CN100432007C - 微波焙烤炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微波焙烤炉，其中防止了组成加热元件的隔开焙烤室的内壁由于热冲击而损害，从而延长其寿命。微波焙烤炉(31)包含隔开焙烤室的加热元件(33)的分隔壁(35)，该分隔壁(35)具有内壁(35b)和外壁(35a)，内壁(35b)由通过微波辐射而自加热并透射辐射至其上的部分微波的材料制成，而外壁(35a)由允许微波通过它透射的绝缘材料制造并覆盖内壁(35b)的外周。在在内壁(35b)和外壁(35a)之间确保了在焙烤室23内作为热对流通道的间隙(39)。内壁(35b)被附着至外壁(35a)，以使其相对外壁(35a)在所有方向上移动预定距离。

Description

微波焙烤炉

技术领域

本发明涉及一种用于焙烤由陶瓷材料或细陶瓷材料制造的被焙烤物体的微波焙烤炉。

背景技术

最近，提出了使用微波加热焙烤陶瓷材料和细陶瓷材料的技术，并且该技术已经被投入实际应用。

当使用微波加热焙烤被焙烤物体时，并且被焙烤物体是均匀的，原理上微波均匀地加热被焙烤物体的各个部分。然而，由于在焙烤过程开始时环境温度明显低于被焙烤物体的表面温度，热量从被焙烤物体的表面辐射。因而，在被焙烤物体的中心部分和其表面之间产生温度梯度，并且容易产生裂缝。

再者，当被焙烤物体由同样的材料制造时，作为微波加热的特性，介电损耗随温度上升而逐渐变大。因此，假如温度梯度发生，则高温度部分的微波吸收率是高的，微波吸收率的差异进一步被扩大，从而部分地产生局部加热。

当以这种方式产生温度梯度时，温度差异因微波加热而进一步增加。因此促进了裂缝的产生。

再者，在使用微波加热的焙烤中，倘若被焙烤物体由譬如是陶瓷的主要材料并在室温时具有低介电损耗的氧化铝或硅土制造，则存在一个在低温区微波加热的能量效率是较低的问题。

因此，作为用于抑制这样一个温度梯度并用于减少裂缝的发生的微波焙烤炉，提出了具有图5中所示结构的微波焙烤炉(例如，参考日本未审查专利申请公开号2002-130960(第3页、图1))。

微波焙烤炉1包含一个隔开微波空间2的腔体3、一个作为微波发生装置的经波导4连接到腔体3并向腔体3内辐射微波的磁控管6、一个用于搅拌辐射到腔体内微波的微波搅拌装置8、被布置在腔体3内部的覆盖层10、以及包围覆盖层10的辅助覆盖层11。

腔体3至少在其内部将微波反射向微波空间2，并防止微波泄漏。

微波搅拌装置8具有被安置在腔体3内的搅拌叶片14、被安置在腔体3外的驱动电机16、用于将驱动电机16的转动传递给搅拌叶片14的转动传动轴18。通过搅拌叶片14的转动搅拌腔体3中的气体。

覆盖层10隔开在其中安置被焙烤物体的焙烤室23。隔开焙烤室23的分隔壁25被作为外壁25a和内壁25b的双壁结构构成。

外壁25a由具有隔热性能的材料制造，并允许微波通过其透射。具体地，外壁25a由氧化铝纤维或泡沫氧化铝制造。

内壁25b由介电材料制造，其通过从外部辐射至其中的微波自加热、并能透射部分微波至焙烤室23内。

作为用于内壁25b的优选介电材料，例如用于高温区的加热材料，该材料在接近焙烤温度的高温区中，其自加热等于或多于被焙烤物体。倘若被焙烤物体是陶器，基于富铝红柱石的材料是优选的。

辅助覆盖层11使覆盖层10的外周形成一个隔热空间并抑制因为从覆盖层10向周围气体热辐射而导致的温度梯度的发生。因此，辅助覆盖层11由具有隔热性能并允许微波通过其透射的譬如氧化铝纤维或泡沫氧化铝的绝缘材料制造，类似于覆盖层10的外壁25a。

如上所述，当隔开焙烤室23的覆盖层10的分隔壁25由能透射部分微波至焙烤室23内同时使用微波自加热的内壁25b、和由绝缘材料制造并包围内壁的外壁25a构成时，在对被焙烤的物体逐渐进行微波加热的同时，通过内壁25b的自加热和通过外壁25a抑制从焙烤室23向外面的热辐射使焙烤室23内的环境温度上升。

因此，随着被焙烤物体21的温度上升，焙烤室23内的环境被保持稳定在高温度，以使从被焙烤物体21的表面向其外围的热辐射能被抑制。

结果是，被焙烤物体的中心部分和其表面间的温度梯度很难产生，并且阻止了因温度梯度带来的裂缝。这样，焙烤能被稳定实现。

然而，在传统的分隔壁25中，主要目的用于隔热的外壁25a和主要目的用于加热的内壁25b构成了一个双壁结构，在其中他们互相紧紧粘在一起。因此，在某时当内壁25b的温度上升至高温区或内壁在焙烤后冷却下来时，在外壁25a和内壁25b间由于其间的热膨胀不同而产生一个明显的热冲击。结果是，由例如基于富铝红柱石的材料制造的内壁25b容易破裂，并且缩短用于阻止温度梯度发生的双壁结构的寿命。

再者，用作内壁25b的基于富铝红柱石的材料显示了接近被焙烤物体21的焙烤温度的高加热特性，但在包含室温的低温区呈现出低加热特性。因此，使用微波加热在低温区的初始温度上升时，内壁25b的自加热值是较小。这样，当在室温下介电损失小的被焙烤物体被焙烤时，难于有效加热被焙烤物体的问题没有被解决，这个问题类似于普通焙烤炉。

发明内容

本发明的目的是提供一种微波焙烤炉，该微波焙烤炉能够长时间可靠防止在焙烤室内温度梯度的发生，这是通过在隔开焙烤室并具有内壁和外壁的双壁结构的分隔壁中，延长具有双壁结构的分隔壁的寿命，而不因热冲击而损害组成分隔壁的内壁来实现的。进一步，本发明的另一目的是提供一种微波焙烤炉，该微波焙烤炉仅通过微波加热，就能够有效实现在低温区和高温区的温度上升，并即使在室温下介电损失较小的被焙烤物体得以焙烤时，也能有效焙烤被焙烤物体。

实现上述目的的本发明结构如下。

(1)在本发明的第一方面中，提供一种包含内壁和外壁的微波焙烤炉，该内壁隔开焙烤室并透射部分微波，同时使用微波辐射来自加热；而该外壁由允许微波通过其透射的材料制造并覆盖内壁的外周。在隔开焙烤室的内壁和外壁之间确保了在焙烤室内作为热对流通道的间隙。内壁被附着至外壁，以使其可以相对外壁在所有方向上移动预定距离。

(2)在根据本发明第一方面的第二方面中，提供一种微波加热炉，其中内壁由用于高温区的加热材料制造，该加热材料通过微波辐射在变为焙烤温度的高温区中自加热。此外，在外壁中嵌入辅助加热元件，该辅助加热材料由用于低温区的加热材料制造，这种加热材料透射部分微波并使用微波辐射在包含室温的低温区中自加热。

(3)在根据本发明第二方面的第三方面中，提供一种微波加热炉，其中从包含室温的低温区到比变为焙烤温度的高温区低的温度，用于低温区的加热材料给出了比用于高温区的加热材料更大的加热值，并在变为焙烤温度的高温区，给出了等于或小于用于高温区的加热材料的加热值。

(4)在根据本发明第二方面或第三方面的第四方面中，提供一种微波加热炉，其中辅助加热元件被嵌入在对应于内壁的中心区域的范围内的外壁中。

在隔开焙烤室并具有内壁和外壁的双壁结构的分隔壁中，在外壁和内壁之间确保了在焙烤室内作为的热对流通道的间隙，以通过间隙的对流流动减少外壁和内壁之间温度差异。进一步，因为内壁能相对在所有方向上移动预定距离，外壁和内壁就免于由它们的热膨胀引起的相互约束，并且减少了在通过微波加热使温度上升时对外壁和内壁的热冲击。

因此，内壁免受由热冲击引起的破坏，并通过延长双壁结构的分隔壁的寿命能够长时间可靠地防止在焙烤室温度梯度的发生。

附图说明

图1是说明根据本发明实施例的微波焙烤炉的示意图；

图2是说明显示在图1中的加热元件的分隔壁的外壁和内壁间的连接结构的透视图；

图3是沿图2的III-III线截取的截面图；

图4是显示用于根据本发明实施例的微波焙烤炉中的内壁和辅助加热元件的微波加热的温度上升特性的曲线；

图5是说明传统微波焙烤炉的示意图。

具体实施方式

此后，参考附图详细说明根据本发明微波焙烤炉的优选实施例。

图1说明了依据本发明具体实施方案的微波焙烤炉。

在这个具体实施方案中，微波焙烤炉31使用微波加热焙烤由譬如陶器材料和细陶瓷的材料制造的被焙烤物体21。微波焙烤炉31包括：隔开微波空间2的腔体3、一个作为微波发生装置的经波导4连接到腔体3并向腔体3内辐射微波的磁控管6、一个用于搅拌辐射到腔体3内的微波的微波搅拌装置8、和被布置在腔体3中并在后面说明的加热元件33。

腔体3至少在其内部将微波反射向微波空间2，并阻止微波泄漏。

微波搅拌装置8包括被安置在腔体3内的搅拌叶片14、被安置在腔体3外的驱动电机16、用于传递驱动电机16的转动给搅拌叶片14的转动传动轴18。通过搅拌叶片14的转动搅拌腔体3内的气氛。

加热元件33形成在其中放置被焙烤物体21的焙烤室23，并自加热来加热被焙烤物体21，以使隔开焙烤室23的分隔壁35被构成为外壁35a和内壁35b的双壁结构。

外壁35a由譬如氧化铝纤维或泡沫氧化铝的材料制造，其具有隔热性能并允许微波通过其透射。

因为外壁35a的厚度变大，抑制了从焙烤室23或加热元件33向其外部的热辐射。

内壁35b由介电材料制造，其使用从外部辐射的微波自加热，并能透射部分辐射微波给被安置在焙烤室23内的被焙烤物体21。

更具体地，内壁35b由用于高温区的发热材料制造，该发热材料通过微波辐射在原理上变为焙烤温度的高温区自加热。

这里，作为用于高温区的发热材料，通过微波加热的每单位容积加热值必须大于被焙烤物体21的加热值。具体地，基于富铝红柱石的材料、基于氮化硅的材料、氧化铝等能被作为加热材料的范例。选择具有合适加热值的加热材料依赖于被焙烤物体21的温度特性。

此外，作为用于高温区的加热材料，优选将少量的具有较大微波吸收率的金属氧化物(例如氧化镁、氧化锆、氧化铁等)或者无机材料(例如金刚砂)添加到上述加热材料，以调整加热特性。

在本实施例中，在加热元件33的分隔壁35中，隔开焙烤室23的各个顶面、底面、前面、后面、左面和右面组成显示在图2中的分隔壁单元37。各个面互相可拆卸地组装。

如图2和3中所示，分隔壁37被构造为外壁35a和内壁35b的双壁结构，其中薄平板形内壁35b被附着在厚平板形外壁35a的内侧。

外壁35a被构造成在从其四角凸起的支架38a处形成支持凹槽38b，该支持凹槽使内壁35b的外周边缘配合于其中。

在形成在各个支架38a处的支持凹槽38b中，设置安装位置以在外壁35a和内壁35b之间确保成为焙烤室23内热对流通道的间隙39。

如图2中箭头(A)所示，焙烤室23内的热流从形成在内壁35b的外周内的开口流入由间隙39形成的对流通道，以消除间隙39内温度差异。

进一步，设置支持凹槽38b的深度和宽度以使内壁35b能相对于覆盖在内壁35b的外侧的外壁35a在所有方向上(包含平板的表面方向和厚度方向)移动预定的距离。

也就是，根据本实施例的单元37安装成使得在外壁35a和内壁35b间确保了成为焙烤室内热对流通道的孔隙39，并且每个内壁35b能相对于覆盖在其外侧的外壁35a在所有方向上移动预定的距离。

进一步，由用于低温区的材料制造的辅助加热元件41嵌入外壁35a中，该辅助加热元件在原理上包含室温的低温区内通过微波辐射自加热，并透射部分辐射到其上的微波。

再者，防止内壁35b的中心部分弯曲并接触外壁35a的位置限定凸起38c从外壁35a的中心部分凸出。

位置限定凸起38c被作为垫片，该垫片防止内壁35b的中心部分弯曲并接触辅助加热元件41，并且在外壁35a和内壁35b之间确保了间隙39。

作为用于低温区被用作辅助加热元件41的加热材料，介电材料被使用。从包含室温的低温区到低于变为焙烤温度的高温区的温度，介电材料显示出了大于用于高温的加热材料的加热值，该用于高温的加热材料譬如是用于内壁35b的基于富铝红柱石的材料；并且该介电材料在变为焙烤温度的高温区中显示出了等于或小于用于高温区的加热材料的加热值。

具体地，作为用于低温区的被用于辅助加热元件41的加热材料，使用了具有优良微波吸收特性的材料。在室温下，这样的材料显示了作为从几倍至几十倍于构造被焙烤物体21的材料的加热值的通过微波(加热)的每单位容积加热值，而在变为焙烤温度的高温区，显示了等于或小于用于高温区的加热材料的加热值的加热值。具体地，氧化镁、氧化锆、氧化铁、金刚砂等可以作为范例。

在本实施例的情况下，辅助加热元件41在对应于内壁35b的中心部分的范围内被嵌入在外壁35a的内表面中，作为具有球形或长方体形状的小尺寸片。

图4说明在微波加热中内壁35b和辅助加热元件41的加热温度与每单位时间上升温度之间的关系。在图4中，曲线f1表示在将基于富铝红柱石的材料用作用于高温区的加热材料的情况下，加热温度和每单位时间上升温度之间的关系。此外，曲线f2表示在金刚砂被用作用于低温区的加热材料的情况下，加热温度和每单位时间上升温度之间的关系。

根据上述的微波焙烤炉31，当从作为微波产生装置的磁控管6将微波辐射至加热元件33时，加热元件33通过微波加热而温度上升，并且同时利用通过加热元件33透射的微波，被定位在焙烤室23内的被焙烤物体温度上升。

在这样的焙烤过程期间，通过在对被焙烤物体21的微波加热进行的同时使用内壁35b的自加热，焙烤室23内的温度上升，并且通过具有优良隔热性能的外壁35a抑制从焙烤室23和内壁35b向外面的热辐射。

因此，由于焙烤室23内的环境被保持稳定在一个根据被焙烤物体21的上升温度的高温下，因此可以抑制从被焙烤物体21的表面向其周围环境的热辐射。

结果是，被焙烤物体的中心部分和其表面间的温度梯度很难发生，并且阻止了由于温度梯度带来的裂缝发生。这样，就稳定地执行焙烤。

进一步，在隔开焙烤室23的具有加热元件33的双壁结构的分隔壁35中，在焙烤室23内作为热对流通道的间隙39在外壁35a和内壁35b之间得以确保，使得通过间隙39的对流流动减小了外壁35a和内壁35b的间温度差异。进一步，由于内壁35b能在所有方向相对移动，因而外壁35a和内壁35b免受由它们的热膨胀导致的相互约束，并且减小了使用微波加热在温度上升时对外壁35a和内壁35b的热冲击。

因此，内壁35b免于由热冲击导致的损坏，并通过延长具有双壁结构的分隔壁35的寿命，可以长时间可靠地防止了在焙烤室23内温度梯度发生。

进一步，在上述焙烤过程期间，使用微波加热在低温区的温度上升时，由用于低温区的加热材料制造并嵌入加热元件33的分隔壁35的外壁35a中的辅助加热元件41以高能量效率加热并加速环境温度的上升。因此，当微波处理且加热元件33的分隔壁35的温度上升到预定高温区时，形成内壁36b的用于高温区的加热材料以高加热效率加热并升高环境温度。

因此，仅使用微波加热就可高效实现低温区和高温区的温度上升。例如，即使在被焙烤物体21由其介电损失在室温较小的作为陶瓷的主要材料的材料制造，譬如氧化铝、硅石，也可以高能量效率、平稳地焙烤它。

此外，因为使用用于低温区的加热材料和用于高温区的加热材料，高能量效率地实现低温区和高温区的温度上升，所以通过从用于低温区的加热材料或用于高温区的加热材料的热辐射平稳地从低温区至高温区升高环境温度，加热元件33隔开的焙烤室内侧的环境温度和加热元件33外侧的微波空间的环境温度与被焙烤物体21的温度同样升高，从而抑制了被焙烤物体21和周围环境间的温度差异。

因此，从低温区至高温区抑制了被焙烤物体21的热辐射，并防止了被焙烤物体21的表面和内纵深部分间的温度梯度发生。

结果，可防止因温度梯度带来的裂缝发生，并执行高质量焙烤过程。

进一步，在根据本实施例的焙烤炉31中，作为用于低温区的被用作辅助加热元件41的加热材料，使用介电材料。从包含室温的低温区到小于变为焙烤温度的高温区的(范围内)，介电材料显示了加热值大于用于高温区的加热材料的加热值，所述用于高温区的加热材料譬如是用作内壁35b的基于富铝红柱石的材料；并且在变为焙烤温度的高温区中，所述介电材料显示了等于或小于用于高温区的加热材料的加热值的加热值。因此，可执行温度控制，其中在微波加热期间在低温区的温度上升速度和在高温区的温度上升速度被抑制在具有较小变化的稳定温度上升幅度内。进一步，从高温区到低温区可执行稳定的高能量效率的焙烤过程，并实现在其中防止了裂缝发生的高精度焙烤过程。

进一步，在根据本实施例的微波焙烤炉31中，由于辅助加热元件41被嵌入与内壁35b的中心区域相对应范围内的外壁35a中，通过由用于低温区的加热材料制造的辅助加热元件41，内壁35b的加热被集聚在内壁35b的中心部分但不影响容易发生局部热变形的内壁35b的周边。

具体地，内壁35b将由辅助加热元件41对中心区域范围的加热引起的热膨胀分散，从而可避免了由外壁35a支撑的外周部分引起的较大热变形，并避免了由在外周部分快速变形引起的内壁35b的破损，因此延长了内壁35b的寿命。

进一步，确保外壁35a和内壁35b间的间隙的外壁35a和内壁35b的连接结构和用于支撑内壁35b以使它能在所有方向上移动预定距离的结构不限于在上述具体实施例中说明的结构。

Claims (4)

1、一种微波焙烤炉，包括：

内壁，该内壁隔开焙烤室，并在通过微波辐射自加热的同时透射部分微波；和

外壁，该外壁由允许微波通过其透射的材料制造并覆盖内壁的外周；

其中在隔开焙烤室的内壁和外壁之间确保了在焙烤室内作为热对流通道的间隙；和

内壁被附着至外壁上，以使其相对于外壁在所有方向上移动预定距离。

2、如权利要求1所述的微波焙烤炉，

其中，内壁由用于高温区的加热材料制造，该加热材料在变为焙烤温度的高温区中通过微波辐射而自加热；且

在外壁中嵌入辅助加热元件，该辅助加热元件由用于低温区的加热材料制造，该用于低温区的加热材料在包含室温的低温区中通过微波辐射而自加热的同时透射部分微波。

3、如权利要求2所述的微波焙烤炉，

其中从包含室温的低温区到比变为焙烤温度的高温区低的温度，用于低温区的加热材料给出了比用于高温区的加热材料大的加热值，并在变为焙烤温度的高温区，给出了等于或小于用于高温区的加热材料的加热值。

4、如权利要求2或3所述的微波焙烤炉，

其中辅助加热元件在对应于内壁的中心区域的范围内嵌入外壁中。

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