[发明专利]一种隔馈式微波加热设备

说明书

本发明提供了一种隔馈式微波加热设备，包括两个金属平板和至少一根馈入传输线。在金属平板上设置有二维周期加载体，在该加热设备的工作频率附近实现宽带阻带，实现馈入传输线与其它部分或其它馈入传输线之间良好的隔离，而且通过调配器实现馈入传输线的良好匹配。通过在横向周期性、等间距地布置一排馈入传输线，在Z方向相邻地布置另一排或多排横向错开一定距离的类似馈入传输线，被加热物在Z方向的均匀性也得到较好的保证。这种隔馈式微波加热设备具有结构简单、加热均匀优点，可以大规模地用于各种材料的加热、干燥，特别是低湿度低吸收材料的低成本、高温和高效率加热中。

技术领域

本发明涉及均匀高效微波加热领域，具体涉及一种隔馈式微波加热设备。

背景技术

微波加热可以用于代替各种传统加热方式。微波加热设备利用微波能加热各种材料，包括但不限于木材、粮食、药材、调料、乳制品等。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、人造金刚石等各种新材料的生产。

传统加热，由于热量通过被加热物外部向其内部传导，属于表面加热，其中的被加热物内外温度不均匀。微波加热，由于微波与被加热物之间的相互作用导致被加热物中极性分子的阻尼振动产生热量，属于体加热，其中的被加热物内外同时加热。因此，微波能加热可以实现更快更均匀地加热。

普通微波炉的加热腔的尺寸是工作波长的3～5倍。工业微波加热设备中的大型加热腔的尺寸是工作波长的20～1000倍。在这些加热腔中在一定工作频率可以激励起来的谐振模式数为几个到几百个。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强度，严重破坏加热的均匀性。

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。人们试图通过增加微波馈口数目，改变馈口形状，改变微波馈口在加热腔外表面上的位置，或者改变微波馈口的极化方向，或者同时随机改变上述四个变量，改善加热的均匀性。但是，到目前为止，由于问题的高度复杂性，微波界对这一问题尚缺乏清晰的理论指导，三维电磁仿真模拟也因为计算量巨大而难以完成。因此微波炉，特别是大型微波加热设备中加热的均匀性问题一直没有得到很好的解决。

出于成本上的考虑，价格昂贵的大功率固态源仅在某些高附加值的微波加热设备中得到小批量、尝试性的应用，微波能应用中的主要微波源仍然是磁控管。在2450MHz频率，单管功率在1kW左右的磁控管及其电源的市场价格在一千元左右，而单管功率为10kW的同频段磁控管的市场价格在5万元左右。在915MHz，单管磁控管的典型输出功率为75kW，整套能源系统的市场价格在100万元左右。从单位功率成本方面来看，小型磁控管占有明显优势。

大型微波加热设备需要几十到几百个1kW功率的磁控管。多个磁控管应用到大型微波加热设备除了前述的均匀性差的问题之外，还存在加热效率低的问题。由于各磁控管之间的微波是独立不相干的，在某一磁控管向加热设备的馈入传输线的馈口处，其它所有的磁控管产生的能量都可能通过加热设备的加热腔和该馈口向该磁控管“反灌”。这些能量不仅没有被充分利用，而且可能严重影响该磁控管的工作状态，甚至烧毁该磁控管。微波加热的低能量效率和磁控管的损坏是目前普通大型微波能应用设备中除加热均匀性差之外的另一个突出问题。在低损耗、低湿度材料的加热方面，这个问题更加突出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隔馈式微波加热设备。这里，微波源之间是相互隔离的，我们可以通过调配每个微波源而提高设备的整体加热效率。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种隔馈式微波加热设备，包括位于Y方向的盖板、位于-Y方向的底板，沿X方向和沿Z方向的至少3列，至少3排加载体；所述加载体只在Y方向与盖板接触或在-Y方向与底板接触；在所述盖板和底板之间设置有通道；X、Y和Z方向构成直角坐标系。

较好的设计，所述加载体为至少7列，至少7排。加载体的数目也可以有多达数十列、数十排到数千排，决定于该加热设备的大小。