CN87101881A - 使用微波能的加热装置 - Google Patents

Abstract

借助于微波能加热的装置，该装置包括有至少两个微波发生器(1，2)，每个发生器能给各自馈给波导(3，4)供波。馈给波导(3，4)是功率分配器，它将输入功率基本上相等地分配给至少两个加热感应器(7，8；9，10)，加热感应器(7，8；9，10)相对于馈给波导成一角度延伸。在至少四个加热感应器(7，8；9，10)中的每一个加热感应器的一个侧表面上装有介质板(11，12，13，14)。加热感应器的布置使得所有的介质板都处于同一平面上。

Description

本发明涉及一种借助微波能加热的装置，尤其涉及一种连续给通过加热器的物品，例如在有显著宽度的传送带上输送的食品加热的装置。

具有金属波导的微波加热感应器（其中在金属波导的一个侧表面上嵌有介质板）是本领域的已知技术。瑞典专利说明书366456号描述并用图解说明了一种这样的微波加热感应器。

就这种已知结构的微波加热感应器来说，介质板上方通过的物质是按照从介质板传播出的微波分布来加热的，所发出的微波能的传播波型尤其要受到介质板大小的影响。

大的介质板能产生几种较高波级的波型，因此，就大板来说，板上的能量分布在某种程度上是不受控制的。

对于使用这种微波加热感应器来加热食品，理想地是使用例如有400mm处理或加工宽度的食品传送带，对于这种量级的宽度来说，由于介质板上的能量分布相当不均匀，单独使用一块有400mm或更长长度的介质板是不适合的。

当借助于上文中的微波能加热时，较理想的是在包含有水的管道中送进食品，管道的横断面尺寸具有约400mm的合适处理宽度以及具有相应于食品厚度或食品垂直方向的长度的深度。根据一个实施例，食品包在塑料盒中，塑料盒在给定速度下以可控制方式送入管道。在一种应用中，最好是将食品从约70℃的温度迅速加热到约130℃，并保证精确地达到后一温度（即130℃），使食品全部均匀受热，并在给定的时间范围内维持这一温度。另外，盒子的表面温度一定不 要超过这一温度。由于这个原因和其它原因，最好用管道中的水将食品盒包围起来，食品加热达到的温度必须使水保持在一定压力下，以防止水沸腾蒸发掉。

因而，在这种特殊应用中，微波加热感应器的结构必须能提供均匀的能量分布，也能承受住压力。

为了满足这些条件，微波加热感应器一定是结构紧凑的，甚至在垂直于加工宽度的方向上也是紧凑的。

另外，装置最好是容易维修的，并能使用便宜的磁控管，同时能极大减少所需的功率元件的数量。

本发明满足了所有上述的迫切需要和要求。

上面已参照一个专门的应用领域，即食品加工领域描述了发明背景，然而应该理解，本发明并不仅局限于这个应用领域，而是能够在所有其它需要迅速、均匀地加热送过的物品情况下使用，特别是能够在那些加工宽度相对较大的情况下使用。这里和下文中，较大的加工宽度意味着这个加工宽度大得使仅用一个装有介质板的加热感应器不能达到可控制的均匀加热。

总之，可以说本发明的目的是提供一种紧凑坚固的加热装置，该装置的微波能可以在大表面上均匀分布。

因此，本发明涉及的是用微波能加热物质的装置，该装置包括有微波发生器和由发生器供波的波导，在该波导的一侧边装有介质板，微波通过该板传播，其特征是该装置包括有至少两个微波发生器，在制造每个微波发生器时，使它能给一个馈给波导供波，其中馈给波导是个功率分配器，用来将施加在至少两个加热感应器间的功率基本上相等地分配开，上述加热感应器相对于馈给波导成一角度延伸，其中至少四个加热感应器的每一个在各自的一侧表面上都装有上述那种介质板，并且加热感应器相互间的排列能使所有介质板相互放置在同一平面内。

现参照由附图示意的实施例更详细地描述本发明，其中：

图1表明的是根据本发明的装置，是从装置的工作面方向看去的;

图2透视说明图1中的实线表明的装置，装置的工作面朝下;

图3是图1中A-A线的剖视图;

图4是图1中B-B线的剖视图，是从图1右方看去的;

图5示意出装置的工作面;

图6是表明装置的工作面上方微波能（E）分布的原理图。

图1中线左边表明的是有最简单的形式的本发明装置，该装置以局部剖透视图的方式表示在图2中。

该装置包括有微波发生器，用于给波导提供微波;还有介质板，微波能通过该板辐射或传播。本文中所举实例是以陶瓷板作为介质板。

根据本发明，上述装置包括有至少两个微波发生器1，2，每个都可给馈给波导3，4供波。微波发生器1，2以传统的方式，例如借助孔5，6与馈给波导3，4各自联系在一起。每个馈给波导3，4构成一功率分配器，将提供的功率基本上相等地，分配给至少两个加热感应器7，8;9，10。加热感应器7，8;9，10是相对于波导成一角度延伸的。这样，每个馈给波导3，4给两个加热感应器7，8;9，10供波。在至少四个加热感应器7-10的每个加热感应器的一个侧表面上，都装有上述那种陶瓷板11-14。根据本发明，加热感应器是这样排列的：使所有的陶瓷板相互都处于同一平面上。

借助于设置在各自馈给波导3，4上并位于各自加热感应器与波导相连通位置上的两个耦合装置来获得上述的功率分配，耦合装置是以槽15，16;17，18的形式出现的。这些槽将把供给的功率基本上各一半地平均分配给各自与馈给波导耦合的两个加热感应器。

为达到在两个加热感应器之间调节功率分配的目的，可在馈给波导中槽17，18中间放置金属塞19（图3），金属塞可借助于螺旋接头20固定。此外，为了减少或防止反射波返回磁控管1，可在馈给波导中，于磁控管和槽之间放置金属塞21。

每个磁控管最好以约2450MHZ的频率工作，然而每个磁控管的工作频率应稍稍不同于另一个磁控管相应的工作频率，从而避免相互邻近的陶瓷板之间的联系。另外，由同一个馈给波导供波的加热感应器，其耦合位置之间的相互距离最好大于λ/2，其中λ是馈给波导中产生的微波波长。

如上所述，每个加热感应器包括有一块陶瓷板，微波能通过该板传播出去。

加热感应器中波导阻抗适合于使陶瓷板在负荷状态时，即当要加热的物品放在陶瓷板外边时，微波能将通过陶瓷板进入物品，因而加热物品

如上所述，关于使用装有陶瓷板的波导的基本技术，在瑞典专利说明书366456号中已进行了描述并作了图解说明。

为了在陶瓷板外获得较高的功率，加热感应器装有金属调节板，该板大致与陶瓷板相对地放置。

在一定情况下，加热感应器有断面为a×b的矩形形状，这里a一般大致等于2b。加热感应器有TE₁₀-波型的微波。然而在磁控管天线5，6，金属塞19，21，槽15-18，调节板22和陶瓷板11-14附近也激发其它波型，但是利用将这些波型的能量转换为TE₁₀-波型的方法可使这些波型减弱。

加热感应器在槽附近短路，槽末端是处于波传播方向上的陶瓷板。在加热感应器内装入一壁板23，可使加热感应器获得所需的长度。

整个装置除陶瓷板外，都由金属制成，最好是用铝。

尤其从图1和图2可以看出，加热感应器7-10是相互邻近并平行设置的。

根据本发明的一个最佳实施例，每个加热感应器的延伸方向与邻近的加热感应器的延伸方向相反。此外，根据一个最佳实施例，加热感应器和陶瓷板是这样设置的：由馈给波导3供波的板11，12相对于另一个由馈给波导4供波的板13，14错位放置，使板11-14整体看来构成了一个相当于国际象棋盘那样的图案，然而其中每块板与相邻的板有一定间隔。

相应地，馈给波导也相互隔开一定距离平行延伸，加热感应器从与之相关联的馈给波导向着另一波导延伸。

上述的机构布置，提供了特别紧凑并坚固耐用的设备，该设备有较宽的工作表面，而与此同时磁控管位于表面的一侧，这种布置是从有利于维修的角度考虑的。

图5说明了一个实施例，其中的工作表面是将图1中的实线表示的装置和图1中点划线表示的装置组合起来所得到的工作表面。应容易理解到，以图1表明的方式，将该装置与另外的上下叠置的装置一起展宽，而所有的磁控管都位于沿工作表面一侧的一条线上，这样可得到更大的工作表面。

根据本发明的一个实施例，装置的前板（即陶瓷板固定在其上的板），为所有的加热感应器所共有，这使装置能承受住相当的压力。在相互邻近的加热感应器之间设置的壁板形成了起加强前板作用的腹板结构。为了在陶瓷板和前板24之间获得气密连接，可在前板上装有复盖整个前板的塑料外罩25。

图4中以虚线表示塑料外罩25，塑料外罩由可穿透微波的材料制成，例如聚四氟乙烯（特氟隆）、聚丙烯或聚乙烯。

如上所述，本装置最好由铝制成。根据本发明的一个最佳实施例，为了在各种部件之间实现不透波的连接，借助盐浴焊接工艺将这些部件连接在一起。

介质板可由各种材料制成，由于陶瓷材料具有可将适合的微波特性与它的高机械强度和好的抗化学性结合起来的优点，因此目前这种材料是最为适用的。一种特别适用的这种材料是烧结氧化铝（Al₂O₃，99%）。

本装置除了提供大的工作表面和不透波性并能承受表压外，还容易看到，与传播装置中每个加热感应器从单独一个磁控管供波的情况相比，本发明的装置所需要的磁控管数量和与之相关联的功率元件数量只为前者一半。

在上文中提到，每个磁控管通过馈给波导给两个加热感应器供波，然而应理解到，沿馈给波导轴线延长部分可设置两个以上的槽，因而可给两个以上的加热感应器供波。此外，也可不使用槽而用其它耦合设施，例如一连串孔、环孔、感应圈或以其它某种方式构成的所谓的耦合通路。

如上所述，图5说明了由四个馈给波导3，4，26，27供波的一个工作表面的实施例。要加热的物品沿箭头28的方向，即X-Y平面中Y方向通过表面24。

两个装置适于相隔一定距离放置，其工作表面24相互面对面放置，物品在工作表面24间形成的间隔中传送。

图6中的实曲线示意地说明了沿图5中D-D线的板11，12，29，30上方微波能的分布情况。从曲线可看出，能量密度在各个板的中央最大，并且朝板的边缘方向减小。

图6中的虚曲线示意地说明了沿图5中C-C线的板13，14，31，32上方微波能的分布情况。由于物品以箭头28的方向传送，物品将由板13，14，31，32传送的微波能和由板11，12，29，30传送的微波能加热，因此板和板之间通过的物品中产生的热能将相当于两条曲线的和。

根据物品中产生的热量被平衡到某一程度这一事实可以看出，本发明的装置使通过的物品的温度极为均匀地增加。

图4中示意地说明了包含有食品的塑料盒33，该盒距板11一定距离通过板11。

在本发明最理想的应用或使用中，食品在微波能透过的盒中加热，该盒被传送并通过工作表面。盒子由处于压力状态的水所围绕。由于食品和水对于微波有类似的性质，食品很均匀地受热，同时避免了角落和边缘效应。盒子与周围的水进行热交换，盒子的表面也保持较低温度。

这样，当实施本发明时，有可能在大的处理宽度或大的区域上达到均匀的功率分布，同时功率分布不易受负荷变化的影响。

因此，有可能使食品从70℃的温度迅速地加热并精确地加热到130℃的最终温度。处理宽度，即图5中X方向上的前板宽度可为400mm。

因而很明显，本发明满足了引言部分提到的迫切需要，本发明对所列举的问题也给出了解决方案。

上文中已参照几个实施例描述了本发明，然而应理解到，在这方面还能作出一些改进，例如两个以上的加热感应器可与每个馈给波导相连接。此外，陶瓷板可以不同于所显示和所描述的形式放置，馈给波导可相对于加热感应器不成90°放置等等。

另外，装有多个介质板的工作表面可以不是上述的平表面而是弯曲的表面。在这种情况下，加热感应器和馈给波导也将是弯曲的。

这样，由于可在权利要求范围内进行改进，所以本发明并不只限于上述所举实施例。

Claims (10)

1、一种借助于微波能加热的装置，包括有微波发生器，用来给波导供波，在该波导的一侧边装有介质板，微波通过该板传播，其特征是，该装置包括有至少两个微波发生器(1，2)，每个微波发生器用来给馈给波导(3，4)供给微波能；其中馈给波导(3，4)是功率分配器，用来将输入功率基本上相等地分配给至少两个加热感应器(7，8，9，10)，加热感应器相对于馈给波导成一角度延伸；其中至少四个加热感应器(7，8；9，10)的每一个在各自的一侧边装有上述那种介质板(11，12，13，14)；其中加热感应器相互间的定位使所有的介质板(11，12，13，14)都处于同一平面。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述加热感应器（7，8;9，10）相互邻近并平行放置，其中每个加热感应器的延伸方向与相邻的加热感应器的延伸方向相反。

3、根据权利要求1或2所述的装置，其特征是所述馈给波导（3，4）相互平行并间隔一定距离延伸，其中所述加热感应器（7，8;9，10）从其相关联的馈给波导（3;4）以朝向另一馈给波导（4;3）的方向延伸。

4、根据权利要求1、2或3所述的装置，其特征是前板（24）为所有加热感应器（7，8;9，10）所共有，所述前板（24）形成了有各介质板（11，12;13，14）设置在其上的侧表面。

5、根据权利要求4所述的装置，其特征是，前板（24）由能透过微波的塑料外罩（25）所复盖。

6、根据权利要求1、2、3、4或5所述的装置，其特征是，加热感应器（7，8;9，10）由铝制成，各种部件借助盐浴焊接连接在一起。

7、根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的装置，其特征是，由所述馈给波导之一（3）供波的介质板（11，12）相对于由所述波导的另一个（4）供波的介质板（13，14）错位放置，这样，板（11，12;13，14）形成相当于国际象棋盘那种形状的图案，其中每块介质板与相邻的介质板分隔开。

8、根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的装置，其特征是，沿同一个馈给波导（3;4）方向，相关加热感应器（7，8;9，10）的两个相邻连接定位点（15，16;17，18）间的距离大于λ/2，其中λ是产生的微波能的波长。

9、根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的装置，其特征是，每个微波发生器（1，2）具有与另一个微波发生器的频率不同的频率，所述的频差最好较小。

10、根据前述任一权利要求所述的装置，其特征是，介质板由陶瓷材料制成。

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