位置由高频结构仿真软件HFSS软件模拟计算得到，第一馈能口17、第二馈能口18、第四馈能口20开口方向一致，其长短边方向与六棱主腔体16上半部展开图长短边相互平行，各馈能口间距离如图2所示，第三馈能口19开口方向与六棱主腔体16上半部展开图长短边相互垂直，与其它馈能口间距离如图2所示，第一馈能口17与第二馈能口18长边中心距为95mm，第二馈能口18长边与第三馈能口19短边中心距151mm，第四馈能口20长边与第三馈能口19短边中心距89mm，第四馈能口20与第一馈能口17长边中心距为157mm。

如图３所示，多模微波谐振腔底部壁面微波能量分布图，中间灰白色部分为微波能量分布最多的区域，浅灰色部分为能量分布相对较少的区域，深灰色部分为能量分布最少的区域，从图中可以看出，多数微波能量分布在每个反射壁面的中部区域，高能量和低能量过渡区域比较平缓，无过多的集中过热和过冷点，总体可得出能量分布相对均匀。

如图4所示，多模微波谐振腔中部陶瓷管壁面微波能量分布图，中间灰白色部分为微波能量分布最多的区域，浅灰色部分为能量分布相对较少的区域，深灰色部分为能量分布最少的区域，从图中可以看出，深灰色和灰白色部分分布非常少，多数区域属于浅灰色，高能量和低能量区域属于平滑过渡，无过多的集中过热和过冷点，总体可得出能量分布相对均匀，能够使陶瓷管内物料接受相对均匀的微波辐照。

本发明的工作过程如下：

陶瓷管12穿过轴承1、六角端盖9、左陶瓷外套筒4和右陶瓷外套筒13进入六棱主腔体16内，在陶瓷管12内放入一定质量的物料，设定好红外测温仪11的工作温度、调速电机2转速和经波导10辐射入六棱主腔体16内的微波输入功率，固定好左陶瓷外套筒4和右陶瓷外套筒13，用螺栓紧固六角法兰7和轴承座6，同时保证行程开关8处于闭合状态，将载气管接入进气管5，同时设定好进气流量，启动调速电机2，确保链轮3能够平稳转动，启动到微波工作状态，加热陶瓷管12内的物料，产生的挥发气体在载气的带动下经布风板15和排气管14排出。

Claims (4)

1.一种隧道式带回转功能多模微波谐振腔，其特征在于：回转结构、馈能部分和微波泄漏防护、测温及气体进排系统和六棱主腔体（16）组成，其中：

六棱主腔体（16）水平布置，其内部两端由六角端盖（9）密封，其表面设有波导（10）和红外测温探头（11），所述波导（10）用于放置微波管，所述红外测温探头（11）用于测量陶瓷管(12)表面温度；六棱主腔体（16）内壁的六个侧面和2个六角端盖（9）为八个反射面；

回转结构由轴承（1）、调速电机（2）、链轮（3）、左陶瓷管外套筒（4）、轴承座（6）、右陶瓷管外套筒（13）和陶瓷管（12）组成，陶瓷管（12）两端穿过六角端盖（9）和六棱主腔体（16），陶瓷管（12）的两端分别套于左陶瓷管外套筒（4）和右陶瓷管外套筒（13）内，左陶瓷管外套筒（4）和右陶瓷管外套筒（13）分别与相应的轴承(1)配合，轴承（1）安装于轴承座（６）内，左陶瓷管外套筒（4）与链轮(3)配合，链轮(3)与调速电机(2)相连，完成陶瓷管(12)转动动作；六棱主腔体（16）两端外部和相应的轴承座（6）之间通过六角法兰（7）固定连接；馈能部分由第一馈能口（17）、第二馈能口（18）、第三馈能口（19）和第四馈能口（20）组成，所述第一馈能口（17）、第二馈能口（18）、第三馈能口（19）和第四馈能口（20）对应相应的微波管，所述第一馈能口（17）、第二馈能口（18）、第三馈能口（19）和第四馈能口（20）的位置由高频结构仿真软件计算得到，根据得到的第一馈能口（17）、第二馈能口（18）、第三馈能口（19）和第四馈能口（20）的数据，设置相应的微波管放置位置，４只微波管分别从不同方向向陶瓷管馈入微波能；

微波泄漏防护、测温及气体进排系统包括行程开关（8）、布风板（15）、进气管（5）和排气管（14），所述行程开关（８）固定于六棱主腔体（16）外表面，所述行程开关（８）用于监控六角法兰（7），左陶瓷管外套筒（４）连接进气管（５），右陶瓷管外套筒（13）通过布风板（15）连接排气管（14）。

2.根据权利要求1的隧道式带回转功能多模微波谐振腔，其特征在于：所述六角法兰（7）采用六角圆形或六角方形法兰代替。

3.根据权利要求1的隧道式带回转功能多模微波谐振腔，其特征在于：所述第一馈能口（17）、第二馈能口（18）、第四馈能口（20）的开口长短边方向与六棱主腔体（16）相应反射面上的长短边方向相一致，第三馈能口（19）的开口长短边方向与六棱主腔体（16）相应反射面上的长短边方向垂直。

4.根据权利要求1的隧道式带回转功能多模微波谐振腔，其特征在于：当将六棱主腔体（16）的六个反射面全部展开，处于同一平面时，所述第一馈能口（17）与第二馈能口（18）长边中心线距离为90-100mm，第二馈能口（18）长边中心线与第三馈能口（19）短边中心线距离为145-155mm，第四馈能口（20）长边中心线与第三馈能口（19）短边中心线距离为85-95mm，第一馈能口（17）与第四馈能口（20）长边中心线距离为150-160mm。