CN101282599B - 微波发热体载热装置及其工业加热设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微波加热技术领域，特别是涉及一种微波发热体载热装置及其工业加热设备。微波发热体载热装置是在金属屏蔽载热体密闭内腔设有一定数量的微波发热体，微波源通过导波系统连接或散射至所述各微波发热体，各微波发热体均匀分布在金属屏蔽载热体内腔壁并紧贴内腔壁固定，微波发热体与金属屏蔽载热体内腔壁接触的一面轮廓形状与金属屏蔽载热体内腔壁相匹配适应。所述工业加热设备，在微波发热体载热装置的金属屏蔽载热体两端中心位置设有传动轴及轴承，所述微波发热体载热装置通过所述传动轴及轴承安装在一机架上。以微波为能源，发挥微波加热的独特优势，更新和改善了传统产业热载体的能源利用不充分、热效率低的问题，降低了能源消耗。

Description

微波发热体载热装置及其工业加热设备 

一、技术领域：

本发明涉及微波加热技术领域，特别是涉及一种微波发热体载热装置及其工业加热设备。 

二、背景技术：

热载体加热是我国传统产业领域利用间接热源加热的通用方法之一。它是由热源直接加热中间热载体，通过中间热载体在加热设备中以传导、对流和辐射三种热循环基本方式作用于被加热物料。目前传统产业所使用的热载体大致包括以下几种情况：(1)、热源温度在180℃以下，热载体使用高温蒸汽；(2)、热源温度在180℃～300℃之间，热载体一般采用导热油或液体联苯混合物(道生)；(3)、热源温度在300℃～400℃之间，热载体一般采用气相联苯混合物(道生)；(4)、热源温度在400℃以上时，热载体需要采用硝酸盐和亚硝酸盐的混合物(熔盐)。 

但目前由于全球性的能源紧缺，石油、煤炭等能源价位的持续上涨，使传统产业产品的成本大大提高，产品的市场价位随之水涨船高、久居不下且大有持续上涨之势。因此，在传统产业现有的设备基础上积极运用电子技术改善传统产业落后局面，以降低产品成本，对促进传统产业的可持续发展蕴藏着巨大的契机。 

微波能作为一种先进能源，其交变电磁场的极化作用可使材料内部的自由电荷重新排布及偶极子的反复调旋，而产生强大的振动和摩擦骤然升温。微波加热具有非接触性、环境污染小、能量转换率高等特点，逐渐在世界各国的工农业、医疗卫生领域乃至家庭得到迅猛发展。微波加热的加热效果是普通电阻加热耗能的10％，较之传统的饱和水蒸气冷凝放热工艺，其全部省弃了间接热源即中间热载体的加热系统、供热系统及相关设备，因而不存在因为加热设备及供热管路等的热阻而产生的大量的热损耗，而且节省了锅炉、鼓风机、引风机、水泵等设备产生的能源消耗；较之导热油加热工艺，同样省弃了热油炉、能源以及热油泵加压、减压密闭循环系统的繁杂工艺，而且减少了加热系统生产过程中的人力参与。 

三、发明内容：

本发明针对现有技术不足，提出一种微波发热体载热装置及其工业加热设备，以微波为能源，发挥微波加热的独特优势，更新和改善传统产业热载体的能源利用不充分、热效率低的问题，降低了能源消耗。 

本发明所采用的技术方案： 

一种微波发热体载热装置，含有微波源以及由隔热屏层和密闭循环冷却机构组成的导波系统，金属屏蔽载热体，在金属屏蔽载热体密闭内腔设有一定数量的微波发热体，微波源通过所述导波系统及功率分配器和分支器件连接或散射至所述各微波发热体，各微波发热体均匀分布在金属屏蔽载热体内腔壁并紧贴内腔壁固定，微波发热体与金属屏蔽载热体内腔壁接触的一面轮廓形状与金属屏蔽载热体内腔壁相匹配适应。 

所述的微波发热体载热装置，微波发热体为圆柱形或椭圆柱形内部锥空结构体，或者内部嵌套阶梯形锥体，微波发热体首端和分支器件相匹配。导波系统由隔热屏层和密闭循环冷却机构组成，以保障磁控管的正常工作和微波能的正常传输。 

所述的微波发热体载热装置，载热结构包括微波发热体和导热体，微波发热体通过其外部两侧的导热体夹持紧贴固定在金属屏蔽载热体内腔壁；其固定方法为：每个导热体两侧设有与微波发热体外形匹配的容置凹槽，每两两相邻的两个导热体夹持微波发热体，每块导热体上均设置有螺栓插入孔，在金属屏蔽载热体内腔壁对应导热体螺栓插入孔位置预先固置螺栓，两个相邻的导热体通过对应压板以螺母加平弹垫压固在金属屏蔽载热体内腔壁上。 

而后在微波发热体和导热体表面，以比例的石棉纤维、硅藻土或轻质碳酸镁以硅酸钠溶液调和振平形成保温层。最后通覆固定一层金属板作为第一道金属屏蔽层。其中导热体为铜或铝一体化混铸成型结构体，或为石墨粉、乙炔碳黑、碳纤维、碳素骨料按一定比例混合后以树脂为粘结剂振动成型的石墨化一体结构，其一面轮廓形状与金属屏蔽载热体内腔壁相匹配。 

所述的微波发热体载热装置，微波发热体为片状结构体，其一面轮廓形状与金属屏蔽载热体的内腔壁相匹配，距微波发热体处设置微波导向槽，使微波能散射于片状微波发热体，片状微波发热体以全部通覆的方式构置于金属屏蔽载热体内腔壁并紧贴内腔壁固定。片状微波发热体吸收波能、提供损耗、产发热能载热于金属屏蔽载热体加热被加热物料，片状微波发热体的材料及几何尺寸可根据工艺技术的需求而拟定。 

所述的微波发热体载热装置，在片状微波发热体上设有定位安装孔，预先在金属屏蔽载热体的内腔壁对应微波发热体上的定位安装孔设有栽丝。片状微波发热体是以螺母加平弹垫紧固于金属屏蔽载热体的内腔壁，每片微波发热体预先设计有螺栓插入孔，在金属屏蔽载热体内腔壁对应片状微波发热体插入孔位置攻制载丝，以螺母加平弹垫紧固。片状微波发热体的片与片之间的缝隙以粉末状发热材料以树脂调和为糊状填充构缝。 

所述的微波发热体载热装置，微波源频率根据微波发热体材料极化区域的不同、不受趋肤效应影响的同时在0.3～300Ghz之间以不同的频率优化选择。 

作为直接热源的微波发热体是通过几何形状过渡获得良好的特性阻抗的多功能体，其形体可根据技术工艺的需要为任意的几何形体。设计通过几何形状过渡获得良好网络匹配并且反射、散射、透射都很小的含有锥空结构或嵌套阶梯形锥体的圆柱形或椭圆柱形微波发热体或片状微波发热体，微波发热体特性阻抗近似于导波系统的特性阻抗，控制驻波比在1.08～1.2之间。多功能微波发热体在吸收微波能量的同时提供损耗并把电磁能转换为热能，作为直接热源的微波发热体将热能量通过均匀化的导热体载热于金属屏蔽载热体通体。其加热效果的因素，首先是加热装置的输出功率及耦合频率，次之是材料内部几何本征状态，在不受趋肤效应影响的同时，频率愈高物体吸收能量越多，产生的热能越大。 

一种含有上述微波发热体载热装置的工业加热设备，在微波发热体载热装置的金属屏蔽载热体两端中心位置设有传动轴及轴承，所述微波发热体载热装置通过所述传动轴及轴承安装在一机架上，传动轴通过传动机构连接动力机，传动轴其中一端为连通金属屏蔽载热体内腔的空心结构，空心结构传动轴内设置旋转关节，微波源通过所述旋转关节与金属屏蔽载热体内的导波系统连接。 

所述的工业加热设备，金属屏蔽载热体为圆柱形、圆锥形、棱柱形、棱锥形或为方形中空结构体，金属屏蔽载热体其中一侧屏蔽端盖设有人孔，在所述一侧或两侧端盖外侧设有第二道金属屏蔽层。 

所述的工业加热设备，金属屏蔽载热体的工作状态可为运动状态，也可为静止状态，其形体可为根据技术工艺要求所需的任意几何形体。 

本发明的有益积极效果： 

1、本发明微波发热体载热装置及其工业加热设备，以微波发热体作为直接热源载热于金属屏蔽载热体，使金属屏蔽载热体作为被加热物料的热源，其加热效果是普通电阻加热耗能的10％。较之传统的饱和水蒸气冷凝放热工艺，其全部省弃了间接热源即中间热载体的加热、供热系统及相关设备，因而不存在因为加热设备及供热管路等的热阻而产生的大量的热损耗，而且节省了锅炉、鼓风机、引风机、水泵等设备产生的能源消耗；较之导热油加热工艺，同样省弃了热油炉、能源以及热油泵加压、减压密闭循环系统的繁杂工艺，而且减少了加热系统生产过程中的人力参与，为提高生产过程的自动控制提供了基础。 

2、本发明微波发热体载热装置及其工业加热设备，是将若干片状或柱状微波发热体置于金属屏蔽载热体内的密闭腔室工作，屏蔽室内的直接损耗产发热源和室外被加热物料的热源体加热同步进行，并设置多层金属屏蔽防护，体现了微波加热的独特优势和防护前提。微波发热体在整个加热系统中作为直接热源不仅是吸收体，而且是损耗体并且还是发热体的一源三位一体的多功能体；金属屏蔽载热体在整个加热系统中不仅是一个天然的工作室，而且还是集屏蔽体、载热体、被加热物料热源体的一室三位一体的多功能体。 

3、本发明微波发热体载热装置及其工业加热设备，更新和改善了传统产业的不足，开拓了微波能应用的新领域，发挥了微波加热的独特优势，开辟了微波加热金属导体的新纪元。使屏蔽室内直接热源的载热和室外被加热物料的加热同步进行，实现了屏蔽及加热的完美结合，达到了理想加热效果，结构简单合理。可为石油化工、纺织印染、橡塑造纸、冶金建材等行业工业生产的加热、干燥、蒸发提供高温热源。其推广应用必将为社会各行业节能降耗、提高产品质量和保护环境、节约能源做出贡献，具有较好的社会、经济价值。 

4、本发明微波发热体载热装置及其工业加热设备，更新和改善了传统产业热载体的能源利用不充分、大量耗费能源、热效率低的问题，降低了生产成本。在现有传统产业设备基础上，发挥了微波加热的独特优势，将微波发热体设置于金属屏蔽载热体密闭内腔，利用微波电场、磁场对微波发热体热效应、场效应(电磁耦合)的双重作用提供热能并载热于金属屏蔽载热体加热被加热物料。

四、附图说明：

图1：本发明微波发热体载热装置结构示意图之一 

图2：图1所示微波发热体载热装置A-A向剖视图 

图3：本发明微波发热体载热装置结构示意图之二 

图4：图3所示微波发热体载热装置A-A向剖视图 

图5：本发明微波热源体工业加热设备结构示意图之一 

图6：本发明微波热源体工业加热设备结构示意图之二 

五、具体实施方式：

实施例一：参见图1、图2，本发明微波发热体载热装置，含有微波源1以及由隔热屏层和密闭循环冷却机构组成的导波系统2，金属屏蔽载热体3，在金属屏蔽载热体3密闭内腔设有一定数量的微波发热体4，微波源1通过所述导波系统2及功率分配器5和分支器件21连接所述各微波发热体4，各微波发热体4均匀分布在金属屏蔽载热体3内腔壁并紧贴内腔壁固定，微波发热体4与金属屏蔽载热体3内腔壁接触的一面轮廓形状与金属屏蔽载热体内腔壁相匹配适应。 

本实施例微波发热体载热装置，载热结构包括微波发热体4和导热体7，微波发热体4通过其外部两侧的导热体7夹持紧贴固定在金属屏蔽载热体3内腔壁；其固定方法为：预先在每块导热体7上设置螺栓插入孔，在金属屏蔽载热体3内腔壁对应导热体7螺栓插入孔位置攻制栽丝并固置螺栓。每相邻两块导热体7均夹持固定微波发热体4，紧贴金属屏蔽载热体内腔壁固定，每相邻两导热体通过设有螺栓插入孔的近似“Ω”形压板以螺母加平弹垫压固在金属屏蔽载热体内腔壁上。所述导热体与金属屏蔽载热体内腔壁接触的一面形状与金属屏蔽载热体内腔壁相适应匹配；所述导热体为铜或铝一体化混铸结构体，或为石墨化导热材料结构体。图中标号6为人孔。本发明微波发热体载热装置，微波源频率根据微波发热体材料极化区域的不同、不受趋肤效应影响的同时在0.3～300Ghz之间以不同的频率优化选择。 

本实施例微波发热体为圆柱形或椭圆柱形内部锥空结构体。 

实施例二：参见图1、图2，本实施例在实施例一的基础上对微波发热体载热装置内的微波发热体4进行了优化设计，微波发热体4为圆柱形或椭圆柱形结构体，在圆柱形微波发热体内嵌套阶梯形锥体，微波发热体首端和分支器件相匹配。另外在微波发热体及导热体外侧表面覆盖有保温层，保温层外表面通覆固定一道金属屏蔽层8。 

实施例三：参见图3、图4，图中标号同实施例一相同的，代表意义相同。本实施例微波发热体载热装置中，微波发热体4为片状结构体，其一面轮廓形状与金属屏蔽载热体3的内腔壁相匹配，距微波发热体处设置微波导向槽，使微波能散射于微波发热体，片状微波发热体4通覆于金属屏蔽载热体3的内腔壁并紧贴内腔壁固定。在片状微波发热体4上设有定位安装孔，预先在金属屏蔽载热体3的内腔壁对应微波发热体4上的定位安装孔设有栽丝；片状微波发热体4的片与片之间的缝隙以粉末状吸波、损耗、发热材料用树脂调和为糊状填充构缝。本发明金属屏蔽载热体可为圆柱形、圆锥形、棱柱形、棱锥形或方形任意一种中空结构体。 

实施例四：参见图5，图中标号同实施例一相同的，代表意义相同，不重述。 

本实施例为含有上述微波发热体载热装置的工业加热设备，在微波发热体载热装置的金属屏蔽载热体两端中心位置设有传动轴及轴承，所述微波发热体载热装置通过所述传动轴及轴承9安装在一机架上(图中未画出)，其中一端传动轴为空心结构，连接安装传动齿轮10，传动轴空心结构体连通金属屏蔽载热体3内腔，传动轴空心结构内设置旋转关节11连通微波源1及导波系统2。金属屏蔽载热体3其中一侧屏蔽端盖上设有人孔6。本实施例金属屏蔽载热体为圆柱形筒体，其中微波发热体为圆柱形内部锥空结构。在金属屏蔽载热体两侧屏蔽端盖外侧可以设置第三道金属屏蔽层。 

实施例五：参见图6，图中标号同实施例一相同的，代表意义相同，不重述。。本实施例工业加热设备与实施例四的不同之处在于：其中微波发热体为片状结构，即金属屏蔽载热体采用实施例三的结构形式。 

本发明工业加热设备，金属屏蔽载热体或为圆锥形、棱柱形、棱锥形、椭圆柱或方形中空结构体，其本征形体可根据技术工艺的需要采用任意的几何形体(即微波发热体载热装置可为相互独立的屏蔽组件以内外焊接、子口重叠、螺拴紧固等连接方式构成)。多功能金属屏蔽载热体作为被加热物料的热源体，工作时可为运动状态，也可为静止状态。 

Claims (10)

1.一种微波发热体载热装置，含有微波源、隔热屏层和密闭循环冷却机构组成的导波系统、金属屏蔽载热体，在金属屏蔽载热体密闭内腔设有一定数量的微波发热体，微波源通过所述导波系统及功率分配器和分支器件连接或散射至所述各微波发热体，各微波发热体均匀分布在金属屏蔽载热体内腔壁并紧贴内腔壁固定，其特征是：所述微波发热体通过其两侧的导热体夹持紧贴固定在金属屏蔽载热体内腔壁，所述导热体和微波发热体与金属屏蔽载热体内腔壁接触的一面轮廓形状与金属屏蔽载热体内腔壁相匹配适应。

2.根据权利要求1所述的微波发热体载热装置，其特征是：所述微波发热体为圆柱形或椭圆柱形内部锥空结构体，或者在圆柱形或椭圆柱形微波发热体内嵌套阶梯形锥体，微波发热体首端和分支器件相匹配；所述导热体为铜或铝一体化混铸成型结构体，或为石墨化导热材料成型结构体。

3.根据权利要求1或2所述的微波发热体载热装置，其特征是：微波源频率根据微波发热体材料极化区域的不同、不受趋肤效应影响的同时在0.3～300Ghz之间以不同的频率优化选择。

4.根据权利要求3所述的微波发热体载热装置，其特征是：在微波发热体或导热体外侧表面覆盖有保温层，保温层外表面通覆固定一道金属屏蔽层；金属屏蔽载热体为圆柱形、圆锥形、棱柱形、棱锥形或方形中空结构体。

5.一种微波发热体载热装置，含有微波源、隔热屏层和密闭循环冷却机构组成的导波系统、金属屏蔽载热体，在金属屏蔽载热体密闭内腔设有一定数量的微波发热体，微波源通过所述导波系统及功率分配器和分支器件连接或散射至所述各微波发热体，各微波发热体均匀分布在金属屏蔽载热体内腔壁并紧贴内腔壁固定，其特征是：所述微波发热体为片状结构体，其与金属屏蔽载热体内腔壁接触的一面轮廓形状与金属屏蔽载热体内腔壁相匹配适应，距微波发热体处设置微波导向槽，使微波能散射于微波发热体，片状结构微波发热体通覆于金属屏蔽载热体的内腔壁并紧贴内腔壁固定。

6.根据权利要求5所述的微波发热体载热装置，其特征是：在片状结构微波发热体上设有定位安装孔，预先在金属屏蔽载热体的内腔壁对应微波发热体上的定位安装孔设有栽丝；片状结构微波发热体的片与片之间的缝隙以粉末状吸波、损耗、发热材料用树脂调和为糊状填充构缝。

7.根据权利要求5或6所述的微波发热体载热装置，其特征是：微波源频率根据微波发热体材料极化区域的不同、不受趋肤效应影响的同时在0.3～300Ghz之间以不同的频率优化选择。

8.根据权利要求7所述的微波发热体载热装置，其特征是：金属屏蔽载热体为圆柱形、圆锥形、棱柱形、棱锥形或方形中空结构体。

9.一种含有权利要求1或权利要求5所述微波发热体载热装置的工业加热设备，其特征是：在微波发热体载热装置的金属屏蔽载热体两端中心位置设有传动轴及轴承，所述微波发热体载热装置通过所述传动轴及轴承安装在一机架上，传动轴通过传动机构连接动力机，传动轴其中一端为连通金属屏蔽载热体内腔的空心结构，空心结构传动轴内设置旋转关节，微波源通过所述旋转关节与金属屏蔽载热体内的导波系统连接。

10.根据权利要求9所述的工业加热设备，其特征是：金属屏蔽载热体两侧或其中一侧的屏蔽端盖上设有人孔，在所述一侧或两侧屏蔽端盖外另外设有一道金属屏蔽层。

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