CN104470020B - 微波加热暨干燥装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微波加热暨干燥装置，其包括一导波管组件、设于该导波管组下方的一阻抗匹配微波放射天线、罩设该阻抗匹配微波放射天线的一屏蔽外罩、以及设于该屏蔽外罩内的一微波吸收装置，从一微波源所发射出的微波会在该导波管组件内从线极化转换为圆极化，进而在该屏蔽外罩中产生均匀分布的场强，以该对微波吸收装置上所设的待加热物件进行快速且均匀的加热、干燥处理。通过本发明，可有效率地对待加热物件进行加热及干燥，也可以均匀地对冷冻的生鲜肉类进行加热，且无须装设昂贵的微波循环器或单向隔离器，也无须装设多柱阻抗调整器，可有效达到降低造价成本的目的。

Description

微波加热暨干燥装置

技术领域

本发明是关于一种利用微波对一待加热物件进行加热及干燥的微波加热暨干燥装置。

背景技术

传统的加热方式，不管是热辐射或是经由空气传导，热量都是从加热源间接经由待加热物件的表面慢慢传导至该待加热物件的内部，这样的加热方式，对于大部分热传导性能较差的介质或金属粉末来说，只能以缓慢的速度进行加热，而且在加热期间，该加热源所产生的热量有相当高的比例是耗散在用以盛装该待加热物件的加热炉以及耗散在该待加热物件周围的空气之中，能量利用率极低。

为了解决上述利用辐射或传导方式加热时能量利用率低的问题，现有技术有利用高功率微波来加热该待加热物件的，该待加热物件是如上述介质、金属粉末，或如谷物、冷冻生鲜肉类等，利用该高功率微波迫使该待加热物件中的水分子产生振动，可直接且快速地加热该等待加热物件，以抑制混在该谷物内的昆虫卵孵化或使该冷冻生鲜肉类解冻，具有能量利用率高的优点。

惟，上述现有技术中用于加热该待加热物件的高功率微波的最大缺点在于微波场强分布不均，亦即会在该高功率微波所照射的一作用腔内的不同位置产生热点及冷点，从而导致该待加热物件有加热不均匀的问题。若为了迁就该高功率微波的作用腔中局部具有均匀场强的区域，就只能每次将小体积或少部分的待加热物件设于该局部均匀场强区域进行加热；或者将全部的待加热物件放在一转盘上转动，使该等待加热物件周而复始的通过该高功率微波的作用腔中场强均匀及不均匀的区域，但这种作法也只能减缓，但不能完全解决和消除该高功率微波无法均匀加热的问题。

再者，一般来说，如黑鲔鱼生鱼片或生牛肉刺身等高级肉品的保存温度如果介于-40℃至-60℃之间，可以保存相当久的时间，直到有顾客预订时再从预定食用日期的前几天开始均匀地慢慢升温至0℃，以准备上桌供顾客食用。但是这种缓慢的升温方式需要费时三至四天，如果利用一般微波装置以上述高功率微波不均匀的加热方式来加热该高级肉品、使该高级肉品快速升温的话，很容易造成部分区域仍然处于冷冻状态，但是部分区域却因过热而有血水渗出，影响食用口感甚巨。

另外，在一般的高功率微波照射系统中，为了避免传输线与作用腔之间因阻抗不匹配所引起的反射微波对微波源造成伤害，大多会在微波源与作用腔之间加装昂贵的微波循环器(microwavecirculator)或单向隔离器(isolator)，以及装设多柱阻抗调整器(multi-stubtuner)，如此则又使得该高功率微波系统有硬件设备成本高的缺点。

发明内容

有鉴于前述现有技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种可对待加热物件均匀加热且造价成本低的微波加热暨干燥装置。

为了达到上述的发明目的，本发明所利用的技术手段是使一微波加热暨干燥装置包括：

一导波管组件，其包含一微波模式转换器、一下导波管、一上导波管、两个侧导波管与一可调式短路片，该微波模式转换器的一上端与一下端之间纵向贯穿形成一腔室，该微波模式转换器可将线极化微波转换为圆极化微波或将圆极化微波转换为线极化微波，该下导波管装设于该微波模式转换器的下端，该下导波管的一上开口端与该微波模式转换器的下端相互对接，该上导波管装设于该微波模式转换器的上端，该上导波管的一下开口端与该微波模式转换器的上端相互对接，该上导波管的管壁上间隔贯穿形成两个通孔，该两个通孔位于非沿该上导波管的径向相对位置处，该两个侧导波管沿该上导波管的径向装设于该上导波管上，且分别对应该上导波管的两个通孔，该可调式短路片为中空且装设于该上导波管的一上开口端中；

一阻抗匹配微波放射天线，其呈罩体状且套设于该下导波管的一下开口端处；

一屏蔽外罩，其是以可屏蔽微波的金属材质所制成，该屏蔽外罩的内部形成一微波作用腔，该屏蔽外罩罩设该阻抗匹配微波放射天线；

一微波吸收装置，其设于该屏蔽外罩的微波作用腔中，并间隔对应位于该阻抗匹配微波放射天线的一下开口端的下方，该微波吸收装置包含一容槽与一介质盖板，该容槽以可屏蔽微波的金属材质所制成，该容槽具有一上开口，该介质盖板以微波可穿透的材质所制成，该介质盖板覆盖该容槽的上开口。

上述下导波管的外壁面上靠近该下导波管的下开口端处可进一步环设一下定位簧片，该下定位簧片为金属材质且抵顶定位于该阻抗匹配微波放射天线的内壁面，上述可调式短路片的外壁面可进一步环设一上定位簧片，该上定位簧片为金属材质且抵顶定位于该上导波管的内壁面。

上述微波吸收装置可进一步包含一承载台，该承载台架设于该介质盖板上，并对应该阻抗匹配微波放射天线的下开口端。

上述承载台可为一固定平台或为一可移动的输送平台。

上述为可移动的输送平台的承载台可包含两个输送滚轮与一输送带，该两个输送滚轮相间隔且相互平行设置，该输送带绕设并结合于该两个输送滚轮。

上述屏蔽外罩的微波作用腔中可进一步装设一微波可穿透的玻璃板，该玻璃板阻隔于该微波吸收装置与该阻抗匹配微波放射天线之间。

上述阻抗匹配微波放射天线的环壁可呈口径逐渐变化的阶级状。

上述阻抗匹配微波放射天线的环壁可呈由上而下各阶级的口径渐增的阶级状，或呈由上而下各阶级的口径渐缩的阶级状。

上述微波吸收装置的容槽的环壁面可设有一进水管与一出水管，该进水管与出水管均连通该容槽的内部以及该屏蔽外罩的外部。

上述上导波管的两个通孔可位于角度间隔90度的位置处。

该两个侧导波管可分别连接一组微波源与一匹配负载，并将一待加热物件放置于该承载台上，从该微波源所发射的微波，以TE10线极化模式微波由相应的侧导波管进入该上导波管中成为TE11线极化模式微波，该TE11线极化模式微波再通过该微波模式转换器的腔室而逐渐转换成TE11圆极化模式微波，该TE11圆极化模式微波可在该屏蔽外罩的微波作用腔中产生均匀分布的场强，将所有的微波能量用来对该承载台上所设的大体积、大面积的待加热物件进行快速且均匀的加热照射处理，其他穿透该待加热物件的TE11圆极化模式微波则可以被下方容槽内所盛装的水吸收。

藉此设计，本发明的微波加热暨干燥装置不但可有效率地对金属粉末或谷物等待加热物件进行加热及干燥，也可以均匀地对一冷冻的生鲜肉类进行加热，以大幅缩短该冷冻的生鲜肉类的升温时间，又不会因为加热不均匀而影响该生鲜肉类的食用口感，俾确保该生鲜肉类的经济价值。此外，由于在该屏蔽外罩的微波作用腔内反射的TE11圆极化模式微波会在通过该微波模式转换器的腔室内时再逐渐转换成TE11线极化模式微波，并被该匹配负载所吸收，以避免对该微波源造成伤害，故本发明的微波加热暨干燥装置中无须装设昂贵的微波循环器(microwavecirculator)或单向隔离器(isolator)，也无须装设多柱阻抗调整器(multi-stubtuner)，有效达到降低造价成本的目的。

附图说明

图1为本发明第一较佳实施例的侧视剖面示意图；

图2为本发明的导波管组件与阻抗匹配微波放射天线的立体外观图；

图3为本发明第一较佳实施例于使用状态的侧视剖面示意图；

图4为本发明第二较佳实施例的侧视剖面示意图；

图5为本发明第三较佳实施例的侧视剖面示意图；

图6为本发明第四较佳实施例的侧视剖面示意图；

图7为本发明第五较佳实施例的侧视剖面示意图；

图8为本发明第六较佳实施例的侧视剖面示意图。

附图标记

具体实施方式

以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

参见图1所示，本发明的微波加热暨干燥装置包括一导波管组件10、一阻抗匹配微波放射天线20、一屏蔽外罩30与一微波吸收装置40。

配合参见图2所示，该导波管组件10包含一微波模式转换器11、一下导波管12、一上导波管13、两个侧导波管14、14′与一可调式短路片15。

该微波模式转换器11呈中空圆管状且具有一上端与一下端，该微波模式转换器11的上端与下端之间纵向贯穿形成一腔室111，该微波模式转换器11可将线极化微波转换为圆极化微波或将圆极化微波转换为线极化微波。

该下导波管12装设于该微波模式转换器11的下端，该下导波管12为一中空圆形管体且具有一上开口端与一下开口端，该下导波管12的上开口端与该微波模式转换器11的下端相互对接，该下导波管12的外壁面上靠近该下导波管12的下开口端处环设一下定位簧片121，该下定位簧片121为金属材质。

该上导波管13装设于该微波模式转换器11的上端，该上导波管13为一中空圆形管体且具有一上开口端、一下开口端与两个通孔131，该上导波管13的下开口端与该微波模式转换器11的上端相互对接，该两个通孔131相间隔地贯穿形成于该上导波管13的管壁上，且该两个通孔131位于非沿该上导波管13的径向相对位置处。在本发明的具体实施方式中，该两个通孔131位于角度间隔90度的位置处。

每一侧导波管14、14′为一中空方形管体，该两个侧导波管14、14′沿该上导波管13的径向装设于该上导波管13上，且该两个侧导波管14、14′分别对应该上导波管13的两个通孔131，从而连通该上导波管13内部、该微波模式转换器11的腔室111以及该下导波管12内部。

该可调式短路片15为中空且装设于该上导波管13的上开口端中，该可调式短路片15的外壁面环设一上定位簧片151，该上定位簧片151为金属材质，藉该上定位簧片151抵顶于该上导波管13的内壁面，可固定该可调式短路片15与该上导波管13的相对位置，也可依需求移动该可调式短路片15，以调整该可调式短路片15在该上导波管13中的位置。

该阻抗匹配微波放射天线20呈罩体状，其套设于该下导波管12的下开口端处，该阻抗匹配微波放射天线20具有一上开口端、一下开口端与一环壁21，该阻抗匹配微波放射天线20的上开口端套设该下导波管12的下开口端，藉该下导波管12的外壁面所设的下定位簧片121抵顶于该阻抗匹配微波放射天线20的内壁面，可固定该阻抗匹配微波放射天线20与该下导波管12的相对位置，该阻抗匹配微波放射天线20的环壁21呈口径逐渐变化的阶级状。该阻抗匹配微波放射天线20可以依实际需要的天线匹配程度，例如频宽、穿透率、反射率等，针对不同阶级数目、每一阶级的口径大小以及每一阶级的高度，进行几何尺寸的优化设计。

该屏蔽外罩30是以可屏蔽微波的金属材质所制成，该屏蔽外罩30的内部形成一微波作用腔31，该屏蔽外罩30罩设该阻抗匹配微波放射天线20，使该阻抗匹配微波放射天线20的下开口端伸入该屏蔽外罩30的微波作用腔31中。

该微波吸收装置40设于该屏蔽外罩30的微波作用腔31中，并间隔对应位于该阻抗匹配微波放射天线20的下开口端的下方，该微波吸收装置40包含一容槽41、一介质盖板42与一承载台43，该容槽41是以可屏蔽微波的金属材质所制成，该容槽41具有一上开口，该容槽41内用以盛装可吸收微波的水44，且该容槽41的环壁面设有一进水管411与一出水管412，该进水管411与出水管412均连通该容槽41的内部以及该屏蔽外罩30的外部，使得该容槽41内的水可经由该出水管412流出该容槽41，而用以补充的水则可以经由该进水管411流入该容槽41，该介质盖板42是以微波可穿透的材质所制成，该介质盖板42盖设于该容槽41上，并覆盖该容槽41的上开口，该承载台43进一步架设于该介质盖板42上，并对应该阻抗匹配微波放射天线20的下开口端。

配合参见图3所示，上述本发明的微波加热暨干燥装置在使用时使其中一侧导波管14连接一组微波源51、另一侧导波管14′连接一匹配负载，并将一待加热物件放置于该承载台43上，该待加热物件可如金属粉末、谷物、冷冻生鲜肉类等，从该微波源51发射的微波，以TE10线极化模式微波61由相对应的方形侧导波管14进入该圆形上导波管13中成为TE11线极化模式微波62，为了达到最佳的耦合量、最少的反射，可以调整该微波源51所发出的微波频率以及移动该中空可调式短路片15的位置，进行该侧导波管14中的TE10线极化模式微波61与该上导波管13中的TE11线极化模式微波62之间的阻抗匹配优化；

上述上导波管13内经耦合优化后的TE11线极化模式微波62通过该微波模式转换器11的腔室111后会逐渐转换成TE11圆极化模式微波63，并进一步以TE11圆极化模式微波64进入该下导波管12，接着再以TE11圆极化模式微波65进入该阻抗匹配微波放射天线20内，配合该阻抗匹配微波放射天线20，该TE11圆极化模式微波65可在该屏蔽外罩30的微波作用腔31中产生均匀分布的场强，将所有的微波能量用来对该承载台43上所设的大体积、大面积的待加热物件进行快速且均匀的加热照射处理，而大部分穿透该待加热物件的TE11圆极化模式微波65可以被下方容槽41内的水44有效吸收，再配合该容槽41内的水44从该出水管412和进水管411循环流出及流入，可以将水温控制在一定范围之内；

透过该中空的上导波管13、微波模式转换器11、下导波管12与阻抗匹配微波放射天线20，使用者还可以利用一非接触式温度计52从远端量测该屏蔽外罩30的微波作用腔31内的待加热物件的温度，再根据所测得的温度回授控制微波加热时各相关工艺的参数条件，例如微波源51的功率大小、微波源51启动/关闭的工作比高低，如果是利用连续式工艺来加热该待加热物件，还可再额外回授控制该待加热物件通过该微波作用腔31接受微波照射的时间长短等。

再者，当前述TE11圆极化模式微波65照射该待加热物件时，如果有部分TE11圆极化模式微波65′在该微波作用腔31反射，并经由该阻抗匹配微波放射天线20和下导波管12进入该微波模式转换器11的腔室111内时，会先以TE11圆极化模式微波64′进入该下导波管12，接着以TE11圆极化模式微波63′进入该微波模式转换器11，再逐渐转换成TE11线极化模式微波62′而进入该上导波管13，但此反射后的TE11线极化模式微波62′的空间径向场型分布较原先的TE11线极化模式微波62转向了90度，因此该反射后的TE11线极化模式微波62′不会回到连接微波源51的侧导波管14对微波源51造成伤害，而是会进入连接匹配负载的另一侧导波管14′，并且被该匹配负载所吸收，因此本发明的微波加热暨干燥装置中无须装设昂贵的微波循环器(microwavecirculator)或单向隔离器(isolator)，也无须装设多柱阻抗调整器(multi-stubtuner)，进而达到降低造价成本的目的。

除此之外，如果该屏蔽外罩30与该阻抗匹配微波放射天线20因阻抗匹配控制得当而没有反射微波的话，原先用于连接匹配负载的侧导波管14′也可用来连接一组微波源，这样可以增加整个系统的微波发射总功率，以对该待加热物件做更进一步的加热处理；

其中，该可调式短路片15的外壁面上所设的金属上定位簧片151以及该下导波管12的外壁面所设的金属下定位簧片121除了可防止该上导波管13和下导波管12内的微波62、62′、64、64′外泄之外，藉该下定位簧片121以类似快速扣环装置的设计，还可让使用者快速拆换该阻抗匹配微波放射天线20。

为了让固定功率的微波源51可以在具合适的面积大小的区域中针对特定的待加热物件达到最大单位面积功率的微波照射加热，可以搭配使用具有适合的照射面积的阻抗匹配微波放射天线20；

如图1所示的本发明的第一较佳实施例，该阻抗匹配微波放射天线20的环壁21呈由上而下各阶级的口径渐增的阶级状；

如图4所示的本发明的第二较佳实施例，该阻抗匹配微波放射天线20A的环壁21A亦呈由上而下各阶级的口径渐增的阶级状，惟该第二较佳实施例的阻抗匹配微波放射天线20A的各阶级的口径变化幅度较该第一较佳实施例的阻抗匹配微波放射天线20的各阶级的口径变化幅度小；

如图5所示的本发明的第三较佳实施例，该阻抗匹配微波放射天线20B的环壁21B则呈由上而下各阶级的口径渐缩的阶级状。

又，在如图1、图4及图5所示的本发明的第一至第三较佳实施例中，该承载台43为一固定的平台，待加热物件是以批次处理方式，先将一批待加热物件置入该屏蔽外罩30内的承载台43上，待加热及干燥完毕之后再取出，并置入下一批待加热物件；

进一步参见图6所示的本发明的第四较佳实施例，是利用连续式工艺来加热及干燥该待加热物件，该承载台43C为一可移动的输送平台，使得该等待加热物件可从该承载台43C的一侧放置于该承载台43C上，该承载台43C再带动该等待加热物件移动经过该阻抗匹配微波放射天线20的下开口端受该TE11圆极化模式微波65的照射而加热，接着再移动至该承载台43C的另一侧取出。具体而言，该承载台43C包含两个输送滚轮431C与一输送带432C，该两个输送滚轮431C相间隔且相互平行设置，该输送带432C绕设并结合于该两个输送滚轮431C，前述待加热物件设置于该输送带432C上移动。

进一步参见图7所示，在本发明的第五较佳实施例中，该微波吸收装置40D也可省略该承载台，该微波吸收装置40D的容槽41D内供盛装液状或泥状的待加热物件，且该容槽41D再连接一真空抽气系统，使得该TE11圆极化模式微波65可透过该介质盖板42D照射并加热、干燥该容槽41D内的液状或泥状的待加热物件71D。

进一步参见图8所示的本发明的第六较佳实施例，其中在该屏蔽外罩30E的微波作用腔31E中进一步装设一微波可穿透的玻璃板32E，该玻璃板32E阻隔于该微波吸收装置40E与该阻抗匹配微波放射天线20之间，一冷冻的生鲜肉类72E可摆放于该微波吸收装置40E的介质盖板42E接受微波照射而进行加热。通过利用本发明的微波加热暨干燥装置可以均匀地对该冷冻的生鲜肉类72E的各部位进行加热，以大幅缩短该冷冻的生鲜肉类72E的升温时间，又不会因为加热不均匀而影响该生鲜肉类72E的食用口感，俾确保该生鲜肉类72E的经济价值。

以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在未脱离本发明技术方案的范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (12)

1.一种微波加热暨干燥装置，其特征在于，所述微波加热暨干燥装置包括一导波管组件、一阻抗匹配微波放射天线、一屏蔽外罩与一微波吸收装置，其中：

所述导波管组件包含一微波模式转换器、一下导波管、一上导波管、两个侧导波管与一可调式短路片，所述微波模式转换器的一上端与一下端之间纵向贯穿形成一腔室，所述微波模式转换器可将线极化微波转换为圆极化微波或将圆极化微波转换为线极化微波，所述下导波管装设于所述微波模式转换器的下端，所述下导波管的一上开口端与所述微波模式转换器的下端相互对接，所述上导波管装设于所述微波模式转换器的上端，所述上导波管的一下开口端与所述微波模式转换器的上端相互对接，所述上导波管的管壁上间隔贯穿形成两个通孔，所述两个通孔位于非沿所述上导波管的径向相对位置处，所述两个侧导波管沿所述上导波管的径向装设于所述上导波管上，且分别对应所述上导波管的两个通孔，所述可调式短路片为中空且装设于所述上导波管的一上开口端中；

所述阻抗匹配微波放射天线呈罩体状，所述阻抗匹配微波放射天线套设于所述下导波管的一下开口端处；

所述屏蔽外罩以可屏蔽微波的金属材质所制成，所述屏蔽外罩的内部形成一微波作用腔，所述屏蔽外罩罩设所述阻抗匹配微波放射天线；

所述微波吸收装置设于所述屏蔽外罩的微波作用腔中，并间隔对应位于所述阻抗匹配微波放射天线的一下开口端的下方，所述微波吸收装置包含一容槽与一介质盖板，所述容槽以可屏蔽微波的金属材质所制成，所述容槽具有一上开口，所述介质盖板以微波可穿透的材质所制成，所述介质盖板覆盖所述容槽的上开口。

2.根据权利要求1所述的微波加热暨干燥装置，其特征在于，所述下导波管的外壁面上靠近所述下导波管的下开口端处进一步环设一下定位簧片，所述下定位簧片为金属材质且抵顶定位于所述阻抗匹配微波放射天线的内壁面，所述可调式短路片的外壁面进一步环设一上定位簧片，所述上定位簧片为金属材质且抵顶定位于所述上导波管的内壁面。

3.根据权利要求2所述的微波加热暨干燥装置，其特征在于，所述微波吸收装置进一步包含一承载台，所述承载台架设于所述介质盖板上，并对应所述阻抗匹配微波放射天线的下开口端。

4.根据权利要求3所述的微波加热暨干燥装置，其特征在于，所述微波吸收装置的承载台为一固定平台。

5.根据权利要求3所述的微波加热暨干燥装置，其特征在于，所述微波吸收装置的承载台为一可移动的输送平台。

6.根据权利要求5所述的微波加热暨干燥装置，其特征在于，所述微波吸收装置的承载台包含两个输送滚轮与一输送带，所述两个输送滚轮相间隔且相互平行设置，所述输送带绕设并结合于所述两个输送滚轮。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的微波加热暨干燥装置，其特征在于，所述屏蔽外罩的微波作用腔中进一步装设一微波可穿透的玻璃板，所述玻璃板阻隔于所述微波吸收装置与所述阻抗匹配微波放射天线之间。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的微波加热暨干燥装置，其特征在于，所述阻抗匹配微波放射天线的环壁呈口径逐渐变化的阶级状。

9.根据权利要求8所述的微波加热暨干燥装置，其特征在于，所述阻抗匹配微波放射天线的环壁呈由上而下各阶级的口径渐增的阶级状。

10.根据权利要求8所述的微波加热暨干燥装置，其特征在于，所述阻抗匹配微波放射天线的环壁呈由上而下各阶级的口径渐缩的阶级状。

11.根据权利要求1至6中任一项所述的微波加热暨干燥装置，其特征在于，所述微波吸收装置的容槽的环壁面设有一进水管与一出水管，所述进水管与出水管均连通所述容槽的内部以及所述屏蔽外罩的外部。

12.根据权利要求1至6中任一项所述的微波加热暨干燥装置，其特征在于，所述上导波管的两个通孔位于角度间隔90度的位置处。