微波開放腔式加熱器的製作方法

2023-05-18 13:40:41

專利名稱：微波開放腔式加熱器的製作方法
技術領域：
本實用新型，是運用緩變截面波導理論，設計的微波開放腔式加熱器，用來加工粉末狀、顆粒狀、塊狀、片狀介質物料，用於對藥品、食品、化工、水產品、紡織品、飼料、紙張類以及橡膠再生連續加熱、乾燥或消毒、滅菌之用。
由於介質在微波場中能夠瞬時升溫，加熱、乾燥的場合易於實現連續化、自動化生產，在國民經濟中獲得廣泛應用；運用微波的熱效應、場致效應能夠在低溫條件下將病毒、病菌殺死，又不破壞物質結構和性能，為消毒、滅菌提供了新手段。為此設計了各種加熱裝置，目前用的最普遍的，是「TheJouruolofMicrowdvePower，Vol.lo，No41975，P451」提供的平板型加熱器如圖(1)示。但這一設備存在著結構複雜，埠能量洩漏抑制困難，不能適應多種物料的加工，通風以及使用上的一些問題。
這種裝置，是將標準波導窄邊b展寬4λ，能量由波導一端饋入，另一端則作為物料出口埠，屬于波導型行波加熱裝置。出口埠，實際上是初級天線輻射器，在不加物料時會將全部能量輻射出去，在加進物料時也將剩餘能量全部輻射出去。微波能量輻射在周圍空間不僅僅是能量上的浪費，強的能量對人體是有害的，所以漏能是微波應用設備主要指標之一。因此各國制定了能量洩漏標準，我國規定，在距操作位置3米處不能超過50μW／cm2。為保證這個指標必須採取複雜的抑制措施，常常聯合運用幾種抑制部件，層層設防，但由於埠能量很強，仍出現打火現象，生產廠家往往在埠壁面加石墨、水泥之類吸收材料和布設水管。尤其是布設水管，還必須加一系列輔助設備，而這些都加價到用戶身上，在推廣應用上遇到問題。
由於將波導窄邊b展寬，內部電場強度大大降低，從而使微波能轉化的熱效率非常低，為解決這個問題，內部加許多電抗元件，這樣作又帶來新問題電抗元件往往將局部能量集中引起局部物料過熱，增加著火的因素破壞加工的均勻性，特別是加工寬的物料時，實際上在同一截面出現明顯的溫差梯度。由於電抗元件加入生產廠家整機調試非常困難，拉長生產周期，亦給用戶增加維護、使用困難。
這種裝置，物料由標準波導寬邊中心進入，而中心開口在應用頻率確定後，一般只能開 1/10 λ，超過這個限度，能量就被輻射出來。由於開口幾何幾寸的限制決定了這種裝置只能用在有限的場合，如，編織物、紙類、片狀物料加工，不能發揮設備的能力。
為能空載開車以及工作過程中吸收剩餘能量，這種裝置都有水負載，水始終開著白白流失，在當前保護水資源情況下是不允許的，在不具條件的地方無法應用。
這種裝置在使用上存在著無法解決的問題。由於結構上是封閉的，一體的，內部不能清理，在加工不同物料時矛盾更突出，不同種物料混雜引起質量問題；再者尤其是加熱裝置本身打火或其他因素引起物料燃燒，束手無措，這時消滅明火往往提高車速將物料傳輸外面，但車速提高又助長火勢，只能等待物料燒盡，傳送帶燒壞，所以傳送帶經常更換，用戶反映強烈。
面臨上述問題，本實用新型提供一種微波開放腔式加熱器，它能有效地解決埠漏能；不加電抗元件提高加熱效率；解決使用上的問題；改變饋能方式和通風結構。適應多種物料加工充分發揮設備能力。
本實用新型的目的是這樣實現的將行波型加熱裝置改為諧振腔型——開放腔式加熱器。
開放腔式加熱器，由窄邊b展寬的直波導，兩邊加窄邊b展寬的階梯緩變截面波導構成開放腔，成為開放腔式加熱器。它的特徵是兩端角錐收口而不閉，敞開的。直波導可根據使用功率、產量大小決定其長度分節聯接。
窄邊b展寬的階梯緩變截面波導，是開放腔式加熱器主要部件如圖(2)示。正是由於運用這個部件，使本實用新型成為一種新型加熱器，理論上，結構上都不同於前者。
開放，是對封閉而言。傳統的諧振腔四周都用金屬封閉，腔內被激勵的波場碰到金屬壁而被反射回來，能量緊固在腔內不能洩漏；在開放腔中除側面仍用金屬壁包圍外，在軸向不用金屬封閉，而是依賴於兩端窄邊b展寬的階梯緩變波導面，在軸向受到反射，因而，對一些模式仍能實現諧振。所以稱為開放式諧振腔，是指軸向兩端面，在幾何結構上是開的，當窄邊b展寬的階梯緩變截面波導足夠長時，能量洩漏不出來。根據這一原理設計的本實用新型，按單一的物料設計的腔體，儘管埠是敞開的，能量洩漏不出來。只要在窄邊展寬的階梯緩變截面波導後面，採取簡單地抑制措施。例如加群島濾波器，就可加工多種物料，實測埠漏能很容易作到國家標準的 1/10 (微瓦)。這種結構形式的配合，在微波能應用中具有普遍意義；凡是連續性加熱裝置具有進出埠的設備，均可有效地抑制能量洩漏，提供了簡單、行之有效的地防止能量洩漏的技術。階梯緩變截面波導設計成即是階梯又是緩變的，兩者配合。階分為三個，它的幾何尺寸是根據應用中心頻率，鄰近的幾個主要諧波波長而定，緩變部分則要求使多個諧波都能截止在埠以內。在結構上，兩者結合可縮短這個部件的幾何尺寸。它的工作原理是這樣的當微波傳輸到這裡時，波，邊振蕩邊衰減，並截止在埠以內。
本實用新型通過壓縮波導寬面a；利用窄邊b展寬的階梯緩變截面波導的作用；利用幹負載的作用提高加熱效率。
微波應用物料單位體積吸收微波能量多少，是決定加熱裝置的加熱效率高低的主要參數。單位體積吸收能量Pa＝ 5/9 E2fErtgδ×10－10(瓦／釐米2)，在加熱物料已定，應用頻率已定後，就要謀求高的電場強度E。本實用新型電場強度E(E＝Em／
)由下式決定Em2＝ (480π)/(ab) 。 (λg)/(λ) P(其中a、b分別為加熱器的寬邊和窄邊；λg、λ分別為導內波長和自由空間波長；P為應用功率)微波開放腔式加熱器腔體幾何尺寸，應用2450兆赫時，不採用傳統的BJ－22波導，而採用∏H－26波導，僅此提高電場強度1.3倍，加熱效率提高1.7倍。
任何形式的加熱裝置，由於負載很重，能量實際上在饋能口一定範圍很強，遠離饋能口，能量逐漸減弱，不能充分利用。本實用新型，利用窄面b展寬的階梯緩變截面波導將末端電場強度提高原來的5－10倍。
眾所周知，微波能應用工程中，常常藉助於外面少量熱風能夠顯著提高加熱效率，本實用新型設計的幹負載，吸收空載全部能量轉變的熱和工作過程中剩餘能量傳化的熱來提高加熱效率。使用幹負載還帶來另外的好處一方面幹負載的熱量提高加熱器本身的溫度，這樣水汽接觸時，減少結露的機會。避免因水滴引起物料局部過熱，甚至燃燒，增加整個系統的穩定性。一方面拋棄自來水，節約水資源和為其服務的輔助設施，使不具備這些條件的地方鄉鎮、社隊企業能夠應用。
本實用新型結構上部份可打開，如圖(3)示。為實用提供方便。當加工物料更換時，可將加熱器部份打開，進行清理。在加工過程中，出現異常問題，出現在哪裡，就在哪裡打開，準確迅速地排除故障。可打開部份和加熱器基體結合部，設計成電接觸式，不會因頻繁打開，插進發生機械磨損，而引起電參數改變和漏能。
微波開放腔式加熱器，能量饋入採用「T」型接頭方式，物料由加熱器埠進出，埠的幾何尺寸不受 1/10 λ約束。當被加工物料幾何尺寸確定後，再決定埠的幾何尺寸，和相應的群島濾波器衰減量來控制洩漏能量。
通風結構設計作為本實用新型組成部分，因為通風在微波能應用工程中是個棘手問題，特別是加工粉末狀物料時矛盾更突出，由於這個問題不能解決使整個工程仃頓、設備閒置、浪費巨額資金，微波開放腔式加熱器解決了這個問題。為擴大設備應用範圍，充分發揮設備能力起到重要作用。通風結構，由槽和孔組成，槽分布在兩側，孔則分布在兩側和階梯緩變截面波導上面。它和相應的通風系統相互作用達到予期目的。
本實用新型利用原設備窄邊b展寬的直波導，兩端加窄邊b展寬的階梯緩變截面波導構成開放腔，成為開放腔型加熱器。它的腔體本身具備了抑制能量洩漏的功能。無須採取任何抑制措施能量不被洩漏。為了加工多種物料在腔體後面，連接群島濾波器，即可作到低的漏能。因而，它的結構簡單。它提高加熱效率不是著眼於增加特殊功能的原件，而是利用本身的結構便於生產。饋能採用「T」型接頭，擴大了物體通過能力，設計的通風結構擴大了物料加工範圍；結構上的局部打開，解決了使用問題。
實用新型具體結構，由以下實施實例及附圖
給出。圖(4)是根據本實用新型提供的微波開放腔式加熱器構造圖。
下面結合圖(4)，詳細說明本實用新型提供的具體的微波開放腔式加熱器細節及工作情況。
微波開放腔式加熱器由窄邊b展寬的直波導(2)和窄邊b展寬的階梯緩變截面波導(1)組成開放腔，直波導的長度可根據使用的功率和產量的大小，分節相互聯接，腔體每節設有可打開部分(4)，兩側分布著孔(5)和槽(6)組成通風結構；上面是饋能「T」型接頭，漸變阻抗匹配器(3)下面是幹負載(7)，腔體兩端聯接，群島濾波器(8)以一定功率微波源為單位，相同幾何長度開放腔式加熱器，可串接成大功率的生產線，來滿足用戶生產量的要求。
微波能經「T」形接頭漸變阻抗匹配器(3)饋入由(2)和(1)組成的開放腔進行能量交換，傳送帶(圖中未畫出)載物料沿箭頭方向進入腔內，先進中吸收微波能量轉化成熱，水汽經孔(5)和槽(6)及其聯接的通風系統(圖中未畫出)排出，使物料乾燥、脫水；當加工過程出現異常現象時，關掉微波源拉開(4)進行處理；開車或加工完一種物料仃車前，短時間內設備處於空載狀態，能量由幹負載(7)全部吸收，轉化成熱再次利用；加工全過程的剩餘能量一部份由幹負載(7)吸收，一部份傳輸到窄邊b展寬的階梯緩變截面波導，將電場強度提高5－10倍加以利用；由於介質的改變引起腔內波長度變化而洩漏的少量能量，進入緊靠腔體的群島濾波器(8)加以抑制。
權利要求1.微波開放腔式加熱器，由窄邊b展寬了的直波導(2)和窄邊b展寬了的階梯緩變截面波導(1)構成開放腔成為開放腔式加熱器，直波根據使用功率、產量大小決定其長度分節聯接，每節設有可打開部分(4)，兩側分有著孔(5)和槽(6)組成通風結構；它的特徵在於兩端角錐收口而不閉，敞開的，腔體部分可打開；腔體一端上面裝有饋能「T」型接頭漸變阻抗匹配器(3)，一端下面裝有幹負載(7)腔體兩端聯接群島濾波器(8)。
2.根據權利要求1所述的微波開放腔式加熱器，它由窄邊b展寬了的直波(2)和窄邊展寬了的階梯緩變截面波導(1)構成開放腔，它的特徵在於兩端角錐收口而不閉敞開的；腔體緊接群島濾波器(8)。
3.根據權利要求1所述的微波開放腔式加熱器，窄邊b展寬的直波導(2)分節聯接，它的特徵在於每節設有部分可打開(4)，和腔體基體接合部採用電接觸。
4.根據權利要求1所述的微波開放腔式加熱器，它的特徵在於兩側分布著孔(5)和槽(6)組成通風結構。
5.根據權利要求1所述的微波開放腔式加熱器，其特徵在於一端下面裝有幹負載(7)。
6.根據權利要求1所述的微波開放腔式加熱器，窄邊b展寬了的階梯緩變截面波導(1)其特徵在於階梯緩變的。
7.根據權利要求1、6所述的開放腔式加熱器，窄邊b展寬了的階梯緩變截面波導(1)，其特徵在於階梯緩變角錐收口，它上面分布著孔(3)。
專利摘要本實用新型提供了一種新型結構的微波開放腔式加熱器；由窄邊b展寬的直波導，兩端加窄邊b展寬了的階梯緩變截面波導，構成開放腔，成為開放腔式加熱器，腔體後面接有群島濾波器。它的特徵是兩端角錐收口而不閉，敞開的，腔體本身具有抑制能量洩漏功能。腔體局部是可打的，便於使用、操作處理故障。通風結構能夠保證加工粉末狀物體；幹負載吸收能量主動利用，而不是廢棄。
文檔編號F26B3/347GK2041797SQ8820781
公開日1989年7月26日 申請日期1988年7月5日 優先權日1988年7月5日
發明者趙鳳欣 申請人:趙鳳欣