CN101282600B - 连续式微波加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种连续式微波加热装置，包括相连接的微波发射部及微波照射部；一输送部设于微波照射部的下方；微波照射部具有多个彼此相邻地配置的微波照射单元；使来自微波发射部单一的微波能源的微波，经由所述的微波照射单元的照射，加热由输送部的移动而经过微波照射部下方的介电性物质，能发挥单一微波能源等分成所需的系统生产设备，减少系统占有的空间与制造成本。

Description

连续式微波加热装置

技术领域

本发明是关于加热装置，尤其是有关应用微波能源连续式的加热装置，可对在微波作用腔中连续移动的介电性固体与粉体迅速加热；或有关使用微波立即加热多孔物体、固体与粉体的连续传输加热装置。

背景技术

微波能源技术应用于工业加热日益广泛，例如食品、皮革、木材等等，其主要的系统开发着重于电磁场场形的应用。由于电磁场分布与传统能源不同，所以要达到产品均匀加热，需将电磁场强度分布均匀，必须着重于微波波导网络与微波加热腔设计，于此二者之间有四种电磁场模态转换或激发器的形式，分别是：开槽阵列波导(Slotted array waveguide)、号角天线(Hornantenna)、抛物反射器(Parabolic reflector)、聚焦型作用腔(Focal applicator)。

目前应用于食品加热领域的微波加热装置，其微波能源馈入腔体的方式除了上列四种方式外，家用微波炉主要采用直接馈入的方式，并且为了达到电磁场能量分布均匀，设置搅波装置与转盘机构。应用在商业型连续式的微波加热装置，除了加热腔体之外，尚需要在装置的前、后端设有防止微波泄漏装置，因而使微波加热装置在生产线上占据太大空间。如能缩小微波加热腔体，并将微波能量均匀分布于特定区域，将可缩短防止微波泄漏装置，因而可将微波加热装置架设于现有工厂的生产线上，减少系统设备成本与空间，促进微波加热技术的应用与推广。

已公开的台湾第446269号专利案，揭示了一种多微波源的微波加热装置，是在微波干燥装置的顶部，间隔列置多个微波产生器组件，其发明特征在于同一列的相邻磁控管的起振时间距有一起振相位差，以使相邻两个磁控管发射的电磁场不会相互耦合，并借助多个低功率微波产生器，提高加热均匀度。

另已公开的日本专利第07-220867号案，揭示了一种电磁喇叭状微波传输装置，两个此装置的开口设置成相互对称，介电性物质置于两微波传输装置的开孔中心位置所形成的空间，其中一特征是两微波输出装置设定成电磁场相位成正交。该日本专利案揭示介电性物质距离微波发射装置距离越小，介电性物质的温度分布距中心位置变化越显著，且使用喇叭状微波传输能源装置会使加热物体底面部、表面部、中心部三者温度分布的差异性较微波能源直接馈入方式使被加热物体温度分布的差异性低。

其它已公开的日本专利第08-089226号案，揭示了一连续式加热与解冻寿司米饭的微波装置，是经由一微波产生器连接到一上波导组件与另一下波导组件，微波能量输入加热腔，上下波导均有一号角装置穿入加热腔，分别先后加热或解冻介电性物质上下部位。

发明内容

发明人研究发现，微波是集中于衰减区域，传输至水或各类介电特性物质、微波吸收体的微波是被转换成热能。

为了提供新的调控微波加热区域技术，并可由波导传输技术扩充成商业化生产线的范畴，而提出本发明。

本发明的一主要目的在于提供一种连续式微波加热装置，利用微波对多列移动的介电性物质或微波吸收体进行加热，可连续生产介电性物质，且使该介电性物质的产品数量与制程符合制造者的需求。

本发明的另一目的在于提供一种连续式微波加热装置，使固体、粉体或多孔性介电性物质或微波吸收体的工作生产线长度被尽可能地缩短，并有效地提升能源的利用。

本发明的又一目的在于提供一种连续式微波加热装置，能发挥单一微波能源等分成所需的系统生产设备，减少系统占有的空间与制造成本。

本发明的又一目的在于提供一种连续式微波加热装置，应用被整体地完全密封的水冷型式微波产生器，因而不需要特别的安装位置、可预防尘埃导致的用电安全。

本发明的较佳具体实施方式包括(但不限于)描述于下列：

本发明的连续式微波加热装置，包括微波发射部、微波照射部及输送部；微波发射部连接微波照射部；输送部设于微波照射部的下方；其特征在于：微波照射部具有多个彼此相邻地配置的微波照射单元；微波发射部将单一的微波能源分成对应于微波照射单元的数目的多个微波并分别传输至多个微波照射单元；以使来自微波发射部单一的微波能源的微波，经由所述的微波照射单元的照射，加热由输送部的移动而经过微波照射部下方的介电性物质。

所述的介电性物质是吸收微波的能量而被加热。

所述的微波发射部包括相连接的一微波产生器及一波导传输部；波导传输部包括一环行器连接至少一个功率分配器；环行器用以吸收微波反射能量，保护微波产生器；至少一个功率分配器用以将微波产生器产生的单一的微波能源分成对应于微波照射单元的数目的多个微波并分别传输至多个微波照射单元。

所述的连续式微波加热装置进一步结合热风装置、红外线装置或油炸装置，以进一步对介电性物质进行加热。

所述的微波发射部将单一的微波能源等分成对应于微波照射单元的数目的多个微波并分别传输至多个微波照射单元。

所述的微波发射部包括相连接的一微波产生器及一波导传输部；波导传输部包括一环行器连接至少一个功率分配器；环行器用以吸收微波反射能量，保护微波产生器；至少一个功率分配器用以将微波产生器产生的单一的微波能源等分成对应于微波照射单元的数目的多个微波并分别传输至多个微波照射单元。

所述的微波照射部被设于一金属制的加热腔体的内部顶端；加热腔体具有让输送部穿过的开口端；微波照射单元是开孔呈渐大矩形状的斜口号角单元；所述彼此相邻的斜口号角单元所传输的微波能量，是发生耦合现象而照射至介电性物质的上部。

所述的波导传输部包括三个功率分配器；所述功率分配器分别为等分为二的功率分配器，是分别为电场平面的T形接头；该T形接头具有一个第一通道与二个成U字形的第二通道；第一通道与两第二通道的连接处，具有由一圆弧曲面及矩形的凹槽其中之一者形成的阻抗匹配结构；其中一个功率分配器的第一通道连接环行器为能源输入端，而二个第二通道分别连接其余的两功率分配器的第一通道；其余的两功率分配器的二个第二通道为能源输出端，将微波能量由一等分成四。

所述的能源输入端及能源输出端为互相平行及垂直的设置其中之一者。

所述的微波照射单元之间具有狭缝；所述介电性物质被置于所述狭缝的下方的位置；所述介电性物质是被该狭缝传输的微波能量所加热。

所述的加热腔体的前、后端分别装有一微波防泄漏段。

所述微波照射部被设于一金属制的加热腔体的内部顶端；加热腔体具有让输送部穿过的开口端；微波照射单元是开口的长、宽渐趋变大，依所需成一斜角，斜口末端加设一矩形金属框的平口号角单元；同一列相邻的两个平口号角单元输出的微波具有相同的起振时间、相同相位，经由一矩形金属围幕使相邻平口号角单元输出的微波延迟互相发生耦合现象，因而使微波加热区域集中在所述平口号角单元的开口正下方的区域。

所述的波导传输部包括一个功率分配器；功率分配器是为电场平面的三角形接头；该接头具有一个第一通道与三个第二通道；接头于第一通道与三个第二通道的中间连接处呈现三角构形的阻抗匹配结构；功率分配器的第一通道连接环行器为能源输入端，而三个第二通道分别为能源输出端，将微波能量由一等分成三。

所述的能源输入端及能源输出端为互相平行及垂直的设置其中之一者。

所述的功率分配器的第一通道与三个第二通道中的中间第二通道成共线方向输出。

所述的介电性物质被置于所述平口号角单元的开口正下方的区域；所述介电性物质是被所述平口号角单传输的微波能量所加热。

所述的加热腔体的前、后端分别装有一微波防泄漏段。

本发明的其它目的、功效，请参阅附图及实施例，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明装置的实施例1的外观立体图。

图2为本发明装置的实施例1的加热腔体剖面图。

图3为本发明装置的实施例1的加热腔体中受微波作用的介电性物质的温度场分布图。

图4为图3的温度场分布图的一横截面的表面温度分布图。

图5为本发明装置的实施例2的外观立体图。

图6为本发明装置的实施例2的加热腔体剖面图。

图7为本发明装置的实施例2的加热腔体中受微波作用的介电性物质的温度场分布图。

图8为图7的温度场分布图的一横截面的表面温度分布图。

图9为应用本发明装置的连续式微波热风机实施例干燥方便面后方便面的一横截面方向的表面温度分布图。

附图标记

1.微波产生器          2.波导传输部          21.环行器

22、23、24、25.功率分配器

3.加热腔体            4.金属板              41.贯穿孔

5.输送部              51.斜口号角单元       52.平口号角单元

6.滚轴          7、8.微波防泄漏段          9.介电性物质

具体实施方式

请参阅图1所示。本发明的连续式微波加热装置的实施例1，包括一微波产生器1、一波导传输部2及一金属制的加热腔体3。微波产生器1连接波导传输部2构成一微波发射部。加热腔体3的上端结合一金属板4，以形成微波照射的空间。加热腔体3顶部的金属板4的内侧，设置有微波照射部。金属板4具有多个贯穿孔41。波导传输部2的下端连通贯穿孔41及微波照射部。

波导传输部2包括一环行器21及三个功率分配器22、23、24；环行器21用以吸收微波反射能量，保护微波发射源；功率分配器22、23、24分别为一等分为二的功率分配器。功率分配器22、23、24是分别为电场平面的T形接头(T-junction)。T型接头的交接处，设有一阻抗匹配设计，即于一个第一通道与二个成U字形配置的第二通道的连接处，具有一圆弧曲面或矩形的凹槽，使电场可获得3dB的功率切割与低功率反射。此三个通道使微波输出方向相互平行。

功率分配器22的第一通道连接环行器21为能源输入端，而二个第二通道分别连接两功率分配器23、24的第一通道；两功率分配器23、24的二个第二通道为能源输出端，其下端分别连通金属板4的穿过贯穿孔41。功率分配器22、23、24的此种组合结构，具有将微波能量由一等分成四的功能。功率分配器的能源输入端及能源输出端可分别为互相平行或垂直的设置。

加热腔体3内于微波照射部的下方，设有可输送待处理介电性物质9或微波吸收体的输送部5。输送部5，例如输送带经由两个滚轴6传动。加热腔体3的两开口端可让输送部5穿过，并设置有进、出口微波防泄漏段7、8。

本实施例的装置在应用时，其微波能源传输波导可依实际应用场合的需求，如生产线宽度、微波输出功率、模块化等条件而予以适当扩大。

请参阅图1、2所示。本实施例的装置的加热腔体3顶部的金属板4的内侧，设置有四个微波照射单元构成的微波照射部；四个微波照射单元之间具有狭缝。本实施例的微波照射单元是开口长、宽渐趋变大，呈一外形成无尖部四角锥的斜口号角单元51，即其开孔呈渐大矩形状的设计。多个斜口号角单元51的上端分别连通两功率分配器23、24的二个第二通道。多个斜口号角单元51中，同一列的相邻两个号角单元51的微波来自相同的微波源，具有相同的起振时间及相同相位，使相邻斜口号角单元51传输的电磁场互相耦合，因而使微波加热区域集中在相邻的间隔部位。

请参阅图2、3所示。图3所示者，是一平面介电性物质9被置于输送部5上，在处于加热腔体3内时，经微波能源作用后的温度场分布图。图3显示三条狭长能量场位于任两个相邻的斜口号角单元51相邻区域的狭缝正下方的位置，为可设置介电性物质9的位置。

请参阅图2、3、4所示。图4所示者，是图3的温度场分布的一横截面的表面温度分布图，其中沿横截面不同位置(X)的表面温度分布约在35℃～45℃。图4说明四个斜口号角单元51于加热腔体3内产生一个宽长的加热区域。

请参阅图1、2、5、6所示。本发明连续式的微波加热装置实施例2的结构，除了仅具有一个功率分配器25及金属板4内侧设置有三个呈渐大矩形状的平口号角单元52构成的微波照射部，分别与实施例1的三个功率分配器22、23、24及金属板4内侧设置有四个开孔呈渐大矩形状的斜口号角单元51构成的微波照射部的结构不同外，其余结构大致与实施例1相同，不再赘述实施例2与实施例1相同的结构部分，且为了方便说明，实施例1、2中相同的组件均标示相同的编号。本实施例的平口号角单元52，是其开口的长、宽渐趋变大，依所需成一斜角，斜口末端加设一矩形金属框的设计。

本实施例在加热腔体3顶部的功率分配器25，具有将微波能量一等分成三的功能。功率分配器25为电场平面的三角形接头，此接头于一个第一通道与三个第二通道的中间连接处，有一阻抗匹配设计，呈现三角构形，使电场获得5dB的功率切割与低微波反射功率。功率分配器25的四个微波通道相互平行，特别的是第一通道与三个第二通道中的中间第二通道成共线方向输出。

如图6所示，加热腔体3内的三个平口号角单元52中，同一列的相邻两个平口号角单元52输出的微波来自相同的微波源，有相同的起振时间、相同相位，经由一矩形金属围幕使相邻平口号角单元52输出的微波延迟互相发生耦合现象，因而微波加热区域集中在平口号角单元52开口正下方的区域。

请参阅图6、7所示。图7所示者，是一平面介电性物质9置于输送部5上，处于微波加热腔体3内，微波能源作用后的温度场分布图，显示微波加热能量场区域呈现矩形的微波能量带，每一个平口号角单元52于其正下方贡献加热区，经由多个平口号角单元52串行成长矩形加热区域，可应用于各种形状的介电性物质9。

请参阅图6、7、8所示。图8是图7的温度场分布的一横截面的表面温度分布图，其中沿横截面不同位置(X)有三个温度峰值的区域，三者最高温度均在45℃～50℃，显示三个平口号角单元52于加热腔体3内产生三个狭长的加热区域。

本发明的微波加热装置可混合其它热源装置，如：热风装置、红外线装置、油炸装置等(它们均为已知的装置，故未予图标)，依实际需求进行加热，以更增加本发明的各种适用性。

本发明连续式的微波加热装置混合热风装置，即连续式微波热风机，被应用于干燥方便面。被干燥的方便面以红外线热像量测面体温度分布，该温度分布图的一横截面的表面温度分布图被示于图9。如图9所示在横截面不同位置(X)的面体温度分布约在42℃～55℃的区间，且明显有三个分布加热区域。

在实际应用上，本发明以一小型连续式微波热风机为测试设备，其微波源采用工业级3kW微波源，并使用交换式电源供应器，可线性调整微波输出功率。利用水冷式磁控管(Magnetron)与WR340发射器(Launcher)整合成微波发射源(Power Head)，并装设环行器(Circulator)与水负载(Dummy Load)以吸收反射微波功率及保护磁控管。微波发射源的外围设置水浴循环系统(CoolingSystem)，以冷却磁控管与绝缘器(Isolator)上的水负载。

本发明的微波能源传输由各类型波导的配置，如功率分配器、E-Bent与H-Bent，将微波能量馈入多模作用腔(Applicator)，搭配反射电力计及短路器等测试零组件，能分析号角单元传输的微波能量对干燥圆形方便面的加热均匀性的影响测试。

本发明的输送部采用金属圆形模具输送带。圆形模具直径约11.6cm(公分)网目直径0.5cm高度3.5cm，输送带底部距金属板距离约22cm，可控制滞留时间至多5.5～6分钟。加热腔体前、后端装有活动式的微波防泄漏段，其内部镶嵌一定间距阵列金属块，构成微波回路配合循环水负载降低微波泄漏值。

本发明的小型连续式微波热风机测试时，以相同输送带速度与微波输出功率加热干燥方便面，使用重量85±5克的9个圆形方便面身，放入9个样品的面身成3×3阵列，并以其中间第二列位置的3个面体中心位置的温度变化为制程参考，插入长度10公尺的3组光纤温度计，并以计算机系统记录过程面体中心位置的升温情形。当面体经过加热腔体末端的微波防泄漏段的出口时，以FLIR红外线热像显像系统(Thermo Vision A20)拍摄每一个面体冷热点温度分布，再记录此9个样品干燥后的重量损失，以获得整个干燥能量分布，在每一个负载面体吸收是否等量，并以红外线热像显像系统观测面体上的温度分布是否均匀分布。

本发明的绝缘器(Isolator)上的反射功率端子，传输衰减讯号60dB至电源供应器上的放大讯号表头，显示实时的反射功率值的变化过程，包含150毫升的水温的上升过程与圆形方便面体的干燥过程，结果显示平均反射功率为190～270W。使用快速水分测定仪，于105℃干燥至恒重，再以原样品的湿重为基础计算水分含量。由对应于多个号角单元所辐射的微波干燥面体，经测量面体干燥前后的重量损失，对应于多个号角单元的面体相对失重的百分比相差约0.78％～0.98％，显示每一个面体所减少的水分相似。面体经由微波输出功率约3kW的加热腔体干燥时间5.5分钟后，含水量由初始未干燥前的50％含水量降低至20％含水量。

由波导传输技术扩充成商业化生产线的范畴，而提出本发明。

本发明的连续式微波加热装置，有别于已知的微波加热技术，采用波导与加热腔之间的结构设计，使电磁场分布与系统所需的加热负载相匹配，因而提高微波能量的利用率，并达到微波场于所需加工区域分布均匀。

本发明的连续式微波加热装置，利用微波对多列移动的介电性物质或微波吸收体进行加热，可连续生产介电性物质，且使该介电性物质的产品数量与制程符合制造者的需求；并能使固体、粉体或多孔性介电性物质或微波吸收体的工作生产线长度被尽可能地缩短，并有效地提升能源的利用。

本发明的连续式微波加热装置，能发挥单一微波能源等分成所需的系统生产设备，减少系统占有的空间与制造成本；并能应用被整体地完全密封的水冷型式微波产生器，因而不需要特别的安装位置、可预防尘埃导致的用电安全。

以上所记载，仅为利用本发明技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本发明所作的修饰、变化，皆属本发明主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims (5)

1.一种连续式微波加热装置，包括微波发射部、微波照射部及输送部；该微波发射部连接微波照射部；输送部设于微波照射部的下方；其特征在于：微波照射部具有多个彼此相邻地配置的微波照射单元；微波发射部将单一的微波能源分成对应于微波照射单元的数目的多个微波并分别传输至多个微波照射单元；使来自微波发射部单一的微波能源的微波，经由所述微波照射单元的照射，加热由输送部的移动而经过微波照射部下方的介电性物质；

其中微波发射部包括相连接的一微波产生器及一波导传输部；波导传输部包括一环行器连接至少一个功率分配器；环行器用以吸收微波反射能量，保护微波产生器；至少一个功率分配器用以将微波产生器产生的单一的微波能源等分成对应于微波照射单元的数目的多个微波并分别传输至多个微波照射单元；其中波导传输部包括三个功率分配器；所述功率分配器分别为等分为二的功率分配器，分别为电场平面的T形接头；该T形接头具有一个第一通道与二个第二通道，所述二个第二通道构成一U字形；第一通道与两第二通道的连接处，具有由一圆弧曲面及矩形的凹槽其中之一者形成的阻抗匹配结构；其中一个功率分配器的第一通道连接环行器为能源输入端，而二个第二通道分别连接其余的两功率分配器的第一通道；其余的两功率分配器的二个第二通道为能源输出端，将微波能量由一等分成四；

其中微波照射部被设于一金属制的加热腔体的内部顶端；加热腔体具有让输送部穿过的开口端；微波照射单元是开孔呈渐大矩形状的斜口号角单元；所述彼此相邻的斜口号角单元所传输的微波能量，是发生耦合现象而照射至介电性物质的上部。

2.如权利要求1所述的连续式微波加热装置，其中所述微波照射单元之间具有狭缝；所述介电性物质被置于所述狭缝的下方的位置；所述介电性物质是被狭缝传输的微波能量所加热。

3.一种连续式微波加热装置，包括微波发射部、微波照射部及输送部；该微波发射部连接微波照射部；输送部设于微波照射部的下方；其特征在于：微波照射部具有多个彼此相邻地配置的微波照射单元；微波发射部将单一的微波能源分成对应于微波照射单元的数目的多个微波并分别传输至多个微波照射单元；使来自微波发射部单一的微波能源的微波，经由所述微波照射单元的照射，加热由输送部的移动而经过微波照射部下方的介电性物质；

其中微波照射部被设于一金属制的加热腔体的内部顶端；加热腔体具有让输送部穿过的开口端；微波照射单元的开口的长、宽渐趋变大，依所需成一斜角，斜口末端加设一矩形金属框的平口号角单元；同一列相邻两个平口号角单元输出的微波具有相同的起振时间、相同相位，经由一矩形金属围幕使相邻平口号角单元输出的微波延迟互相发生耦合现象，因而使微波加热区域集中在所述平口号角单元的开口正下方的区域；

其中波导传输部包括一个功率分配器；功率分配器是为电场平面的三角形接头；该接头具有一个第一通道与三个第二通道；该接头于第一通道与三个第二通道的中间连接处呈现三角构形的阻抗匹配结构；功率分配器的第一通道连接环行器为能源输入端，而三个第二通道分别为能源输出端，将微波能量由一等分成三。

4.如权利要求3所述的连续式微波加热装置，其中功率分配器的第一通道与三个第二通道中的中间第二通道成共线方向输出。

5.如权利要求4所述的连续式微波加热装置，其中所述介电性物质被置于所述平口号角单元的开口正下方的区域；所述介电性物质是被所述平口号角单传输的微波能量所加热。

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