一種基于矩形波導(dǎo)尺寸延展后的單模微波化學(xué)裝置的制造方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微波能應(yīng)用領(lǐng)域，涉及一種單模微波化學(xué)裝置，具體涉及一種基于矩形波導(dǎo)尺寸延展后的單模微波化學(xué)裝置。
【【背景技術(shù)】】
[0002]近年來，微波能作為一種高效，清潔的能源在不同領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，其中微波加熱作為微波能應(yīng)用的一種主要方式，它具有加熱效率高，速度快，非接觸式加熱，內(nèi)外同時(shí)進(jìn)行加熱等優(yōu)點(diǎn)。微波加熱在化學(xué)反應(yīng)中得到了廣泛的應(yīng)用，但是微波與化學(xué)反應(yīng)之間相互作用的機(jī)理還不清楚，而且在微波加熱化學(xué)反應(yīng)的過程中產(chǎn)生了很多有爭議的問題，因此產(chǎn)生了一門新的學(xué)科一一微波化學(xué)。微波化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置中得到廣泛應(yīng)用的矩形波導(dǎo)單模加熱裝置，相較于具有多模腔體的微波化學(xué)反應(yīng)裝置，它具有加熱均勻，可控性高，可重復(fù)性高等特點(diǎn)?，F(xiàn)有的矩形波導(dǎo)單模加熱裝置可以近似為均勻加熱的區(qū)域是有限而且非常窄小的，這樣就限制了波導(dǎo)型的微波化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置可以一次性加熱的化學(xué)反應(yīng)試劑的體積。例如工作在5.8GHz的標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)BJ-58，其內(nèi)截面尺寸為40.4mm*20.2mm，可以近似為均勻加熱的區(qū)域只是在寬邊(40.4_)中部很窄的一個(gè)區(qū)域內(nèi)。根據(jù)實(shí)際要求的不同，可以近似為均勻加熱的區(qū)域大小也不一樣，但是最大一般不會超過寬邊中央±5mm的區(qū)域。這樣微波可以直接作用于化學(xué)反應(yīng)的高度和波導(dǎo)的窄邊尺寸一致，算下來能同時(shí)加熱的化學(xué)試劑體積最多為3.14*5*5*20.2mm3即約1.58毫升，這么小的容量導(dǎo)致對化學(xué)反應(yīng)各成分的體積也要求有很高的精度。提高了實(shí)驗(yàn)的難度，同時(shí)微波加熱的快速性也會使得溶劑很快就溫度來不及控制就超過需要的溫度甚至是沸騰了。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003]針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于矩形波導(dǎo)尺寸延展后的單模微波化學(xué)裝置。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，提供一種基于矩形波導(dǎo)尺寸延展后的單模微波化學(xué)裝置，包括依次設(shè)置的微波源、環(huán)形器、漸變波導(dǎo)裝置；
[0005]所述環(huán)形器有三個(gè)端口，其中一個(gè)端口與微波源通過標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)連接，另一個(gè)端口設(shè)有用于監(jiān)測進(jìn)入漸變波導(dǎo)裝置及從漸變波導(dǎo)裝置反射出的微波功率的雙定向耦合器，第三個(gè)端口設(shè)有用于吸收從漸變波導(dǎo)裝置中反射出微波的第一匹配負(fù)載；
[0006]所述漸變矩形波導(dǎo)體裝置包括:兩個(gè)漸變喇叭、具有兩個(gè)H面及E面尺寸延展矩形波導(dǎo)，所述每個(gè)漸變喇叭的喇叭口邊緣分別與尺寸延展矩形波導(dǎo)的兩端邊緣連接；所述兩個(gè)漸變喇叭中的一個(gè)與雙定向耦合器通過標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)連接，另一個(gè)漸變喇叭的端部設(shè)有用于吸收從漸變波導(dǎo)中傳出微波的第二匹配負(fù)載，該第二匹配負(fù)載與漸變喇叭通過標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)連接；所述尺寸延展矩形波導(dǎo)相對應(yīng)的E面中心沿相反方向各延伸出第一截止波導(dǎo)，該第一截止波導(dǎo)與尺寸延展矩形波導(dǎo)相連通，且該第一截止波導(dǎo)中插設(shè)有石英玻璃管，該石英玻璃管外壁與截止波導(dǎo)內(nèi)壁相貼合、端部于第一截止波導(dǎo)端部伸出。
[0007]特別的，所述尺寸延展矩形波導(dǎo)相對應(yīng)的H面中心分別沿相反方向各延伸出一容納紅外探頭的第二截止波導(dǎo)。
[0008]特別的，所述尺寸延展矩形波導(dǎo)為H面拉伸或E面拉伸或H面與E面同時(shí)拉伸的矩形波導(dǎo)。
[0009]特別的，所述微波源為磁控管、行波管、速調(diào)管。
[0010]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種基于矩形波導(dǎo)尺寸延展后的單模微波化學(xué)裝置，尺寸延展矩形波導(dǎo)的設(shè)置，使得一次性加熱的化學(xué)反應(yīng)溶液的體積增大，從而使得微波加熱的均勻性得到大幅度的改善；在本可以產(chǎn)生高次模的情況下消除了高次模，使得該微波化學(xué)反應(yīng)裝置中的模式為TEltl模，使得微波加熱的可控性得到了極大的提升，微波加熱的可重復(fù)性也有了很大的改善，特別適用于對可重復(fù)性要求很高的生產(chǎn)或者研宄，如微波化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的研宄。
【【附圖說明】】
[0011]圖1為本發(fā)明一種基于矩形波導(dǎo)尺寸延展后的單模微波化學(xué)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為本發(fā)明一種基于矩形波導(dǎo)尺寸延展后的單模微波化學(xué)裝置中漸變波導(dǎo)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3為本發(fā)明一種基于矩形波導(dǎo)尺寸延展后的單模微波化學(xué)裝置中采用H面漸變喇叭直接拉伸的電場切面圖；
[0014]圖4為本發(fā)明一種基于矩形波導(dǎo)尺寸延展后的單模微波化學(xué)裝置中采用H面拉伸的矩形波導(dǎo)消除了高次模的存在示意圖；
[0015]圖5為本發(fā)明一種基于矩形波導(dǎo)尺寸延展后的單模微波化學(xué)裝置中采用H面拉伸的矩形波導(dǎo)石英玻璃管處消除了高次模的存在的示意圖；
[0016]圖6為本發(fā)明一種基于矩形波導(dǎo)尺寸延展后的單模微波化學(xué)裝置中采用E面拉伸的矩形波導(dǎo)直接拉伸的電場切面圖；
[0017]圖7為本發(fā)明一種基于矩形波導(dǎo)尺寸延展后的單模微波化學(xué)裝置中采用E面拉伸的矩形波導(dǎo)消除了高次模的存在示意圖；
[0018]圖8為本發(fā)明一種基于矩形波導(dǎo)尺寸延展后的單模微波化學(xué)裝置中采用E面拉伸的矩形波導(dǎo)石英玻璃管處消除了高次模的存在的示意圖；
[0019]圖9為本發(fā)明一種基于矩形波導(dǎo)尺寸延展后的單模微波化學(xué)裝置中采用H面與E面同時(shí)拉伸的矩形波導(dǎo)消除了高次模的存在示意圖；
[0020]圖10為本發(fā)明一種基于矩形波導(dǎo)尺寸延展后的單模微波化學(xué)裝置中采用H面與E面同時(shí)拉伸的矩形波導(dǎo)石英玻璃管處消除了高次模的存在的示意圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0022]請參閱圖1-圖2，本發(fā)明提供一種基于矩形波導(dǎo)尺寸延展后的單模微波化學(xué)裝置，包括依次設(shè)置的微波源1、環(huán)形器2、漸變波導(dǎo)裝置3 ;
[0023]所述環(huán)形器2，使得電磁波的傳輸沿單方向循環(huán)，該環(huán)形器2有三個(gè)端口，其中一個(gè)端口與微波源I通過標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)(圖中未標(biāo)示)連接，另一個(gè)端口設(shè)有用于監(jiān)測進(jìn)入漸變波導(dǎo)裝置3及從漸變波導(dǎo)裝置3反射出的微波功率的雙定向耦合器4，第三個(gè)端口設(shè)有用于吸收從漸變波導(dǎo)裝置3中反射出微波的第一匹配負(fù)載5，從而使從漸變波導(dǎo)裝置3中反射出來的電磁波于12傳出，被連接在環(huán)形器端口 12的匹配負(fù)載13吸收，保護(hù)了微波源10 ；
[0024]所述漸變矩形波導(dǎo)體裝置I包括:兩個(gè)漸變喇叭6、具有兩個(gè)H面及E面尺寸延展矩形波導(dǎo)7，所述每個(gè)漸變喇叭6的喇叭口邊緣分別與尺寸延展矩形波導(dǎo)7的兩端邊緣連接；所述兩個(gè)漸變喇叭6中的一個(gè)與雙定向耦合器4通過標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)(圖中未標(biāo)示)連接，另一個(gè)漸變喇叭6的端部設(shè)有用于吸收從漸變波導(dǎo)I中傳出微波的第二匹配負(fù)載8，該第二匹配負(fù)載8與漸變喇叭6通過標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)(圖中未標(biāo)示)連接；所述尺寸延展矩形波導(dǎo)7相對應(yīng)的H面中心分別沿相反方向各延伸出一容納紅外探頭的第二截止波導(dǎo)11、相對應(yīng)的E面中心沿相反方向各延伸出第一截止波導(dǎo)9，該第一截止波導(dǎo)9與尺寸延展矩形波導(dǎo)7相連通，且該第一截止波導(dǎo)9中插設(shè)有石英玻璃管10，該石英玻璃管10外壁與截止波導(dǎo)7內(nèi)壁相貼合、端部于第