[发明专利]一种提高微波加热效率的装置和方法

说明书

本发明公开了一种提高微波加热效率的装置和方法，属于微波应用技术领域，包括金属外壳；所述金属外壳上设有馈口；所述馈口用于向金属外壳内部输入微波；所述金属外壳内部设有超材料结构层；所述超材料结构层中心设有被加热空间；所述超材料结构层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的微波汇集在被加热空间。本发明的一种提高微波加热效率的装置和方法，能够将输入金属外壳内部的微波能量集中在被加热空间，加热速度快，能量利用率高。

技术领域

本发明属于微波应用技术领域，具体地说涉及一种提高微波加热效率的装置和方法。

背景技术

微波加热是一种新型的加热方法。当极性介质置于电磁场中时，组成介质材料的极性分子会随着不断变化的高频电场方向重新排列，在这个重新排列的过程中需要克服分子原有的热运动和分子间的干扰和阻碍，类似于摩擦的作用，从而产生大量的热。微波加热过程是微波能直接作用于被加热物质，是一种“冷热源”，与传统的以媒质表面热传递的方式有很大区别。

在微波加热时，物料的形状、位置和腔体的形状都会导致腔体内部电磁场分布的变化，并且在微波加热过程中物料密度、热容、介电性质、热导率等热物理及电物理特性均随温度或者含水率的不同而发生动态变化，使整个加热过程中微波能量利用率较低，而且存在温度分布不均的问题。

现有技术中有通过动态改变输入微波频率，减少热点，来提高微波加热的均匀性；也有通过分析腔体的长宽高、端口的放置位置和负载的形状对能量利用率的影响，优化设计出合适的模型结构，提高微波加热均匀性和能量的利用率。常规的方式也有通过三销钉调谐器调配阻抗，使微波加热系统处于阻抗匹配的状态，减少微波能的反射，使待加热物体持续高效的吸收微波能。

但是在参数大范围动态变化的时候仍然能实现对微波能高效吸收、利用，对于微波能效率的提升乃至工业应用都具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种提高微波加热效率的装置和方法，拟解决如何能够使微波集中能量到待加热介质区域，减小反射并提高能量利用率以及微波能高效吸收、利用等问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种提高微波加热效率的装置，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。由上述结构可知，微波源向馈口2输入微波，微波进入金属外壳1内部后，经过超材料结构层3时被汇集在被加热空间4，被加热空间4里的被加热物体不断吸收汇集的微波，超材料结构层3特殊结构使微波只进不出，减少在金属外壳1内反射，提高了微波能量利用率，能量密度高，使被加热物体对微波能高效吸收、利用。由于超材料结构层3自身的特性，所以对馈口2的位置、金属外壳1的形状、被加热物体本身的参数变化，均不影响微波汇集在被加热空间4，仍然能实现被加热物体对微波能高效吸收、利用。超材料结构层3之所以能够实现微波只进不出，是因为超材料结构层3由外到内材料的相对介电常数渐变递增，这种递增可以是连续光滑的渐变递增也可以是阶梯式的渐变递增，即超材料结构层3最外侧的材料部分相对介电常数最小，超材料结构层3最内侧的材料部分相对介电常数最大，其原理类似微波经过超材料结构层3，不断向被加热空间4折射，使微波经过超材料结构层3时只会进入被加热空间4，而不会逃逸。