CN103813498B - 微波加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用工业微波加热与干燥的微波加热装置。其目的是提供一种新型的微波加热装置，利用新型的微波功率传输与馈能方式，避免了多个磁控管产生相互耦合现象，从而既提高了磁控管的输出功率与效率，又提高了磁控管的工作寿命和可靠性，不但提高了产量，还降低了装置的维护成本，并大大节约了能源。一种微波加热装置，包括：可旋转的金属外筒和设置有微波功率辐射源的金属内筒，所述金属外筒内形成一个同轴的环形腔，所述环形腔内设有支撑管，在支撑管上安设有至少一组微波隙缝天线组，所述微波隙缝天线组由多根环绕支撑管角向均匀排列的微波隙缝天线构成，波导激励器通过波导法兰盘与所述微波隙缝天线连接，微波磁控管插入波导激励器中。

Description

微波加热装置

技术领域

本发明涉及微波能应用技术领域，具体来说，是涉及一种利用工业微波加热与干燥的微波加热装置，特别适用于高产量的物料干燥处理与生产，例如对稻谷、小麦、玉米等粮食作物及茶叶、烟草等经济作物的脱水、干燥、杀虫、加工等环节。

背景技术

在工业微波加热技术应用中，通常釆用箱型多模腔微波加热方法，例如类似于家用微波炉那种非连续生产方式，需要逐炉间歇地加热和处理，另一种就是隧道型连续的生产作业方式，物料在传送带上均匀地进入到隧道加热炉或加热窑中，在微波功率作用下,物料边行走边吸收微波功率，从而产生温升，而使物料中的水份不断散发并被排除出去，从而达到干燥的烘干目的。几十年来，上述两种类型的微波加热烘干技术己得到广泛应用，被烘干的物料涉及各种矿物，化工原料，建筑材料，茶叶，烟草，中西药材，粮食作物，橡胶材料及制品，紙张，纺织品，包装材料，.......等。对于后者这种连续作业的隧道炉，由于其微波馈能方法的设计不当，当釆用多个磁控管单独联合向炉内馈能时，由于各磁控管之间不可避免地存在着相互耦合现象，这种结构不仅使单个磁控管效率低下，影响功率输出，还会造成磁控管的寿命缩短甚至损坏。其次，这种设计的结构会使作用于物料上的微波电场分布很不均匀，同时由于被烘干物料静态地堆积在传送带上，从而影响整体加热与烘干效果，使产量受到限制，不能做到高产的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的微波加热装置，利用新型的微波功率传输与馈能方式，避免了多个磁控管产生相互耦合现象，从而既提高了磁控管的输出功率与效率，又提高了磁控管的工作寿命和可靠性，不但提高了产量，还降低了装置的维护成本，并大大节约了能源。

本发明的目的是这样实现的：

一种微波加热装置，包括：可旋转的金属外筒和设置有微波功率辐射源的金属内筒，所述外筒内形成一个同轴的环形腔，所述环形腔内设有支撑管，在支撑管上安设有至少一组微波隙缝天线组，所述微波隙缝天线组由多根环绕支撑管角向均匀排列的微波隙缝天线构成，波导激励器通过波导法兰盘与所述微波隙缝天线连接，微波磁控管插入波导激励器中。

其中，每组微波隙缝天线组包含6-12根微波隙缝天线，这些微波隙缝天线沿内支撑管外侧均匀地排列在圆周上,例如当设有6根时，两根相邻微波隙缝天线波导横断面宽边中心线相隔60°，当设有12根时，两根相邻微波隙缝天线波导横断面宽边中心线则相隔30°。所述微波隙缝天线采用纵向半波长隙缝在相应波段的标准波导管单侧宽边上沿轴向配置，并分布于轴线两侧，所述隙缝的中心线离波导中心线距离不等，每条隙缝长为半波长，每相邻两条隙缝沿轴向的中心距为半波导波长。

缝宽与传输功率有关,两相邻隙缝的中心距为半波导波长。这种隙缝天线最大特点是每条隙缝辐射出来的微波功率都是相等的。这种微波隙缝天线保证了微波功率沿加热腔轴向分布的均匀性。

当所述微波隙缝天线组多于一组时，相邻的微波隙缝天线组两两在端部对接形成微波隙缝天线组链，相邻的两组微波隙缝天线组在对接端部通过金属短路板相接形成隔离板。这样可以使其相互隔离，各自分别从每根微波隙缝天线的始端馈电，互不干扰。

进一步地，所述金属外筒的内壁上镶有介质括板，所述微波隙缝天线组的外部设有一个由低损耗的微波介质制成的空心防尘套筒，所述空心防尘套筒的外部设有介质螺旋翼片。在旋转时可将环形腔内底部物料括至顶部由其自重落下，跌落到空心防尘套筒外的介质螺旋翼片上，当外筒旋转一圈时，物料将在内筒的介质螺旋翼片间沿轴向向前推进一个螺距的距离，因此，只要外筒旋转，环形腔内的物料将沿轴向均匀地前进走料,直至出料孔，并由出料口落入到下部的传送带上。优选所述镶于外筒的内壁上的介质括板的数量为6-8根。

上述的空心防尘套筒、介质螺旋翼片和介质括板均由低损耗的微波介质材料制成，例如聚四氟乙烯或聚丙烯等，保证了微波在其中的良好穿透性，吸波损耗极小。

进一步地，在所述环形腔的两端和外筒之间设有金属端板，所述金属端板的内外两侧均设有由两段1/4波长抗流槽构成的微波抗流装置，使得该处虽有较大的机械间隙，但对微波来说具有电性能上的短路功效，防止微波功率由此间隙向外泄漏；在进料口和出料口处分别设有微波抑制器，所述微波抑制器由若干截止波导小方格或小圆孔形成，防止环形腔内微波从进料口及出料口逸出，保证了整个装罝的微波的安全性，保证了在操作位上工作人员的微波卫生学要求，整个装置符合国家微波安全标准。

进一步地，在出料口处安设有温度检测装置和湿度检测装置，所述温度检测装置和湿度检测装置与自动控制调整系统电气连接。由此本发明微波加热装置可以自动调节物料的走料速度：物料从出料口落在传送带上，如果需要缓苏过程，一次走料达不到脱水烘干要求时，可由传送带反向输料至始端再次送入进料口，重复加热烘干过程，直至达到要求时为止。

本发明由于采用了上述技术方案，与传统技术相比具有以下有益效果：本发明提出一种新的微波加热装置，采用围绕支撑管均匀设置的多根微波隙缝天线构成的微波隙缝天线组，由于整个同轴环形腔的加热源是由微波隙缝天线组提供的，而每一根微波隙缝天线则由相应功率的微波磁控管插入到相应波导激励器内提供辐射功率的，微波功率沿径向从内筒向外筒辐射，保证了角向微波功率分布的均匀性，同时由于沿轴向在整个环形腔内的等功率辐射微波隙缝天线的长度与加热腔的长度相等，因此沿轴向也形成了均匀地功率辐射，由此形成了一个无论在径向还是轴向都相当均匀的功率分布的功率馈送系统，这样既免除了多个磁控管产生的相互耦合现象，从而提高了每个磁控管的输出功率与效率，也提高了磁控管的工作寿命和可靠性，还会使产量提高，使维护成本降低，并大大节约了能源。

本发明微波加热装置适用于现有民用微波工业加热波段，包括且不限于2450MHz波段、915MHz波段或5800MHz波段。

附图说明

通过以下本发明的实施例并结合附图的描述，示出本发明的其它优点和特征，该实施例以实例的形式给出，但并不限于此，其中：

图1为本发明微波加热装置的纵向剖面视图；

图2为本发明微波加热装置中的隙缝天线与磁控管、波导激励器的连接示意图；

图3为图2所示结构旋转90度后的连接示意图；

图4为本发明微波加热装置中的隙缝天线组的结构示意图；

图5为本发明微波加热装置的金属外筒与金属端板间的抗流装置的结构示意图；

图6为图5中所示抗流装置的局部放大图；

图7为本发明微波加热装置的进料口和出料口的微波抑制器的一种实施方式的横向剖面结构示意图。

图8为图7中微波抑制器的纵向剖面结构示意图；

图9为本发明微波加热装置的进料口和出料口的微波抑制器的另一种实施方式的横向剖面结构示意图；

图10为图9中微波抑制器的纵向剖面结构示意图。

图11为本发明微波加热装置中微波隙缝天线的结构示意图；

图12为本发明微波加热装置的一个实施例中的微波隙缝天线组在环形腔中的对接结构示意图。

具体实施方式

作为本发明的一个较优实施例，如图1所示，包括可旋转的金属外筒2和设置有微波功率辐射源1的金属内筒，外筒2内形成一个同轴的环形腔3，环形腔3内设有支撑管4，在支撑管4上安设有微波隙缝天线组5，微波隙缝组5的外部设有一个由低损耗的微波介质制成的空心防尘套筒6，空心防尘套筒6的外部设有介质螺旋翼片7，螺距为30cm，在外筒2的内壁上镶有介质括板8，高度为40cm，厚度为10mm。空心防尘套筒6、介质螺旋翼片7和介质括板8均由低损耗的微波介质材料制成，例如聚四氟乙烯或聚丙烯等，保证了微波在其中的良好穿透性，吸波损耗极小。介质括板8使得在旋转时环形腔3内底部物料括至顶部由其自重落下，跌落到空心防尘套筒6外的介质螺旋翼片7上，物料通过设在环形腔3的两端和外筒2之间的端板9处的进料孔82进入环形腔3内，当外筒2旋转一圈时，物料将在内筒的介质螺旋翼片7间沿轴向向前推进一个螺距的距离，因此，只要外筒2旋转，环形腔3内的物料将沿轴向均匀地前进走料，直至出料孔84，并由出料口11落入到传送带23上。本实施例中，介质括板8的数量为6-8根。

本实施例中，微波加热装置采用频率为2450MHz的工业用5kW连续波磁控管作为微波功率源，釆用BJ22波导管作为微波裂缝天线的馈能波导，其环形腔3的金属外筒2的内径为1.5m，长5m，空心防尘套筒6的内径为0.5m。

结合图2-4所示，微波隙缝天线组5由多根环绕支撑管4角向均匀排列的微波隙缝天线51构成，波导激励器18通过波导法兰盘19与微波隙缝天线51连接，微波磁控管17插入波导激励器18中。

其中，每组微波隙缝天线组5包含6-12根微波隙缝天线51，如图4所示，本实施例中每组微波隙缝天线组5包含了6根微波隙缝天线51，这些微波隙缝天线51沿内支撑4外侧均匀地排列在圆周上，微波隙缝天线51采用纵向半波长隙缝在相应波段的标准波导管单侧宽边上沿轴向配置，并分布于轴线两侧，隙缝的中心线离波导中心线距离不等，每条隙缝长为半波长，每相邻两条隙缝沿轴向的中心距为半波导波长。

缝宽与传输功率有关,两相邻隙缝的中心距为半波导波长。这种隙缝天线最大特点是每条隙缝辐射出来的微波功率都是相等的。这种微波隙缝天线保证了微波功率沿加热腔轴向分布的均匀性。

如图11所示，一条隙缝天线51共有26条纵向隙缝510，缝长60mm,缝宽6mm,每一隙缝510离波导中心线距离逐步增大，列表如下:

两条相邻隙缝中心距S为73.5mm，短路板离最后一条隙缝中心的距离为257mm。

结合图5、图6所示，端板9的内外两侧均设有由两段1/4波长抗流槽811构成的微波抗流装置81，使得该处虽有较大的机械间隙（如图6中δ₁和δ₂，本实施例中均为5mm），但对微波来说具有电性能上的短路功效，防止微波功率由此间隙向外泄漏；在进料口10和出料口11处分别设有微波抑制器83，微波抑制器83由若干截止波导小方格（也可以为小圆孔）形成。如图7、图8所示，进料口和出料口为矩形截面，则微波抑制器83的横向截面也为相应的矩形，其中，A为进、出料口宽边尺寸，B为进、出料口窄边尺寸，h为微波抑制器高度，a为小方格宽度，b为小方格宽度；如图9、图10所示，如果进料口和出料口为圆形截面，则微波抑制器83的横向截面则设成相应的圆形，其中φ进、出料口圆管直径，h为微波抑制器高度，a为小方格宽度，b为小方格宽度。这种微波抑制器能防止环形腔3内微波从进料口10、出料口11、进风口12及拔风管13逸出，保证了整个装罝的微波的安全性，保证了在操作位上工作人员的微波卫生学要求，整个装置符合国家微波安全标准。

如图12所示，本实施例中微波隙缝天线组5为两组，每组6根微波隙缝天线51，环圆周方向相隔60°配置（结合图4所示），两组微波隙缝天线组5分别由环形腔3的两端伸入，在端部通过金属短路板501和502相接形成隔离板。这样可以使其相互隔离，各自分别从每根微波隙缝天线的始端馈电，互不干扰。

进一步地，在出料口11处安设有温度检测装置21和湿度检测装置22，温度检测装置21和湿度检测装置22与自动控制调整系统15电气连接。由此微波加热装置可以自动调节物料的走料速度：物料从出料口11落在传送带23上，如果需要缓苏过程，一次走料达不到脱水烘干要求时，可由传送带23反向输料至始端再次送入进料口10，重复加热烘干过程，直至达到要求时为止。

Claims (10)

1.一种微波加热装置，其特征在于，包括：可旋转的金属外筒和设置有微波功率辐射源的金属内筒，所述金属外筒内形成一个同轴的环形腔，所述环形腔内设有支撑管，在支撑管上安设有至少一组微波隙缝天线组，所述微波隙缝天线组由多根环绕支撑管角向均匀排列的微波隙缝天线构成，波导激励器通过波导法兰盘与所述微波隙缝天线连接，微波磁控管插入波导激励器中。

2.如权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于：每组微波隙缝天线组包含6-12根微波隙缝天线。

3.如权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于：所述微波隙缝天线采用纵向半波长隙缝在相应波段的标准波导管单侧宽边上沿轴向配置，并分布于轴线两侧，所述隙缝的中心线离波导中心线距离不等，每条隙缝长为半波长，每相邻两条隙缝沿轴向的中心距为半波导波长。

4.如权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于：所述微波隙缝天线组多于一组时，相邻的微波隙缝天线组两两在端部对接形成微波隙缝天线组链，相邻的两组微波隙缝天线组在对接端部通过金属短路板相接形成隔离板。

5.如权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于：所述金属外筒的内壁上镶有介质括板，所述微波隙缝天线组的外部设有一个由低损耗的微波介质制成的空心防尘套筒，所述空心防尘套筒的外部设有介质螺旋翼片。

6.如权利要求5所述的微波加热装置，其特征在于：所述镶于金属外筒的内壁上的介质括板的数量为6-8根。

7.如权利要求5所述的微波加热装置，其特征在于：在所述环形腔的两端和外筒之间设有金属端板，所述金属端板的内外两侧均设有由两段1/4波长抗流槽构成的微波抗流装置。

8.如权利要求5所述的微波加热装置，其特征在于：在进料口和出料口处分别设有微波抑制器，用于防止微波从进料口或出料口逸出，所述微波抑制器由若干截止波导小方格或小圆孔形成。

9.如权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于：在出料口处安设有温度检测装置和湿度检测装置，所述温度检测装置和湿度检测装置与自动控制调整系统电气连接。

10.一种如权利要求1-9中任一权利要求所述的微波加热装置，适用于现有民用微波工业加热波段。