一种具有可控光子晶体的圆柱形微波反应腔结构的制作方法

1.本发明涉及一种微波加热腔体结构，具体涉及一种具有可控光子晶体的圆柱形微波反应腔结构。


背景技术：

2.微波加热是一种独特的、自内而外的加热方式，具有快速、可选择对象加热等特点，被广泛应用于核工业、冶金、中草药干燥、农产品干燥、除虫、杀菌等领域。
3.微波反应腔是微波加热设备的核心部分，然而，由于电磁场分布的本征模式特性，导致了在传统微波反应腔中微波场分布不均匀的秉性，进而从加热源头上导致了微波加热的不均匀。
4.为了提高微波加热的均匀性，现有技术可总结为：特殊设计的腔体壁结构，采用特殊设计的坩埚，旋转加热对象，搅拌微波场和频繁调节磁控管的输出功率。经过特殊设计的腔体壁结构和经过特殊设计的坩埚两种技术，能够增加微波在腔体中的反射次数，一定程度上可以提高加热均匀性和效率，但对不同的加热对象，实际的加热均匀性和效率将会出现大幅波动。旋转加热对象的技术一般在腔体内加入可旋转托盘，通过转轴对其旋转或者摇晃，该技术在一定程度上提高了微波加热的均匀性，但对于一些要求保持静止的加热对象则无法应用。搅拌微波场的技术则是通过金属搅拌器对微波场进行扰动，但受限于搅拌器的大小，该技术对提高加热均匀性的作用有限。频繁调节磁控管功率的技术则是依靠加热对象本身的缓慢热传递过程实现均匀加热，但该技术将使得加热过程大幅延长。
5.综上，现有技术在一定程度上提高了微波加热的均匀性，但始终无法精准调控微波反应腔中的微波场，导致无法从微波能分布这个源头上实现均匀加热甚至靶向加热。


技术实现要素：

6.针对上述情况，本发明的目的是提供一种具有可控光子晶体的圆柱形微波反应腔结构，通过调节和控制反应腔内部的可控光子晶体结构，从而改变光子晶体对微波的布拉格散射条件和电磁场边界条件，进而实现对微波场分布的精准调控，最终从微波能分布的源头上实现均匀加热甚至靶向加热，以解决现有微波加热技术中的诸多不足之处。
7.本发明的技术方案是：在圆柱形腔体中设立多个可控光子晶体单元，各可控光子晶体单元按特定方式排布，构成具有可控光子晶体的圆柱形微波反应腔。采用实时调控可控光子晶体单元的方法，从而实时调整圆柱形腔体中光子晶体对微波的布拉格散射条件和电磁场边界条件，进而使圆柱形腔体中的微波场能量分布达到均匀分布或靶向需求分布，最终达到均匀加热或靶向加热的效果。
附图说明
8.图1为本发明提供的具有可控光子晶体的圆柱形微波反应腔结构的示意图。
9.图2为附图1的俯视图。
10.图3为附图1中过圆柱形腔体中部的横截面图。
11.图4为附图1中过圆柱形腔体中心轴和馈口中心轴的剖面图。
12.图5为本发明中可控光子晶体单元的控制原理图。
13.图6为本发明中可控光子晶体单元的示意图。
14.图7为本发明中可控光子晶体单元的剖面图。
15.图8为本发明中可控光子晶体单元在泵入不同体积比的液态金属和液态介质时的剖面图。
16.图中标号说明：1-圆柱形腔体，2-炉顶，3-馈口，4-可控光子晶体单元，5-输运管，6-液体泵，7-回收分离器，8-电控阀，9-液态金属，10-液态介质，11-炉底，12-被加热物，13-陶瓷管。
具体实施方式
17.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体附图，进一步阐明本发明。
18.参考图 1 至图 7 所示，本发明提供了一种具有可控光子晶体的圆柱形微波反应腔结构，它包括圆柱形腔体（1）、炉顶（2）、馈口（3）、可控光子晶体单元（4）、输运管（5）、液体泵（6）、回收分离器（7）、电控阀（8）、炉底（11）组成，其中，馈口（3）有2个，可控光子晶体单元（4）有180个，每个可控光子晶体单元（4）由2个电控阀（8）、2个液体泵（6）、1个回收分离器（7）进行控制，圆柱形腔体（1）、炉顶（2）、馈口（3）、炉底（11）均采用不锈钢材质制作。
19.所述馈口（3）穿过炉顶（2）与圆柱形腔体（1）相连通，使微波能够从馈口（3）进入圆柱形腔体（1）中，对被加热物（12）进行加热。
20.进一步的，所述2个馈口（3）之间相互垂直，使馈口之间的耦合功率最小，便于提高微波利用率。
21.所述可控光子晶体单元（4）由陶瓷管（13）、液态金属（9）、液态介质（10）组成，其中，液态金属（9）与液态介质（10）互不相溶，且液态金属（9）在微波波段为良导体，液态介质（10）在微波波段为无耗介质。
22.进一步的，所述可控光子晶体单元（4）在圆柱形腔体（1）内部按3圈环形排布，每圈有60个。
23.进一步的，所述可控光子晶体单元（4）利用输运管（5）与回收分离器（7）、液体泵（6）、电控阀（8）顺次连结。
24.进一步的，所述可控光子晶体单元（4）中的液态金属（9）、液态介质（10）在液体泵（6）的驱动作用下，能够从液体泵（6）出发，顺次经过电控阀（8）、陶瓷管（13）、回收分离器（7），最后又回到液体泵（6）。
25.进一步的，利用液体泵（6）和电控阀（8）实时控制液态金属（9）和液态介质（10）的泵入体积比，实现对可控光子晶体单元（4）的调控，进而实现对圆柱形腔体（1）内部微波场分布的调控。
26.进一步的，控制同一个可控光子晶体单元（4）的2个电控阀（8）不能同时开启；当控制同一个可控光子晶体单元（4）的2个电控阀（8）的其中一个开启时，则可以将液态金属（9）或液态介质（10）注入到可控光子晶体单元（4）中，进而改变可控光子晶体单元（4）的状态；
当控制同一个可控光子晶体单元（4）的2个电控阀（8）都不开启时，则不继续注入液态金属（9）或液态介质（10）到可控光子晶体单元（4）中，即不改变可控光子晶体单元（4）的状态。
27.所述回收分离器（7）可将液态金属（9）和液态介质（10）分离,并输运到液体泵（6）。
28.本发明的工作原理为，当需要调整圆柱形腔体（1）中的微波场分布进而对被加热物（12）进行均匀加热或靶向加热时，利用电控阀（8）的开合，使得不同体积占比的液态金属（9）和液态介质（10）被液体泵（6）泵入可控光子晶体单元（4）的陶瓷管（13）中，通过对所有可控光子晶体单元（4）的实时调控，从而达到实时调整圆柱形腔体（1）中光子晶体对微波的布拉格散射条件和电磁场边界条件，从而迫使圆柱形腔体（1）中的微波场能量分布达到均匀分布或靶向需求分布，最终实现均匀加热或靶向加热。
29.以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。


技术特征：
1.一种具有可控光子晶体的圆柱形微波反应腔结构，其特征在于：它包括圆柱形腔体（1）、炉顶（2）、馈口（3）、可控光子晶体单元（4）、输运管（5）、液体泵（6）、回收分离器（7）、电控阀（8）、炉底（11）；所述可控光子晶体单元（4）有180个，每个可控光子晶体单元（4）由2个电控阀（8）、2个液体泵（6）、1个回收分离器（7）进行控制；所述圆柱形腔体（1）、炉顶（2）、馈口（3）、炉底（11）均采用不锈钢材质制作。2.根据权利要求1所述的一种具有可控光子晶体的圆柱形微波反应腔结构，其特征在于：可控光子晶体单元（4）由陶瓷管（13）、液态金属（9）、液态介质（10）组成；进一步的，液态金属（9）与液态介质（10）互不相溶；进一步的，液态金属（9）在微波波段为良导体；进一步的，液态介质（10）在微波波段为无耗介质。3.根据权利要求1所述的一种具有可控光子晶体的圆柱形微波反应腔结构，其特征在于：可控光子晶体单元（4）在圆柱形腔体（1）内部按3圈圆环形排布，每圈有60个。4.根据权利要求1所述的一种具有可控光子晶体的圆柱形微波反应腔结构，其特征在于：可控光子晶体单元（4）通过输运管（5）与回收分离器（7）、液体泵（6）、电控阀（8）顺次连结。5.根据权利要求1所述的一种具有可控光子晶体的圆柱形微波反应腔结构，其特征在于：可控光子晶体单元（4）中的液态金属（9）、液态介质（10）在液体泵（6）的驱动作用下，能够从液体泵（6）出发，顺次经过电控阀（8）、陶瓷管（13）、回收分离器（7），最后又回到液体泵（6）；进一步的，采用液体泵（6）和电控阀（8）实时控制液态金属（9）和液态介质（10）的泵入体积比，构造不同结构的可控光子晶体单元（4）。6.根据权利要求1所述的一种具有可控光子晶体的圆柱形微波反应腔结构，其特征在于：控制同一个可控光子晶体单元（4）的2个电控阀（8）不能同时开启；进一步的，当控制同一个可控光子晶体单元（4）的2个电控阀（8）的其中一个开启时，则注入液态金属（9）或液态介质（10）到可控光子晶体单元（4）中，当控制同一个可控光子晶体单元（4）的2个电控阀（8）都不开启时，则不继续注入液态金属（9）或液态介质（10）到可控光子晶体单元（4）中。7.根据权利要求1所述的一种具有可控光子晶体的圆柱形微波反应腔结构，其特征在于：通过在圆柱形腔体（1）中加载可控光子晶体单元（4），采用实时调控可控光子晶体单元（4）的方法，从而实时调整圆柱形腔体（1）中的光子晶体对微波的布拉格散射条件和电磁场边界条件，进而使圆柱形腔体（1）中的微波场能量分布达到均匀分布或靶向需求分布，最终达到均匀加热或靶向加热的效果。

技术总结
本发明公开了一种具有可控光子晶体的圆柱形微波反应腔结构，由圆柱形腔体、炉顶、馈口、可控光子晶体单元、输运管、液体泵、回收分离器、电控阀、炉底组成。通过在圆柱形腔体中加载可控光子晶体单元，采用实时调控光子晶体单元的方法，从而实时调整圆柱形腔体中的光子晶体对微波的布拉格散射条件和电磁场边界条件，进而使圆柱形腔体中的微波场能量分布达到均匀分布或靶向需求分布，最终达到均匀加热或靶向加热的效果。向加热的效果。向加热的效果。


技术研发人员：姚斌 王均委 郑勤红
受保护的技术使用者：云南师范大学
技术研发日：2020.08.23
技术公布日：2022/3/10