[发明专利]横向均匀场微波加热炉

说明书

本发明采用一个到两个辐射阵列在横向均匀的微波加热炉的加热腔的前方、后方或上方尽量多地激励起高次模TEn0模式（n为整数，大于等于2），从而在所述加热腔中形成均匀分布的驻波。所述至少一个辐射阵列包括沿Z轴的至少两行辐射器。所述辐射阵列通过地板向所述加热腔辐射微波能量。所述任意辐射阵列上的辐射器沿X方向和沿Z方向都均匀分布。位于同一辐射阵列上的所有辐射器中辐射的微波为相干波。为了进一步改善加热的均匀性，我们使用了可以横向平移的或者可以绕加热腔的垂直轴线进动的旋转圆盘。本发明通过控制横向均匀的微波加热炉的空腔中的微波模式来改进横向均匀的微波加热炉在三维空间中的加热的均匀性。

技术领域

本发明涉及微波炉。具体地，涉及一种利用高次模高效率均匀加热材料的微波炉。

背景技术

微波能可以用于代替各种传统加热方式。微波炉利用微波能加热各种食物和材料，在微波化学领域，微波能量被用于加快各种化学反应。微波能还被用于纳米材料、人造金刚石等各种材料的生产。

在传统加热过程中，热量通过被加热物外部向其内部传导，属于表面加热，导致被加热物内外温度不均匀。微波能加热中，微波通过电场作用被加热材料，导致其中极性分子的阻尼振动产生热量， 属于体加热。 因此在被加热物内外同时加热。

但是，传统微波炉存在加热的整体均匀性问题。

在加热腔之类的任何有限空间内， 电磁波将因为共振现象以该空腔的各种固有谐振模式的形式存在。在其中任意一个谐振模式中，电磁波都以驻波形式存在，导致空间某些固定位置处的电场的幅值为最大，另外某些固定位置处的幅值为零。在2450MHz的典型微波能应用频率，这些电场集中处之间的距离为所用工作微波的波长的一半或稍大， 大致在61~100毫米之间，导致被加热材料在对应尺度上的不均匀。

普通的家用微波炉的尺寸比上述尺度大5~10倍。在这些空腔中的工作频率附近可以激励起来的谐振模式数为几个到几十个。人们普遍相信，采用高度过模的加热腔有利于微波加热的均匀性。但是，为数众多的谐振模式的任意叠加可能在加热腔的某些位置产生远大于其它位置的电场集中，导致微波加热的极度不均匀。

为了解决微波能加热的均匀性问题，国际国内的技术人员进行了不懈的努力。 人们试图通过增加工作微波的馈口数目，改变馈口形状，改变工作微波的馈口在加热腔外表面的位置，或者改变工作微波的馈口的极化方向，或者同时随机改变上述几个变量，通过计算或实测找到改善加热均匀性的方法。 但是到目前为止，微波炉，特别是大型微波炉中加热的均匀性问题没有得到很好地解决。

让我们来理解一下微波炉中我们面临的加热均匀性技术难题。在工作微波的频率，对于某一微波馈口，选定其位置、形状、极化方向后，加热腔中几个到几十个模式分别被激励的强度的确定在计算上都是非常困难的，在实际测量中也是极其复杂的。而大型微波炉中需要采用多个磁控管作为微波源，因此对应的微波馈口的数目也为多个，微波炉加热问题的复杂程度超出人们的想象。

发明内容

本发明通过控制过模加热腔中的工作模式，提供一种加热均匀的微波炉。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种横向均匀场微波加热炉，包括加热腔和至少一个辐射阵列。所述至少一个辐射阵列包括沿Z轴的至少两行辐射器。所述辐射阵列通过地板向所述加热腔辐射微波能量。在普通微波炉中，磁控管通过波导和一个耦合孔对加热腔辐射能量。本发明通过采用沿Z轴方向的多行辐射器，对加热腔中的微波分布进行更有效的控制，改善加热的均匀性。

一般情况下，所述加热腔的形状为矩形体。但是，本发明也可以采用圆柱体或其它结构的加热腔。

还可以包括沿X方向的多列辐射器：所述至少一个辐射阵列包括沿X轴的至少两列辐射器1。所述辐射阵列通过地板向所述加热腔辐射微波能量。