CN105813252A - 采用螺旋天线径向辐射功率的工业用微波加热装置 - Google Patents

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Abstract

该发明属于一种采用螺旋天线径向辐射功率的工业用微波加热装置，包括上口部设有圆环形抗流槽且带进、出料口的料筒，带循环槽的搅拌筒，电器箱及设于其内的电源、风扇、电路板及控制键盘、各磁控管以及位于料筒内并与各磁控管输出端及电器箱分别连接的含螺旋天线的功率辐射组件，电动机。该发明采用一根或多根螺旋天线作为功率辐射器，以径向360度高速旋转变化的全域辐射模式，当工作频率f＝2450兆赫时，微波电场的旋转速率为2.45×109次/秒(147×109rpm)，而具有热辐射及加热物料均匀、加热效率高；又因不需功率放大器等，因而本发明具有微波炉的能效高、结构简单、炉体重量轻，微波辐射及被加热物受热均匀，使用寿命长，生产成本低等特点。

Description

采用螺旋天线径向辐射功率的工业用微波加热装置
技术领域
本发明涉及一种工业用微波加热装置，特别是一种采用螺旋天线径向辐射功率的工业用微波加热装置，该加热装置可有效提高被加热物料受热的均匀性和加热效率；尤其适用于对各种液体、悬浮溶液等物料的加热处理。
技术背景
从上世纪中叶以来，国外特别是美国的科学家发现微波功率能使物料受热升温现象，导致了家用微波炉的发明，十余年后，人们开始将微波功率应用推广到工业、农业、科学技术及医疗卫生事业等领域，1966年在加拿大成立了国际微波能协会(IMPI)。此后不久，我国紧跟国外技术发展，逐步开展相应领域内的微波能应用工作，在纺织，轻工，食品，木材，陶瓷，橡胶，皮革，烟草，茶叶，纸张，育种，灭菌，医疗…..等行业中利用微波能的高效节能及整体均匀加热的特点，取得了可喜的成绩。直到目前为止，我国的家用微波炉产量己跃居世界第一，其中80％以上供出口。但相对于家用微波炉而言，工业微波炉目前国内外仍广泛采用波导口或角锥喇叭口的线极化辐射器工业微波炉，如公告号为CN204368780U、发明名称为《原油罐微波加热装置》即为此类工业微波加热装置，该微波加热装置包括圆柱形罐体、罐底、罐顶以及位于罐顶的量油孔、呼吸阀、透光孔、人孔、光纤温度传感器和热继电器；位于罐体侧壁上的磁控管、功率放大器、补强圈、石棉橡胶板、进油口、出油口和排水槽；与功率放大器相连并伸入罐体内部的喇叭形波导，以及包覆波导口的陶瓷罩；位于波导左侧倾斜插入罐内的小型推进式搅拌器；位于波导右侧的光纤温度传感器、热继电器和大型推进式搅拌器。该实用新型虽然可利用微波直接对原油(流体)辐射加热，但由于采用的角锥喇叭口的线极化辐射器，其不但微波电场方向是固定不变的，而且加热装置中磁控管需要一波导激励器(功率放大器)，才能完成微波功率输出的目的；因而该专利技术仍存在微波辐射及被加热物受热的均匀性差，加热效率差、微波炉的结构较复杂等缺陷。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，研究设计一种采用螺旋天线径向辐射功率的工业用微波加热装置，以达到提高能效、简化微波炉的结构、炉体重量轻，微波辐射及被加热物受热均匀，延长其使用寿命，以及降低生产成本等目的。
本发明的解决方案是采用圆极化特性的螺旋天线作为微波功率的辐射器，该功率辐射器可直接插入待加热的液(流)体物质内部，径向360度全域辐射模式(其方向图宛如苹果状)，以取代了现有长期使用的波导口或角锥喇叭口的线极化辐射器；由于螺旋天线辐射的微波电场方向是高速旋转的，且其旋转速率即为微波源的工作频率，当工作频率f＝2450兆赫时，这时相应的微波电场的旋转速率为2.45×109次/秒(相当于147×109rpm)，因此，具有加热均匀的显著优点，且加热效率高，由于不需功率放大器等，又可简化加热装置的结构；本发明即以此实现其发明目的。因此，本发明采用螺旋天线径向辐射功率的工业用微波加热装置，包括带进、出料口的料筒，设于料筒内的搅拌器，电器箱及设于其内的磁控管及其微波功率辐射组件、电源、风扇、设于箱体顶部的电路板及控制键盘，关键在于在各磁控管的输出端还设有与之配套微波功率辐射组件，该功率辐射组件含绝缘介质套筒及位于其内作为辐射器的螺旋天线、天线帽及天线帽套筒，螺旋天线通过天线帽直接与磁控管输出口连接、固定，天线帽套筒则套接于天线帽上，整个功率辐射组件位于料筒内并通过绝缘介质套筒的上端口与电器箱外底部密封固定、且与对应的磁控管位于同一轴心线上，而在所述料筒的上口部还设有一径向(向外)凸出的圆环形抗流槽，设于料筒内的搅拌器为筒体上带(料液)循环槽的搅拌筒，该搅拌筒与设于料筒外底部的电动机输出轴连接固定，整个电器箱则通过设于箱体下部的支承脚及垫圈与料筒抗流槽上端面紧固连接成一体，而功率辐射组件则通过绝缘介质套筒置于搅拌筒内并通过设于其内的螺旋天线在工作时向料液径向辐射微波功率。
所述各磁控管的输出端还设有与之配套的微波功率辐射组件，磁控管及与之配套的微波功率辐射组件为1套或2套、4套、6套；当采用2套磁控管及与之配套的微波功率辐射组件时，两螺旋天线分别为左螺旋天线和右螺旋天线；而当采用4套或6套磁控管及与之配套的微波功率辐射组件时，各螺旋天线则绕搅拌筒的轴心线将左螺旋天线、右螺旋天线相互间隔设置。所述料筒的上口部还设有一径向(向外)凸出的圆环形抗流槽，圆环形抗流槽的径向宽度为工作微波波长的1/4。而所述设于箱体下部的支承脚，当支承脚采用筒形支承脚时，在支承脚的筒壁上还间隔式开设有蒸汽出口，以排除料液被加热时产生的蒸汽。
本发明采用螺旋天线作为工业用微波加热装置中的功率辐射器并通过天线帽套筒直接固定于磁控管与天线连接的天线帽上，就可使磁控管与螺旋天线辐射器成为一个整体，以取代国内外目前广泛使用的微波电场方向固定不变的采用波导口或角锥喇叭口的线极化辐射器；由于螺旋天线辐射的微波电场方向是径向360度高速旋转变化的全域辐射模式、且其旋转速率即为微波源的工作频率，即当工作频率f＝2450兆赫时相应的微波电场的旋转速率为2.45×109次/秒(相当于147×109rpm)，而具有热辐射及加热物料均匀、加热效率高的优点；又由于不需功率放大器等，因而本发明具有微波炉的能效高、结构简单、炉体重量轻，微波辐射及被加热物受热均匀，使用寿命长，生产成本低等特点。
附图说明
图1为本发明实施例1结构示意图；
图2为实施例2结构示意图；
图3为图2的轴截面剖视图(A-A视图)。
图中：1.料筒、1-1.进料口、1-1.1.(进料)阀门、1-2.出料口、1-2.1(出料)阀门、1-3.抗流槽、1-4.料筒上口，2.搅拌筒、2-1.(料液)循环槽、2-2.残料排孔，3.螺旋天线、3-1.绝缘介质套筒，4.磁控管、4-1.天线帽、4-2.天线帽套筒，5.电器箱、5-1.电器箱底板、5-2.蒸汽出口，6.电路板及控制键盘，7.电源，8.磁控管坐板，9.风扇。
具体实施方式
实施例1：以输出功率1300W(额定输入功率1500W)、微波源的工作频率f＝2450MHz、料筒1容积为35L(升)的加热装置为例：料筒1内径Φ300mm、高(含抗流槽1-3)530mm、壁厚1.5mm，圆环形抗流槽1-3的大内径Φ360mm、轴向高30mm，料筒上口1-4内径亦为Φ300mm，进、出料口：1-1、1-2内径均为Φ15mm，整个料筒1的材质均为不锈钢；搅拌筒2内径Φ150mm、高400mm，材质为工程塑料，其上的(料液)循环槽2-1(高×宽)350×15mm、在筒壁上等间隔设置8个，料筒1底部的残料排孔2-2直径Φ15mm、等间隔设置4个；螺旋天线3线径(小径)Φ3mm、大直径Φ25mm、螺距50mm、轴向长370mm，绝缘介质套筒3-1内径Φ30mm、轴向长490mm；磁控管4型号为2M463、工作频率f＝2450MHz，其输出端穿出电器箱底板5-1的中心孔后通过磁控管坐板8与电器箱底板5-1固定；电器箱5外径Φ365mm、高400mm，箱体下部的支承脚本实施例采用其外径与电器箱5相等的筒形支承脚并在支承脚的筒壁上等间隔开设四条高5mm、弧线长180mm的蒸汽出口5-2；电源7本实施方式采用深圳市高斯贝尔电器有限公司生产的1300W工业磁控管驱动电源(开关电源)。
实施例2：以输出功率4×1300W、微波源的工作频率f＝2450MHz、料筒1容积为100L(升)的加热装置为例：料筒1内径Φ500mm、高(含抗流槽1-3)530mm、壁厚2.0mm，圆环形抗流槽1-3的大内径Φ560mm、轴向高30mm，料筒上口1-4内径亦为Φ500mm，进、出料口1-1、1-2内径均为Φ20mm，整个料筒1的材质均为不锈钢；搅拌筒2内径Φ440mm、高400mm，材质为工程塑料，其上的(料液)循环槽2-1(高×宽)350×15mm、在筒壁上等间隔设置16个，料筒1底部的残料排孔2-2直径Φ15mm、等间隔设置8个；本实施例磁控管4采用四个磁控管及与之配套的四套微波功率辐射组件，各磁控管4的型号和工作频率、四套微波功率辐射组件中的各螺旋天线3、绝缘介质套筒3-1的参数以及开关电源7的型号均与实施例1相同，四个磁控管4及与之配套的微波功率辐射组件之间间隔90°且各距料筒1的轴心线60mm设置，但辐射组件中两两相邻螺旋天线3之间的旋向均相反(即采用左螺旋天线、右螺旋天线依次间隔设置)，以避免相互干扰与影响；本实施例风扇9采用柱形风扇且设于四个磁控管之间的电器箱底板5-1的中心位置上。
该实施例即可采用注入一批料物料加热处理一批；亦可采用进料—处理—出料连续进行，此时可根据要求通过(进料)阀门1-1.1与(出料)阀门1-2.1协调配合来调节控制其进、出料流量及物料处理温度。

Claims (4)

1.一种采用螺旋天线径向辐射功率的工业用微波加热装置，包括带进、出料口的料筒，设于料筒内的搅拌器，电器箱及设于其内的磁控管及其微波功率辐射组件、电源、风扇、设于箱体顶部的电路板及控制键盘，其特征在于在各磁控管的输出端还设有与之配套微波功率辐射组件，该功率辐射组件含绝缘介质套筒及位于其内作为辐射器的螺旋天线、天线帽及天线帽套筒，螺旋天线通过天线帽直接与磁控管输出口连接、固定，天线帽套筒则套接于天线帽上，整个功率辐射组件位于料筒内并通过绝缘介质套筒的上端口与电器箱外底部密封固定、且与对应的磁控管位于同一轴心线上，而在所述料筒的上口部还设有一径向凸出的圆环形抗流槽，设于料筒内的搅拌器为筒体上带循环槽的搅拌筒，该搅拌筒与设于料筒外底部的电动机输出轴连接固定，整个电器箱则通过设于箱体下部的支承脚及垫圈与料筒抗流槽上端面紧固连接成一体，而功率辐射组件则通过绝缘介质套筒置于搅拌筒内并通过设于其内的螺旋天线在工作时向料液径向辐射微波功率。
2.按权利要求1所述采用螺旋天线径向辐射功率的工业用微波加热装置，其特征在于所述各磁控管的输出端还设有与之配套的微波功率辐射组件，磁控管及与之配套的微波功率辐射组件为1套或2套、4套、6套；当采用2套磁控管及与之配套的微波功率辐射组件时，两螺旋天线分别为左螺旋天线和右螺旋天线；而当采用4套或6套磁控管及与之配套的微波功率辐射组件时，各螺旋天线则绕搅拌筒的轴心线将左螺旋天线、右螺旋天线相互间隔设置。
3.按权利要求1所述采用螺旋天线径向辐射功率的工业用微波加热装置，其特征在于所述料筒的上口部还设有一径向凸出的圆环形抗流槽，圆环形抗流槽的径向宽度为工作微波波长的1/4。
4.按权利要求1所述采用螺旋天线径向辐射功率的工业用微波加热装置，其特征在于所述设于箱体下部的支承脚，当支承脚采用筒形支承脚时，在支承脚的筒壁上还间隔式开设有蒸汽出口，以排除料液被加热时产生的蒸汽。
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