CN102338547B - 微波干燥器和微波干燥方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微波干燥器和相应的微波干燥方法，它是利用微波穿透性提取水分的快速容器，其中在对干燥器主体内的物料产生热能时，设置在干燥器主体内的管风屏可以作为暂储热能的寄热体。用排风系统将主体中的热风抽出，再将热风从干燥器底部注回干燥器主体内，将热量渐渐增加达成快速干燥效果。本发明的微波干燥器是利用物料分子与空气的比重相比轻上升、重下沉的物理现象而形成的结构。当物料水分被提取后，其比重变轻，只要有足够风力就可以将干燥物料用风力带出主体外，从而储存包装。

Description

微波干燥器和微波干燥方法

技术领域

本发明属于微波干燥技术领域，具体地说，本发明涉及一种快速节能干燥物料的微波干燥器与微波干燥方法。

背景技术

在目前对湿度含量通常为75％～85％的有机废弃物品的处理是个严重的问题，虽然已有各种各样的热处理方法，但这些方法都需要对废弃物进行初步的干燥处理，这样做法需要消耗相当多的能量。在满足环保条件的前提下，利用微波干燥器械中的热辐射能量而处理上述物料可达成节能和减废的情况。

所述微波是指频率在300MHz～300GHz、波长为1mm～1m的电磁波。它的干燥原理是：微波发生器将微波辐射到待干燥的物料上，当微波射入物料内部时，由于被加热介质物料中的水分子是极性分子，微波使物料内的水等极性分子按微波频率作同步旋转和摆动；在快速变化的高频电磁场作用下，上述极性分子的取向将随着外电场的变化而变化，造成极性分子的运动和相互摩擦效应。此时微波的场能转化为极性分子介质内的热能，导致物料内部和表面同时升温，产生热化和膨化等一系列物化过程，使大量的水分子从物料中蒸发逸出，从而达到微波加热干燥的目的。

微波加热是使被加热物体本身成为发热体，称之为整体加热方式，它不需要热传导的过程，因此能在短时间内达到均匀加热。这一特点可使热传导较差的物质在短时间内得到加热干燥，能量的利用率得到提高，还可以使加热炉的尺寸比常规加热炉要小。同时，当物料在微波电磁场作用下，物料整体温度上升。此时，由于物料表面水分蒸发，致使表面温度降低；从而造成一个内高外低的温度梯度，这个梯度的方向正好与水分蒸发的方向一致。所以微波加热的效率极高。

中国专利申请No.200610048560.X(公开号为CN101122440A)，公开了一种自流无微波泄漏微波加热干燥器，该干燥器的主体为一入口在上、出口在下的物料自流管道，管道的入口处装配有加料漏斗装置，管道的出口处装配有旋转叶轮式防微波泄漏排料装置，在管道上还串装有至少两套对流过的物料进行微波照射干燥的微波干燥装置。可见，该发明的干燥器可用于颗粒物料和粉状的(加热)干燥，其物料通道的垂直(倾斜)布置可以实现物料在机内的自动下落流动，具有结构简单、物料流速(即加热干燥时间)便于控制等特点，并具有较高的(加热)干燥均匀性和较好的节能效果。

中国发明专利申请No.02100566.4(公开号CN1436996)公开了一种鼓气式微波干燥装置，包括一微波干燥炉，其内腔四壁上喷涂一层聚四氟乙烯，位于微波干燥炉底壁上的旋转式转盘上放置一瓶式干燥容器，其上部瓶颈穿过微波干燥炉上壁开孔伸出微波干燥炉外，在瓶颈与微波干燥炉上壁的接触处及瓶颈上端口部分别设有微波抑制器，微波抑制器的端面上设有微孔，瓶式干燥容器内下部安装一水平放置的带有微孔的气体分布板，一进气管依次穿过微波抑制器和气体分布板至瓶式干燥容器底部；所述微波干燥炉的功率为200～700W，该发明对干燥过程中产生的水蒸气及热量及时排除，避免物料内部因水蒸气、热量积聚所导致的过热现象，保证干燥物料品质。

中国发明专利申请No.200610160006.0(公开号为CN101210771)公开了一种微波干燥设备，其中在机架上设置有圆环形箱体，其内呈大半扇环形的腔体中有固定板，固定板上设置有至少9套微波波导装置和微波发生器总成，微波波导装置均布且相错布置在固定板上，固定板下方为微波干燥腔，微波干燥腔的下方设置有加热旋转装置，它由变频电机及加热转盘组成，在圆环形箱体的中部设置有排湿机构，而在圆环形箱体内呈小半扇环形的腔体中设置有左、右微波抑制器及装卸物料区。该设备能使微波辐射均匀，可有效地提高加热的均匀性，且通用性强。并且它结构紧凑，占地面积小，且物料装卸方便，便于连续生产。

上述现有技术微波干燥设备的缺点是物料的干燥时间仍然很长，或者需要将物料分批放入干燥设备中，不能连续地送入物料。

发明内容

因此，本发明的干燥器及干燥方法的目的是在短时间内充分地干燥大量物料并且进一步降低所消耗的能量，提供能量的利用效率。以相对短的时间干燥物料可以使对物料的损害较小，并且可达到最良好的干燥效果。

为了实现上述目的，本发明提供了一种微波干燥器，包括：具有输入口的物料收集箱，待干燥的物料从所述输入口放入到物料收集箱中；干燥器主体，所述干燥器主体中含有在主体内壁上设置的微波振动头，利用微波振动头发出的微波将待干燥的物料进行干燥处理；螺旋推进器，连接到所述物料收集箱和所述干燥器主体，用于将来自物料收集箱的待干燥物料送到所述干燥器主体中；和鼓风机，用于向干燥器主体中送入空气以将输入的待干燥物料吹散。

所述干燥器主体还包括微波振动头的功率调节开关，用于调整微波振动头的功率。

所述螺旋推进器由电动机和变速箱驱动，所述变速箱利用齿轮大小的比例而改变螺旋推进器的转动速度。

所述螺旋推进器是斜向上布置的，将物料收集箱中的待干燥物料从螺旋推进器的底部向上输送到干燥器主体中，所述螺旋推进器在输送物料时还对物料进行挤压，使物料同时受到重力和螺旋推进器的挤压作用，以在输送过程中挤出部分水分，其中从螺旋推进器的输出口中向干燥器主体输出条形膏状的物料。

所述螺旋推进器的输出口的尺寸是可调整的，以便向干燥器主体的物料输入口输送不同直径的条形膏状物料。

所述干燥器主体的形状为圆柱形、长方体或正方体。

所述干燥器主体中含有多个微波振动头，其中在从干燥器主体的上方俯视时，所述多个微波振动头被均匀布置在主体的内壁上；而在从干燥器主体的侧面看时，所述多个微波振动头布置在干燥器主体内壁的不同高度位置，从而使干燥器主体中能够产生均匀分布的微波场。优选地，所述多个微波振动头是三个微波振动头。

所述微波振动头的功率为1800～2000瓦特，频率为915MHz～2450MHz。

所述干燥器主体的内壁或外壁上涂有一或多层铝箔片、晶化聚对苯二甲酸乙二醇酯(CPET)或聚四氟乙烯(PTFE)涂层，以屏蔽微波，使微波不会泄露到主体以外。

所述干燥器主体还包括在主体外壁上的开关和增压电源。

所述干燥器主体还包括位于其顶部的物料排出口，用于输出被干燥后的物料。

所述干燥器主体还包括热气抽取口，该热气抽取口连接到所述鼓风机，所述鼓风机将从主体中抽取的热气重新送到主体中。

所述微波干燥器还包括在所述热气抽取口附近的水汽格，用于储存从热气中凝结的水分。

所述干燥器主体还包括一个圆锥形、椭圆锥形或罩形的管风屏以及一个圆盘形或椭圆形的底座；所述管风屏的锥顶向上，但没有底面，是空心的锥形；所述管风屏与所述底座之间具有一定的间隙，以使热气或空气吹出。

优选地，所述干燥器主体中多个微波振动头，在从干燥器主体的上方俯视时，被均匀布置在主体的内壁上；在从干燥器主体的侧面看时，被均匀布置在所述管风屏与所述干燥器主体顶部之间的不同高度位置，从而使干燥器主体中能够产生均匀分布的微波场。

在所述管风屏的锥形边缘含有多个支脚，分别安装到所述底座周围的柱脚上。

所述底座是一个中间稍向下凹的圆盘状物体，在底座的中心位置有一个孔，该孔连接到热气输入口和排放口，所述排放口用于排出物料干燥后的残渣和所述底座中的水分，所述热气输入口通过管道与鼓风机相连接，用于输入从所述鼓风机送到干燥器主体中的空气；所述底座的侧边与所述主体的侧壁或底部相连接。

其中，将所述热气输入口与所述鼓风机相连接的所述管道是直管、u形管或n形管。

本发明还提供了一种干燥物料的微波干燥方法，包括以下步骤：(1)将待干燥物料后放入微波干燥器的物料收集箱中；(2)使用螺旋推进器将待干燥物料从所述物料收集箱送到干燥器主体中，同时挤压出所述待干燥物料的部分水分，其中利用螺旋推进器输出口中的小孔控制送到所述干燥器主体中的待干燥物料的尺寸；(3)使用鼓风机的风力把送到所述干燥器主体中的待干燥物料吹散，悬浮在干燥器主体中；(4)利用所述干燥器主体中的微波振动头产生的微波对悬浮的待干燥物料进行干燥处理；(5)将干燥后的物料从干燥器主体上部的物料排出口取出。

所述待干燥物料在进入所述干燥器主体时被挤压为条形膏状的形状。

所述鼓风机还从所述干燥器主体的热气排风口抽出热空气，将所述热空气中的水分留在水气格内，然后将热空气再吹进所述干燥器主体内，循环加热。

当所述鼓风机吹入的风进入所述干燥器主体之后，经进风口位置吹向一个管风屏，经所述管风屏阻挡后，风向会横向管风屏四周作旋转，气流从在管风屏边缘的出风边位置沿干燥器主体的内壁向上引升，在所述干燥器主体内作旋转，同时带动干燥器主体内的微波能旋转。

本发明的微波干燥器有以下优点：快速均匀的全方位加热、适宜的加热条件、无局部温度峰、电源切断迅速，实现快速过程控制、微波反应器比传统反应器体积小、运行操作费用及损耗低。上述特性决定了本发明的微波干燥器生产率高、功效大、体积小、投资小、运行费用及损耗低。

微波干燥的物料种类繁多，成分和状态也各不相同，按形状分有液状、糊状、浆状、粒状、片状、粉状；按类型分有蔬菜、水果、谷物、药品、水产品和农副产品；就尺寸而言可以小到菜籽，大到人参、蘑菇。微波干燥的研究表明，物料的大小、形状、数量、水分和在微波炉谐振腔中的位置对干燥效果均有一定影响。因此微波干燥应根据物料的特性，例如介电特性、热物理特性、含水率和形状、大小等，选择干燥工艺和参数。

本发明的微波干燥器可以用于任何有机物品种类和生物物料，尤其是谷类食物垃圾中的有机物质，即生活垃圾；亦可以应付有多种废物，处理、回收、加工再造；提取蒸发消毒杀菌；对农产品干燥储存。

附图说明

图1是本发明的微波干燥器的结构示意图。

图2是本发明的微波干燥器中的罩形风屏的顶部。

图3是本发明的微波干燥器中的罩形风屏的底座。

图4是本发明的微波干燥器主体的透视图。

具体实施方式

下面先简单描述微波频率的定义、相应的波长范围和有关法则。在基本方程的基础上，推导出波动方程和一些相关问题的解决，进而介绍微波穿透深度和能量吸收的概念，这两个概念与在微波和材料之间产生的热效应的关系，然后对微波应用的一般装置，包括微波源、波导、辐射器进行简单的介绍。

微波是一种频率在300MHz到300GHz的电磁波，介乎低频的无线电波和高频的红外线及可见光之间，因而微波属于非电离辐射。微波系统一般主要包括三个组成部分，包括微波源、波导和辐射器。

微波源：即磁控管，由一个真空管所组成，真空管中心是一个具有高辐射源(即能够发射出电子)的阴极管。在阴极管周围分布着具有特定结构的阳极，这些阳极形成了谐振腔，并与边缘场耦合而产生微波谐振频率。由于强电场作用，使辐射的电子被迅速加速。但由于存在正交的磁场，电子会发生偏离，结果产生螺旋运动。选择适宜的电磁场强度，可使谐振腔从电子中获得能量。该现象类似于对着空瓶吹口哨获得悦耳的回声。储存的电磁能量可以借助圆环天线，通过谐振腔传输到波导或同轴线中。磁控管的输出功率由电流或磁场强度来控制。最大功率通常受到阳极温度的限制，要确保阳极不被熔化。对于频率为2～45GHz的微波，采用空气或水冷却电极时，功率分别限制为1.5kW和25kW。在915MHz频率的磁控管中有更大的谐振腔，因为低谐振频率意味着更长的波长，这样单位面积可获得更高的能量，但现有技术中常常由于匹配不合理而使得微波加热效率较低。

波导：电磁波可以利用传播线路(如同轴电缆)和波导来传播，由于波导在传输高频电磁波(包括微波)时有较低的损耗，因而可用于微波能的传输。原则上波导是横截面为圆形或矩形的中空导体，其内部尺寸的大小决定最小传输频率(所谓的截止频率)，由波动方程和相应的边界条件(低于该条件不能传播)确定。对于宽度和a和高度b的矩形波导，可推导出截止频率fc。在波导内波的传输形式称为模式，它决定电磁场在波导内的分布。这些模式可分为横向电场(TE)和横向磁场(TM)，分别来描述电场和磁场的传播方向。最常用的波导是矩形相交场，其宽度a为高度b的两倍，用TE₁₀来表示。

微波辐射器和调谐器：当微波在被加热材料的缝隙中穿行，并最终被阻止时，波导本身就可以作为微波加热的辐射器。由于电磁场的位置随时间而变化，因而这种构造被称为行波装置。只有当有壁流线阻隔，且狭缝超过一定尺寸时，狭缝处才会产生微波辐射，这一辐射也是可以避免的。在微波利用设备的领域内，常见的驻波设备还有狭缝排列(切断壁面)。在从辐射器到微波源的传输过程之中，为了获得高吸收能和低反射的微波，具有一定负荷的辐射器的阻抗必须与相应波源和波导阻抗相匹配，为达到这种状态，引入能量反射，使得能量与负载达到高效匹配。

由于在加工过程中负荷的变化，要求不断控制这种匹配或对平均载荷优化。因此要阻止剩余反射能的返回，并防止微波源过热。可使用环行器(与微波穿行有关的装置)，使得入射波通过，而反射波进入附加载荷(多数是水分)。另外通过附加载荷的加热情况，可以确定反射能量。

根据电磁场的结构，一般将辐射器分为三类：近场辐射器、单模辐射器和多模辐射器。

微波在材料中的穿透深度与频率成反比例。也就是说，短波比长波穿透物料的深度要浅。另外，电磁波在含水量高的物料中穿透深度不会太深，因为湿物料内部介电常数和损耗因子相对都很高。在评估一定频率的电磁场是否能对具体物料进行均匀加热时，穿透深度是一个很重要的概念。

湿物料中的水分通常被分成三类：1)细胞间的自由水：2)处于自由水和结合水之间可移动的水层：3)结合水。细胞间的自由水分子的介电性与液态水的介电性很相似，而结合水的介电性却像冰一样。一般说当水分含量降低到一个临界值时，物料介电性也迅速降低。在低于临界水分含量时，变化对损耗因子影响不大。然而高温能提高结合水的流动性，从而减小这一临界水分值。

因为损耗因子随水分含量降低而减小，所以干燥物品将电磁能转化为热能的能力降低。在微波烘干过程中则恰恰相反，物料的潮湿部分比干燥部分能将更多微波能转化为热能。这可以解决热风烘干过程中普遍存在的水分分配不均匀问题，因为热风烘干物料的内部比表面要潮湿些。这也会显著缩短烘干时间。在微波烘干过程中温湿度变化有利于理解物品和电磁场间的相互作用，有利于计算产品开发，杀菌、消毒、再加热和干燥过程系统的控制。

微波加热的速率和加热不均匀性受加热设备因素和负载特性(如大小、形状、介电性能等)的影响。任意一种参数的改变都会显著影响微波加热过程，这里最有意义也是最实用的机理包括电介质极化、偶极子极化、界面极化、传导效应和组合效应。利用高频微波可以对材料进行加热，热效应由微波场中材料的电子相互作用产生的。这两种主要效应都是由热效应的互相作用引起的。以碳原子中的电子为例，如果带电离子能够毫无阻碍地穿过材料的话，这个电场中就会有电流形成，如果被束缚在材料的某一区域的话，电场就会驱使它们运动直至与场力平衡，这种运动最终会引起材料中偶极子偏振。在微波辐射下，电子传导和偶极子极化都可以产生热效应。微波加热和微波光谱学是截然不同的。另外，具有特殊能量(特殊的频率)的光子会激起气相分子旋转程度的改变，从而引起量子化现象；而固体和液体中物质对微波的吸收则要依赖于微波的频率，这个吸收过程无法量子化，不是依靠直接对光子的吸收来完成加热。而材料在加热过程中似乎是由于高频电场的作用，所以可以用经典分析方法分析。

在低频波辐照下，受电场的作用，偶极子因重新排列而做出反应，同时分子也因而获得能量，其中的一些能量从分子的碰撞损失了，所以总的热效应很小。在高频电场的作用下，偶极子没有充足的时间对电场做出反应，偶极子也就无法产生旋转，无法形成分子运动，从而没有能量传递，所以也就没有加热效应。在高低两个频率极限之间，存在着偶极子有足够时间做出响应的频率区间，就是微波频率。在微波频率区间内，微波的频率足够低，从而有足够的时间使偶极子旋转。如果频率过高，旋转就不能完全跟上频率变化。当偶极子刚刚适应在电场中的排列时，电场就改变了方向，于是电场力和偶极子之间刚刚达到的平衡随即被打破。这种稳定性的改变导致偶极子随机碰撞，从而完成了电介质加热这过程。

固体中分子偶极子不能像液体中的分子偶极子一样自由地旋转，而是被束缚在一定的由势垒分开的平衡位置上。固体中这种行为的理论处理正在被公式化，而且和液体的公式相似，这就是说固体偶极子有两个可能的方向。为了理解微波干燥的独特优点，申请人将它与现有技术的气流干燥法相比较，气流干燥操作分为三个阶段。第一阶段是一个单位表面积上干燥速度恒定的时期。在此阶段，颗粒内部水分因毛细作用从内部连续不断地流出，而物料表面保持湿润。决定和制约这个“恒速区”干燥速度的因素(即表述气流状态的因素)有：温度、相对湿度和气流速度，改变其中任何一项参数，都可以使物料的干燥速度产生显著的变化。

在下一个阶段，形势发生了急剧的变化。这个阶段需要处理两个同时存在的输送问题：在水分(水蒸气)必须从物料内部移动到表面以被气流带出的同时，蒸发水分所需的热量也必须从物料表面传导到内部。在这个过程中，蒸发面不断向物料的中心移动，这使得上述两种输送中的传输距离越来越短，而且蒸发表面积不断减少，结果干燥速度迅速下降。这一阶段称为“一次降速区”。这种情况下，提高干燥速度是不容易的。

如果希望传递更多的能量(热)，则不得不采取更大的温度梯度。这就意味物料的表面会过热或过早被完全干燥，导致变质的情况(变黑或成碳质)。这称为“二次降速区”。在二次降速区中，已经没有多少自由水。水分只能通过缓慢扩散到内表层(如果存在的话)，在此处解吸后通过毛细管扩散到物料表面。

与气流干燥法相比，微波干燥主要是在两个降速区产生巨大差异。微波以不同的方式传递能量，微波可以穿透待干燥物料，并且对物料的整体作全方位加热。物料的湿润区域比干燥区域更容易吸收微波。因此，传统情况下干燥物料中的温度梯度在微波干燥中被倒置，使物料中心比周边更热。这加速了输送速度。如果在微波干燥中再附加热气流干燥，则整体运作的输送机理就完全改变了。

如果一些物体(比如液态水)含有电极性分子并且这些分子可自由振荡，那么他们可被微波炉加热。当这些物体被置于微波传播空间中，在微波高频振荡(微波炉常采用2.45GHz的微波)的电磁场作用下，物体中的电极性分子(尤其是水分子，可出色地对微波作出响应)的方向会随振荡电场一起振动(转动)，一个分子的固有电磁场被改变并影响邻近分子，于是分子们也会有平动，这种平动是分子群体温度的主要来源。虽然非电极性分子也会因电场产生一些位移极化，但这本身对分子群体的温度几乎没有贡献。有的物料本身就有自由的电极性分子，因此可以被微波直接加热；其他物料只要与水均匀混合，也可以通过水间接地被微波加热。

同步加热：对不透明固体来说，微波可以达到离物料表面至少几厘米的物料内部，对这些部位同时加热。这不同于电烤箱的红外线或可见光，它们只能到达这些固体的表面，因此只能从外向里传输热量加热物料。

以上所述是本发明的微波干燥器的工作原理。

根据以上原理，如图1所示，本发明提供了一种微波干燥器，它是一种利用微波加速提取水分的干燥设备，其中包括入料糟以将要干燥物料放进容器，提取物料中的水分。

图1显示了本发明的微波干燥器的结构示意图。该微波干燥器包括一个具有输入口1a的物料收集箱1和一个干燥器主体6。已被清洁后的待干燥处理的物料(例如垃圾)从输入口1a放入物料收集箱，其中可以对物料进行切碎、搅拌等处理。物料收集箱1中的物料通过一个螺旋推进器2送到干燥器主体6中。螺旋推进器2由电动机3a和变速箱3b驱动，电动机3a的功率例如是3匹和1300转，变速箱3b利用齿轮大小的比例而改变螺旋推进器2的转动速度，例如1比70转。

优选地，螺旋推进器2是斜向上布置的，物料从螺旋推进器的底部向上推进，同时受到重力和螺旋推进器2的挤压作用，以便使从输出口1b中输出条形膏状的物料，同时挤出物料中的一些或大部分水分，便于物料被微波干燥。

本发明的微波干燥器可以每天24小时、每周7天不停地工作，其处理量可高达20吨/天(24小时)。

螺旋推进器的输出口1b与干燥器主体6的输入口7相连接，所述输出口1b可以具有不同尺寸的孔，以便向输入口7输送不同直径的条形膏状物料。

图4是本发明的微波干燥器主体的透视图，但为了清楚起见，位于微波干燥器主体6中的各个部件仍然以实线绘出。如图1和图4所示，所述干燥器主体6一般为圆柱形，其直径约为1米，也可以是其它适合的形状，如长方体、正方体等。所述干燥器主体6包括在主体外设置的电源12、在主体内壁上设置的多个微波振动头13，即微波源。优选地，所述主体6中含有3个微波振动头。如果从主体6的上方俯视，可以看到三个微波振动头被均匀布置在主体的内壁上；而从主体6的侧面来看，三个微波振动头布置在主体内壁的不同高度位置，从而使主体6中能够产生均匀分布的微波场。本发明的微波干燥器中使用的微波振动头的功率可以高达1800～2000瓦特，微波振动头的频率优选为915MHz～2450MHz。

所述微波干燥器的主体6可以是金属制成的，如铝或不锈钢；也可以是绝缘材料如塑料或树脂制成的。在主体6的内壁或外壁上可以涂上一层铝箔片，以屏蔽微波，使微波不会泄露到主体以外。另外，还可以用晶化聚对苯二甲酸乙二醇酯(CPET)或PTFE(聚四氟乙烯)涂层来代替所述铝箔片。替换地，主体6的内壁或外壁上也可以安装其它类型的屏蔽部件，如金属网罩等。

根据本发明，微波场形成在由所述管风屏14与主体6的顶部以及上述安装有微波振动头的侧壁所形成的空间中。如上所述，多个微波振动头布置在主体内壁的不同高度位置，优选地，在各个微波振动头的高度位置均匀布置在所述管风屏14的边缘与主体6的顶部之间，但位于主体6的不同径向方向上。

在包含三个微波振动头且所述主体6的直径为1米时，最高位置的微波振动头布置在距离主体6顶部约1英尺的地方，而最低位置的微波振动头布置在比最高的微波振动头低约2.5英尺的地方，第三个微波振动头的高度位于前述最低和最高的两个微波振动头之间约一半的地方。各微波振动头之间的距离也约为1米或3英尺。

在主体6的外壁上还可以安装开关11和增压电源12。开关11上包括微波干燥器的主电源开关，还可以包括微波振动头13的功率调节开关。增压电源12用于将输入的例如50HZ/220VAC的市电电压转换为驱动微波振动头的适当电压。在主体6的顶部包括一个物料排出口10，用于输出被干燥后的物料。干燥后的物料一般是颗粒状或粉末状的。

主体6的内部还含有一个热气抽取口K，该热气抽取口K连接到一个鼓风机4。在热气抽取口K的附近还含有一个水汽格8，用于储存从热气中凝结的水分，以进一步改善干燥效果。鼓风机4将从主体6中抽取的热气在干燥后重新送到主体6中，可以提高热气的利用效率，以提高干燥速度和节省能量。

图2是本发明的微波干燥器中的罩形风屏的顶部，而图3是本发明的微波干燥器中的罩形风屏的底座。

在主体6的内部，在底部安装有圆锥形或罩形的管风屏14，用于隔水气、防微波泄漏、且另外对在主体内加进的气流作定向。管风屏14的锥顶向上，可以没有底面，只包括锥形面。所述管风屏14的锥形或罩形边缘的直径略小于所述微波干燥器主体6的内径，即在所述管风屏14的边缘与所述微波干燥器主体6的内壁之间具有很小的间隙，约为几个毫米至几个厘米，例如3～5mm。

所述管风屏14可以用金属如铝箔片制成，也可以用绝缘材料制成再涂覆铝箔片、晶化聚对苯二甲酸乙二醇酯(CPET)或聚四氟乙烯涂层，以阻隔电磁波的泄漏。所述管风屏14呈圆锥形或罩形的目的是使落在管风屏14上的物料或其残渣能够在自身重力的作用下滑落到管风屏14的边缘，被风吹起或落到底座15中。因此，对所述管风屏14的高度没有特别的要求，只要管风屏14呈圆锥形或罩形即可。

在管风屏14的锥形边缘含有多个支脚16，用于分别安装到圆盘状底座15周围的柱脚17上。圆盘状底座15在图3中示出。在安装后，管风屏14与圆盘状底座15之间具有一定的间隙，以使热气或空气吹出。所述间隙也可以是约为几个毫米至几个厘米，例如3～5mm。优选地，所述柱脚17和支脚16分别是3个，且均匀分布在管风屏14或圆盘状底座15上。

圆盘状底座15是一个中间稍向下凹的圆盘状物体，在底座15的大约中心的位置有一个孔18，它连接到热气输入口19和排放口20。排放口20用于排放主体6中积聚的物料残渣或水分，它平时是关闭的，在需要排放时，将阀门21打开，就可以排放积聚在底座15中的物料残渣或水分了，虽然绝大部分的干燥后物料是经由物料排出口10排出的。所述底座15可以由塑料、树脂、纤维材料或者金属材料制成。

另外，管风屏14和底座15的边缘也可以是圆形以外的其它合适形状，例如椭圆形或多边形等，或者具有齿形的凹槽；或者，管风屏14的锥面上可以具有多个孔，以便于让空气吹出和将输入的待干燥物料吹散。

底座15上的热气输入口19通过管道5与鼓风机4相连接，使得鼓风机4可以向微波干燥器的主体6中送入空气以将输入的待干燥物料吹散，同时从热气抽取口K抽出的热气也被鼓风机4从热气输入口19送回到主体6中。优选地，所述管道5是直管或弯管，例如u形或n形管。使用u形或n形管的一个优点是可以利用所述管道5来屏蔽从主体6泄漏的微量微波。在鼓风机4的作用下，从输入口7送到主体6中的条形膏状的物料被吹散，成为颗粒，悬浮在主体6中，便于用微波进行干燥处理。并且，与处理大块的物料相比，对条形膏状的物料进行干燥处理的时间显著缩短了。

鼓风机4的转速可以调整，例如以2460转/分的转速输入风力，以与由螺旋推进器2送到主体6中准备干燥的物料数量相适应。

所述微波干燥器的主体6可以将所述底座15作为底部，也可以另外具有单独的底部(图中未画出)。所述主体6可以通过另外的支架(图中未画出)安装在地面或地板上。

因此，本发明的微波干燥器是一种利用微波穿透性提取水分的快速容器，主体内设有管风屏14，其可以在主体内物料产生热能时作暂储热能的寄热体，再用排风系统将主体热风抽出，转从底部注回容器内，将热量渐渐增加，达成快速干燥效果。

从螺旋推进器2将要干燥物料压榨大部分水，以及把物料从主体物料输入口位置7灌进主体6内，利用输入口的小孔控制被灌入的物料体积。然后，利用鼓风机4的风力把进注的需干燥物料吹散。

微波利用穿透性把进入主体6内而悬浮的物料以短时间作全方位穿透待干燥物料，物料经微波穿透时会自行产生高速自体分子磨擦而产生热力去挥发自体水分。而主体6内亦产生热空气，其温度可高达80℃。热空气中带有物料水分，再利用热气抽取口抽出热空气，从管道5中利用过滤水气格8将大部分水留在水气格内，继而再将热风吹进主体6内，循环加热。

当热风进注到主体内时，会经进风口19的位置从底部吹向罩形管风屏14的底部，而热风会将带进主体内的小量湿气经管风屏的顶部阻档，在底座15形成水蒸气，水蒸气亦带有一定热能，可储存于底座15中作为短暂储热而令主体6中存有固热位置，保持主体内有一定热度。

因风力经管风屏顶部阻挡，风向会成一定阻力，会横向管风屏四周作旋转。而屏边设有出风位置，气流从屏边沿主体内壁向上升，而气流到达主体顶部位置后，除物料输出口的管道外，只会在容器体内作旋转。循环亦会带动主体内微波能旋转充溢转动，因而加强干燥功能，作高效能应用。

要达到高能作干燥效果，除主体容器外，可控制切换调教的鼓风机与可操控微波量大小的调节器是非常重要的。在主体内温度达到所要求的温度时，可令微波振动头13自行关闭，干燥器系统不会有热失控情况。主体内会转为利用自体热能作干燥运行，可达成节能效应。

本发明的干燥器是利用物料分子对空气比重轻上升重向下沉的物理现象作结构而成，当物料水分被提取后，自体积轻，变成颗粒或粉末，只要有足够风力，可将已干燥物料用风力带出主体外，之后可以储存包装。

干燥物料不需分类，无需预先处理。对于待处理的垃圾来说，只需用水进行清洁处理，使其去除异味，即可输入物料收集箱，在由螺旋推进器送入微波干燥器主体。任何有机物料只是利用微波穿透特性令干燥物产生热能而挥发水分，只要适当利用要干燥物料体积大小去进行渗透，物料体积越微细，需时越短，效果越佳。只要容器内有足够空间给物料悬浮，约主体三分之一就足够物料旋转飞舞，可以不断注入要干燥物料，而已干燥物料亦从容器内不断排出干燥物，可同时以流水式操作。根据本发明的微波干燥器可以按照每天(24小时)处理20吨物料的速度进行干燥处理。

本发明还提供了一种快速节能干燥物料的干燥方法，包括以下步骤：

(1)将需干燥的物料清洁处理后放入微波干燥器的物料收集箱中；

(2)使用螺旋推进器将要干燥物料压榨大部分水，以及把物料从主体物料输入口位置灌进主体内，其中利用小孔控制物料的体积和形状；

(3)使用鼓风机的可风量切换的风力把进注的需干燥物料吹散，悬浮在主体中；

(4)主体中亦产生热空气，热空气中带有物料水分，再利用鼓风机从热气排风口抽出热空气，从管道中利用过滤水气格将大部分水留在水气格内，继而将热风再吹进主体内，循环加热；

(5)当热风进注到主体内，会经进风口位置吹向罩形管风屏，而在热风中带进主体内的小量湿气经罩形管风屏阻档，在罩形管风屏的底座中形成水蒸气，水蒸气亦带有一定热能，可储存于底座作为短暂储热，从而可令主体内含有存热位置，保持主体内有一定热度；

(6)风力经罩形管风屏阻挡后，风向会横向罩形管风屏四周作旋转，而罩形管风屏边缘设有出风边位置，气流从屏边沿主体内壁向上引升，气流到达主体顶部位置，除了物料排出口位置的管道外，气流只会在容器体内作旋转，亦会带动主体内微波能旋转，充溢转动，因而加强干燥功能，作高效能应用。

根据本发明的方案，要达到高能的干燥效果，除了主体外，可控制切换风力的鼓风机与可操控微波量大小的调节器是非常重要的。而在主体内温度达到要求时，可令微波振动头自行关闭，以免有热失控情况。主体内会转为利用自体热能作干燥运行，达成节能效应。

本发明的干燥器是利用物料分子对空气比重轻上升、重下沉的物理现象作结构而成，当物料水分提取后自体积轻，只要有足够风力将已干燥物料用风力带出主体外，储存包装。

本发明的干燥器及干燥方法可以将大量物料在短时间内充分干燥、损耗能源最少；并且由于以短时间干燥，本发明的干燥方案对物料的损害最小，可达到最良好的干燥效果。

根据本发明，在物料被干燥处理之前，先通过螺旋推进器将物料中的大部分水分挤压出，并且将物料挤压成为条形膏状的物体；然后在利用热风将条形膏状的物料吹散，形成细小的物料颗粒悬浮在微波干燥器主体中；这时就可以在短时间内以较低能量的微波将物料颗粒干燥。因此，本发明的微波干燥器消耗的能量较少。

另一方面，由于物料在干燥之前被挤压为条形膏状的形状，因此，不论是任何种类的物料，都可以使用本发明来对物料进行干燥处理。根据本发明的干燥器的干燥时间和干燥速度以及干燥效率与物料的种类无关，而依赖于物料被挤压后的条形膏状的尺寸大小。

虽然以上描述的优选实施例已经相当详细地描述了本发明的构思，但本领域普通技术人员可以在本发明构思的指导下进行适当的修改和/或调整。因此，本发明的精神和范围不应局限于上文所述的本发明的优选形式。

Claims (25)

1.一种微波干燥器，包括：

具有输入口(1a)的物料收集箱(1)，待干燥的物料从所述输入口(1a)放入到物料收集箱中；

干燥器主体(6)，所述干燥器主体中含有在主体内壁上设置的微波振动头(13)，利用微波振动头产生的微波将待干燥的物料进行干燥处理；

螺旋推进器(2)，连接到所述物料收集箱(1)和所述干燥器主体(6)，用于将来自物料收集箱的待干燥物料送到所述干燥器主体(6)中；和

鼓风机(4)，用于向干燥器主体(6)中送入空气以将输入的待干燥物料吹散，悬浮在干燥器主体中；

所述干燥器主体(6)还包括一个圆锥形或罩形的管风屏(14)以及一个圆盘形或椭圆形的底座(15)；所述管风屏的锥顶向上，所述管风屏(14)的边缘与所述微波干燥器主体(6)的内壁之间的间隙为几个毫米至几个厘米；所述管风屏与所述底座之间的间隙也为几个毫米至几个厘米，以使热气或空气吹出，所述底座(15)是一个中间稍向下凹的圆盘状物体，在底座的中心位置有一个孔(18)，该孔连接到热气输入口(19)和排放口(20)，所述排放口用于排出物料干燥后的残渣和所述底座中的水分，所述热气输入口(19)通过管道(5)与鼓风机(4)相连接，用于输入从所述鼓风机送到干燥器主体中的空气；所述底座的侧边与所述主体的侧壁或底部相接。

2.根据权利要求1的微波干燥器，特征在于所述干燥器主体(6)还包括微波振动头的功率调节开关(11)，用于调整微波振动头的功率。

3.根据权利要求1的微波干燥器，特征在于所述螺旋推进器(2)由电动机(3a)和变速箱(3b)驱动，所述变速箱(3b)利用齿轮大小的比例而改变螺旋推进器(2)的转动速度。

4.根据权利要求1的微波干燥器，特征在于所述螺旋推进器(2)是斜向上布置的，将物料收集箱中的待干燥物料从螺旋推进器的底部向上输送到干燥器主体中，所述螺旋推进器在输送物料时还对物料进行挤压，使物料同时受到重力和螺旋推进器的挤压作用，以在输送过程中挤出部分水分，其中从螺旋推进器的输出口(1b)中向干燥器主体输出条形膏状的物料。

5.根据权利要求4的微波干燥器，特征在于所述螺旋推进器的输出口(1b)的尺寸是可调整的，以便向干燥器主体(6)的物料输入口(7)输送不同直径的条形膏状物料。

6.根据权利要求1的微波干燥器，特征在于所述干燥器主体的形状为空心的圆柱体、长方体或正方体。

7.根据权利要求1的微波干燥器，特征在于所述干燥器主体(6)中含有三个微波振动头，其中在从干燥器主体的上方俯视时，所述三个微波振动头被均匀布置在主体的内壁上；而在从干燥器主体的侧面看时，所述三个微波振动头布置在干燥器主体内壁的不同高度位置，从而使干燥器主体中能够产生均匀分布的微波场。

8.根据权利要求7的微波干燥器，特征在于所述干燥器主体(6)的直径是1米，在所述三个微波振动头中，最高位置的微波振动头布置在距离主体6顶部约1英尺的地方，而最低位置的微波振动头布置在比最高的微波振动头低约2.5英尺的地方，第三个微波振动头的高度位于前述最低和最高的两个微波振动头之间约一半的地方，各微波振动头之间的距离也约为1米或3英尺。

9.根据权利要求1的微波干燥器，特征在于所述微波振动头的功率为1800～2000瓦特，频率为915MHz～2450MHz。

10.根据权利要求1的微波干燥器，特征在于所述干燥器主体(6)的内壁或外壁上涂有一或多层铝箔片、晶化聚对苯二甲酸乙二醇酯(CPET)或聚四氟乙烯(PTFE)涂层，以屏蔽微波，使微波不会泄露到主体以外。

11.根据权利要求1的微波干燥器，特征在于所述干燥器主体(6)还包括在主体外壁上的开关(11)和增压电源(12)。

12.根据权利要求1的微波干燥器，特征在于所述干燥器主体(6)还包括位于其顶部的物料排出口(10)，用于输出被干燥后的物料。

13.根据权利要求1的微波干燥器，特征在于所述干燥器主体(6)还包括热气抽取口(K)，该热气抽取口连接到所述鼓风机(4)，所述鼓风机将从主体中抽取的热气重新送到主体中。

14.根据权利要求13的微波干燥器，特征在于还包括在所述热气抽取口附近的水汽格(8)，用于储存从热气中凝结的水分。

15.根据权利要求1的微波干燥器，特征在于在所述管风屏的锥形边缘含有多个支脚(16)，分别安装到所述底座周围的柱脚(17)上。

16.根据权利要求1的微波干燥器，特征在于将所述热气输入口(19)与所述鼓风机(4)相连接的所述管道是直管、u形管或n形管。

17.根据权利要求1的微波干燥器，特征在于所述干燥器主体(6)中含有多个微波振动头，其中在从干燥器主体的上方俯视时，所述多个微波振动头被均匀布置在主体的内壁上；而在从干燥器主体的侧面看时，所述多个微波振动头均匀布置在所述管风屏与所述干燥器主体顶部之间的不同高度位置，从而使干燥器主体中能够产生均匀分布的微波场。

18.根据权利要求1的微波干燥器，特征在于所述待干燥物料包括任何有机物品种类和生物物料。

19.根据权利要求1的微波干燥器，特征在于所述待干燥物料包括谷类食物垃圾中的有机物质。

20.根据权利要求1的微波干燥器，特征在于所述管风屏为椭圆锥形。

21.一种干燥物料的微波干燥方法，包括以下步骤：

(1)将待干燥物料放入微波干燥器的物料收集箱中；

(2)使用螺旋推进器将待干燥物料从所述物料收集箱送到干燥器主体中，同时挤压出所述待干燥物料的部分水分，其中利用螺旋推进器输出口中的小孔控制送到所述干燥器主体中的待干燥物料的尺寸；

(3)使用鼓风机的风力把送到所述干燥器主体中的待干燥物料吹散，悬浮在干燥器主体中；

(4)利用所述干燥器主体中的微波振动头产生的微波对悬浮的待干燥物料进行干燥处理；

(5)将干燥后的物料从干燥器主体上部的物料排出口取出；

所述干燥器主体(6)还包括一个圆锥形或罩形的管风屏(14)以及一个圆盘形或椭圆形的底座(15)；所述管风屏的锥顶向上，所述管风屏(14)的边缘与所述微波干燥器主体(6)的内壁之间的间隙为几个毫米至几个厘米；所述管风屏与所述底座之间的间隙也为几个毫米至几个厘米，以使热气或空气吹出，所述底座(15)是一个中间稍向下凹的圆盘状物体，在底座的中心位置有一个孔(18)，该孔连接到热气输入口(19)和排放口(20)，所述排放口用于排出物料干燥后的残渣和所述底座中的水分，所述热气输入口(19)通过管道(5)与鼓风机(4)相连接，用于输入从所述鼓风机送到干燥器主体中的空气；所述底座的侧边与所述主体的侧壁或底部相接。

22.根据权利要求21的微波干燥方法，特征在于所述待干燥物料在进入所述干燥器主体时被挤压为条形膏状的形状。

23.根据权利要求21的微波干燥方法，特征在于所述鼓风机还从所述干燥器主体的热气排风口抽出热空气，将所述热空气中的水分留在水气格内，然后将热空气再吹进所述干燥器主体内，循环加热。

24.根据权利要求21的微波干燥方法，特征在于当所述鼓风机吹入的风进入所述干燥器主体之后，经进风口位置吹向一个管风屏，经所述管风屏阻挡后，风向会横向管风屏四周作旋转，气流从在管风屏边缘的出风边位置沿干燥器主体的内壁向上引升，在所述干燥器主体内作旋转，同时带动干燥器主体内的微波能旋转。

25.根据权利要求21的微波干燥方法，特征在于所述管风屏为椭圆锥形。

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