一種小型寬頻微波高溫加熱裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及微波加熱裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種小型寬頻微波高溫加熱裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]微波作為一種高效的加熱方法早已為人們所熟知，并得到了廣泛的應(yīng)用。目前，微波化學(xué)已經(jīng)成為研究微波場中物質(zhì)特性及其相互作用的一門新興前沿交叉學(xué)科。微波能夠加快化學(xué)反應(yīng)速度，提高化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)出率。
[0003]微波熱處理是利用微波將材料與微波場相互作用，微波被材料吸收并轉(zhuǎn)化為熱能，從材料內(nèi)部對其整體進行加熱的一種熱處理方法。利用微波進行熱處理，具有節(jié)能、加熱快速無熱滯、與物質(zhì)相互作用等優(yōu)點，因此微波在熱處理、合成等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。
[0004]然而不同的介質(zhì)在不同的溫度下對電磁波的吸收程度不同，這是由于不同介質(zhì)的介電常數(shù)以及損耗角都是隨不同工作頻率和溫度的變化而不同。所以需要設(shè)計工作頻帶寬的微波反應(yīng)裝置，來研究被加熱物在不同工作頻率、不同溫度下對微波的吸收能力。
[0005]目前利用波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來傳輸微波的微波加熱爐的頻帶有限，且體積過大。利用同軸電纜來傳輸微波的微波加熱爐，由于阻抗匹配不易和傳輸功率過小而無法實現(xiàn)高溫加熱。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)中微波傳輸損耗大、頻帶窄、體積大、功率小的缺點，提出了一種工作頻帶寬、體積小、功率大的小型寬頻微波高溫加熱裝置。
[0007]本實用新型的技術(shù)方案:
[0008]—種小型寬頻微波高溫加熱裝置，包括加熱爐、微波源及微波傳輸裝置，所述的加熱爐包括爐體(I)及設(shè)在爐體(I)上端的爐蓋(2)，爐體(I)內(nèi)設(shè)有內(nèi)腔(1-2)，內(nèi)腔(1-2)內(nèi)設(shè)有熱電偶(3)，內(nèi)腔(1-2)的周圍設(shè)有螺旋天線(1-3)，螺旋天線(1-3)的中心線與熱電偶
(3)的軸線平行或垂直，螺旋天線(1-3)穿出爐體(I)并與微波傳輸裝置連接，微波傳輸裝置與微波源(4)連接;爐蓋(2)上設(shè)有進氣管(2-1)和排氣管(2-2);內(nèi)腔(1-2)與爐體(I)之間設(shè)有保溫層(1-1);所述爐體(I)與爐蓋(2)之間設(shè)有密封裝置(12)和微波屏蔽裝置(13)，密封裝置(12)位于微波屏蔽裝置(13)的內(nèi)側(cè)，密封裝置(12)采用橡膠密封圈制成，微波屏蔽裝置(13)采用銅網(wǎng)帶微波屏蔽圈制成。
[0009]優(yōu)選的，所述的螺旋天線(1-3)的中心線與熱電偶(3)的軸線重合或垂直。
[0010]優(yōu)選的，所述的內(nèi)腔(1-2)為圓柱型腔體，內(nèi)腔(1-2)為氧化鋁材質(zhì)、石英玻璃材質(zhì)或莫來石材質(zhì)。
[0011]優(yōu)選的，所述微波源(4)包括控制電路(4-1)及與控制電路(4-1)連接的發(fā)射端(4-2);所述微波傳輸裝置包括發(fā)射端諧振腔(5)及微波傳輸管(6)，發(fā)射端諧振腔(5)的一端與發(fā)射端(4-2)連接，發(fā)射端諧振腔(5)的另一端與微波傳輸管(6)連接，發(fā)射端諧振腔(5)內(nèi)設(shè)有與發(fā)射端(4-2)連接的發(fā)射端發(fā)射天線(8)，發(fā)射端發(fā)射天線(8)的另一端連接設(shè)在微波傳輸管(6)內(nèi)的微波傳輸中心線(7)，微波傳輸中心線(7)的另一端與螺旋天線(1-3)連接。微波傳輸管(6)的橫截面為圓形，其內(nèi)徑(12為4> 1.0cm < d2 < Φ 2.0cm，微波傳輸中心線
(7)的橫截面為圓形，其外徑di為Φ0.1cm < di < Φ0.56cm。
[0012]優(yōu)選的，所述的發(fā)射端諧振腔(5)、微波傳輸管(6)及微波傳輸中心線(7)均為金屬材質(zhì);微波傳輸中心線(7)置于微波傳輸管(6)的中心位置，微波傳輸中心線(7)的周圍填充有耐高溫絕緣層(9)。優(yōu)選的，所述爐體(I)為圓柱型，且為金屬材質(zhì)，其直徑d為Φ9.34 Sd
<Φ39.38cm，高度大于或等于其直徑;所述螺旋天線(1_3)為金屬材質(zhì)，其螺旋直徑D為Φ1.98cm<D< Φ8.2ο?;微波源(4)的微波工作頻率 f 為 915 MHz<f <9132 MHz。
[0013]優(yōu)選的，所述爐體(I)為不銹鋼材質(zhì)，其直徑d為Φ11.00cm;螺旋天線(1-3)的螺旋直徑D為Φ 1.98cm、螺旋天線(1-3 )的圈數(shù)為8圈，微波源(4)的微波工作頻率f為6000MHz。微波傳輸管(6)內(nèi)徑山為Φ 1.0cm，微波傳輸中心線(7)外徑Cl1為Φ 0.183cm。耐高溫絕緣層(9)為聚四氟乙稀(Polytetrafluoroethy Iene)層。
[0014]優(yōu)選的，所述爐體(I)為無氧銅材質(zhì)，其直徑d為Φ13.0Ocm;螺旋天線(1-3)的螺旋直徑為Φ 4.20 cm、螺旋天線(1-3 )的圈數(shù)為1圈，微波源(4 )的微波工作頻率f為2450MHz。微波傳輸管(6)內(nèi)徑d2為Φ 1.5cm，微波傳輸中心線(7)外徑di為Φ0.274cm，耐高溫絕緣層
(9)為氧化招陶瓷(Alumina ceramics)層。
[0015]優(yōu)選的，所述爐體(I)為金屬鋁材質(zhì)，其直徑d為Φ35.0Ocm;螺旋天線(1_3)的螺旋直徑為Φ 8.2 cm、螺旋天線(1-3)的圈數(shù)15圈，微波源(4)的微波工作頻率f為915MHz。微波傳輸管(6)內(nèi)徑d2為Φ 2.0cm，微波傳輸中心線(7)外徑di為Φ 0.424cm，耐高溫絕緣層(9)為石央玻璃層。
[0016]優(yōu)選的，還包括PLC(1)及觸摸屏(11)，所述熱電偶(3)、微波源(4)均通過控制電路(4-1)與PLC (1 )連接，PLC通過數(shù)據(jù)總線與觸摸屏(11)連接;所述控制電路(4-1)含有與輸入端相連的手動開關(guān)、信號采集電路及開關(guān)信號電路。
[0017]本實用新型的有益效果:
[0018]本實用新型的小型寬頻微波高溫加熱裝置采用新穎的同軸式微波傳輸方式，利用螺旋天線在圓柱型微波諧振腔內(nèi)進行輻射。該裝置與傳統(tǒng)的微波加熱爐最大的不同在于其工作頻帶寬，在小尺寸的情況下該裝置依然可以有效地保證微波的功率，對加熱物實現(xiàn)高溫加熱。
[0019](I)本實用新型的微波傳輸裝置通過發(fā)射端諧振腔、微波傳輸管、微波傳輸中心線將由發(fā)射端產(chǎn)生的微波傳輸?shù)铰菪炀€;然后輻射到加熱爐內(nèi)腔中，微波傳輸?shù)男矢摺p耗小。
[0020](2)本實用新型采用軸向模螺旋天線，天線的最大輻射方向在軸線方向。在此模式下，螺旋金屬線上電流分布接近于行波。使得處在螺旋天線軸線方向的物料受到的微波輻射強度最大，并且均勻，提高了加熱效率。
[0021](3)本實用新型的加熱裝置通過配置不同直徑的螺旋天線和微波傳輸裝置，可以覆蓋從915-9132MHz整個頻帶，具有非常寬的微波工作頻率。
[0022](4)本實用新型采用觸摸屏與PLC通過人機界面實現(xiàn)各種加熱功能，自動化程度高，操作簡單。
【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)不意圖一；
[0024]圖2為本實用新型中發(fā)射端與微波傳輸裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為圖2的A向視圖；
[0026]圖4為本實用新型中螺旋天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖5為本實用新型中軸向模螺旋天線的示意圖；
[0028]圖6為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖二。
[0029]圖中:1-爐體、2-爐蓋、3-熱電偶、4-微波源、5-發(fā)射端諧振腔、6_微波傳輸管、7_微波傳輸中心線、8-發(fā)射端發(fā)射天線、9-耐高溫絕緣層、10- PLC、11-觸摸屏、12-密封裝置、13-微波屏蔽裝置、14-被加熱物料、1-1-保溫層、1-2-內(nèi)腔、1-3-螺旋天線、2-1-進氣管、2-2-排氣管、4-1 -控制電路、4-2-發(fā)射端。
【具體實施方式】
[0030]實施例一:參見圖1-3，一種小型寬頻微波高溫加熱裝置，包括加熱爐、微波源及微波傳輸裝置，加熱爐包括爐體I及設(shè)在爐體I上端的爐蓋2，爐蓋2上設(shè)有進氣管2-1和排氣管2-2。爐體I為圓柱型，無氧銅材質(zhì)制作，其直徑d為Φ 13.00cm，爐體I高度尺寸與爐體I的直徑尺寸相同。爐體I與爐蓋2之間設(shè)有密封裝置12和微波屏蔽裝置13，密封裝置12位于微波屏蔽裝置13的內(nèi)側(cè)，密封裝置12采用橡膠密封圈制成，微波屏蔽裝置13采用銅網(wǎng)帶微波屏蔽圈制成。
[0031]爐體I內(nèi)設(shè)有內(nèi)腔1-2，內(nèi)腔1-2為圓柱型腔體且為氧化鋁材質(zhì)，內(nèi)腔1-2內(nèi)設(shè)有熱電偶3，內(nèi)腔1-2的周圍設(shè)有螺旋天線1-3 ο螺旋天線1-3為金屬材質(zhì)，其螺旋直徑D為Φ 4.20cm、圈數(shù)為10圈。螺旋天線1-3的中心線與熱電偶3的軸線重合(參見圖1-1)，螺旋天線1-3穿出爐體I并與微波傳輸裝置連接，微波傳輸裝置與微波源3連接，內(nèi)腔(1-2)與爐體(I)之間設(shè)有保溫層(1-1)。
[0032]微波源4包括控制電路4-1及與控制電路4-1連接的發(fā)射端4-2；微波傳輸裝置包括發(fā)射端諧振腔5及微波傳輸管6，發(fā)射端諧振腔5的一端與發(fā)射端4-2連接，發(fā)射端諧振腔5的另一端與微波傳輸管6連接，發(fā)射端諧振腔5內(nèi)設(shè)有與發(fā)射端4-2連接的發(fā)射端發(fā)射天線8，發(fā)射端發(fā)射天線8的另一端連接設(shè)在微波傳輸管6內(nèi)的微波傳輸中心線7，微波傳輸中心線7的另一端與螺旋天線1-3連接。微波源4的微波工作頻率f為2450MHz。
[0033]發(fā)射端諧振腔5、微波傳輸管6及微波傳輸中心線7均為金屬材質(zhì);微波傳輸中心線7置于微波傳輸管6的中心位置，微波傳輸中心線7的周圍填充有耐高溫絕緣層9。
[0034]熱電偶3、微波源3均通過控制電路4-1與PLC10連接，PLC通過數(shù)據(jù)總線與觸摸屏11連接。控制電路4-1含有與輸入端相連的一定數(shù)量的手動開關(guān)，信號采集電路和開關(guān)信號電路。微波源3通過PLC 10進行控制，使得該裝置保溫效果好、加熱更加均勻。采用觸摸屏11與PLC 10通過人機界面實現(xiàn)各種加熱功能，操作簡單，自動化程度高。
[0035]參見圖4-5，根據(jù)電磁波理論，螺旋天線的性能是由其形狀，幾何特性決定的，而幾何特性又是由其結(jié)構(gòu)參數(shù)決定。圖4中:L為螺旋天線的長度，D為螺旋直徑，s為螺旋的圈間距。