[发明专利]一种基于矩形波导尺寸延展后的单模微波化学装置

说明书

【技术领域】

本发明属于微波能应用领域，涉及一种单模微波化学装置，具体涉及一种基于矩形波导尺寸延展后的单模微波化学装置。

【背景技术】

近年来，微波能作为一种高效，清洁的能源在不同领域内得到了广泛的应用，其中微波加热作为微波能应用的一种主要方式，它具有加热效率高，速度快，非接触式加热，内外同时进行加热等优点。微波加热在化学反应中得到了广泛的应用，但是微波与化学反应之间相互作用的机理还不清楚，而且在微波加热化学反应的过程中产生了很多有争议的问题，因此产生了一门新的学科——微波化学。微波化学实验装置中得到广泛应用的矩形波导单模加热装置，相较于具有多模腔体的微波化学反应装置，它具有加热均匀，可控性高，可重复性高等特点。现有的矩形波导单模加热装置可以近似为均匀加热的区域是有限而且非常窄小的，这样就限制了波导型的微波化学反应实验装置可以一次性加热的化学反应试剂的体积。例如工作在5.8GHz的标准矩形波导BJ-58，其内截面尺寸为40.4mm*20.2mm，可以近似为均匀加热的区域只是在宽边(40.4mm)中部很窄的一个区域内。根据实际要求的不同，可以近似为均匀加热的区域大小也不一样，但是最大一般不会超过宽边中央±5mm的区域。这样微波可以直接作用于化学反应的高度和波导的窄边尺寸一致，算下来能同时加热的化学试剂体积最多为3.14*5*5*20.2mm³即约1.58毫升，这么小的容量导致对化学反应各成分的体积也要求有很高的精度。提高了实验的难度，同时微波加热的快速性也会使得溶剂很快就温度来不及控制就超过需要的温度甚至是沸腾了。

【发明内容】

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于矩形波导尺寸延展后的单模微波化学装置。

本发明是通过以下技术方案实现的，提供一种基于矩形波导尺寸延展后的单模微波化学装置，包括依次设置的微波源、环形器、渐变波导装置；

所述环形器有三个端口，其中一个端口与微波源通过标准矩形波导连接，另一个端口设有用于监测进入渐变波导装置及从渐变波导装置反射出的微波功率的双定向耦合器，第三个端口设有用于吸收从渐变波导装置中反射出微波的第一匹配负载；

所述渐变矩形波导体装置包括：两个渐变喇叭、具有两个H面及E面尺寸延展矩形波导，所述每个渐变喇叭的喇叭口边缘分别与尺寸延展矩形波导的两端边缘连接；所述两个渐变喇叭中的一个与双定向耦合器通过标准矩形波导连接，另一个渐变喇叭的端部设有用于吸收从渐变波导中传出微波的第二匹配负载，该第二匹配负载与渐变喇叭通过标准矩形波导连接；所述尺寸延展矩形波导相对应的E面中心沿相反方向各延伸出第一截止波导，该第一截止波导与尺寸延展矩形波导相连通，且该第一截止波导中插设有石英玻璃管，该石英玻璃管外壁与截止波导内壁相贴合、端部于第一截止波导端部伸出。

特别的，所述尺寸延展矩形波导相对应的H面中心分别沿相反方向各延伸出一容纳红外探头的第二截止波导。

特别的，所述尺寸延展矩形波导为H面拉伸或E面拉伸或H面与E面同时拉伸的矩形波导。

特别的，所述微波源为磁控管、行波管、速调管。

相较于现有技术，本发明提供一种基于矩形波导尺寸延展后的单模微波化学装置，尺寸延展矩形波导的设置，使得一次性加热的化学反应溶液的体积增大，从而使得微波加热的均匀性得到大幅度的改善；在本可以产生高次模的情况下消除了高次模，使得该微波化学反应装置中的模式为TE₁₀模，使得微波加热的可控性得到了极大的提升，微波加热的可重复性也有了很大的改善，特别适用于对可重复性要求很高的生产或者研究，如微波化学反应机理的研究。

【附图说明】

图1为本发明一种基于矩形波导尺寸延展后的单模微波化学装置的结构示意图；

图2为本发明一种基于矩形波导尺寸延展后的单模微波化学装置中渐变波导装置的结构示意图；

图3为本发明一种基于矩形波导尺寸延展后的单模微波化学装置中采用H面渐变喇叭直接拉伸的电场切面图；

图4为本发明一种基于矩形波导尺寸延展后的单模微波化学装置中采用H面拉伸的矩形波导消除了高次模的存在示意图；

图5为本发明一种基于矩形波导尺寸延展后的单模微波化学装置中采用H面拉伸的矩形波导石英玻璃管处消除了高次模的存在的示意图；

图6为本发明一种基于矩形波导尺寸延展后的单模微波化学装置中采用E面拉伸的矩形波导直接拉伸的电场切面图；