CN113078432B - 细丝微波加热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种细丝微波加热装置，它包括波导压缩转换器和波导转弯关节，波导压缩转换器设置在波导转弯关节的上侧，脊波导出射口的尺寸与垂直脊波导入射口的尺寸相当，所述波导转弯关节上设置有细丝入口，所述细丝入口与水平脊波导连通、且位于同一直线上；所述水平脊波导的出射口与细丝加热段连通，所述细丝加热段内设置有与水平脊波导尺寸相同的脊波导。目的在于通过将标准波导压缩转换成双脊波导，可以使得能量密度提高至80倍以上，对直径极细的细丝进行加热。

Description

细丝微波加热装置
技术领域
本发明涉及微波加热领域，具体涉及细丝微波加热装置。
背景技术
微波加热就是利用微波的能量特征，对物体进行加热的过程，它具有加热速度快、热量损失小、操作方便等特点，既可以缩短工艺时间、提高生产率、降低成本，又可以提高产品质量；与传统的加热方式相比，微波加热能够使得加热更加均匀，速度更快。
然而在细丝加热上，尤其是对于直径极细的细丝进行加热，往往由于细丝的直径过细，微波的能量无法在细丝上集中，采用普通的微波加热的方式时，不能够有效的对细丝进行加热，即使保持较长的加热时间，也无法对湿的细丝进行均匀加热，无法达到快速生产的目的。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决细丝的快速加热问题，使得细丝在通入设备后即可以进行快速加热，将其上的水分蒸发完全，使得细丝出设备后即可达到使用要求，本发明提供了一种细丝微波加热装置，该装置通过将标准波导压缩转换成脊波导，从而提高电场强度，也即提高了能量密度，使得细丝直接通过脊波导后，就可以快速升温，大大的提高了加热效果。
本发明采用的技术方案如下：
一种波导压缩转换器，包括标准波导入射口和脊波导出射口，所述标准波导入射口呈方形，从标准波导入射口到脊波导出射口之间设置有数个台阶面，数个所述台阶面所包围的面积逐渐变小，所述台阶面上对应设置有台阶脊，所述台阶脊设置在标准波导入射口一边的中间位置。
由于以上技术方案，可以通过该转换器，实现标准波导与脊波导之间的连接，从而使得能量密度可以在脊波导处进行集中，提高了脊波导处的电场强度，且通过波导压缩转换器，可以避免标准波导与脊波导直接连接时所发生的能量反射，使得微波能够顺利通入。
优选的，所述台阶脊设置为两个，两个所述台阶脊对称设置在标准波导入射口两边上的中间位置；所述台阶面的数量为三个，从标准波导入射口到脊波导出射口依次为第一台阶面、第二台阶面和第三台阶面；所述第一台阶面到第三台阶面所包围的面积等比例缩小，所述第三台阶面上所对应的两个台阶脊之间的距离为1－4mm。
由于以上技术方案，可以通过该转换器，实现标准波导向双脊波导的转换，进一步提高了脊波导处的电场强度；且通过三个包围面积逐渐缩小的台阶面，实现对入射波的压缩，从而提高能量密度。
一种波导转弯关节，包括垂直脊波导和水平脊波导，所述垂直脊波导和水平脊波导之间的夹角为90°，所述垂直脊波导和水平脊波导的尺寸相同，所述垂直脊波导与水平脊波导的连接位置设置有波导90°弯转传输结构，所述波导90°弯转传输结构设置在靠近水平脊波导的一侧。
由于以上技术方案，通过耦合腔体，可以实现脊波导由垂直方向向水平方向的90°转折，在耦合腔体处，垂直脊波导和水平脊波导之间不连通，而是形成了一个耦合空腔，从而保证脊波导的转折。
优选的，所述垂直脊波导和水平脊波导皆为双脊波导，所述波导90°弯转传输结构为腔体结构，腔体的尺寸为35mm＊30mm＊20mm。
由于以上技术方案，通过控制耦合腔体的尺寸，可以实现入射波尽可能多的从垂直脊波导向水平脊波导处的传输，从而保证微波在双脊波导处具有很高的能量密度。
一种细丝微波加热装置，它包括上述的波导压缩转换器，和上述的波导转弯关节，波导压缩转换器设置在波导转弯关节的上侧，脊波导出射口的尺寸与垂直脊波导入射口的尺寸相当，所述波导转弯关节上设置有细丝入口，所述细丝入口与水平脊波导连通、且位于同一直线上；所述水平脊波导的出射口与细丝加热段连通，所述细丝加热段内设置有与水平脊波导尺寸相同的脊波导。
由于以上技术方案，通过将标准方波导压缩转换成脊波导，使得微波能量集中，可以对细丝进行加热，发射源和细丝的进线位置之间的夹角为90°，通过波导转弯关节实现脊波导的90°转折，在不损耗或尽量少的损耗能量的前提下，实现细丝的快速、均匀的加热。
优选的，所述垂直脊波导和水平脊波导皆为双脊波导，双脊之间的距离为1－4mm。
由于以上技术方案，双脊波导的设置能够进一步的提高脊波导处的能量密集度，使得电场强度提高九倍以上，能量密度提高80倍以上，实现对极细的细丝进行加热的目的，能够加热的细丝的直径为1－4mm。
优选的，所述细丝入口旁设置热风吹入口，所述热风吹入口与细丝加热段连通，所述热风吹入口与热风装置连接。
由于以上技术方案，热风吹入口与热风装置连接，通过热风装置产生热风，并将热风吹入到细丝加热段，使得热风与微波协同作用在待加热细丝上，提高细丝的加热效率。
优选的，所述热风吹入口为两个，对称设置在细丝入口的两侧；位于细丝加热段的末端设置有热风出口，所述热风出口与热风装置连接。
由于以上技术方案，更进一步的技术方案是，在细丝入口的两侧设置两个热风吹入口，并向细丝加热段中吹入热风，提高细丝加热的效率；当热风吹至细丝加热段的末端时，温度逐渐变冷，通过热风出口将变冷的热风循环至热风装置中再次进行加热后，重新吹入到细丝加热段中，此时变冷的热风尚有些余温，利用热风中的余热，可以减少热风加热后吹出的时间和能耗。
优选的，所述细丝加热段的长度为1－3m。
由于以上技术方案，细丝加热段长度可以根据实际的使用需求进行设置。
优选的，从波导压缩转换器上的标准波导入射口输入的微波频率为2450MHz，功率为100－1000W，加热温度范围为80－500℃，细丝加热段内脊波导的热风加热温度大于60℃。
由于以上技术方案，标准波导的功率和加热的温度，可以根据实际生产的使用需求进行设置，为了使得细丝进入到细丝加热段的脊波导中即可完成加热，可以将标准波导的功率调高，从而提高能量密度。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：通过将标准波导压缩转换成双脊波导，可以使得能量密度提高至80倍以上，实现对直径为1－4mm的极细细丝进行加热的目的，即当细丝进入到细丝加热段后，就能够立即达到加热效果，缩短了加热等待时间，提高了工业生产的效率；通过波导压缩转换器和波导转弯关节的设置，能够使得脊波导在转弯时，最大程度的降低能量的损耗，保证达到对细丝快速加热的温度，从而快速的完成加热。
附图说明
图1是波导压缩转换器的结构示意图；
图2是波导转弯关节的结构示意图；
图3是细丝微波加热装置的结构示意图；
图4是细丝微波加热装置的组装立体图；
图5是细丝加热段的截面图。
图中：1－标准波导入射口；2－脊波导出射口；3－台阶脊；4－第一台阶面；5－第二台阶面；6－第三台阶面；7－垂直脊波导；8－水平脊波导；9－波导90°弯转传输结构；10－细丝入口；11－细丝加热段；12－热风吹入口；13－热风出口。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本发明。
实施例一
本实施例中以加热氨纶丝为例，氨纶丝的直径为1mm，氨纶丝从细丝入口10处以0.1m/s的速度进入细丝微波加热装置。
一种细丝微波加热装置，它包括波导压缩转换器、波导转弯关节和细丝加热段11。如图1所示，是波导压缩转换器的结构示意图，包括标准波导入射口1和脊波导出射口2，所述标准波导入射口1呈方形，标准波导入射口1连接发射源，从发射源处发射微波；从标准波导入射口1到脊波导出射口2之间设置有数个台阶面，数个所述台阶面所包围的面积逐渐变小，也即波导压缩转换器的内径逐渐变小，所述台阶面上对应设置有台阶脊3，所述台阶脊3为两个，两个所述台阶脊3对称设置在标准波导入射口1两边上的中间位置，从而使得标准方波导逐渐压缩转换成双脊波导，从标准波导入射口1到脊波导出射口2依次为第一台阶面4、第二台阶面5和第三台阶面6；所述第一台阶面4到第三台阶面6所包围的面积等比例缩小，最终位于第三台阶面6上所对应的两个台阶脊3之间的距离为1－4mm，使得脊波导出射口2处的双脊波导之间的距离为1－4mm。
在波导压缩转换器的下侧，即脊波导出射口2处连接波导转弯关节，如图2所示，通过波导转弯关节使得脊波导进行90°转弯，在波导压缩转换器与波导转弯关节的连接处，双脊波导的尺寸相当，为了进一步压缩脊波导，在波导转弯关节的入口处可设置台阶面的过渡段，通过过渡段向垂直脊波导7过渡，从而进一步压缩。垂直脊波导7和水平脊波导8之间的夹角为90°，垂直脊波导7和水平脊波导8的尺寸相同，所述垂直脊波导7与水平脊波导8的连接位置设置有L形的波导90°弯转传输结构9，通过波导90°弯转传输结构9实现转折。为了使得能量在转折的时候损失最小，本发明的L型波导90°弯转传输结构9的尺寸在水平与垂直方向上都设置为35mm＊30mm＊20mm，垂直脊波导7和水平脊波导8皆为双脊波导，双脊之间的距离为1－4mm，所述波导90°弯转传输结构9设置在靠近水平脊波导8的一侧。
图3－4为装配示意图，在细丝加热时，细丝从波导转弯关节上的细丝入口10匀速进入，所述细丝入口10与水平脊波导8连通、且位于同一直线上，细丝可以水平的进入到水平脊波导8中，并继续水平进入到与水平脊波导8连接的细丝加热段11中进行加热，细丝加热段11的长度为1－3m，在细丝加热段11中，双脊波导的尺寸与水平脊波导8尺寸相同，如图5所示。
从波导压缩转换器上的标准波导入射口1输入的微波频率为2450MHz，功率为100－1000W。在本实施例中，微波源的功率为300W，细丝加热段11内脊波导的加热温度为200℃。细丝经过细丝加热段11的加热后，可以完全达到快速、均匀干燥的效果，符合生产加工的使用需求。
实施例二
与上述实施例不同之处在于，本实施例中的波导压缩转换器、垂直脊波导7和水平脊波导8，以及细丝加热段11中皆为单脊波导，通过调节微波源的功率为300W，可以使得细丝加热段11内脊波导的加热温度达到140℃。细丝经过细丝加热段11的加热后，可以完全达到快速、均匀干燥的效果，符合生产加工的使用需求。
实施例三
与上述实施例不同之处在于，本实施例中在细丝入口10的旁边还设置有热风吹入口12，热风吹入口12与热风装置连接，热风装置可以采用现有的热风装置能够吹出热风，此为现有技术不再赘述，通过热风装置可以将热风从热风吹入口12直接吹入到细丝加热段11，通过热风的不断吹入，一方面可以协同微波对细丝进行加热，另一方面可以将加热后产生的水气随着热风带出细丝加热段11，从而使得细丝加热段11保持干燥，进一步提高了细丝加热段11中对于细丝的加热能力。
更优选的，所述热风吹入口12可以设置为两个，两个热风吹入口12对称设置在细丝入口10的两侧，同时吹热风，对细丝进行加热，从热风吹入口12中吹入的热风温度大于60℃。
更优选的，位于细丝加热段11的末端，设置有热风出口13，所述热风出口13与热风装置连接。可以理解的是，热风在细丝加热段11处进行加热后，被送至热风出口13，经过热风出口13后再循环至热风装置，经过细丝加热段11后的热风，尚还有部分余温，经过循环系统的循环，继续作为新的热风被吹出后，热风的余温被再次利用，能够在热风装置重新加热时，节省部分加热能量，也可以在热风装置重新加热时节省加热时间，使得热风装置能够快速的被重新加热后，再次吹入到细丝加热段11。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种细丝微波加热装置，它包括波导压缩转换器和波导转弯关节，其特征在于：所述波导压缩转换器包括标准波导入射口(1)和脊波导出射口(2)，所述标准波导入射口(1)呈方形，从标准波导入射口(1)到脊波导出射口(2)之间设置有数个台阶面，数个所述台阶面所包围的面积逐渐变小，所述台阶面上对应设置有台阶脊(3)，所述台阶脊(3)设置在标准波导入射口(1)一边的中间位置；所述波导转弯关节包括垂直脊波导(7)和水平脊波导(8)，所述垂直脊波导(7)和水平脊波导(8)之间的夹角为90°，所述垂直脊波导(7)和水平脊波导(8)的尺寸相同，所述垂直脊波导(7)与水平脊波导(8)的连接位置设置有波导90°弯转传输结构(9)，所述波导90°弯转传输结构(9)设置在靠近水平脊波导(8)的一侧；波导压缩转换器设置在波导转弯关节的上侧，脊波导出射口(2)的尺寸与垂直脊波导(7)入射口的尺寸相当，所述波导转弯关节上设置有细丝入口(10)，所述细丝入口(10)与水平脊波导(8)连通、且位于同一直线上；所述水平脊波导(8)的出射口与细丝加热段(11)连通，所述细丝加热段(11)内设置有与水平脊波导(8)尺寸相同的脊波导。
2.根据权利要求1所述的细丝微波加热装置，其特征在于：所述台阶脊(3)设置为两个，两个所述台阶脊(3)对称设置在标准波导入射口(1)两边上的中间位置；所述台阶面的数量为三个，从标准波导入射口(1)到脊波导出射口(2)依次为第一台阶面(4)、第二台阶面(5)和第三台阶面(6)；所述第一台阶面(4)到第三台阶面(6)所包围的面积等比例缩小，所述第三台阶面(6)上所对应的两个台阶脊(3)之间的距离为1－4mm。
3.根据权利要求1所述的细丝微波加热装置，其特征在于：所述垂直脊波导(7)和水平脊波导(8)皆为双脊波导，所述波导90°弯转传输结构(9)为腔体结构，腔体的尺寸为35mm＊30mm＊20mm。
4.根据权利要求1－3任一项所述的细丝微波加热装置，其特征在于：所述垂直脊波导(7)和水平脊波导(8)皆为双脊波导，双脊之间的距离为1－4mm。
5.根据权利要求4所述的细丝微波加热装置，其特征在于：所述细丝入口(10)旁设置热风吹入口(12)，所述热风吹入口(12)与细丝加热段(11)连通，所述热风吹入口(12)与热风装置连接。
6.根据权利要求5所述的细丝微波加热装置，其特征在于：所述热风吹入口(12)为两个，对称设置在细丝入口(10)的两侧；位于细丝加热段(11)的末端设置有热风出口(13)，所述热风出口(13)与热风装置连接。
7.根据权利要求1所述的细丝微波加热装置，其特征在于：所述细丝加热段(11)的长度为1－3m。
8.根据权利要求5所述的细丝微波加热装置，其特征在于：从波导压缩转换器上的标准波导入射口(1)输入的微波频率为2450MHz，功率为100－1000W，加热温度范围为80－500℃，细丝加热段(11)内脊波导的加热温度大于60℃。
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