[实用新型]具有超颖结构材料的微波加热装置

说明书

技术领域

本实用新型属于微波加热技术领域，涉及超颖材料学，特别涉及微波加热装置。 

背景技术

微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，即波长在1米(不含1米)到1毫米之间的电磁波。被加热物料中的水分子是极性分子，在快速变化的高频电磁磁场作用下，其极性取向将随着外电场的变化而变化。分子的运动产生相互摩擦效应，此时微波场能量转化为介质内的热能。微波使物料温度升高，产生热化和膨化等一系列物化过程从而达到微波加热的目的。根据这一原理制造的装置就是微波加热装置。 

微波作为一种先进能源，在家庭，工农业，食品，橡胶，木材，医疗等领域得到广泛的应用。我国的微波能应用技术起步与上世纪70年代初，主要应用领域有食品，烟叶，农副产品，轻纺，木材的一般干燥和加工，以及医疗行业。到了90年代中后期，我国家用微波炉产业迅速崛起，而工业微波能应用产业也迅速扩大。微波加热装置已应用于烟草工业，橡胶硫化，微波烧结和冶炼，微波治污，微波沥青路面养护，微波化学萃取、合成和消解技术等领域。微波能及微波等离子体在新材料和微电子技术为表征的高新科技领域具有更大的发展前途。而微波硫灯、微波干衣机、微波热水器、微波洗碗机等微波应用产品，虽然目前尚未完全成功，但可望在未来不久某些项目形成大的产业。 

使用微波加热装置加热物料具有如下的几个主要特点： 

一、穿透性。微波比其它用于辐射加热的电磁波，如红外线、远红外线等波长更长，因此具有更好的穿透性。微波透入介质时，由于介质损耗引起的介质温度的升高，使介质材料内部、外部几乎同时加热升温，形成体热源状态，大大缩短了常规加热中的热传导时间，且在条件为介质损耗因数与介质温度呈负相关关系时，物料内外加热均匀一致。 

二、选择性加热。物质吸收微波的能力，主要由其介质损耗因数来决定。介质损耗因数大的物质对微波的吸收能力就强，相反，介质损耗因数小的物质吸收微波的能力也弱。由于各物质的损耗因数存在差异，微波加热就表现出选择性加热的特点。如水分子属极性分子，介电常数较大，其介质损耗因数也很大，对微波具有强吸收能力。而蛋白质、碳水化合物等的介电常数相对较小，其对微波的吸收能力比水小得多。 

三、热惯性小。微波对介质材料是瞬时加热升温，能耗也很低。另一方面，微波的输出功率随时可调，介质温升随之改变，不存在“余热”现象，极有利于自动控制和连续化生产的 需要。 

正是由于微波加热具有上述的穿透性强，以及选择性加热的特点，一旦遇到要求加热位置接近微波源，或者是介质损耗因数低的物料，大量微波能量会低损耗的通过待加热的物料，而不是被物料吸收转化为热量加热物料。这种情况会造成微波加热效率低，以及微波能量的大量浪费。 

超颖材料，是指自然界不存在，而是通过人工方法做出的具有特殊性质的结构。超颖材料是一种新颖的材料设计思想，这一思想的基础是通过在多种物理结构上的设计来突破某些表观自然规律的限制，从而获得超常的材料功能。迄今发展出的超颖材料包括“左手材料”、光子晶体、“超磁性材料”等。用金属和介质制成的超颖材料可以获得与常规介质材料不同的性质。在电磁波入射等效均匀的情况下，根据等效介质理论，λ＝c/γ，λ′＝λ/n＝c/nγ，其中 对于等效介电常数实部大于1的介质，其附近的微波波长小于在真空中的传播波长。采用超颖材料的设计思想，可以得到不同于一般介质的微波传输特性，从而改变超颖材料附近的微波波长，起到压缩微波场，集中微波能量的作用。 

发明内容

本实用新型基于超颖材料的设计思想和等效介质理论，提供一种具有超颖结构材料的微波加热装置。本实用新型提供的微波加热装置能将微波能量集中到特定位置，提高物料的微波加热效率，还能够有效提高微波能量分布的均匀性，达到快速均匀加热物料的目的。 

本实用新型技术方案如下： 

具有超颖结构材料的微波加热装置，如图1至图3所示，包括微波产生装置(即磁控管1)和微波输出装置(即波导或喇叭天线2)；还包括超颖结构材料3，通过支架4放置在微波加热装置的微波输出窗口前。所述超颖结构材料由金属图形层7和介质层8复合而成；所述金属图形层7为单层或多层结构、并位于介质层8表面或嵌入到介质层中，且由均匀分布的金属图形单元构成；每个金属图形单元由一个或多个形状和大小相同的金属片构成旋转对称结构。