[发明专利]谐振腔式圆形槽波导微波化学反应装置

说明书

本发明是一种促进和加快化学反应速度的装置，尤其是一种利用微波辐射加快化学反应速度的装置。

微波应用于化学领域有大大加快化学反应速度，有诱导某些化学反应等突出优点。微波已在化学的各个领域取得了大量的实验室研究成果。另外微波等离子体化学是微波化学的一个重要分支，它在化学的各个领域也取得了大量研究成果。例如金刚石膜的合成，氮化硅等超硬度材料的合成等，但是目前使用的腔式微波化学反应装置的尺寸均较小，虽然人们试图设计一种新的“大体积微波等离子体反应腔”，他们在参考了国外专利以后所设计的圆柱腔直径D＝119mm，腔长l＝230mm，工作频率为2450兆赫，从工业生产的观点，希望能有更大尺寸的微波化学反应装置。

现有技术中，有一种圆形槽波导，当它工作在2450兆赫时，它的横截面尺寸可以达到的圆柱直径D＝245mm；腔长l＝1000mm，整个体积是上述参考文献体积的18.4倍，可是至今没有人提出利用圆形槽波导来制造谐振腔式微波化学反应装置。

本发明的目的是提供一种工作在主模、大尺寸，适合于化学工业规模化生产的谐振腔式圆形槽波导微波化学反应装置。

本发明的谐振腔式圆形槽波导微波化学反应装置主要由圆形槽波导、耦合孔板和装有短路活塞的圆形槽波导门所组成，耦合孔板位于圆形槽波导一侧的端面，圆形槽波导门位于圆形槽波导的另一端面，输入波导与耦合孔板相接，且输入波导的对称中心与与耦合孔板上的耦合孔圆心对齐。圆形槽波导门的外部结构与圆形槽波导一样，在圆形槽波导门中设有由短路板和调谐滑杆组成的可调谐短路活塞，短路板的中央固定在调谐滑杆上，调谐滑杆位于套筒中，套筒固定在门盖上。短路板的形状与圆形槽波导中空部分的横截面形状一样，短路板的尺寸略小于圆形槽波导中空部分的横截面的尺寸。圆形槽波导门与圆形槽波导之间由铰接的方式连接。短路板之间设有绝缘垫图。

它的工作原理是：微波功率源产生的微波，经环行器，定向耦合器，检波器，指示器，由耦合孔板把微波能量耦合到圆形槽波导谐振腔。参于化学反应的物质由腔体另一端的门送入，调短路活塞使指示器显示谐振腔处于谐振状态。经与微波相互作用，完成化学反应后，再从该门取出。

本发明与现有技术相比有以下优点：

(1)在相同工作频率(如2450兆赫)，主模工作条件下，圆形槽波导的横截面尺寸比“大体积微波等离子体反应腔”的尺寸大4倍以上；体积大18倍以上。

(2)本发明能用于化学工业生产，使“微波化学”许多研究成果从实验室走向工业化生产。

图1是本发明的总体结构示意图，其中有圆形槽波导1、耦合孔板6、耦合孔61、输入波导7、绝缘垫圈8、9、调谐滑杆10、套筒11、门盖12、短路板13、14、15、圆形槽波导门16。

图2是图1的纵向即A-A向剖视结构示意图。

图3是图1的横向即B-B向剖视结构示意图。其中有壳体2、4、绝缘条3、5。

图4是图1中C-C向剖视结构示意图。其中有短路板15。

本发明的实施方案如下：

(1)圆形槽波导

它用绝缘条隔开的二块平行金属平板，在其端面的对称中心位置，沿电磁波传播方向(即长度方向)有直径为D的圆形通孔构成。绝缘条内侧装有吸收微波的材料。在槽波导二翼金属平板区，可以装有电阻性和电抗性元件制成的混合抗流装置。

它可以有几种实施方案。其中之一办法是：用硬质金属做一个芯膜，其尺寸为，圆柱部分直径D＞0.31λ，λ为工作波长；长度，λ_g为波导波长，n＝1，2，……；以圆柱为轴的二侧有相同的二翼平板，板长与圆柱相同，宽度W＞λ；厚度为t，它们满足D＞t≥0.31λ。

用适当厚度的耐腐蚀的不锈钢皮(板)，用芯膜在压力机上压制成二个带圆弧形壳体2、4，它们的金属平行平板端口之间用绝缘条3、5，如高纯度陶瓷等做成的绝缘条隔开。它的高度为t，它的宽度大于(0.1λ+2mm)。绝缘条靠腔内一侧放有吸收电磁波材料，如石墨等。在绝缘条(5)中心处有小孔作测温用。在槽波导二翼金属平板区，可以装有电阻性和电抗性元件制成的混合抗流装置。

(2)耦合孔板

圆形槽波导的一端装有耦合孔板6、耦合孔板用开有一个或多个耦合孔的金属平板做成。它的一侧与圆形槽波导紧密连接，另一侧与输入波导7相连，它的作用是把微波能量耦合进谐振腔。

(3)装有短路活塞的圆形槽波导门