CN105376888B - 管状受阻扼的波导施用器 - Google Patents

管状受阻扼的波导施用器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种管状受阻扼的波导施用器，尤其是涉及一种微波加热装置，其带有管状波导施用器以及反作用式阻扼器和阻止式阻扼器以减少泄漏。微波可透过居中元件保持将被处理的物体在施用器中居中。诸如各个圆柱形物体或连续的圆柱形产品流的物体沿着顺着或相反于微波传播方向的方向前进通过施用器。阻止式阻扼器具有涂覆有吸收通过反作用式阻扼器泄漏的微波能量的介电材料，以允许用于大直径物体的大开口。波导施用器在TE01模式下运行，以沿着物体的外圆周集中微波加热能量。

Description

管状受阻扼的波导施用器
技术领域
本发明总体上涉及微波加热装置，并且更特别地涉及利用微波加热或烘干产品的波导施用器(waveguide applicator)。
背景技术
在工业工艺中微波通常被用于加热或烘干产品。例如，序号为4,497,759的美国专利描述了一种波导系统，所述波导系统用于介电性地加热沿着其中心线连续供给通过圆形波导施用器的拉拔成杆的晶体状聚合物。TM01模式用于沿着所述中心线集中加热。该窄波导施用器具有95.6mm的内径，这使其局限于用于诸如拉拔聚合物杆的小直径产品。对于连续加热和烘干工艺(其中各个产品或产品流通过波导施用器连续地供给)，在施用器的相反的(两个)端部设置用于产品进出的开口。但是，特别是，如果开口大至容纳大直径产品，则微波射线也可能通过开口泄漏。
发明内容
体现本发明的特征的一种微波加热装置包括管状波导施用器，所述管状波导施用器在第一端和相反的第二端之间形成加热室。施用器具有圆形横截面以及沿着其中心线的轴线。在第一端处连接在微波源和管状波导施用器之间的波导馈送件在加热室中以主TE01场图通过管状波导施用器从第一端至第二端传播微波。在第一端处第一阻止式阻扼器与管状波导施用器串联地连接。在第二端处第二阻止式阻扼器与管状波导施用器串联地连接。每个阻止式阻扼器包含覆盖有微波吸收材料并且以人字形图案沿着所述轴线间隔开的多个导电叶片。所述叶片具有中心通孔，所述中心通孔对准阻止式阻扼器的相反的(两个)端部中的开口以及加热室，以引导将在加热室中处理的物体通过阻止式阻扼器。
另一种微波加热装置包括管状波导施用器，所述管状波导施用器具有圆柱形外壁，所述圆柱形外壁终止于第一端和相反的第二端，以在第一和第二端之间形成具有圆形横截面的加热室，所述加热室具有沿着加热室的中心线的轴线。微波源向管状波导施用器内供应微波能量。在管状波导施用器的第一端处与管状波导施用器串联地设置第一反作用式阻扼器。在管状波导施用器的第二端处与管状波导施用器串联地设置第二反作用式阻扼器。第一阻止式阻扼器与管状波导施用器和第一反作用式阻扼器串联地连接。第二阻止式阻扼器与管状波导施用器和第二反作用式阻扼器串联地连接。
附图说明
在以下说明书、所附权利要求以及附图中更加具体地描述了本发明的这些特征，其中：
图1是体现本发明的特征的管状波导施用器的等轴(测)视图；
图2是图1的波导施用器的横截面；
图3是图1的施用器中的反作用式阻扼器的放大横截面；
图4是图1的施用器中的阻止式阻扼器的放大横截面；以及
图5是显示电场图的图1的管状施用器的横截面。
具体实施方式
在图1和图2中显示了体现本发明的特征、包含管状波导施用器的微波加热装置。在该实例中所示的施用器10由具有圆柱形外壁11的单个圆形波导段构成，所述圆柱形外壁11形成加热室。但是，所述施用器也可由一系列首尾相接的各个圆形波导段构成。施用器10在每一端具有圆形凸缘12。塑料或聚四氟乙烯(teflon)肋条14从金属波导壁的内表面向内径向延伸。沿着施用器10的长度延伸的多个肋条14围绕施用器的内圆周周向间隔开。塑料或聚四氟乙烯肋条14可透过微波。所述肋条以足以界定通过加热室的中心孔16的距离向内径向延伸，诸如各个圆柱形物品或连续的圆柱形产品流的物体能够穿过所述中心孔16。肋条14使物体居中并引导所述物体通过中心孔16。
微波源17在施用器的入口端22通过矩形波导馈送件20将例如在915MHz或2540MHz下的微波18注(射)入波导施用器10。所述微波沿着波导施用器10从入口端22传播至出口端23。所述微波沿着平行于施用器的轴线25的传播方向24经过施用器10的内部。未被将在加热室中处理的物体吸收的微波能量从出口端23排出、通过矩形波导部段21到达虚(仿真)负载26，所述虚负载26防止所述微波(能量)反射回施用器。但是，在没有虚负载的情况下运行且允许微波能量朝向入口端22向回反射通过施用器10并以此方式使施用器的有效长度加倍也将是可能的。矩形波导馈送件20的限定馈送E平面的较短侧27垂直于施用器10的轴线25，以产生其中TE01模式为主的电场图。
如在图5中所示，TE01模式产生了在施用器10中圆对称并且其最大电场强度处于施用器的中心线和圆柱形外壁11之间的中间位置的电场。在图5中所示的电场图中，在中心和壁之间的该增大的场强度由同心地环绕中心线的较粗并且较密的箭头28表示。沿着施用器的任意位置处的电场的大小随着穿行的微波正弦式地变化，其中所述微波每半个周期逆转方向。因为场强度在接近引导肋条14的内端30的位置最大，所以施用器10在需要加热圆柱形物体的外圆周的应用中特别有用。
如在图2中所示，圆柱形物体32在上端进入垂直定向的施用器10并且在重力的帮助下下落通过施用器。物体32沿着或相反于微波的传播方向24前进通过施用器10。所述物体除重力之外可以利用注入空气流前进通过施用器或者利用注入空气流替代重力前进通过施用器。随着物体下落，微波加热外部。对于大直径物体，相对于波导施用器10的横截面尺寸，中心孔必须相对大。因此，利用在每一端的两个阻扼器(choke)34、42来降低通过位于施用器的所述端22、23处的大开口的微波能量的泄漏。
更靠近施用器的阻扼器34是反作用式阻扼器(reactive choke)，其将微波能量反射回施用器。反作用式阻扼器34定位在施用器10的所述端22、23处。在图3中更具体地显示的反作用式阻扼器34由四个金属圆形波导部段36、37A、37B、38构成。每一(金属圆形波导)部段在每一端具有凸缘40，以利用例如螺钉附接至另一(金属圆形波导)部段的凸缘、或者施用器10的凸缘或者阻扼器箱42(图1)的凸缘。在图3中最左侧的部段38是具有圆形孔的带凸缘的圆柱形金属管。相同的内部金属波导部段37A、37B在每一端带有凸缘并且具有由小直径段44和大直径段45形成的阶梯孔。小直径段44具有与最左侧部段38相同的内径。除了小直径段44′被加长外，最右侧部段36与内部部段37A、37B相同。具有与小直径段44、44′相同的内径的塑料或聚四氟乙烯微波可透过环46夹持在每个内部波导部段37A、37B和最右侧部段36的大直径端中。当波导部段相互固定时，环46夹紧就位并且与小直径段44、44′和最左侧部段38的孔形成连续的光滑孔。所述光滑孔允许圆柱形物体无障碍地穿过。在大直径段45的壁和环46之间形成气隙48。所述气隙48在四分之一波长中心(在2540MHz下约为2.9cm)上轴向间隔开。在波导直径中四分之一波长间距的跨度(step)提供了降低微波能量泄漏的阻扼。
由于需要容纳进出反作用式阻扼器34的大直径物体的大开口，反作用式阻扼器也许不能充分地降低泄漏。所以与反作用式阻扼器34串联地连接了阻止、吸收式阻扼器箱42(图1)。在图4中更具体地显示了阻止式阻扼器(resistive choke)42。在图4中阻扼器箱42显示为矩形箱，但是其可为诸如圆柱或椭圆柱的其他形状。阻扼器箱42的尺寸大于在塑料或聚四氟乙烯管50中形成的孔的直径，所述塑料或聚四氟乙烯管50居中地延伸通过阻扼器箱。以人字形图案设置的V形、导电金属叶片52具有中心通孔54，以接收引导物体居中地通过阻扼器箱42的微波可透过管50。叶片52在其相反的(两个)端部附接至阻扼器箱的一对侧壁56。在端壁58中的开口57对准叶片中的中心通孔54，以允许管50并引导物体居中地通过阻扼器并进入施用器。金属叶片涂覆有吸收微波能量的诸如Eccosorb的介电(电介质)材料。与反作用式阻扼器34中的跨度相似，叶片以微波射线的四分之一波长沿着轴向方向间隔开。反作用式和阻止式阻扼器的结合将泄漏降低至微波源17(图1)的功率水平以下60dB的水平。

Claims (11)

1.一种微波加热装置，其包括：
管状波导施用器，所述管状波导施用器具有第一端和相反的第二端以及圆形横截面，并且在所述第一和第二端之间形成加热室，所述管状波导施用器具有沿着所述管状波导施用器的中心线的轴线；
微波源；
波导馈送件，所述波导馈送件在所述第一端处连接在所述微波源和所述管状波导施用器之间，以在所述加热室中以主TE01场图通过所述管状波导施用器从所述第一端至所述第二端传播微波；
在所述第一端处与所述管状波导施用器串联连接的第一阻止式阻扼器以及在所述第二端处与所述管状波导施用器串联连接的第二阻止式阻扼器，其中所述第一和第二阻止式阻扼器中的每一个包含：
具有开口的相反端；
覆盖有微波吸收材料并且以人字形图案沿着所述轴线间隔开的多个导电叶片，其中所述导电叶片具有通孔，所述通孔对准所述第一和第二阻止式阻扼器的相反端中的开口以及所述加热室，以引导将在所述加热室中处理的物体通过所述第一和第二阻止式阻扼器。
2.如权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于，所述微波加热装置还包括微波可透过管，所述微波可透过管延伸通过所述通孔以及所述第一和第二阻止式阻扼器中的开口，以引导将在所述加热室中加热的物体通过所述阻止式阻扼器。
3.如权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于，所述微波加热装置还包括在所述第一阻止式阻扼器和所述管状波导施用器的第一端之间与所述管状波导施用器串联地设置的第一反作用式阻扼器以及在所述第二阻止式阻扼器和所述管状波导施用器的第二端之间与所述管状波导施用器串联地设置的第二反作用式阻扼器。
4.如权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于，所述导电叶片是V形的。
5.如权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于，所述管状波导施用器以其轴线垂直并且将被加热的物体利用重力前进通过所述加热室的方式设置。
6.一种微波加热装置，其包括：
管状波导施用器，所述管状波导施用器具有圆柱形外壁，所述圆柱形外壁终止于第一端和相反的第二端，以在所述第一和第二端之间形成具有圆形横截面的加热室，所述加热室具有沿着所述加热室的中心线的轴线；
微波源，所述微波源向所述管状波导施用器内供应微波能量，以在所述加热室中以主TE01场图通过所述管状波导施用器从所述第一端至所述第二端传播微波；
第一反作用式阻扼器，所述第一反作用式阻扼器在所述管状波导施用器的第一端处与所述管状波导施用器串联地设置；
第二反作用式阻扼器，所述第二反作用式阻扼器在所述管状波导施用器的第二端处与所述管状波导施用器串联地设置；
第一阻止式阻扼器，所述第一阻止式阻扼器与所述管状波导施用器以及所述第一反作用式阻扼器串联地连接；以及
第二阻止式阻扼器，所述第二阻止式阻扼器与所述管状波导施用器以及所述第二反作用式阻扼器串联地连接。
7.如权利要求6所述的微波加热装置，其特征在于，所述第一和第二阻止式阻扼器中的每一个包含覆盖有微波吸收材料并且以人字形图案沿着所述轴线间隔开的V形导电叶片，其中所述V形导电叶片具有中心通孔，所述中心通孔对准所述加热室，以使将在所述加热室中处理的物体穿过所述第一和第二阻止式阻扼器。
8.如权利要求7所述的微波加热装置，其特征在于，所述微波加热装置还包括微波可透过管，所述微波可透过管延伸通过所述第一和第二阻止式阻扼器中的中心通孔，以引导将在所述加热室中加热的物体通过所述第一和第二阻止式阻扼器。
9.如权利要求6所述的微波加热装置，其特征在于，所述第一反作用式阻扼器处于所述第一阻止式阻扼器和所述管状波导施用器的第一端之间，并且所述第二反作用式阻扼器设置在所述第二阻止式阻扼器和所述管状波导施用器的第二端之间。
10.如权利要求6所述的微波加热装置，其特征在于，所述微波源以主TE01模式向所述管状波导施用器内供应微波，以在所述加热室内处于所述中心线和所述管状波导施用器的外壁之间的中间位置产生最大电场。
11.如权利要求6所述的微波加热装置，其特征在于，所述微波加热装置还包括多个微波可透过肋条，所述多个微波可透过肋条周向间隔开并且从所述圆柱形外壁至内端地向内延伸至所述加热室中，所述内端界定中心孔，以引导物体穿过所述加热室。
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