一種隧道式帶迴轉功能多模微波諧振腔的製作方法
2023-08-05 02:28:31
本發明涉及一種隧道式帶迴轉功能多模微波諧振腔。
背景技術：
微波是頻率在300MHz-300GHz的電磁波，波長範圍在0.1cm-100cm之間，國際規定，民用較多的頻率有915MHz，2450MHz，我國家用微波爐的功率是2450MHz。微波通過作用於極性分子物質，被加熱材料內部分子或原子在微波場內做高頻振動，產生「內摩擦熱」使微波能量以熱量的形式傳遞給分子或原子，從而升高整個物料溫度，不須任何熱傳導過程，就能使物料內外同時加熱和升溫，加熱速度快，僅需傳統加熱方式能耗的幾分之一或幾十分之一就可達到同等加熱水平，所以微波加熱設備屬於節能環保類產品，物質在微波場中所產生的熱量大小與物質種類及其介電特性有很大關係，極性物質介電損耗高，單位時間內在微波場內的升溫速率要遠高於非極性物質。微波諧振腔是實現微波與物料相互作用的空間，可分為單模微波諧振腔、多模微波諧振腔，多模微波諧振腔結構簡單，損耗少。家用微波爐就是一種典型的多模微波諧振腔，是由一定厚度鐵板或不鏽鋼板經折彎、點焊形成的密閉空間金屬結構，六個反射面，一個微波能饋入口。工業和實驗室用多數微波設備是長方體箱式結構或由家用微波爐改裝而成，其微波輻照均勻性方面尚不夠優良。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服傳統立方箱式結構微波諧振腔輻射均勻性不好的缺點，提出一種隧道式帶迴轉功能多模微波諧振腔，比傳統長方體箱式微波諧振腔有更多的反射面，利用高頻結構仿真軟體HFSS模擬定位了4個微波饋能口位置，4隻共計4KW微波管分別從不同方向饋入微波能，經過電磁波饋能模擬，改善了該微波諧振腔能量分布，諧振腔內微波能聚焦點（熱點）明顯減少，同時該諧振腔中間部位設計有管道安裝位置，可裝配低微波吸收材料如陶瓷、玻璃製成的管道，安裝完畢的管道可在迴轉裝置的帶動下旋轉，使管內物料接受微波輻照更加均勻。
本發明提出的一種隧道式帶迴轉功能多模微波諧振腔，迴轉結構、饋能部分和微波洩漏防護、測溫及氣體進排系統和六稜主腔體16組成，其中：
六稜主腔體16內部兩端由六角端蓋9密封，其表面設有波導10和紅外測溫探頭11，所述波導10用於放置微波管，所述紅外測溫探頭11用於測量陶瓷管12表面溫度；六稜主腔體16內壁的六個面為六個反射面；
迴轉結構由軸承1、調速電機2、鏈輪3、左陶瓷管外套筒4、軸承座6、右陶瓷管外套筒13和陶瓷管12組成，陶瓷管12兩端穿過六角端蓋9和六稜主腔體16，陶瓷管12的兩端分別套於左陶瓷管外套筒4和右陶瓷管外套筒13內，左陶瓷管外套筒4和右陶瓷管外套筒13分別與相應的軸承1配合，軸承1安裝於軸承座６內，左陶瓷管外套筒4與鏈輪3配合，鏈輪3與調速電機2相連，完成陶瓷管12轉動動作；六稜主腔體16兩端外部和相應的軸承座6之間通過六角法蘭7固定連接；
饋能部分由第一饋能口17、第二饋能口18、第三饋能口19和第四饋能口20組成，所述第一饋能口17、第二饋能口18、第三饋能口19和第四饋能口20的位置由高頻結構仿真軟體HFSS模塊軟體計算得到，根據得到的第一饋能口17、第二饋能口18、第三饋能口19和第四饋能口20的數據，設置相應的微波管放置位置；
微波洩漏防護、測溫及氣體進排系統包括行程開關8、布風板15、進氣管5和排氣管14，所述行程開關８固定於六稜主腔體16外表面，所述行程開關８用於監控六角法蘭7，左陶瓷管外套筒４連接進氣管５，右陶瓷管外套筒13通過布風板15連接排氣管14。
本發明中，鏈輪3和調速電機2間採用鏈條傳動或齒輪嚙合傳動等中任一種。
本發明中，所述六角法蘭7採用六角圓形或六角形法蘭等代替。
本發明中，所述第一饋能口17、第二饋能口18、第四饋能口20的開口長短邊方向與六稜主腔體16半展開圖（圖2）長短邊平行，第三饋能口19與開口長短邊方向與六稜主腔體16半展開圖（圖2）長短邊垂直。
本發明中，當將六稜主腔體（16）的六個反射面全部展開，處於同一平面時，所述第一饋能口17與第二饋能口18長邊中心線距離為90-100mm，第二饋能口18長邊中心線與第三饋能口19短邊中心線距離為145-155mm，第四饋能口20長邊中心線與第三饋能口19短邊中心線距離為85-95mm，第一饋能口17與第四饋能口20長邊中心線距離為150-160mm。
本發明中，左陶瓷管外套筒4，右陶瓷管外套筒13，六角端蓋9，六角法蘭7，六稜主腔體16，波導10，進氣管5，排氣管14和布風板15採用不鏽鋼製成。
本發明的有益效果在於：本發明是六稜主腔體16內微波輻照均勻性較好，微波聚焦熱點少，微波能量分布相對比較均勻。兩組由螺栓連接配合的六角法蘭7由4隻行程開關8監控其配合嚴密程度。布風板15，左右陶瓷管外套筒、法蘭與進出氣管及法蘭緊密配合，能夠使微波洩露量下降到國家微波安全洩露量範圍之內，
本發明主要出發點是改善微波輻照均勻性和易於實現流態化作業。首先，增加微波諧振腔反射面，設計了六稜柱形多模微波諧振腔主體結構，比傳統長方體箱式結構多兩個反射面，增加了微波反射次數，其次採取多個微波管從不同方向饋能的方案，利用高頻結構仿真軟體HFSS模擬設計並優化饋能口位置，使諧振微波分散更均勻，不易形成微波聚焦熱點，最後，設計能夠使物料在諧振腔內旋轉的裝置，儘量使物料接受相對均一的微波能量。由該多模微波諧振腔製成的微波設備，可以進行高溫微波熱解、炭化、新材料合成等工作，在環保領域，適用於處理農林固廢、廢橡膠、廢塑料、廢印刷線路板等，也可滿足各類中低溫微波化學反應的需求。
附圖說明
圖1為本發明的結構圖示。
圖2為本發明饋能口圖示，六稜主腔體16半展開圖。
圖3為本發明多模微波諧振腔微波能量分布圖。
圖4為本發明多模微波諧振腔中部陶瓷管壁面微波能量分布圖。
圖中標號：１為軸承，２為調速電機，３為鏈輪，４為左陶瓷管外套筒，５為進氣管，６為軸承座，７為六角法蘭，８為行程開關，９為六角端蓋，10為波導，11為紅外測溫探頭，12為陶瓷管，13為右陶瓷管外套筒，14為排氣管，15為布風板，16為六稜主腔體，17為第一饋能口，18為第二饋能口，19為第三饋能口，20為第四饋能口。
具體實施方式
下面通過實施例結合附圖進一步說明本發明。
實施例１：如圖1所示，六稜主腔體16兩端外部是由兩組由螺栓固定到一起的共計4隻六角法蘭7固定，六角法蘭安裝配合密封程度由4隻行程開關8監控，六稜主腔體16內部左右兩端由兩個六角端蓋9密封。外部安裝的4個波導10可安裝4隻1KW的微波管，紅外測溫探頭11監控陶瓷管12表面溫度，六角法蘭7與軸承座6由6隻螺栓固定，軸承座內有安裝好軸承1，軸承1與左陶瓷管外套筒4、右陶瓷管外套筒13配合，左陶瓷管外套筒4、右陶瓷管外套筒13分別由圓法蘭與進氣管5，排氣管14相連，內部與陶瓷管12相配合，在陶瓷管外套筒13與排氣管14間有布風板15，具有布氣和防止微波洩漏的功能。左陶瓷管外套筒4外與鏈輪3配合，鏈輪3與調速電機由傳動鏈相連，完成轉動功能。
如圖2所示，六稜主腔體16上半部微波饋能口展開圖，共四個饋能口，第一饋能口17、第二饋能口18、第三饋能口19和第四饋能口20，所述第一饋能口17、第二饋能口18、第三饋能口19和第四饋能口20的位置由高頻結構仿真軟體HFSS軟體模擬計算得到，第一饋能口17、第二饋能口18、第四饋能口20開口方向一致，其長短邊方向與六稜主腔體16上半部展開圖長短邊相互平行，各饋能口間距離如圖2所示，第三饋能口19開口方向與六稜主腔體16上半部展開圖長短邊相互垂直，與其它饋能口間距離如圖2所示，第一饋能口17與第二饋能口18長邊中心距為95mm，第二饋能口18長邊與第三饋能口19短邊中心距151mm，第四饋能口20長邊與第三饋能口19短邊中心距89mm，第四饋能口20與第一饋能口17長邊中心距為157mm。
如圖3所示，多模微波諧振腔底部壁面微波能量分布圖，中間灰白色部分為微波能量分布最多的區域，淺灰色部分為能量分布相對較少的區域，深灰色部分為能量分布最少的區域，從圖中可以看出，多數微波能量分布在每個反射壁面的中部區域，高能量和低能量過渡區域比較平緩，無過多的集中過熱和過冷點，總體可得出能量分布相對均勻。
如圖4所示，多模微波諧振腔中部陶瓷管壁面微波能量分布圖，中間灰白色部分為微波能量分布最多的區域，淺灰色部分為能量分布相對較少的區域，深灰色部分為能量分布最少的區域，從圖中可以看出，深灰色和灰白色部分分布非常少，多數區域屬於淺灰色，高能量和低能量區域屬於平滑過渡，無過多的集中過熱和過冷點，總體可得出能量分布相對均勻，能夠使陶瓷管內物料接受相對均勻的微波輻照。
本發明的工作過程如下：
陶瓷管12穿過軸承1、六角端蓋9、左陶瓷外套筒4和右陶瓷外套筒13進入六稜主腔體16內，在陶瓷管12內放入一定質量的物料，設定好紅外測溫儀11的工作溫度、調速電機2轉速和經波導10輻射入六稜主腔體16內的微波輸入功率，固定好左陶瓷外套筒4和右陶瓷外套筒13，用螺栓緊固六角法蘭7和軸承座6，同時保證行程開關8處於閉合狀態，將載氣管接入進氣管5，同時設定好進氣流量，啟動調速電機2，確保鏈輪3能夠平穩轉動，啟動到微波工作狀態，加熱陶瓷管12內的物料，產生的揮發氣體在載氣的帶動下經布風板15和排氣管14排出。