CN108702818A - 微波加热设备和加热方法 - Google Patents

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T·V·加米奇
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X·徐
N·德兰
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Abstract

微波加热设备和加热方法。微波加热设备包括：壳体，其容纳适于接收待加热物品的加热室，所述室至少部分地由电磁屏蔽件限定；用于产生微波的微波源，微波源位于所述加热室的外部；和天线，所述天线基本上布置在加热室内且配置成基本上在加热室内供给所产生的微波，天线配置成以基本上均匀的方式直接向物品传输所产生的微波。一种利用微波加热设备对有机物热处理的方法，微波加热设备包括位于加热室外部的微波源，所述方法包括：利用微波源产生微波；利用基本上布置在加热室内的天线在加热室内供给所产生的微波，其中该天线包括绕着加热室内周延伸的环；经由加热室的开口将有机物引入加热室中并穿过所述环；用所产生的微波加热有机物；经由加热室的另外开口从加热室移除有机物。

Description

微波加热设备和加热方法
技术领域
本发明总体上涉及一种微波加热设备，尤其涉及一种具有用于提供微波的改进天线的微波加热设备。本发明特别但并不必仅应用于微波灭虫处理和微波灭虫处理的方法。
背景技术
现有的家用或工业用微波加热装置使用波导结构以将电磁波引导进加热腔。波导最常见的用途是有效地将电磁功率从一点转移至另一点。在波导中使用的一些典型的引导结构包括同轴线缆、双导线和微带传输线、中空引导波导和光纤。
在家用微波波导加热期间，食物、包装和微波炉自身中的很多变数影响了食物如何被加热。多组分食品尤其加热不均，这对感观品质和微生物品质带来了问题。影响微波加热炉中的食品的加热均匀性的一个主要因素为电磁波、加热炉和食品之间的相互作用。
需要提供一种改进的微波加热设备，所述微波加热设备解决上述问题，尤其是不均匀加热的现象。也需要提供一种能对粮食或有机材料提供均匀和受控加热的、改进的微波加热设备。
发明内容
第一方面，提供一种微波加热设备，包括：
壳体，所述壳体容纳适于接收待加热物品的加热室，所述加热室至少部分地由电磁屏蔽件限定；
用于产生微波的微波源，所述微波源位于所述加热室的外部；和
天线，所述天线基本上布置在所述加热室内且配置成基本上在所述加热室内供给所产生的微波，所述天线配置成以基本上均匀的方式直接向物品传输所产生的微波。
所描述的微波加热设备的特定优势在于其通过减少正被加热物品中(或上)的具有较高和较低温差的区域而解决了不均匀加热现象。例如，微波加热设备减少了在正被加热物品中“热点”的形成。其也消除了对波导的需求，从而通过提供与磁控管耦接的天线直接将微波导向加热室以传递电磁波。天线的使用允许遍及天线的长度传播的电磁波对加热室的相对均匀的“溢流(flooding)”。另外，这种设计允许微波更加均匀地传输穿过较宽大的加热室，例如包含有用于传输物品(如粮食或有机材料)通过加热室的传送带系统的加热室。
所述天线可以为绕着加热室延伸的共面环。在一个实施方式中，所述天线当其绕着加热室延伸时可具有近似椭圆的整体形状。例如，所述天线当其绕着加热室延伸时可呈现例如近似椭圆的伸长的六边形或八边形的形状。
所述天线在加热室中的定位将取决于待加热物品、以及壳体和/或加热室的构造。例如，在基本的构造中，天线可位于加热室的顶部(且在物品上方)，从而以基本上均匀的方式直接向物品传输所产生的微波。这种构造假定物品位于加热室内的近似中心位置。在本段中提到的“直接”传输至物品的微波应理解为指直接从天线向物品行进的微波，而排除在壳体和/或加热室的内壁反射之后被物品接收的那些微波(即“间接”传输至物品的微波)。
在可替换的实施方式中，所述天线(或它的一部分)以螺旋构型被盘绕。例如，所述天线可以螺旋线圈的形式绕着加热室延伸，其端部中的一个或多个与微波源连接。
所述天线也可沿着其长度配置有多个螺旋匝。在优选的实施方式中，这些匝的直径大致为10mm，然而应当理解的是取决于天线的类型和所使用的微波源的类型其它的构造也是可能的。
所述天线的几何形状还可提供显著的优点。配置成基本上共面环的同轴杆允许电磁波在加热室各处相对均匀的分布。盘绕的或螺旋盘绕式天线设计具有对所供给的电磁波进行调整(和对输送物品通过加热室时的旋转场进行模拟)的额外优势，这可理解为降低了能量聚焦并且在正被加热的物品内提供了更加均匀的分布(和加热)。所供给的电磁波例如可以被圆偏振。
上述设计的另一优势在于，不同于需要为不同的频率进行完全的系统重新设计的传统波导，天线的设计仅需要在发射器构造(即磁控管和天线之间的接口)上的改变和可替换的频率磁控管。其不需要对加热室或天线结构进行任何额外改动。这意味着可使用频率模块(即多个连续天线段和/或磁控管)的各种组合针对不同的应用场合定制微波加热设备从而实现针对性处理或加热目标，这提供了远远超过现有波导系统的额外的定制灵活性。
所述壳体可配置有便于向加热室引入物品的第一开口。所述壳体也可配置有便于从加热室移除物品的第二开口。在一个实施方式中，所述第一开口和所述第二开口可以为同一个(即单一开口既可用于将物品引入加热室，也可用于将物品从加热室移除)。
可替换地，所述第一开口和所述第二开口可以是分开的和不同的(即所述壳体可具有允许引入物品的第一开口、和允许移除物品的第二开口)。在这种构造中，所述壳体可限定延伸穿过加热室的通道。
所述微波加热设备可进一步包括延伸进入和/或穿过加热室的传送器。所述传送器可包括便于将物品引入加热室和/或从加热室移除的传送带。在一些实施方式中，所述传送器可延伸穿过第一开口和第二开口，从而使得将物品引入加热室以及从加热室移除的过程自动化。
所述电磁屏蔽件可由反射和/或吸收电磁辐射的材料诸如例如金属片、金属网/屏蔽网或金属泡沫制成。例如，常见的电磁屏蔽材料可以为具有网孔的金属网，这些网孔明显小于由加热室中的天线供给的微波的波长。所述电磁屏蔽件可限定加热室的至少一部分。譬如，电磁屏蔽件可以由限定容纳有所产生的微波的区域的多个表面组成。可替换地或另外地，电磁屏蔽件的一部分可贴附至允许第一开口和第二开口中的一个或多个关闭的封闭件(例如门)。还应理解的是，壳体可起电磁屏蔽件的作用，在此情形下加热室基本上由该壳体限定。
电磁屏蔽件的内部轮廓可配置成与天线的形状匹配。例如，如果天线在其绕着加热室延伸时具有近似椭圆的整体形状，则电磁屏蔽件的周围轮廓(即电磁屏蔽件的横截面)也应具有近似椭圆的形状。
当天线绕着加热室延伸时，天线和电磁屏蔽件之间的间隔可以是基本上均匀的。例如，且如上文所描述的，如果天线在其绕着加热室延伸时具有近似椭圆的整体形状，则电磁屏蔽件的周围轮廓也应具有近似椭圆的形状，并且在其绕着加热室延伸时具有距天线相对均匀的间隔。这种构造的优势在于电磁屏蔽件以相对均匀的方式反射任何未被直接传输至物品的微波，使得对物品的加热保持相对均匀性(即在对物品加热期间不会形成单独的“热点”)。换言之，以基本上均匀的方式传输间接传输至物品的微波。
所述微波源可包括配置成产生具有特定频率或在预定频率范围内的微波的磁控管。可根据要产生的微波的期望频率改变所使用的磁控管的具体类型。然而，磁控管的类型可包括单阳极磁控管、分瓣阳极磁控管、空腔(或电子谐振)磁控管、或固态磁控管。
所述磁控管可由受调节的高压电源提供动力。使用这种电源的优势在于其避免了通过“脉冲”(即快速打开和关闭电源)调节功率的需要，这继而延长了磁控管的寿命。
在第二方面，提供了一种微波灭虫设备，包括：
壳体，所述壳体容纳适于接收待加热的有机物的加热室，所述加热室至少部分地由电磁屏蔽件限定；
用于产生微波的微波源，所述微波源位于所述加热室的外部；
延伸穿过所述壳体中的开口的传送器，所述传送器配置成传送物品穿过所述加热室；和
天线，所述天线基本上布置在所述加热室内且配置成在所述加热室内供给所产生的微波，所述天线配置成直接向有机物传输所产生的微波并且引起对有机物基本上均匀的加热。
所述天线可包括下列中的一个或多个：
与至少一个磁控管耦接的共面天线环段；和
与至少一个磁控管耦接的螺旋盘绕式天线段。
根据具体构造，所述天线可包括一系列绕着加热室延伸的、连续的共面天线环段和/或螺旋盘绕式天线段。在这种构造中，共面天线环段和/或螺旋盘绕式天线的顺序可与产生所需微波的一个或多个磁控管相关。
所述天线可沿着其长度配置有多个螺旋匝。如上所述，在优选的实施方式中，这些匝的直径大致为10mm，然而应当理解的是取决于天线的类型和所使用的微波源的类型其它的构造也是可能的。
在第三方面，提供一种利用微波加热设备对有机物热处理的方法，所述微波加热设备包括位于加热室外部的微波源，所述方法包括：利用所述微波源产生微波；利用基本上布置在所述加热室内部的天线在所述加热室中供给所产生的微波，其中所述天线包括绕着所述加热室的内周延伸的线圈；经由所述加热室的开口将有机物引入所述加热室中并穿过所述线圈；用所产生的微波加热有机物；经由所述加热室的另外开口从所述加热室移除有机物。
在一些实施方式中，所供给的微波引起对有机物基本上均匀的加热。
在一些实施方式中，所述方法进一步包括在加热之后冷却所述有机物。
在一些实施方式中，所述加热室由电磁屏蔽件限定。
在一些实施方式中，所述有机物还可被连续地引入所述加热室并且连续地从所述加热室移除。产生微波可包括产生微波脉冲。
在一些实施方式中，所述有机物被基本上均匀地加热预定温度下的预定等效时间。
在一些实施方式中，所述预定温度在40℃至60℃的范围内。在一些实施方式中，所述预定温度可为45℃或52℃。
在一些实施方式中，所述预定温度下的预定等效时间在10至60分钟的范围内。可替换地，所述预定温度下的预定等效时间可在15至25分钟或26至40分钟的范围内。
在一些实施方式中，所述方法包括使用根据第一方面或第二方面限定的微波加热设备。
附图说明
现借助实施例并参照附图描述本发明的实施方式，其中：
图1示出微波加热设备的实施方式的示意图；
图2示出微波加热设备的实施方式的透视图；
图3示出微波加热设备的实施方式的透视图；
图4A和图4B示出具有共面环形构造的天线的实施方式的透视图；
图5A和图5B示出具有共面环形构造的线圈状天线的实施方式的透视图；
图6A和图6B示出具有螺旋盘绕式构造的天线的实施方式的透视图；
图7A和图7B示出具有螺旋盘绕式构造的线圈状天线的实施方式的透视图；
图8示出微波加热设备的实施方式的透视图；以及
图9示出用于对材料热处理的方法的流程图。
具体实施方式
在附图中，附图标记10总体上表示微波加热设备的实施例。相对于微波灭虫处理和用于微波灭虫处理的方法，微波加热设备10是特别有用的，因而便于在该情形下描述设备10。然而，应当理解的是设备10并不限于这种实施例，而可以在其它环境或应用场合中使用或实施。
如附图中的图1处示出的方块图所示，设备10包括控制系统2，该控制系统优选包括受调节的高压电源3、用于控制电源3的运行(和/或启动)的一个或多个控制装置4、和一个或多个传感装置5。另外，设备10包括产生必要的微波能量的微波源6，诸如例如磁控管。进一步地，设备10还包括便于根据下文进一步详细描述的微波灭虫处理过程进行物品处理的传送器8。
设备10包括壳体11，所述壳体容纳有适合于接收待加热物品(未示出)的加热室12。加热室12至少部分地由电磁屏蔽件14界定。电磁屏蔽件14优选由反射和/或吸收电磁辐射的材料诸如例如金属片、金属网/屏蔽网、或金属泡沫制成。图2和图3中所示的电磁屏蔽件14为金属片，但应当理解的是也可使用其它合适的屏蔽材料。譬如，常见的电磁屏蔽材料为具有网孔的金属网，这些网孔(平均而言)明显小于由加热室中的天线供给的微波的波长。
在一个实施方式中，并且如附图的图2和图3所示，壳体11和电磁屏蔽件14是同一个。根据该实施方式，壳体11优选由反射和/或吸收电磁辐射的材料诸如例如金属片、金属网/屏蔽网、或金属泡沫制成。在可替换的实施方式中，电磁屏蔽件14被容纳在壳体11中。根据该实施方式，壳体11可执行表层功能，并且如此例如可由塑性材料制成，从而使设备10产生具有美感的外观。因此，且根据该实施方式，加热室12可完全由电磁屏蔽件14限定。然而，还应当理解的是可在加热室12中(即电磁屏蔽件14的区域中)加入其它装饰性衬垫(例如基本上不影响加热室12内的微波能量的作用的非金属衬垫)，从而更加便于在加热和/或处理期间在加热室12内放置物品。
加热室12配置有便于将物品(未示出)引入加热室12的第一开口16。在优选的实施方式中，加热室12还配置有便于将物品从加热室12移除的第二开口18。第一开口16和第二开口18通常位于加热室12的相反两侧，但应当理解的是其它的构造也是可能的。
在一些实施方式中，可通过相同的开口将物品引入加热室12和将物品从加热室12移除，在该情形下第一开口16和第二开口18是同一个。
电磁屏蔽件14可以限定加热室12的至少一部分(如上所述)。例如，且如附图中的图2所示，电磁屏蔽件14可以由对其中容纳所产生微波的区域进行限定的多个壁或多个表面组成。可替换地，附图中的图3示出了微波加热设备310，其中电磁屏蔽件14的(一个或多个)附加部分可用作封闭件320(例如门)或可贴附至封闭件320，该封闭件允许第一开口16和第二开口18中的一个或多个开口能按需要打开和关闭。同样地，从图3中的附图应当理解的是加热室12按照特定的应用场合需要可以被电磁屏蔽件14完全包围、或可被电磁屏蔽件14分别地包围。
如附图的图2所示，壳体11包括第一开口16和第二开口18，所述第一开口和第二开口限定延伸穿过加热室12的通道40(如图2中示出的箭头所示)。根据该实施方式，设备10还可包括延伸进入且穿过通道40的、并由此进入和/或穿过加热室12的传送器8。传送器8优选为便于将物品(未示出)引入加热室12和/或从加热室12移除的传送系统(如传送带)。在特别优选的实施方式中，传送器8可延伸穿过第一开口16和第二开口18，从而使得将物品(未示出)引入加热室12以及将物品从加热室12移除的过程自动化。根据该实施方式，控制系统2例如可进一步包含作为控制装置4的一部分的一个或多个电机控制器，所述电机控制器既控制将物品引入加热室12的速度，也控制将物品从加热室12移除的速度，并且控制为了加热和/或处理而将物品置于加热室12中的持续时间。
在一些实施方式中，传送器8包括带、一组辊子、斜槽或这些部件的任意组合，从而有助于输送有机材料通过通道40和/或加热室12。
设备10、310进一步包括用于产生微波的微波源30。微波源30优选位于加热室12的外部，并且包括用于产生具有特定频率(例如约2.45GHz)或在期望的频带(例如2至4GHz范围内的S-带)内的微波的磁控管32。可根据要产生的微波的期望频率改变所使用的磁控管的具体类型。然而，磁控管的类型可包括单阳极磁控管、分瓣阳极磁控管、空腔(或电子谐振)磁控管、或固态磁控管。根据所使用的磁控管的具体类型，也可加入波导34从而便于传送所产生的微波。然而，例如当使用固态磁控管(未示出)时，波导34就不需要了。在一些实施方式中，使用适配器将天线22耦接至磁控管32。例如，可使用到同轴天线适配器的波导。
磁控管32优选由受调节的高压电源(未示出)提供动力。使用这种电源的优势在于其避免了通过“脉冲”(即快速打开和关闭电源)调节功率的需要，这继而延长了磁控管32的寿命。在一些实施方式中，磁控管32以0.5至3kW范围内的功率运行。在一些实施方式中，磁控管32以超过1kW的功率运行。
设备10、310进一步包括大体上布置在加热室12内、且配置成在加热室12内供给所产生的微波的天线22(即微波能的发射器或辐射器)。天线22由于其几何构造而配置成以基本上均匀的方式直接向物品(未示出)传输产生的微波。天线22的使用允许遍及天线22的长度传播的电磁波对加热室12的相对一致的“溢流(flooding)”。微波的这种相对均匀的传输具有以一致的方式加热物品(未示出)的表面和/或内部的有利效果，这降低了在物品上通常会引起物品燃烧或损坏的“热点”的形成(或至少缩小了物品中或物品上具有较高和较低温差的区域)。
在加热室12中包含天线22有利地改善了加热室12中产生的微波(在强度方面)的均匀性。因而，这种改善了的(显著的)均匀性降低了在加热室内转动物品以改善对物品均匀加热的需求。这种所产生的对物体(例如物品、有机物或材料)基本上均匀的加热意味着相对于在加热室12中没有布置天线22的微波加热设备而言物体能以更均匀的方式被加热。均匀加热并不意味着物体被完美地均匀加热。其意图是，均匀加热意味着产生较少的“热点”。这也会意味着物体的相当一部分被加热到特定温度持续预定温度下的等效时间，从而确保实现预定水平的灭虫。例如，可能这样要求，遍布在物体的至少90％上的微生物中的至少70％要被灭掉。在一些实施方式中，遍布在物体的至少90％上的微生物中的至少80％要被灭掉。在一些实施方式中，遍布在物体的至少90％上的微生物中的至少90％要被灭掉。
根据一个实施方式，且如附图的图2、图4A和图4B和/或图5A和图5B所示，天线22可包括一个或多个绕着加热室12延伸的共面环。例如，在一个实施方式中(且如附图的图2所示)，天线22在其绕着加热室12延伸时可具有近似椭圆的整体形状。如附图的图2所示，天线12在其绕着加热室12延伸时例如可呈现近似椭圆的伸长的六边形或八边形的形状。然而，应当意识到取决于加热室12的形状和/或构造其它的几何形状也是可能的。
根据可替换的实施方式，且如附图的图5A和图5B和图6A和图6B所示，天线22可以以螺旋构型被盘绕。这种构造的优势在于当输送物品通过加热室12时，由天线供给的电磁波模拟了旋转的电磁场，这被认为降低了能量聚焦并且在正被加热的物品(未示出)内提供了更均匀的分布(和加热)。
天线22在加热室12内的定位将取决于待加热物品和加热室12的具体构造。例如，对于基本的构造，天线22可位于加热室12的顶部(且在物品上方)，从而以大体上均匀的方式发出且直接向物品(未示出)传输所产生的微波。在本段中提到的“直接”传输至物品的微波应理解为指直接从天线向物品行进的微波，并且排除在壳体和/或加热室的内壁反射之后被物品接收的那些微波(即“间接”传输至物品的微波)。这种构造假定物品位于加热室12内的近似中心位置。
在可替换的实施方式中，如附图的图2所示，天线22可位于加热室12的中部，使得例如天线22的中心轴线42大体上与在第一开口16和第二开口18之间形成的、且在壳体11中部形成的通道40对准。可替换地，天线22可以以待加热物品的至少一部分被天线包围的方式位于任何平面中。
具有共面环形构造和/或螺旋盘绕式构造的天线22也可沿着其长度配置有多个螺旋匝(例如附图的图5A和图5B以及图7A和图7B所示)。在优选的实施方式中，这些匝的直径大致为10mm，因为该直径十分接近共面环形天线的直径(即厚度)。然而，应当理解的是取决于天线的类型和所使用的微波源的类型其它的构造也是可能的。
还应理解的是，可在加热室12中加入另外的材料，从而便于设备10、310的简易使用或提供改善的装饰性外观。然而，本说明书中提及的电磁屏蔽件14限定加热室12的至少一部分应理解为限定了加热室12中电磁辐射的可容度(containment)，而不一定是其本身的物理空间。例如，加热室22的一部分可被另外的材料(譬如非传导材料，如塑料)占据，从而遮盖和/或保护天线22，或辅助物品(未示出)在加热室12内的安装。
如附图的图2所示，电磁屏蔽件14的内部轮廓优选配置成与天线22的形状匹配。例如，且如附图的图2所示，天线22在其绕着加热室22延伸时具有近似椭圆的拉伸的八边形形状。在优选的实施方式中，电磁屏蔽件14的周围轮廓(即电磁屏蔽件的横截面)也可具有近似椭圆的形状，且更优选为拉伸的八边形形状。
从附图的图2可以看到，当天线22绕着加热室12延伸时，天线22和电磁屏蔽件14之间的间隔24是基本上均匀的。例如，且如上文所描述的，如果天线22在其绕着加热室12延伸时具有近似椭圆的整体形状，则电磁屏蔽件14的周围轮廓也会具有近似椭圆的形状，并且在其绕着加热室12延伸时具有距天线22相对均匀的间隔。在一个实施方式中，天线22和电磁屏蔽件14之间的间隔24优选在5-25mm的范围内，尽管这自然取决于设备10、310的尺寸和大小。这种构造的优势在于由于电磁屏蔽件14的内部几何形状以及天线22和电磁屏蔽件14之间基本上均匀的间隔24，从而仍能以相对均匀的方式将任何未直接传输至物品的微波(即从电磁屏蔽件14反射的微波)引导至物品(未示出)。因此，维持了对物品(未示出)加热的相对均匀性(即在对物品的加热过程中没有产生单独的“热点”)。换句话说，以基本上均匀的方式传输被间接传输至物品的微波。
在一些优选的实施方式中，如在附图的图2和图3中部分示出，设备10、310配置成微波灭虫，且具体为昆虫的采后杀灭，或加热有机物质(例如水果、蔬菜、肉、鱼、以及特定的液体)从而抑制或避免虫害，而不会造成损害。根据本实施方式，设备10、310具体地配置成在产品包装线上杀灭昆虫，但也可同等地用于食品的烹饪、加热、烘干、解冻、煎炒、提取和/或调温。
微波灭虫设备10、310包括容纳有加热室12的壳体11，该加热室适合于接收作为灭虫工序一部分的待加热的有机物质(诸如例如食物产品)。加热室12至少部分地由电磁屏蔽件14限定。电磁屏蔽件14优选由反射和/或吸收电磁辐射的材料诸如例如金属片、金属网/屏蔽网、金属泡沫构成。附图的图2和图3中所示的电磁屏蔽件14为金属片，但应当理解的是也可使用其它适宜的屏蔽材料。
微波灭虫设备10、310还包括位于加热室12的外部、且配置成产生微波的微波源30。微波源30优选包括配置成产生具有特定频率或在预定频率范围内的微波的磁控管32。可根据要产生的微波的期望频率改变所使用的磁控管的具体类型。然而，磁控管的类型可包括单阳极磁控管、分瓣阳极磁控管、空腔(或电子谐振)磁控管、或固态磁控管。
磁控管32优选由受调节的高压电源提供动力。使用这种电源的特殊优势在于其避免了通过“脉冲”(即快速打开和关闭电源)调节功率的需要，这继而增加了磁控管的寿命。
在一些实施方式中，微波灭虫设备10可进一步包括延伸穿过壳体11中的开口16、18和穿过加热室12的传送器8。传送器8配置成以自动或半自动方式传送物品(例如食品)通过加热室12。例如，除微波灭虫处理之外，物品在其被沿着传送器8传送且通过加热室12时还可经受附加的工序(如蒸汽处理)。在优选实施方式中，传送器8为使得物品行进通过开口16、进入实施微波热处理的加热室12中、以及随后行进通过另一开口18以便进一步处理和/或包装的传送系统，例如传送带。
微波灭虫设备10、310还包括基本上布置在加热室12内、且配置成在加热室12内供给所产生的微波的天线22(即微波能的发射器或辐射器)。天线22配置成向有机物(例如食品)直接传输产生的微波，并且对有机物(未示出)进行基本上均匀的加热。天线22包括配置成与至少一个磁控管32所产生的微波电磁耦接的共面天线环段(如附图的图2、图4A和图4B和/或图5A和图5B所示)、和配置成与至少一个磁控管32所产生的微波电磁耦接的螺旋盘绕式天线段(如附图的图6A和图6B和/或图7A和图7B所示)中的一个或多个。
附图的图4A和图4B以及图5A和图5B示出了具有共面环形构造的天线22的各种实施例。在图4A和图5A中，天线22的共面环形构造显示具有与天线22的一端连接的单个磁控管32。在图4B和图5B中，天线22的共面环形构造显示具有在天线22的两端处连接的磁控管32。
附图的图6A和图6B以及图7A和图7B示出了具有螺旋盘绕式构造的天线22的各种实施例。在图6A和图7A中，天线22的螺旋盘绕式构造显示具有与天线22的一端连接的单个磁控管32。在附图的图6B和图7B中，天线22的螺旋盘绕式构造显示具有在天线22的两端处连接的磁控管32。应当理解的是，取决于特定的应用场合，这些构造的可替换变型和/或组合也是可能的。例如，也可以在沿着天线22长度的多个点处以天线22的共面环形构造或螺旋盘绕式构造连接磁控管32。
具有共面环形构造和/或螺旋盘绕式构造的天线22也可沿着其长度配置有多个螺旋匝(例如附图的图5A和图6B以及图7A和图7B所示)。在优选的实施方式中，这些匝的直径大致为10mm，因为该直径十分接近共面环形天线的直径(即厚度)。然而，应当理解的是取决于天线的类型和所使用的微波源的类型其它的构造也是可能的。根据具体的构造，天线22可包括一系列连续的绕着加热室12延伸的共面天线环段(如附图的图2所示，其中依次示出了两个共面天线环段)和/或螺旋盘绕式天线段。在这种构造中，共面天线环段和/或螺旋盘绕式天线的顺序可以与产生所需微波的一个或多个磁控管32相关。
实施例
现就对果蝇物种(昆士兰果实蝇(B.tryoni)、扎氏果实蝇(B.jarvisi)、褐肩果实蝇(B.neohumeralis)和黄瓜果实蝇(B.cucumis))的处理而言描述配置成微波灭虫的设备10、310的具体实施例，这些果蝇物种在发育阶段为滋生在辣椒和西葫芦上。
开展了实验性研究以评估微波灭虫设备10的性能。在该研究中使用的微波灭虫设备10、310在附图的图2和图3中示出，并且包括壳体11，所述壳体容纳有由电磁屏蔽件14(即金属片)限定的加热室12，该电磁屏蔽件在热处理过程期间绕着加热室12延伸并且围住加热室12。附图的图3中最佳地示出了对加热室12的这种包围。设备10、310还包括呈两个磁控管32形式的微波源30，两个磁控管中的每个与绕着加热室12延伸的共面天线环22(即同轴天线)连接。从附图的图2中可以看到，所使用的天线22具有近似椭圆的拉伸的八边形形状。类似地，电磁屏蔽件14的周围轮廓(即电磁屏蔽件14的横截面)具有也近似椭圆的拉伸的八边形形状。
设备10、310用于每批热处理十一个西葫芦或七个辣椒。通过改变25％-30％的功率水平并改变处理时间对辣椒和西葫芦改进几种处理组合。对初始温度分别在25.0±2.2℃和24.7±1.1℃的西葫芦和辣椒进行初步的微波加热协议开发试验(一共8次)。使用绕着所选择蔬菜的不同位置放置的光纤电缆实时测量被处理蔬菜的温度，这些蔬菜沿着加热室12水平地分布。随后该温度数据用于计算在45℃(M45)和52℃(M52)分别用于西葫芦和辣椒的等效时间。基于最快的加热速率和加热均匀性为每种作物选择微波处理协议，并且在质量评估试验中使用该处理协议。在8℃的冷藏室中进行热处理之后立即冷却微波处理后的蔬菜，并储存2星期。
使用基于果茎和花卉端处的外貌、内部形貌、植物颜色、点蚀大小、点蚀范围和牢固性的主观评分系统在第1、6、9、12和15天评估所选择的微波处理对西葫芦品质的效果。使用基于外部品质、蔬菜颜色、牢固性、点状腐蚀、辛辣、茎和花萼颜色和内部品质的主观评分系统在第1、4、7、12和15天评估所选择的微波处理对辣椒品质的效果。也进行对重量、阻抗、总可溶性固体和pH的定量评定。
使用各自带有4乘6米光纤的两个Reflex-4通道光纤调控器测温系统(加拿大，魁北克，Neoptix有限公司)记录在微波灭虫设备10、310内部的辣椒和西葫芦的实时温度曲线。光纤尖端被插入所挑选的水果中，且以5秒的间隔记录温度测量值，并且将温度数据用于计算针对辣椒的52℃目标温度下(死亡时间M52，公式1)和西葫芦的45℃目标温度下(M45)的等效时间。
对地中海实蝇(双翅目：实蝇科；地中海实蝇，Weidemann)卵和3龄幼虫所使用的z-值分别为4.1和3.6℃。地中海实蝇的耐热性被认为与昆士兰实蝇的相似：
其中M52为在52℃的目标温度下的等效时间，T(t)为由光纤系统测量的瞬时温度曲线，t为时间，以及z为以因子10改变昆虫死亡率(致命性)所需的温度变化(以℃为单位)。
为所有的实验使用微波脉冲程序，该程序涉及在其中关掉微波功率的平衡周期之后传输短微波脉冲。重复该过程直至达到目标处理温度。
至于对西葫芦的处理，以批量模式进行每个实验，并且在加热室12中放11个果实。在两个西葫芦果实中测量温度，为品质评估试验挑选‘处理2’的处理参数(如下面的表1所示)。
表1
至于对辣椒的处理，以批量模式进行每个实验，并且在加热室12中放7个果实。在3个辣椒果实(即最左边、中间和最右边)中测量温度，为品质评估试验挑选‘处理6’的处理参数(如下面的表2所示)。
表2
结果表明了能有效地使用新型的微波灭虫设备10、310在25％-30％的功率(即约250-300W)下分别在15-25分钟和22-37分钟内将西葫芦和辣椒从初始温度加热至40℃。证明了微波加热比蒸汽热处理(VHT)的、基于已知测试协议计算的西葫芦(90分钟)和辣椒(60分钟)的加热时间更快。在加热室12中的不同位置处的蔬菜的温度变动和蔬菜内部不同位置处的温度变动是最小的。结果表明新型的微波灭虫设备10、310在以批量模式进行操作时能用于一次性地对几种蔬菜成功加热和灭虫。
所记载的微波灭虫设备10、310也可应用于处理蔬菜产业的其它经济上严重的病害虫(例如其它重要的果蝇类型，如地中海果实蝇(地中海果蝇、地中海实蝇))、其它的害虫类型(诸如例如粉蚧、蓟马、和马铃薯线虫)、以及各种各样的植物病原体。另外，设备10、310可配置成处理鲜切花、观赏植物、盆栽基质和种子，从而根除病害虫和植物病原体。也可改进使用设备10、310进行的热处理以控制园艺作物的成熟、衰老或防止园艺作物的寒害、生理病害和采后病害。
在一些应用场合中，可以使用灭虫方法和灭虫设备10、310消灭、杀死其它例如为细菌、真菌、病毒、支原菌和原生生物的微生物，或使得这些微生物不起作用或不活跃。
进一步地，设备10、310也可配置成用于特定的应用场合，例如除草、对植物病原菌的处理以及土壤处理。在这些可替换的实施方式中，能够想到的是，可将设备10、310安装到以使得土壤穿过壳体11并进入设备10、310的加热室12中的方式被驱动的农用车辆(未示出)上。设备10、310的这种实施方式具有如下构造的加热室12，即使得在设备10、310的底部表面上没有设置电磁屏蔽件14。这种类型的构造会允许微波直接传输至正被处理的土壤。同样地，也应该意识到使用上述微波加热设备的微波处理方法，特别是微波灭虫处理，落入了本发明所公开的范围内。
图8示出了用于对材料连续热处理的微波加热设备810。设备810包括容纳加热室12和电磁屏蔽件14(未示出)的壳体811。设备810还包括至少一个用于产生微波(未示出)的微波源30。所述至少一个微波源30中的每个包括用于产生具有特定频率(例如2.45GHz)或在期望的频带(例如2至4GHz范围内的S-带)内的微波的磁控管32。设备810还包括至少一个基本上布置在加热室12内的、且配置成在加热室12内提供所产生的微波的天线22。所述至少一个天线22由于其几何构造而配置成以基本上均匀的方式直接向加热室12中的材料(例如有机物或物品)传输产生的微波。壳体811和加热室12可沿着天线22限定的中心轴线42伸长。
在一些实施方式中，所述至少一个天线22中的每个天线独立地与至少一个微波源30耦接。所述至少一个天线22中的每个天线可位于加热室12的不同部分中，并且将这些天线独立地与不同的微波源耦接使得在加热室12的不同部分中产生的微波能被独立地控制。这可用于调整和控制所产生的微波，从而能对加热室中的材料基本上均匀地加热。至少一个微波源30可与控制器耦接，所述控制器包括用于对微波产生进行调整和/或控制的处理器。
在一些实施方式中，设备810还可包括延伸进加热室12的传送器8。传送器8还可延伸穿过加热室12。壳体811还可以至少部分地限定传送器8延伸进入和/或延伸穿过的通道40。传送器8可被构造成连续地将材料引入加热室12中并且连续地将材料从加热室12移除。与材料被周期性地装入加热室12并从加热室12移除的分批处理法相比，传送器8的连续操作能有利地使得更大量的材料被热处理或灭虫。
在一些实施方式中，传送器8可与包括用于控制传送器8的运行的处理器的控制系统2或控制装置4耦接。传送控制器例如可以运行以维持传送带通过通道40的恒定速度。传送控制器也可以与监控传送带速度的传感装置5耦接。譬如，控制系统2可包括与传感器耦接、且以反馈环路运行以维持恒定速度的比例-积分-微分(PID)控制器。
在一些实施方式中，微波加热设备810包括多个彼此相邻或彼此紧靠从而连在一起的微波加热设备10。多个微波加热设备10一起限定壳体811。每个微波加热设备10包括天线、和限定加热室912的一部分的加热室12。因而，天线22可包括每个微波加热设备10中的多个天线。天线22可包括多个环段。该模块化设计有利地提供了组装的简易性以及沿着中心轴线42为壳体811和加热室12提供不同长度的灵活性。不同的长度为调整或优化加热室12中的材料能被加热的条件提供了更大的自由度。例如，与材料以相同或相似的速度行进通过加热室12的较短加热室12相比，较长的加热室12能使材料的加热时间更长。这能有利地调整微波加热设备810的总吞吐量，这对商业应用是很重要的。
在图8所示的实施方式中，有6个连在一起以限定壳体811的加热室12。在一些实施方式中，这些加热室12中的每个可包括一个天线环、两个天线环、或多于两个的天线环。
在一些实施方式中，设备810可包括至少一个位于壳体811的一个或多个端部处的屏蔽件850。屏蔽件850配置成降低或衰减在壳体811外部的容积的至少一部分中所产生的微波的能量。屏蔽件850限定了通道852，该通道852在两端均敞开且在一端与通道40连接以使得传送器8能够穿过通道40、852这两者。通道40、852的端部可限定将材料引入其中的开口856、和将材料从通道40、852且从而从加热室12移除的另一开口858。
在一些实施方式中，可在通道40、852的开口856、858上设置盖子。盖子适合于使得材料能被无阻挡地传送进通道40、852，从而能实现材料的连续引进和移除。举个例子，盖子可以为挡板、或一组柔性的和/或可转动的挡板以使得材料能够经过盖子。盖子有利地限制了气流通过、流入或流出通道40、852，这会有助于基本上均匀地加热加热室12中的材料。盖子在降低壳体811外部的辐射量方面也是有益的，这在使用高微波功率的应用场合是尤其重要的。
参照图9，提供了一种使用微波加热设备10、810对例如有机物的材料进行热处理的方法900。微波加热设备10、810包括位于加热室12外部的微波源30。方法900包括920处用微波源30产生微波，以及940处在加热室12中供给所产生的微波。所产生的微波用基本上布置在加热室12中的天线22供给，并且天线22包括绕着加热室12延伸的环。例如，天线22可绕着加热室12的内周延伸。方法900还包括960处通过加热室的开口将材料引入加热室12。方法900进一步包括980处基本上均匀地加热材料；和990处通过加热室的另外开口将材料从加热室移除。绕着加热室12延伸的天线的环能有利地使材料被基本上均匀地加热。
在一些实施方式中，所产生的微波可作为脉冲微波而被产生。方法900包括首先940产生微波以及随后960将有机物引入加热室12。在一些实施方式中，方法900包括960将材料引入加热室12以及随后940产生微波。
在一些实施方式中，方法900可包括在有机物已被加热之后对其进行冷却。该步骤可包括在沿着传送器8传送有机物时仅将该有机物暴露于较低的周围空气温度。在一些实施方式中，可向有机物施加空气或其它比加热后的有机物更冷的气体或液体，从而冷却有机物。在其它实施方式中，可将有机物浸入比加热后的有机物更冷的液体中，从而冷却有机物。例如，可在“水冷却”步骤中将有机物浸入温度在约2℃至约10℃范围内的水中。在一些实施方式中，可在“水冷却”步骤中将有机物浸入温度在约2℃至约6℃范围内的水中。
在一些实施方式中，方法900中的引入步骤960和移除步骤990为连续过程。有机物可被连续地引入加热室12并且连续地从该加热室移除。
由于被所产生的微波加热，因而加热室12中的有机物可被基本上均匀地加热预定温度下的预定等效时间。这解释了当其正被加热和正被冷却的同时经受变化温度的原因。为了对有机物灭虫，已经确定了在预定温度T下灭掉特定害虫或微生物的死亡时间MT。因此，可将预定的等效时间设定为至少等于死亡时间MT的值。例如，在处理水果和/或蔬菜时，预定温度可在40℃至60℃的范围内。预定的等效时间可在10至60分钟的范围内。举个例子，在52℃的预定温度下，取决于将要从有机物灭掉的害虫的类型，可将该温度下的预定等效时间设定为或在15至25分钟、或在26至40分钟范围内的值。
本领域技术人员应当意识到，可在不脱离本公开的广义范围的前提下，对上述实施方式进行各种变型和/或修改。因而，无论从哪方面来看上述实施方式均应看作示例性的而没有限制作用。

Claims (31)

1.一种微波加热设备，包括：
壳体，所述壳体容纳适于接收待加热物品的加热室，所述室至少部分地由电磁屏蔽件限定；
用于产生微波的微波源，所述微波源位于所述加热室的外部；和
天线，所述天线基本上布置在所述加热室内并且配置成基本上在所述加热室内供给所产生的微波，所述天线配置成以基本上均匀的方式直接向物品传输所产生的微波。
2.根据权利要求1所述的微波加热设备，其中，所述壳体配置有便于向所述加热室引入物品的第一开口。
3.根据权利要求2所述的微波加热设备，其中，所述壳体配置有便于将物品从所述加热室移除的第二开口。
4.根据权利要求3所述的微波加热设备，其中，所述第一开口和所述第二开口为同一个开口。
5.根据权利要求3所述的微波加热设备，其中，所述第一开口和所述第二开口是分开且不同的开口。
6.根据权利要求5所述的微波加热设备，其中，所述壳体限定延伸穿过所述加热室的通道。
7.根据权利要求4至6中任一所述的微波加热设备，还包括延伸进入和/或穿过所述加热室的传送器。
8.根据权利要求7所述的微波加热设备，其中，所述传送器包括便于将物品引入所述加热室和/或从所述加热室移除的传送带。
9.根据前述权利要求中任一所述的微波加热设备，其中，所述天线为绕着所述加热室延伸的共面环。
10.根据权利要求9所述的微波加热设备，其中，所述天线当其绕着所述加热室延伸时具有近似椭圆的整体形状。
11.根据权利要求9所述的微波加热设备，其中，所述天线以螺旋构型被盘绕。
12.根据权利要求10或11所述的微波加热设备，其中，所述天线沿着其长度配置有多个螺旋匝。
13.根据前述权利要求中任一所述的微波加热设备，其中，所述电磁屏蔽件由反射和/或吸收电磁辐射的材料制成。
14.根据前述权利要求中任一所述的微波加热设备，其中，所述电磁屏蔽件的内部轮廓配置成与所述天线的形状匹配。
15.根据前述权利要求中任一所述的微波加热设备，其中，当所述天线绕着所述加热室延伸时，所述天线和所述电磁屏蔽件之间的间隔是基本上均匀的。
16.根据前述权利要求中任一所述的微波加热设备，其中，所述微波源包括磁控管。
17.根据权利要求16所述的微波加热设备，其中，所述磁控管由受调节的高压电源提供动力。
18.一种微波灭虫设备，包括：
壳体，所述壳体容纳适于接收待加热的有机物的加热室，所述室至少部分地由电磁屏蔽件限定；
用于产生微波的微波源，所述微波源位于所述加热室的外部；
传送器，所述传送器延伸穿过所述壳体中的开口，所述传送器配置成传送所述物品穿过所述加热室；和
天线，所述天线基本上布置在所述加热室内并且配置成在所述加热室内供给所产生的微波，所述天线配置成直接向有机物传输所产生的微波并且引起对有机物基本上均匀的加热。
19.根据权利要求18所述的微波灭虫设备，其中，所述天线包括下列中的一个或多个：
与至少一个磁控管耦接的共面天线环段；和
与至少一个磁控管耦接的螺旋盘绕式天线段。
20.根据权利要求18或19所述的微波灭虫设备，其中，所述天线沿着其长度配置有多个螺旋匝。
21.一种利用微波加热设备对有机物热处理的方法，所述微波加热设备包括位于加热室外部的微波源，所述方法包括：
利用所述微波源产生微波；
利用基本上布置在所述加热室内的天线在所述加热室内供给所产生的微波，其中所述天线包括绕着所述加热室的内周延伸的环；
经由所述加热室的开口将有机物引入所述加热室中并穿过所述环；
利用所产生的微波加热有机物；
通过所述加热室的另外开口从所述加热室移除有机物。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括在加热之后冷却所述有机物。
23.根据权利要求21或22中任一所述的方法，其中，所述有机物被连续地引入所述加热室并且从所述加热室连续地移除。
24.根据权利要求21至23中任一所述的方法，其中，产生微波包括产生微波脉冲。
25.根据权利要求21至24中任一所述的方法，其中，所述有机物被基本上均匀地加热预定温度下的预定等效时间。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，所述预定温度在40℃至60℃的范围内。
27.根据权利要求24所述的方法，其中，所述预定温度或为45℃或为52℃。
28.根据权利要求24至26中任一所述的方法，其中，所述预定温度下的预定等效时间在10至60分钟的范围内。
29.根据权利要求27所述的方法，其中，所述预定温度下的预定等效时间在15至25分钟的范围内或在26至40分钟的范围内。
30.根据权利要求21至28中任一所述的方法，其中，所述微波加热设备为根据权利要求1至20中任一权利要求限定的微波加热设备。
31.根据权利要求21至29中任一所述的方法，其中，所供给的微波引起对有机物基本均匀的加热。
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