[发明专利]一种提高微波加热效率的装置和方法

权利要求书

1.一种提高微波加热效率的装置，其特征在于：包括金属外壳(1)；所述金属外壳(1)上设有馈口(2)；所述馈口(2)用于向金属外壳(1)内部输入微波；所述金属外壳(1)内部设有超材料结构层(3)；所述超材料结构层(3)中心设有被加热空间(4)；所述超材料结构层(3)由外到内材料的相对介电常数渐变递增，使经过超材料结构层(3)的微波汇集在被加热空间(4)；所述超材料结构层(3)包括若干个由内到外依次嵌套的环柱(5)；所述被加热空间(4)为半径为r的圆柱空间；所述超材料结构层(3)的半径为R；所述超材料结构层(3)外部空间的相对介电常数为ε₀；所述超材料结构层(3)各位置点的相对介电常数构成阶梯函数，位置点与被加热空间(4)中心的距离为d，其中R＞d＞r；阶梯函数的每个阶梯和另构建的函数ε(d)＝ε₀(R/d)²相交。

2.根据权利要求1所述的一种提高微波加热效率的装置，其特征在于：所述环柱(5)上设有若干个中空腔(6)；所述中空腔(6)两端分别延伸至对应环柱(5)的顶底面。

3.根据权利要求2所述的一种提高微波加热效率的装置，其特征在于：位于外部的环柱(5)的中空腔(6)的截面大于位于内部的环柱(5)的中空腔(6)的截面。

4.根据权利要求3所述的一种提高微波加热效率的装置，其特征在于：所述环柱(5)上的中空腔(6)均匀间隔；每个环柱(5)上的中空腔(6)数量相等。

5.根据权利要求4所述的一种提高微波加热效率的装置，其特征在于：所述中空腔(6)的截面为圆形或椭圆形或多边形。

6.根据权利要求5所述的一种提高微波加热效率的装置，其特征在于：所述金属外壳(1)顶部设有开口(7)；所述开口(7)上设有压盖(8)；所述压盖(8)底部设有凹圆槽(9)；所述凹圆槽(9)配合在超材料结构层(3)顶部；所述超材料结构层(3)夹在压盖(8)和金属外壳(1)的底部之间。

7.根据权利要求6所述的一种提高微波加热效率的装置，其特征在于：所述压盖(8)内部设有连通腔(10)；所述凹圆槽(9)上设有若干个微孔(11)；所述微孔(11)使所有的中空腔(6)以及被加热空间(4)分别和连通腔(10)连通；所述压盖(8)上设有安全阀(12)；所述安全阀(12)用于连通腔(10)超压时泄压；所述超材料结构层(3)底部设有L定位板(13)；所述金属外壳(1)底部设有和L定位板(13)配合的L定位槽。

8.根据权利要求7所述的一种提高微波加热效率的装置，其特征在于：还包括水箱(14)和绝热陶瓷座(15)；所述金属外壳(1)底部设有绝热陶瓷座(15)；所述绝热陶瓷座(15)内设有贴附金属外壳(1)底部的换热盘管(16)；所述换热盘管(16)的进口上设有进口阀(17)；所述进口阀(17)连接水箱(14)的出水管；所述换热盘管(16)的出口上设有出口阀(18)；所述出口阀(18)连有水泵(19)；所述水泵(19)连接水箱(14)的进水管。

9.一种提高微波加热效率的方法，其特征在于：采用权利要求8所述的一种提高微波加热效率的装置，包括准备步骤、加热步骤、泄压步骤和降温步骤；

所述准备步骤具体为，打开压盖(8)，将超材料结构层(3)从金属外壳(1)顶部的开口(7)放入金属外壳(1)内；将超材料结构层(3)通过L定位板(13)和金属外壳(1)底部的L定位槽定位；把被加热物体放入被加热空间(4)内；盖上压盖(8)，使压盖(8)底部的凹圆槽(9)配合在超材料结构层(3)顶部，此时所有的中空腔(6)都对应有一个和连通腔(10)连通的微孔(11)，被加热空间(4)也对应有微孔(11)和连通腔(10)连通；

所述加热步骤具体为，选取微波源，微波源向馈口(2)输入微波，微波经过超材料结构层(3)时被汇集在被加热空间(4)，被加热物体吸收微波被加热；

所述泄压步骤具体为，当中空腔(6)或被加热空间(4)气压过高时，气体经过微孔(11)进入连通腔(10)，然后从安全阀(12)泄压出去；

所述降温步骤具体为，在连通腔(10)内设有温度传感器，当温度传感器测定被加热空间(4)温度过高时，打开进口阀(17)、出口阀(18)和水泵(19)，水箱(14)里的水流至换热盘管(16)和被加热空间(4)换热，同时微波源降低微波输入功率或停止输入微波，使被加热空间(4)降温。