一种快速加热弱吸波性物质的微波炉

摘要

本发明涉及一种可用于加热弱吸波性物质的微波炉，它可以快速地加热弱吸波物质，甚至对难吸波物质的加热也有一定的效果。该微波炉特点是有辅助电场产生电路，由辅助电场控制电路和正负金属电极板构成，市电经变压电路、整流滤波、辅助电场控制电路后通过正负金属电极板在微波腔体中发射一辅助电场，该辅助电场使被加热的弱吸波性物质发生多种极化，分子的电偶极矩进一步增大，被极化的弱吸波物质在微波场的辐照下能产生更大的合电场力和力矩，分子之间的摩擦、挤压、碰撞更为剧烈，可快速地吸收微波能转化为自身热能，达到快速加热的效果。

权利要求

1.一种快速加热弱吸波性物质的微波炉，包括主控制电路、变压电路、磁控管、波导和微波腔体，其特征在于：还包括辅助电场产生电路，用于在微波腔体中产生一辅助电场，使被加热物质在辅助电场和磁控管所产生的微波场共同作用下能迅速加热；

所述的辅助电场产生电路包括辅助电场控制电路和正负金属电极板；

所述的辅助电场产生电路所产生的辅助电场为稳恒电场；

所述的辅助电场产生电路的辅助电场控制电路，用于控制所述的辅助电场的强度小于所述磁控管产生的微波场的电场强度。

2.根据权利要求1所述的快速加热弱吸波性物质的微波炉，其特征在于：所述的辅助电场的场强为微波电场强度最大值的0.4倍至0.6倍之间。

3.根据权利要求1所述的快速加热弱吸波性物质的微波炉，其特征在于：所述的辅助电场产生电路的正负金属电极板对称地放置微波腔体的两对侧，靠近微波腔体的内表面。

4.根据权利要求3所述的快速加热弱吸波性物质的微波炉，其特征在于：所述的金属电极板与微波腔体内腔靠近但不接触，并在所述的金属电极板与所述微波腔体内腔之间填充绝缘陶瓷，所述正负金属电极板与微波腔体表面之间用不超过2.5mm厚度的绝缘陶瓷隔离。

5.根据权利要求1所述的快速加热弱吸波性物质的微波炉，其特征在于：所述的辅助电场产生电路的正负金属电极板为不锈钢电极板，厚度在3mm至12mm之间，加热温度越高微波腔体越大，所述正负金属电极板的厚度越厚。

6.根据权利要求3或4所述的快速加热弱吸波性物质的微波炉，其特征在于：所述的微波腔体的内腔接地。

说明书

一种快速加热弱吸波性物质的微波炉

技术领域

[0001] 本发明涉及一种快速加热弱吸波性物质的微波炉，具体地说，该微波炉能快速加热一些弱吸波物质，甚至对难吸波物质的加热也起作用，属于微波加热领域。

背景技术

[0002] 微波是近几十年出现的一种新技术，与传统加热相比，微波具有内部加热、快速加热、清洁卫生、易自动控制、节能等优点。但微波加热对物料有选择性，很难加热弱极性分子构成的物质（弱吸波物质），不能加热非极性分子构成的物质（难吸波物质），因而难以实现大范围应用，限制了微波工业的发展。

[0003] 工业上对弱吸波性物质一般采用辅助加热，如添加强吸波物质、Picket fence法、内衬碳化硅的微波吸收器、Patterson法、对单模腔体采用可调微波耦合窗等。这些辅助加热方法都存在着缺点：1、加热工艺较为复杂；2、能量损耗大，需要做无用功去加热强吸波物质；3、弱吸波物质在加热过程中需要与强吸波物质混杂，弱吸波物质中有可能产生新的杂质。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是为了克服辅助加热法的缺点，能将微波广泛地应于在工业领域，利用电介质极化原理和微波加热机理，提供一种可用于快速加热弱吸波物质的微波炉，该微波炉对难吸波物质的加热也有一定的效果。

[0005] 本发明的技术方案是：一种快速加热弱吸波性物质的微波炉，包括：

[0006] 主控制电路、变压电路、磁控管、波导和微波腔体，其特征在于，还包括:辅助电场产生电路，用于在微波腔体中产生一辅助电场，使被加热物质在辅助电场和磁控管所产生的微波场共同作用下能迅速加热。

[0007] 所述的辅助电场产生电路包括：辅助电场控制电路和正负金属电极板。

[0008] 所述的辅助电场产生电路所产生的辅助电场为稳恒电场。

[0009] 所述的辅助电场产生电路的辅助电场控制电路，还用于控制所述的辅助电场的强度小于所述磁控管产生的微波场的电场强度。

[0010] 所述的辅助电场的场强为微波电场强度最大值的0.4倍至0.6倍之间。

[0011] 所述的辅助电场产生电路的正负金属电极板对称地放置微波腔体的两对侧，靠近微波腔体的内表面。

[0012] 金属电极板与微波腔体内腔靠近但不接触，并在所述的金属电极板与所述微波腔体内腔之间填充绝缘陶瓷，所述正负金属电极板与微波腔体表面之间用不超过2.5mm厚度的绝缘陶瓷隔离。

[0013] 所述的辅助电场产生电路的正负金属电极板为不锈钢电极板，厚度在3mm至12mm之间，温度越高微波腔体越大，所述正负金属电极板的厚度越厚。

[0014] 所述的微波腔体的内腔接地。

[0015] 本发明的有益效果是：

[0016] 本发明利用电介质极化原理和微波加热机理，提出一种在辅助电场产生电路所产生的辅助电场和磁控管所产生的微波场共同作用下能快速加热的方法。使被加热物质发生以下几种极化：电子位移极化、离子位移极化、离子松弛极化和空间电荷极化等。极化后的弱吸波物质和难吸波物质的电偶极矩增大，为微波场快速加热提供先决条件。

[0017] 根据微波加热的机理，增大了电偶极矩的这些物质在微波腔体中被微波能的辐照时，获得更大的合电场力和更大的力矩，分子之间的碰撞、挤压、摩擦增加，微波能转化为热能的效率进一步增大，微波加热速率提高。

[0018] 本发明所述微波炉，让被加热的弱吸波性物质处于辅助电场和微波场双重作用下，辅助电场主要起极化作用，微波电场起加热作用，双场配合工作，弱吸波物质可快速吸收微波能，转化为自身的热能，温度快速提高。它不仅具有常规微波炉的优点，而且克服辅助加热法的缺点，能加热常规微波炉所不能直接加热的弱吸波性物质，对难吸波性物质的加热也有效果。本发明所述的微波炉能加热更多的物质，拓展微波工业的应用范围。

附图说明

[0019] 图1本发明实施例的电路原理框图；

[0020] 图2本发明实施例微波炉的正负金属电极板的安装示意图；

[0021] 图3种无极分子、偶极矩较小的有极分子和电偶极矩较大的有极分子的区别；

[0022] 图4极性分子在电场中的受力；

[0023] 图5无极分子和弱极性分子在电场中产生的极化；

[0024] 图中：200-快速加热弱吸波物质的微波炉，201-主显示器窗口，202-控制面板，203-被加热物质（弱吸波物质），204-正负金属电极板，205-绝缘陶瓷。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

[0026] 如图1所示，为本实施例的一种快速加热弱吸波性物质的微波炉的电路原理框图，具体包括：

[0027] 主控制电路1、变压电路2、磁控管3、波导4、微波腔体5和辅助电场产生电路6。辅助电场产生电路6用于在微波腔体中产生一辅助电场，使被加热物质在辅助电场和磁控管3所产生的微波场共同作用下能迅速加热。

[0028] 所述的辅助电场产生电路6包括：辅助电场控制电路和正负金属电极板。所述的辅助电场产生电路6所产生的辅助电场为稳恒电场。

[0029] 所述的辅助电场产生电路6的辅助电场控制电路，还用于控制所述的辅助电场的强度小于所述磁控管产生的微波场的电场强度。如果辅助电场的场强大于或等于微波场的电场强度，那么微波不能加热弱吸波性物质。

[0030] 所述的辅助电场的场强为微波电场强度最大值的0.4倍至0.6倍之间。辅助电场的场强如果太小，对弱极性分子的极化作用不足，难以显著增加分子的电偶极矩，那么辅助电场所起的作用不是很大，因此最低倍率选择0.4倍。所述的微波场的电场强度大小随时间变化，为保证微波场在一个周期内有充足的加热时间，辅助电场的强度不宜过大，考虑峰值和有效值之间的关系，因此最大倍率选为0.6倍。

[0031] 所述的辅助电场产生电路6的正负金属电极板对称地放置微波腔体5的两对侧，靠近微波腔体5的内表面。

[0032] 所述的辅助电场产生电路6的正负金属电极板与微波腔体5内腔靠近但不接触，并在所述的金属电极板与所述微波腔体5内腔之间填充绝缘陶瓷，同时为防止少部分微波从绝缘陶瓷处外泄损耗，所述正负金属电极板与微波腔体表面之间用不超过2.5mm厚度的绝缘陶瓷隔离。

[0033] 所述的辅助电场产生电路6的正负金属电极板为不锈钢电极板，它除了产生辅助电场的作用外，还像微波内腔一样可反射微波，因此它的厚度在3mm至12mm之间，温度越高微波腔体越大，所述正负金属电极板的厚度越厚。

[0034] 所述的微波腔体5的内腔接地。

[0035] 220V、50Hz的交流电经插座流入微波炉里，先经过主控制电路1（保险丝、开关等不再详述），提供给微处理器、定时和功率调节器、转盘电路、照明电路、风扇、主显示器窗口等，然后流经变压器的初级线圈，回到插座。变压电路2将220V、50Hz的交流电分成三部分，第一部分为辅助电场产生电路6，经过变压、整流滤波的过程后，电路中的电压为稳恒电压，辅助电场控制电路再将稳恒电源处理后通过正负金属电极板发射到微波腔体中；第二部分市电变压为4V左右的交流电加在磁控管3的阴极，用来加热磁控管3的灯丝，这样阴极才能发射电子；第三部分市电经高压变压再次升压至4000V左右的高压，整流后加载磁控管3的阳极，阳极是用来接收电子的。在第二部分输入和第三部分输入共同的作用下，热电子从阴极溢出后，在磁场力和电场力共同作用下，沿螺旋状高速飞向阳极，又有谐振腔的作用，电子振荡成微波，微波最后经波导4输入到炉腔内。被加热物质在微波腔体5中，在磁控管3所产生的微波场和辅助电场产生电路6所产生的辅助电场的双重作用下，快速吸收微波能，转为为自身的热能，温度迅速上升。

[0036] 如图2所示，本发明实施例微波炉的正负金属电极板的安装示意图。该微波炉200；主显示器窗口201位于右上角，可显示加热时间、功率、加热模式等；控制面板202位于右下侧，与主控制电路连接，可调节加热时间、功率、加热模式等；被加热物质203放在微波炉腔体的中间，它是弱吸波性物质；正负金属电极板标记为204，稳恒电压经它发射到微波腔体中，形成稳恒的辅助电场。微波腔体的内腔和正负金属电极板之间填充绝缘陶瓷205，为防止微波能损耗，绝缘陶瓷的厚度不超过2.5mm。

[0037] 从物质的微观结构来看，可将构成物质的分子分为无极分子和有极分子。如图3所示，在没有受到电场作用时，组成电介质的分子或原子，其中原子核所带的正电荷的中心与绕核分布的电子所带负电荷的中心相重合，对外呈中性，这类分子称为无极分子；与无极分子相反，在没有外电场作用时，组成电介质的分子或原子的正负中心不重合，即分子具有偶极矩，这类分子称为有极分子。在微波领域中，电介质一般可分为非极性电介质、弱极性电介质和电偶极矩较大的极性电介质。非极性电介质由无极分子组成，由于没有电偶极矩，因此不吸收微波能量，我们称为难吸波或不吸波性物质；弱极性电介质由电偶极矩较小的有极分子组成，虽有一定的电偶极矩，但是电偶极矩很小，因此可以吸收少量的微波能量，在微波场中加热时升温速度很慢，我们称这类物质为弱吸波性物质；电偶极矩较大的有极分子由于具有较大的电偶极矩，能够在微波场中迅速耗散掉微波能量，在微波场中升温速度很快，我们称为易吸波性物质。

[0038] 根据电介质物理学的极化原理，当介质受到电场力的作用时，会发生：1、电子位移极化：每个分子或原子中正、负电荷中心发生相对位移；2、离子位移极化：正、负离子产生相对位移，正离子沿电场方向移动，负离子逆着电场方向移动；3、离子松弛极化：该极化发生在由离子组成的或含离子杂质的介质中，是电介质中存在的某些联系较弱的离子，在电场作用下发生沿电场方向的跃迁运动引起的；4、空间电荷极化：该极化在电场作用下，原先混乱排布的正、负自由电荷发生了趋向有规则的运动过程，导致正极板附近集聚了较多的负电荷，空间电荷的重新分布，实际形成了介质的空间电荷极化。它发生在非均匀介质和存在缺陷的晶体中，对于实际晶体介质，其内部自由电荷在电场作用下移动，可能被晶体中不可能避免地存在着的缺陷（如晶格缺位、杂质中心、位错等）所捕获、堆积造成电荷的局部积聚，使电荷分布不均匀，从而引起极化。而工程中使用的电介质绝大多数都是不均匀的、有缺陷的。因此，弱吸波物质和不吸波物质放入电场后都会被极化，总极化强度等于以上几种极化之和。

[0039] 从物质的微观机构出发，我们从电偶极子在电场中的受力情况来简单阐述微波加热的机理。

[0040] 图4为一电偶极子模型在电场中受力情况， ， ，其中的大小为-q和+q之间的距离，方向由正电荷指向负电荷。当电偶极子处于电场中时，+q受到一个沿着电场线方向的力，-q受到一个逆着电场线方向的力，均匀电场中两个力的合力为
0，非均匀电场中两个力的合力不为0，电偶极子沿着合力的方向会发生运动；电偶极矩与电场 存在一个不等于0的夹角时，电偶极子在一对力的作用下产生一个力矩 ，力矩使电偶极子中正电荷向电场的方向转动。如果电场的方向发生变化，那么力矩 使电偶极子的方向跟随电场的变化而转动。如果电场方向以每秒几十亿次（微波频率）发生变化，那么构成物质的电偶极子在转动和移动的过程中相互摩擦、挤压、碰撞，消耗大量的电能，转化为自身的热能，这就是微波加热物质的原理。由以上分析可以看出，要想提升微波加热的效率，需要较大的合外力或力矩，那么需要增家电偶极矩，因此增大间距 是一种可行的办法。

[0041] 根据以上描述，本发明所述的微波炉就是基于增大正负等效电荷间距的原理上，在微波炉两对侧加一由辅助电场产生电路产生的辅助电场，该辅助电场包括辅助电场控制电路和正负金属电极板，市电经变压、整流滤波后成为稳恒电压，然后通过辅助电场控制电路输出所需的电压值，最后通过正负金属电极板在微波腔体中发射一辅助电场。辅助电场产生电路的辅助电场控制电路，用于控制所产生的辅助电场的强度小于所述磁控管产生的微波场的强度，辅助电场的场强为微波场电场强度最大值的0.4倍至0.6倍之间，辅助电场和微波电场相互协调状态最佳，加热效果最好，具体倍率视物质成分而定。

[0042] 当该微波炉通电工作时，被加热物质处于双场环境中（辅助电场和微波电磁场），辅助电场的作用是使被加热物质发生极化，总极化是电子位移极化、离子位移极化、离子松弛极化或空间电荷极化等几种极化之和，极化后构成负载的原子或分子的电偶极子正负电荷的间距 进一步增大，这是利用微波炉快速加热难吸波物质或不吸波物质的必备条件。微波场的作用是加热，微波场是一种电磁场，当微波电场作用于被极化的物质时，根据和 （ 为辅助电场与微波电场矢量的夹角），构成这些物质的原子或分子受到更大的合电场力和更大的转动力矩 ，这些合力和力矩将提供更大的挤压力、转动动力和转动惯性，而微波电场方向以每秒数几十亿次发生改变时，被极化的负载中分子之间的摩擦、挤压和碰撞更剧烈，微波能转化为热能的效率进一步增大，负载的升温速率变大。

[0043] 辅助电场产生电路的正负金属电极板既可产生稳恒电场，起极化分子的作用，也可像微波腔体反射微波。

[0044] 所述的辅助电场产生电路所产生的辅助电场为稳恒电场，与所述磁控管产生的微波电场共同作用于被加热物质，同步工作，互不干涉。

[0045] 微波场作用于这些被极化了的弱吸波性物质时，当辅助电场产生电路所产生的辅助电场矢量与微波电场矢量的夹角为0时，辅助电场对微波电场的加热没贡献，但微波场的方向以每秒数亿次发生改变，因此这种状态存在时间极短，对该微波炉的加热没有太大的影响，可以忽略不计。

[0046] 因此，本发明中的微波炉能快速加热弱吸波性物质，对难吸波性物质也可以起到一定的加热作用。它克服了辅助加热方法中的缺点，加热工艺简单，无额外能量损耗，更不会在被加热物质中引入新的杂志，产生“污染”。

[0047] 可以理解的是，对辅助电场产生电路所做的改动，如正负金属电极板大小、形状、位置、参数等，都应属于本发明权利要求的保护范围。

[0048] 以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。