專利名稱：用于均勻散布微波的裝置和使用該裝置的加熱系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于均勻散布微波的裝置和使用該裝置的加熱系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及用于均勻散布微波的裝置和使用該裝置的加熱系統(tǒng)，其中，該裝置能將從微波產生裝置輸出的具有預定頻率的微波均勻地散布，該加熱系統(tǒng)中的加熱室由該裝置限定，均勻的電場通過在加熱室中均勻散布微波而形成，以便均勻地加熱和干燥存放在加熱室中要被加熱的物體。
該微波具有預定的波長。例如，假定微波的頻率是2.45GHz，則微波的波長由下面的等式(1)給出λg＝c/f＝(3×108m/sec)/(2.45×109Hz)12cm(1)其中，λg是微波波長，c是3×108m/sec的光速，f是微波頻率。
在使用微波對被加熱物體進行加熱和干燥的加熱系統(tǒng)中，加熱室的所有內壁表面和頂部及底部表面通常都是平的。
因此，當從微波產生裝置輸出的微波被導入加熱室時，微波入射到諸如加熱室的內壁表面和頂部及底部表面的平面10上，而后如

圖1所示地被平面10反射，于是，微波不能均勻地散布，而是偏轉反射。
當微波被偏轉反射時，微波不能均勻地分布在加熱室中。這樣，位于加熱室內的被加熱物體不能被整體地均勻加熱，因此，在被加熱物體中會產生最大限度和最小限度的加熱點。即，由于在微波波長的間隔內物體被以最大限度和最小限度加熱點交替出現(xiàn)的方式進行加熱，所以，物體在最大限度加熱點被過度加熱，而在最小限度加熱點則不能被充分加熱。于是，產生了對物體的不均勻加熱。
為了解決上述問題，常規(guī)加熱系統(tǒng)具有一個輻射波攪動器，諸如安裝在加熱室頂部的分散風扇，使輻射波攪動器轉動以使微波均勻地散布，和/或使物體轉動，從而均勻加熱該物體。
但是，輻射波攪拌器的轉動或被加熱物體的轉動都需要用于產生轉動力的附加驅動電機，和用于傳送驅動電機轉動力的動力傳動機構。這將導致結構復雜、生產成本增加以及較高的電能消耗等問題。
本發(fā)明的另一個目的是提供一個利用能均勻散布微波的裝置的加熱系統(tǒng)，其中，該裝置限定加熱室并均勻地散布微波，以便均勻加熱位于加熱室內的被加熱物體。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的用于均勻散布微波的裝置具有一個主體，該主體包括多個由能夠反射微波的材料制成的反射部分，并且該反射部分具有水平頂面和垂直側面。多個反射部分的寬度可設定為微波波長λg的1/n(n＝1，2，3，…)倍。更優(yōu)選地，該寬度被設定為微波波長λg的1/4n(例如，λg/4，λg/8，λg/12，…)倍。
另外，多個反射部分的每一個的深度可被設定為如下獲得的一個值即在基準面由與反射部分寬度乘以(質數(shù)-1)所得到的值相對應的距離底面的高度限定的條件下，通過用質數(shù)的最小本原根的自然數(shù)次方除以該質數(shù)所得的余數(shù)乘以反射部分的寬度所得的值。另外，每個反射部分的深度可被設定為如下獲得的一個值即在基準面由底面限定的條件下，用一個自然數(shù)的平方除以一個質數(shù)所得的余數(shù)乘以反射部分的寬度W所得的值。
另外，在本發(fā)明的加熱系統(tǒng)中，加熱室的頂、底和內壁表面通過連續(xù)和反復連接前述主體而形成。該主體還可另外設置在加熱系統(tǒng)的門的內表面上。從微波產生裝置所產生并被導入加熱室的微波被該主體均勻地散布在加熱室中，以形成均勻的微波電場，進而均勻地加熱和干燥被加熱的物體。
圖2是表示本發(fā)明的用于均勻散布微波裝置的透視圖。
圖3是表示本發(fā)明的用于均勻散布微波裝置結構的側視圖。
圖4是在微波入射到本發(fā)明的用于均勻散布微波裝置上時表示反射特性的說明性視圖。
圖5A和5B是表示具有由本發(fā)明的用于均勻散布微波裝置的主體形成的加熱室的加熱系統(tǒng)實例的視圖，其中，圖5A為門被打開的加熱系統(tǒng)的透視圖，圖5B是加熱系統(tǒng)的剖視圖。
圖6A和6B是表示本發(fā)明加熱系統(tǒng)中該裝置主體布置的實例視圖。
圖7A和7B是表示具有設置在由本發(fā)明裝置主體形成的加熱室中的物體存放室的加熱系統(tǒng)的另一個實例的視圖，其中，圖7A是門被打開的加熱系統(tǒng)的透視圖，圖7B是該加熱系統(tǒng)的剖視圖。
圖8是表示用2kW的微波對放置在本發(fā)明加熱系統(tǒng)中的若干塊乳酪加熱1分鐘后溫度測量結果的等溫線圖。
實施本發(fā)明的最佳方式下面，將結合附圖2-8具體地說明本發(fā)明均勻散布微波的裝置和應用該裝置的加熱系統(tǒng)。
圖2是表示本發(fā)明用于均勻散布微波裝置的結構的透視圖。其中，標號20表示根據(jù)本發(fā)明的用于均勻散布微波裝置的主體(基體)。主體20用能反射微波的材料制作。例如，主體20可用鋁板制作。另外，主體20可由耐熱合成樹脂制作，而后用諸如能反射微波的鋁的反射材料進行涂覆。
主體20以德國的Manfred R.Schroeder和AT&T Bell實驗室的Murray Hill研究和公開的分散單元的形式構成。即，主體20包括多個反射部分22。
每個反射部分22具有水平頂面221和垂直側面223。
另外，反射部分22的所有頂面221具有相同的寬度W。例如，反射部分22的頂面221的寬度W可被設定為微波波長λg的1/n(n＝1，2，3，…)倍。更優(yōu)選地，寬度W被設定為微波波長λg的1/4n(例如，λg/4，λg/8，λg/12，…)倍。
此外，所形成的反射部分22的頂面221具有不同的深度Dk，該深度是在一個基準面由與反射部分寬度乘以(質數(shù)-1)所得到的值相對應的距離底面的高度限定的條件下所得到的。
例如，反射部分22的頂面221的深度Dk設定成這樣的值，該值是根據(jù)下列等式(2-1)和(2-2)得到的，即用一個質數(shù)p的最小本原根g的自然數(shù)n次方除以該質數(shù)p所得的余數(shù)乘以反射部分的寬度WD＝gn模p(2-1)
Dk＝D·W (2-2)其中，p是質數(shù)(素數(shù))，g是質數(shù)p的最小本原根(the leastprimitive root)，n是諸如1、2、3、…的自然數(shù)，gn模p表示用gn除以p得到的余數(shù)。
假定質數(shù)p是7，質數(shù)p的最小本原根g是3，則多個反射部分22的頂面221(221a-221f)相對基準面的深度Dk(D1-D6)被設定如下31＝3；3/7＝商0， 余數(shù)332＝9；9/7＝商1， 余數(shù)233＝27； 27/7＝商3， 余數(shù)634＝81； 81/7＝商11，余數(shù)435＝243； 243/7＝商34， 余數(shù)536＝729； 729/7＝商104， 余數(shù)1即，如圖3所示，所構成的反射部分22的頂面221a-221f具有距基準面為3W、2W、6W、4W、5W和1W的相應深度Dk(D1-D6)，該基準面是由反射部分的寬度W乘以與質數(shù)p的7減去1相等的6所得的6W高度限定的。
下面的表1示出了這一計算結果。
表1


反射部分22的頂面221(221a-221f)的深度Dk(D1-D6)可轉換成如下所示的距離作為基準面的底面的高度Hk(H1-H6)31＝3；3/7＝商0， 余數(shù)3→6-3＝332＝9；9/7＝商1， 余數(shù)2→6-2＝433＝27 ； 27/7＝商3， 余數(shù)6→6-6＝034＝81； 81/7＝商11，余數(shù)4→6-4＝235＝243； 243/7＝商34， 余數(shù)5→6-5＝136＝729； 729/7＝商104， 余數(shù)1→6-1＝5即，頂面221(221a-221f)距離作為基準面的底面的高度Hk(H1-H6)被確定為3W、4W、0、2W、1W和5W。
另外，可用除上述方法外的其它方法設定反射部分22的頂面221的高度Hk。例如，反射部分22的每個頂面221距離作為基準面的底面的高度Hk可根據(jù)下列等式(3-1)和(3-2)被設定為如下值，即用0和自然數(shù)的平方除以質數(shù)p得到的余數(shù)乘以反射部分的寬度WH＝N2模p (3-1)Hk＝H·W (3-2)其中，N是0、1、2、…，p是質數(shù)，N2模p表示N2除以p所得到的余數(shù)。
例如，在質數(shù)是5的情況下，反射部分22頂面221a-221f的高度Hk被設定如下02＝0； 0/5＝商0，余數(shù)012＝1； 1/5＝商0，余數(shù)122＝4； 4/5＝商0，余數(shù)432＝9； 9/5＝商1，余數(shù)442＝16； 16/5＝商3， 余數(shù)152＝25； 25/5＝商5， 余數(shù)0反射部分22的頂面221a-221f距離底面的高度H1-H6變?yōu)?、1W、4W、4W、1W和0，它們是用反射部分的寬度W乘以相應余數(shù)得出的。
表2示出了這一計算結果。
表2


在這些方式中，本發(fā)明用于均勻散布微波的裝置的主體20構造成包括多個反射部分22，該反射部分具有與微波波長成比例的寬度W和根據(jù)等式(2-1)、(2-2)；或(3-1)、(3-2)得出的不同的深度Dk或高度Hk。
本發(fā)明用于均勻散布微波的裝置的主體20以圖2所示的多個能相互連續(xù)連接的主體20的方式被制作和使用。當微波入射到圖4所示的主體20上時，主體20反射要被均勻分散的微波，進而形成均勻的電場。
因此，既使當物體處于不轉動的靜止狀態(tài)時，物體也能被均勻散布的微波均勻地加熱和干燥。
另一方面，當主體20設置在加熱系統(tǒng)等的壁表面上時，如果主體20的長度使得主體的左、右端不能與頂面和底面緊密接觸而在主體20兩端與頂面和底面之間產生開口，那么就存在微波通過這些開口產生泄漏的危險。所以，在這種情況下，優(yōu)選的是用與主體20相同的材料制成的隔板24密封主體20的兩端、以防止微波泄漏。
上述實施例是結合具有6個反射部分22的主體20來描述的。反射部分22的數(shù)量不限定于特定的數(shù)量。根據(jù)將內設主體20的加熱系統(tǒng)的加熱室的尺寸等適當選擇質數(shù)，并根據(jù)所選擇的質數(shù)設置多個反射部分22。
既使在這種情況下，構成主體20的反射部分22的寬度W能以與前述實施例相同的方式被設定為微波波長λg的1/n(n＝1，2，3，…)倍。更優(yōu)選地，寬度W被設定為微波波長λg的1/4n(例如，λg/4，λg/8，λg/12，…。)倍。
當加熱系統(tǒng)的加熱室由本發(fā)明的用于均勻散布微波的裝置的主體20形成時，微波被均勻地分散而在加熱室內形成均勻的電場。
圖5A和5B是表示具有由本發(fā)明用于均勻地散布微波裝置的主體構成的加熱室的加熱系統(tǒng)的例子。圖5A是門被打開的加熱系統(tǒng)的透視圖，圖5B是加熱系統(tǒng)的剖視圖。
標號50是加熱系統(tǒng)的主體。利用諸如磁控管的振蕩器產生微波的微波產生裝置51設置在主體50內部的一側。利用從微波產生裝置51產生的微波加熱和干燥需要被加熱的物體52的加熱室53設置在主體50的另一側。
諸如波導的微波引導裝置54位于微波產生裝置51與加熱室53之間，用于將微波產生裝置51產生的微波導入加熱室53。
加熱室53的頂、底和內周圍表面通過連續(xù)和重復地設置用于均勻散布微波的裝置的主體20而構成。門55設置在加熱室53的正面，以便操作者能打開和關閉加熱室53。主體20也連續(xù)和重復地設置在門55的內表面，而只保留一個不覆蓋的觀察窗56。同時，主體20的反射部分22的頂面221設置成指向加熱室53的內部。
在構成加熱室53的頂、底和內周圍表面的主體20上以預定間隔設置多個排氣孔58，以便在門55被關閉且加熱室53被氣密地密封的情況下用微波對物體52進行加熱和干燥時所產生的水蒸氣能被吸入排氣孔58并經(jīng)排氣口57排出。
這時，因為微波不能通過排氣孔58泄漏，所以排氣孔58的半徑尺寸優(yōu)選為其足以防止微波通過排氣孔58泄漏的半徑尺寸，例如，在0.6-0.8mm范圍內。
在物體52需要用本發(fā)明的加熱系統(tǒng)進行加熱和干燥時，先將門55打開，并將物體52放入加熱室53。之后，關閉門55并使加熱系統(tǒng)工作。
而后，微波產生裝置51啟動以產生微波，且所產生的微波經(jīng)微波引導裝置54被引入加熱室53。
引入加熱室53的微波被設置在加熱室53頂、底和內周圍表面上的以及設置在門55的內表面上的主體20的反射部分22反射并均勻地分散。加熱室53中的微波形成均勻的電場，以使物體被均勻地加熱和干燥。
這時，在加熱和干燥物體52時所產生的水蒸氣和氣味通過形成在主體20中的排氣孔58被抽吸，而后經(jīng)排氣口57排出到外部。
圖6A和6B是表示本發(fā)明加熱系統(tǒng)中該裝置主體布置的實例視圖。如圖所示，基本為正方形的基本體60由連續(xù)地形成具有預定長度的多個主體20而構成。如圖6A所示，多個基本體60能以鋸齒形(Z字形)布置，以便反射部分22被垂直和水平地設置。如此構成的基本體60可安裝在加熱室53的頂、底和內周圍表面上以及門55的內表面上。
另外，多個基本體60能以鋸齒形布置，以便反射部分以預定角度定位。
圖7A和7B是表示其中設有本發(fā)明的均勻散布微波的裝置的加熱系統(tǒng)的另一個例子的視圖，其中，圖7A是門被打開的加熱系統(tǒng)的透視圖，圖7B是該加熱系統(tǒng)的剖視圖。
如圖所示，這個加熱系統(tǒng)的例子包括由諸如能穿過微波的特氟隆(Teflon)材料制成的物體存放室70，位于構成加熱室53的主體20的內側。物體存放室70的每一側的尺寸可被設定成使它能緊靠在主體20反射部分22的最高頂面上。
此外，安裝到門55的內表面的主體20還設有由諸如能穿過微波的特氟隆(Teflon)材料制成的打開和關閉板72，以便當門55被關閉時，物體存放室70的正面可被打開和關閉板72關閉。
在加熱室53中設置附加的物體存放室70，可使得在加熱和干燥物體52之后便于清潔加熱室。
此時，物體存放室70還優(yōu)選設置多個排氣孔74，以使加熱和干燥物體52時所產生的水蒸氣和氣味能經(jīng)排氣口57排出。
在本發(fā)明的這種加熱系統(tǒng)中，具有0.7cm厚度的特氟隆板被安裝在距離加熱室53內表面3cm高的位置。若干塊乳酪一個疊一個地放置在加熱室53底部的特氟隆板上。微波產生裝置51所產生的具有2kW功率的微波經(jīng)微波引導裝置54進入加熱室53，以加熱乳酪塊。將乳酪塊加熱1分鐘，而后在乳酪塊的不同點進行溫度測量。最終的溫度測量等溫線圖示于圖8中。
如圖8所示，在本發(fā)明加熱系統(tǒng)內的乳酪塊的不同點測量的溫度范圍從26.1℃到29.9℃?？梢?，最大與最小被加熱點的溫度差是3.8℃，它意味著乳酪塊整體上被均勻加熱。
同時，雖然已經(jīng)結合操作者他/她自己將物體52放置在加熱系統(tǒng)的加熱室53或物體存放室57中以對物體進行加熱和干燥的實施例進行了說明，但本發(fā)明并不限于此，本發(fā)明還可用于各種微波加熱系統(tǒng)例如，本發(fā)明的主體20可安裝在一個加熱系統(tǒng)中，該加熱系統(tǒng)中的相對的端部被打開，要被加熱的預定物體由圖中未示出的輸送裝置自動輸送，并防止微波通過打開的相對端部而泄漏，從而均勻地散布微波并均勻地加熱和干燥該物體。
工業(yè)實用性如上所述，本發(fā)明具有能將微波在所有反射角度均勻傳播的散布特性。因此，根據(jù)本發(fā)明，被加熱物體能夠被均勻地加熱和干燥。
權利要求
1. 一種用于均勻散布微波的裝置，它包括一個具有多個反射部分的主體，該反射部分由能反射所述微波的材料制成，并具有與所述微波的波長成比例的相同的寬度和在基準面由與所述反射部分的所述寬度乘以(質數(shù)-1)所得到的數(shù)值相對應的距離其底面的高度限定的條件下得到的不同的深度；所述反射部分的所述寬度W被設定為所述微波的所述波長λg的1/n(n＝1，2，3，…)倍；和所述反射部分的所述深度Dk相對所述基準面根據(jù)下述等式(1)而設定D＝gn模p，Dk＝D·W (1)其中，p是質數(shù)，g是質數(shù)p的最小本原根，n是諸如1、2、3、…的自然數(shù)，gn模p表示用gn除以p得到的余數(shù)。
2.如權利要求1所述的裝置，其中，所述反射部分的頂面是水平的，而所述反射部分的側面是垂直的。
3.如權利要求1所述的裝置，其中，所述反射部分的所述寬度W被設定為所述微波的所述波長λg的1/4n倍。
4.一種用于均勻散布微波的裝置，它包括一個具有多個反射部分的主體，該反射部分由能反射所述微波的材料制成，并具有與所述微波的波長成比例的相同的寬度和在基準面由其底面所限定的條件下所得到的不同的高度；所述反射部分的所述寬度W被設定為所述微波的所述波長λg的1/n(n＝1，2，3，…)倍；和所述反射部分的所述高度Hk相對所述底面根據(jù)下述等式(2)而設定H＝N2模p， Hk＝H·W (2)其中，N是0、1、2、…，p是質數(shù)，N2模p表示N2除以p所得到的余數(shù)。
5.如權利要求4所述的裝置，其中，所述反射部分的頂面是水平的，而所述反射部分的側面是垂直的。
6.如權利要求4所述的裝置，其中，所述反射部分的所述寬度W被設定為所述微波的所述波長λg的1/4n倍。
7.一種使用能均勻散布微波的裝置的加熱系統(tǒng)，它包括一個用于產生所述微波的微波產生裝置；一個用于引導所述微波產生裝置產生的所述微波的微波引導裝置；一個加熱室，用于散布由所述微波引導裝置所引導的微波，以便加熱和干燥要被加熱的物體；一個可打開地安裝在所述加熱室正面的門；和所述加熱室的頂、底和內壁表面由連續(xù)重復形成主體而構成，每個主體包括多個反射部分，所述反射部分由能夠反射所述微波的材料構成，并具有與所述微波波長成比例的相同的寬度和相對基準面(或其底面)所得到的不同的深度(或高度)。
8.如權利要求7所述的加熱系統(tǒng)，其中，所述主體的所述反射部分的所述寬度W被設定為所述微波的所述波長λg的1/n倍；和在基準面由與所述反射部分的所述寬度乘以(質數(shù)-1)所得到的數(shù)值相對應的距離其底面的高度限定的條件下，所述主體的所述反射部分的所述深度Dk根據(jù)下述等式(3)來設定D＝gn模p，Dk＝D·W (3)其中，p是質數(shù)，g是質數(shù)p的最小本原根，n是諸如1、2、3、…的自然數(shù)，gn模p表示用gn除以p得到的余數(shù)。
9.如權利要求7所述的加熱系統(tǒng)，其中，所述主體的所述反射部分的所述寬度W被設定為所述微波的所述波長λg的1/n倍；和所述主體的所述反射部分的所述高度Hk相對所述底面根據(jù)下述等式(4)而設定H＝N2模p，Hk＝H·W(4)其中，N是0、1、2、3、…，p是質數(shù)，N2模p表示N2除以p所得到的余數(shù)。
10.如權利要求7所述的加熱系統(tǒng)，其中，所述主體被設置成鋸齒形。
11.如權利要求7所述的加熱系統(tǒng)，其中，所述主體被設置成鋸齒形，其中的所述反射部分以預定角度定位。
12.如權利要求7-11中任一項所述的加熱系統(tǒng)，其中，所述主體上以預定間隔設有排氣孔，所述排氣孔的尺寸設定成能使物體被加熱和干燥時所產生的水蒸氣和氣味經(jīng)所述排氣孔排出而同時防止所述微波由此泄漏。
13.如權利要求7-11中任一項所述的加熱系統(tǒng)，其中，一個由能允許所述微波穿過的材料制作的物體存放室被設置在由所述主體形成的所述加熱室內。
14.如權利要求7所述的加熱系統(tǒng)，其中，所述門的內表面上設有所述主體，每個所述主體具有所述多個反射部分，所述反射部分由能夠反射所述微波的材料構成，并具有與所述微波的所述波長成比例的所述相同寬度和相對所述基準面所得到的所述不同的深度。
全文摘要
一種用于散布微波的裝置，它設有一個包括多個反射部分的主體，反射部分由能反射微波的材料制成并具有水平頂面和垂直側面。多個反射部分的寬度被設定為微波波長λg的1/n倍。在基準面由與反射部分的寬度乘以(質數(shù)－1)所得到的值相對應的距離底面的高度限定的條件下，每個反射部分的深度可被設定為，用質數(shù)的最小本原根的自然數(shù)次方除以該質數(shù)所得的余數(shù)乘以該反射部分的寬度所得的值。
文檔編號F24C7/02GK1394458SQ01802893
公開日2003年1月29日 申請日期2001年11月26日 優(yōu)先權日2001年2月5日
發(fā)明者李瑛憙 申請人:李瑛憙