[发明专利]动态能量分流器

说明书

技术领域

本发明涉及微波辅助加热，尤其涉及对大量实验室样本进行微波处理的系统。

背景技术

大多数化学反应都要求加热或加热有益于大多数的化学反应。已经发展了微波加热来替代传统的本生灯或“加热板”。众所周知，微波能非常适用于许多化学反应。微波加热需要使用波长在电磁谱中或者是在远红外和射电频率之间(从1毫米至大约30厘米的波长，或在1至300千兆赫兹范围内的相应频率)的能量辐射。定义“微波”的精确的上下限是有点随意的。

微波辐射广泛运用于几个领域，例如谱测量、通讯、导航、药品和加热。基本上在微波辐射下通过提高其温度水平都具有一个很高的电阻。在实验室中使用微波加热也是本领域技术人员公知的，并且经常涉及到“微波辅助”化学。大量的实验室微波加热装置都可以在市场上买到。这些微波加热装置典型地都使用一个磁控管，一个波导管(通常是具有统一的圆形或矩形横截面的金属管)用于引导微波，以及一个谐振器(有时候也称之为“共振腔”)作为微波源，微波在这个谐振器中直接加热样本。微波源也可以是一个速调管，行波管，振荡器，和一定的半导体装置。但是大多数装置使用磁控管，因为结构简单并且经济。磁控管的一个缺点是对指向插在谐振器中的特殊样本上的辐射能量的控制有点复杂。一种公知的用于控制磁控管辐射的方法是：为了对处于分流容器中的样本实施一定的温度控制，在一个循环的基础上接通和关断磁控管的时候使磁控管在其额定功率上工作，所述的容器例如是由可以通过微波的材料制成，例如用玻璃、塑料或 陶瓷制成。通常为了方便，在一组每个都容纳一个样本的负载组中只监视一个负载，而认为其他的都与之类似。这将增加其他负载中的反应的不确定性，因为即便是“搅拌”装置能够在微波加热器的共振腔中形成相当均匀的辐射，几个其他因素，例如在微波炉中有样本和样本容器存在，也会改变共振腔中的干涉样本并因而影响共振腔中的能量分布。

当需要在一个微波源中处理多个样本的时候，这个处理应该是均匀的并且是可以控制的。因此，需要在使用有限的微波源的时候可以改变送到每个样本上辐射能量，以便实现低成本和高效率。同时还需要能够准确地知道和控制送到每个单独样本上的辐射能量的温度和辐射量。

发明内容

本发明所述的系统中，单个微波源与微波分流器和高频加热电极串联系统，从而对负载中的每一个样本或作为一种变换对一个负载施加精确控制的辐射功率。根据需要的最终结果，使用步进电机和反馈机构控制每一个微波分流器。串联系统形成对一个多负载组只使用一个微波源的可能，微波分流器的控制则精确地引导一定量的辐射能量到下一级微波分流器，直到串联系到达用于单个负载的高频加热电极的终端。由此，可精确地知道到达串联系统终端的能量，并且该能量是可控的。

根据本发明另一方面，提供一种用于微波加热的设备，具有：用于产生电磁辐射的微波源；第一微波辐射分流器，其经由输入端与微波源相连，并具有至少两个输出端，该接口用于输出从输入端接收的电磁辐射；至少一个电绝缘元件，其置于位于至少两个输出端之间的第一微波辐射分流器内部，并适于根据能量分流率，将从输入端接收的电磁辐射动态地引导到至少两个输出端；以及一个负载，其与至少两个输出端的每一个相连接，该输出端用于接收电磁辐射。

根据本发明另一方面，提供一种方法，该方法用于在能量分流器 中，将电磁能从输入端引导到至少两个输出端，该方法包括：在能量分流器内部提供至少一个电绝缘元件；在输入端接收能量；将至少一个电绝缘元件置于至少两个输出端之间，以根据能量分流率来动态地将能量引导到其上；以及根据能量分流率来将能量输出到至少两个输出端。

根据本发明另一方面，提供一种用于引导电磁能的能量分流器，具有：用于接收电磁能的输入端；至少一个置于能量分流器内部的电绝缘元件；至少两个置于与输入端相对的表面上的输出端；以及至少一个电绝缘运动装置，其用于将该至少一个电绝缘元件置于至少两个输出端之间，以根据能量分流率将该能量动态地引导到至少两个输出端上。

附图说明

下面结合附图对本发明的详细描述将表现本发明进一步的特点和优点。其中：

图1是表示根据本发明第一实施方式的微波加热装置；

图2a是表示根据本发明另一实施方式的、具有主微波分流器和步进电机微波源；

图2b是表示根据本发明一个实施方式的图2a所示主微波分流器的空腔的俯视图；

图2c是表示根据本发明一个实施方式的图2b所示的主微波分流器的空腔的等比例视图；

图3a是表示根据本发明一个实施方式的辅助微波分流器和步进电机；