CN2041797U

CN2041797U - 微波开放腔式加热器

Info

Publication number: CN2041797U
Application number: CN 88207817
Authority: CN
Inventors: 赵凤欣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-07-05
Filing date: 1988-07-05
Publication date: 1989-07-26

Abstract

本实用新型提供了一种新型结构的微波开放腔式加热器；由窄边b展宽的直波导，两端加窄边b展宽了的阶梯缓变截面波导，构成开放腔，成为开放腔式加热器，腔体后面接有群岛滤波器。它的特征是：两端角锥收口而不闭，敞开的，腔体本身具有抑制能量泄漏功能。腔体局部是可打的，便于使用、操作处理故障。通风结构能够保证加工粉末状物体；干负载吸收能量主动利用，而不是废弃。

Description

本实用新型，是运用缓变截面波导理论，设计的微波开放腔式加热器，用来加工粉末状、颗粒状、块状、片状介质物料，用于对药品、食品、化工、水产品、纺织品、饲料、纸张类以及橡胶再生连续加热、干燥或消毒、灭菌之用。

由于介质在微波场中能够瞬时升温，加热、干燥的场合易于实现连续化、自动化生产，在国民经济中获得广泛应用；运用微波的热效应、场致效应能够在低温条件下将病毒、病菌杀死，又不破坏物质结构和性能，为消毒、灭菌提供了新手段。为此设计了各种加热装置，目前用的最普遍的，是“The Jouruol of Microwdve Power，Vol.lo，No 4 1975，P451”提供的平板型加热器如图（1）示。但这一设备存在着结构复杂，端口能量泄漏抑制困难，不能适应多种物料的加工，通风以及使用上的一些问题。

这种装置，是将标准波导窄边b展宽4λ，能量由波导一端馈入，另一端则作为物料出口端口，属于波导型行波加热装置。出口端口，实际上是初级天线辐射器，在不加物料时会将全部能量辐射出去，在加进物料时也将剩余能量全部辐射出去。微波能量辐射在周围空间不仅仅是能量上的浪费，强的能量对人体是有害的，所以漏能是微波应用设备主要指标之一。因此各国制定了能量泄漏标准，我国规定，在距操作位置3米处不能超过50μW／cm²。为保证这个指标必须采取复杂的抑制措施，常常联合运用几种抑制部件，层层设防，但由于端口能量很强，仍出现打火现象，生产厂家往往在端口壁面加石墨、水泥之类吸收材料和布设水管。尤其是布设水管，还必须加一系列辅助设备，而这些都加价到用户身上，在推广应用上遇到问题。

由于将波导窄边b展宽，内部电场强度大大降低，从而使微波能转化的热效率非常低，为解决这个问题，内部加许多电抗元件，这样作又带来新问题：电抗元件往往将局部能量集中引起局部物料过热，增加着火的因素破坏加工的均匀性，特别是加工宽的物料时，实际上在同一截面出现明显的温差梯度。由于电抗元件加入生产厂家整机调试非常困难，拉长生产周期，亦给用户增加维护、使用困难。

这种装置，物料由标准波导宽边中心进入，而中心开口在应用频率确定后，一般只能开 1/10 λ，超过这个限度，能量就被辐射出来。由于开口几何几寸的限制决定了这种装置只能用在有限的场合，如，编织物、纸类、片状物料加工，不能发挥设备的能力。

为能空载开车以及工作过程中吸收剩余能量，这种装置都有水负载，水始终开着白白流失，在当前保护水资源情况下是不允许的，在不具条件的地方无法应用。

这种装置在使用上存在着无法解决的问题。由于结构上是封闭的，一体的，内部不能清理，在加工不同物料时矛盾更突出，不同种物料混杂引起质量问题；再者尤其是加热装置本身打火或其他因素引起物料燃烧，束手无措，这时消灭明火往往提高车速将物料传输外面，但车速提高又助长火势，只能等待物料烧尽，传送带烧坏，所以传送带经常更换，用户反映强烈。

面临上述问题，本实用新型提供一种微波开放腔式加热器，它能有效地解决端口漏能；不加电抗元件提高加热效率；解决使用上的问题；改变馈能方式和通风结构。适应多种物料加工充分发挥设备能力。

本实用新型的目的是这样实现的：将行波型加热装置改为谐振腔型——开放腔式加热器。

开放腔式加热器，由窄边b展宽的直波导，两边加窄边b展宽的阶梯缓变截面波导构成开放腔，成为开放腔式加热器。它的特征是：两端角锥收口而不闭，敞开的。直波导可根据使用功率、产量大小决定其长度分节联接。

窄边b展宽的阶梯缓变截面波导，是开放腔式加热器主要部件如图（2）示。正是由于运用这个部件，使本实用新型成为一种新型加热器，理论上，结构上都不同于前者。

开放，是对封闭而言。传统的谐振腔四周都用金属封闭，腔内被激励的波场碰到金属壁而被反射回来，能量紧固在腔内不能泄漏；在开放腔中除侧面仍用金属壁包围外，在轴向不用金属封闭，而是依赖于两端窄边b展宽的阶梯缓变波导面，在轴向受到反射，因而，对一些模式仍能实现谐振。所以称为开放式谐振腔，是指轴向两端面，在几何结构上是开的，当窄边b展宽的阶梯缓变截面波导足够长时，能量泄漏不出来。根据这一原理设计的本实用新型，按单一的物料设计的腔体，尽管端口是敞开的，能量泄漏不出来。只要在窄边展宽的阶梯缓变截面波导后面，采取简单地抑制措施。例如加群岛滤波器，就可加工多种物料，实测端口漏能很容易作到国家标准的 1/10 （微瓦）。这种结构形式的配合，在微波能应用中具有普遍意义；凡是连续性加热装置具有进出端口的设备，均可有效地抑制能量泄漏，提供了简单、行之有效的地防止能量泄漏的技术。阶梯缓变截面波导设计成即是阶梯又是缓变的，两者配合。阶分为三个，它的几何尺寸是根据应用中心频率，邻近的几个主要谐波波长而定，缓变部分则要求使多个谐波都能截止在端口以内。在结构上，两者结合可缩短这个部件的几何尺寸。它的工作原理是这样的：当微波传输到这里时，波，边振荡边衰减，并截止在端口以内。

本实用新型通过压缩波导宽面a；利用窄边b展宽的阶梯缓变截面波导的作用；利用干负载的作用提高加热效率。

微波应用物料单位体积吸收微波能量多少，是决定加热装置的加热效率高低的主要参数。单位体积吸收能量Pa＝ 5/9 E²fErtgδ×10^－10（瓦／厘米²），在加热物料已定，应用频率已定后，就要谋求高的电场强度E。本实用新型电场强度E（E＝Em／

）由下式决定：Em²＝ (480π)/(ab) 。 (λg)/(λ) P（其中a、b分别为加热器的宽边和窄边；λg、λ分别为导内波长和自由空间波长；P为应用功率）微波开放腔式加热器腔体几何尺寸，应用2450兆赫时，不采用传统的BJ－22波导，而采用∏H－26波导，仅此提高电场强度1.3倍，加热效率提高1.7倍。

任何形式的加热装置，由于负载很重，能量实际上在馈能口一定范围很强，远离馈能口，能量逐渐减弱，不能充分利用。本实用新型，利用窄面b展宽的阶梯缓变截面波导将末端电场强度提高原来的5－10倍。

众所周知，微波能应用工程中，常常借助于外面少量热风能够显著提高加热效率，本实用新型设计的干负载，吸收空载全部能量转变的热和工作过程中剩余能量传化的热来提高加热效率。使用干负载还带来另外的好处：一方面干负载的热量提高加热器本身的温度，这样水汽接触时，减少结露的机会。避免因水滴引起物料局部过热，甚至燃烧，增加整个系统的稳定性。一方面抛弃自来水，节约水资源和为其服务的辅助设施，使不具备这些条件的地方乡镇、社队企业能够应用。

本实用新型结构上部份可打开，如图（3）示。为实用提供方便。当加工物料更换时，可将加热器部份打开，进行清理。在加工过程中，出现异常问题，出现在哪里，就在哪里打开，准确迅速地排除故障。可打开部份和加热器基体结合部，设计成电接触式，不会因频繁打开，插进发生机械磨损，而引起电参数改变和漏能。

微波开放腔式加热器，能量馈入采用“T”型接头方式，物料由加热器端口进出，端口的几何尺寸不受 1/10 λ约束。当被加工物料几何尺寸确定后，再决定端口的几何尺寸，和相应的群岛滤波器衰减量来控制泄漏能量。

通风结构设计作为本实用新型组成部分，因为通风在微波能应用工程中是个棘手问题，特别是加工粉末状物料时矛盾更突出，由于这个问题不能解决使整个工程仃顿、设备闲置、浪费巨额资金，微波开放腔式加热器解决了这个问题。为扩大设备应用范围，充分发挥设备能力起到重要作用。通风结构，由槽和孔组成，槽分布在两侧，孔则分布在两侧和阶梯缓变截面波导上面。它和相应的通风系统相互作用达到予期目的。

本实用新型利用原设备窄边b展宽的直波导，两端加窄边b展宽的阶梯缓变截面波导构成开放腔，成为开放腔型加热器。它的腔体本身具备了抑制能量泄漏的功能。无须采取任何抑制措施能量不被泄漏。为了加工多种物料在腔体后面，连接群岛滤波器，即可作到低的漏能。因而，它的结构简单。它提高加热效率不是着眼于增加特殊功能的原件，而是利用本身的结构便于生产。馈能采用“T”型接头，扩大了物体通过能力，设计的通风结构扩大了物料加工范围；结构上的局部打开，解决了使用问题。

实用新型具体结构，由以下实施实例及附图给出。图（4）是根据本实用新型提供的微波开放腔式加热器构造图。

下面结合图（4），详细说明本实用新型提供的具体的微波开放腔式加热器细节及工作情况。

微波开放腔式加热器由窄边b展宽的直波导（2）和窄边b展宽的阶梯缓变截面波导（1）组成开放腔，直波导的长度可根据使用的功率和产量的大小，分节相互联接，腔体每节设有可打开部分（4），两侧分布着孔（5）和槽（6）组成通风结构；上面是馈能“T”型接头，渐变阻抗匹配器（3）下面是干负载（7），腔体两端联接，群岛滤波器（8）以一定功率微波源为单位，相同几何长度开放腔式加热器，可串接成大功率的生产线，来满足用户生产量的要求。

微波能经“T”形接头渐变阻抗匹配器（3）馈入由（2）和（1）组成的开放腔进行能量交换，传送带（图中未画出）载物料沿箭头方向进入腔内，先进中吸收微波能量转化成热，水汽经孔（5）和槽（6）及其联接的通风系统（图中未画出）排出，使物料干燥、脱水；当加工过程出现异常现象时，关掉微波源拉开（4）进行处理；开车或加工完一种物料仃车前，短时间内设备处于空载状态，能量由干负载（7）全部吸收，转化成热再次利用；加工全过程的剩余能量一部份由干负载（7）吸收，一部份传输到窄边b展宽的阶梯缓变截面波导，将电场强度提高5－10倍加以利用；由于介质的改变引起腔内波长度变化而泄漏的少量能量，进入紧靠腔体的群岛滤波器（8）加以抑制。

Claims

1、微波开放腔式加热器，由窄边b展宽了的直波导(2)和窄边b展宽了的阶梯缓变截面波导(1)构成开放腔成为开放腔式加热器，直波根据使用功率、产量大小决定其长度分节联接，每节设有可打开部分(4)，两侧分有着孔(5)和槽(6)组成通风结构；它的特征在于两端角锥收口而不闭，敞开的，腔体部分可打开；腔体一端上面装有馈能“T”型接头渐变阻抗匹配器(3)，一端下面装有干负载(7)腔体两端联接群岛滤波器(8)。

2、根据权利要求1所述的微波开放腔式加热器，它由窄边b展宽了的直波（2）和窄边展宽了的阶梯缓变截面波导（1）构成开放腔，它的特征在于两端角锥收口而不闭敞开的；腔体紧接群岛滤波器（8）。

3、根据权利要求1所述的微波开放腔式加热器，窄边b展宽的直波导（2）分节联接，它的特征在于每节设有部分可打开（4），和腔体基体接合部采用电接触。

4、根据权利要求1所述的微波开放腔式加热器，它的特征在于两侧分布着孔（5）和槽（6）组成通风结构。

5、根据权利要求1所述的微波开放腔式加热器，其特征在于一端下面装有干负载（7）。

6、根据权利要求1所述的微波开放腔式加热器，窄边b展宽了的阶梯缓变截面波导（1）其特征在于阶梯缓变的。

7、根据权利要求1、6所述的开放腔式加热器，窄边b展宽了的阶梯缓变截面波导（1），其特征在于阶梯缓变角锥收口，它上面分布着孔（3）。