本發(fā)明屬于食品加工新技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微波加熱方法及智能微波系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

微波是指頻率范圍在300MHz—300GHz之間的電磁波。微波已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代的雷達(dá)及通信技術(shù)領(lǐng)域。除應(yīng)用于除通信外，微波對介電物質(zhì)的加熱特性使其成為食品熱加工的新技術(shù)。傳統(tǒng)的熱加工方法是用高溫滅菌鍋以熱水或蒸汽為熱源，將包裝好的食品在121.1℃的熱水或蒸汽中被加熱60-90分鐘以滅活腐敗性致病菌保證食品的安全性。在熱處理過程中，伴隨著致病菌的滅活，食品營養(yǎng)及感官品質(zhì)因受熱而下降。理論上，提高滅菌溫度，降低加熱時間可以在保證微生物致死率的前提下，提高食品品質(zhì)，但是傳統(tǒng)的熱水或蒸汽加熱方法是以從外至內(nèi)的溫度差為動力傳遞熱量，受限于食品較低的傳熱系數(shù)，該方法加熱不均勻且耗時較長，因此傳統(tǒng)的熱加工方法難以在保證食品安全的同時大幅提高食品的品質(zhì)。隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快，傳統(tǒng)的加工食品已經(jīng)不能滿足人們對高品質(zhì)、便捷食品的需求，因此各種新的科學(xué)技術(shù)被嘗試應(yīng)用到食品領(lǐng)域以生產(chǎn)安全、高質(zhì)、長保質(zhì)期的產(chǎn)品，其中微波加熱技術(shù)被視為最具有產(chǎn)業(yè)化前景的加熱技術(shù)。

微波加熱技術(shù)雖然已經(jīng)在家用微波爐中廣泛應(yīng)用，但是在工業(yè)滅菌方面受限于技術(shù)及裝備，至今沒有推廣。微波滅菌技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中還存在諸多技術(shù)難題，如加熱不均勻，冷點位置不固定等。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種微波加熱方法及智能微波系統(tǒng)，解決了微波加熱技術(shù)無法工業(yè)化推廣及加熱不均勻、冷點不固定的問題。

本發(fā)明可通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種微波加熱方法，包括：

步驟一，在預(yù)熱腔內(nèi)注入水，利用第一水循環(huán)系統(tǒng)將預(yù)熱腔內(nèi)的水加熱直至達(dá)到預(yù)熱溫度，將待加熱的食品裝入食品載體，將所述食品載體一個個堆疊在一起放入預(yù)熱腔；

步驟二，在恒溫殺菌腔和一個或多個微波加熱腔內(nèi)注入水，利用微波將微波加熱腔內(nèi)的水進(jìn)行加熱，直至水溫達(dá)到加熱殺菌溫度，利用第二水循環(huán)系統(tǒng)使水溫維持在加熱殺菌溫度；

步驟三，達(dá)到預(yù)熱時間后，利用食品加載裝置將完成預(yù)熱堆疊在一起的多個食品載體提升，然后一個接一個平推放入微波加熱腔內(nèi)，對食品進(jìn)行微波加熱并使食品載體在微波加熱腔內(nèi)移動；

步驟四，待食品完成微波加熱后，利用食品加載裝置將食品載體一個接一個平推放入恒溫殺菌腔內(nèi)；

步驟五，在冷卻腔內(nèi)注入水，利用第三水循環(huán)系統(tǒng)將冷卻腔內(nèi)的水達(dá)到冷卻溫度，達(dá)到殺菌時間后，利用食品加載裝置將恒溫殺菌腔內(nèi)的食品載體一個接一個平推放入冷卻腔內(nèi)；

步驟六，食品在冷卻腔內(nèi)達(dá)到冷卻時間后，利用食品加載裝置將食品載體一個接一個移出冷卻腔。

進(jìn)一步，所述預(yù)熱溫度為30度到60度，所述加熱殺菌溫度為90度到125度，所述冷卻溫度為0度到25度。

進(jìn)一步，所述預(yù)熱時間為15-40分鐘，所述殺菌時間為3-15分鐘，所述冷卻時間為5-10分鐘。

進(jìn)一步，所述食品載體在微波加熱腔內(nèi)的移動速度為2-10m/min。

一種基于如上所述的微波加熱方法的智能微波系統(tǒng)，所述智能微波系統(tǒng)能夠控制食品加載裝置將食品移進(jìn)/移出預(yù)熱腔，一個或多個微波加熱腔、恒溫殺菌腔和冷卻腔及在各腔體中的移動，對預(yù)熱腔、一個或多個微波加熱腔和恒溫殺菌腔、冷卻腔內(nèi)部的各水循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)水的水流速度和水溫進(jìn)行實時監(jiān)控以及控制微波發(fā)生功率。

進(jìn)一步，所述智能微波系統(tǒng)包括控制器，

所述控制器和微波發(fā)生器相連，用于控制微波功率；

所述控制器和預(yù)熱水泵相連，用于控制所述預(yù)熱腔的水流速度，所述控制器和預(yù)熱熱交換器相連，用于控制所述預(yù)熱腔的水溫；

所述控制器和加熱水泵相連，用于控制所述多個微波加熱腔和恒溫殺菌腔的水流速度，所述控制器和加熱熱交換器相連，用于控制所述多個微波加熱腔和恒溫殺菌腔的水溫；

所述控制器和冷卻水泵相連，用于控制所述冷卻腔的水流速度，所述控制器和冷卻熱交換器相連，用于控制所述冷卻腔的水溫；

所述控制器和提升伺服電機(jī)相連，用于將堆疊在一起的多個食品載體提升一個接一個平推放入微波加熱腔內(nèi)；所述控制器和傳送伺服電機(jī)相連，用于將食品載體一個接一個從微波加熱腔平推進(jìn)入恒溫殺菌腔，再從恒溫殺菌腔平推進(jìn)入冷卻腔以及在微波加熱腔、恒溫殺菌腔和冷卻腔內(nèi)的移動速度。

進(jìn)一步，所述控制器根據(jù)設(shè)置在預(yù)熱腔內(nèi)的預(yù)熱溫度傳感器的反饋控制水溫維持在預(yù)熱溫度；所述控制器根據(jù)設(shè)置在恒溫殺菌腔內(nèi)的加熱溫度傳感器的反饋控制水溫維持在加熱殺菌溫度；所述控制器根據(jù)設(shè)置在冷卻腔內(nèi)的冷卻溫度傳感器的反饋控制水溫維持在冷卻溫度。

進(jìn)一步，所述控制器根據(jù)設(shè)置在預(yù)熱腔內(nèi)定時器的反饋控制預(yù)熱時間；

進(jìn)一步，在預(yù)熱腔、恒溫殺菌腔和一個或多個微波加熱腔、冷卻腔內(nèi)的水流速度是勻速的；食品載體在一個或多個微波加熱腔、恒溫殺菌腔和冷卻腔內(nèi)的移動速度也是勻速的且根據(jù)食品的不同設(shè)置不同的移動速度。

本發(fā)明有益的技術(shù)效果在于：

借助食品加載裝置和智能微波系統(tǒng)，實現(xiàn)了微波加熱的工業(yè)化應(yīng)用；利用獨(dú)立的水循環(huán)系統(tǒng)，提高了食品加熱質(zhì)量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明加熱腔體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明食品加載裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明微波加熱腔立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明微波加熱腔側(cè)視示意圖；

圖6為本發(fā)明喇叭口和振蕩腔立體結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-預(yù)熱腔，2-微波加熱腔，3-恒溫殺菌腔，4-冷卻腔、5-預(yù)熱出水口、6-預(yù)熱進(jìn)水口、7-加熱出水口、8-加熱進(jìn)水口、9-冷卻出水口、10-冷卻進(jìn)水口、11-預(yù)熱水泵、12-預(yù)熱熱交換器、13-加熱水泵、14-加熱熱交換器、15-冷卻水泵、16-冷卻熱交換器、17-食品載體、18-伺服電機(jī)提升平推裝置、19-水平鏈條裝置、20-殺菌鏈條裝置、21-冷卻鏈條裝置、22-軸突、23-金屬屏蔽板、24-鏈條、25-喇叭口、26-振蕩器、27-微波調(diào)節(jié)器、28-波導(dǎo)系統(tǒng)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及較佳實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實施方式。

如圖1所示，本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。一種微波加熱智能化裝置，包括微波發(fā)生器、波導(dǎo)系統(tǒng)、加熱腔體、食品加載裝置和智能微波系統(tǒng)，該裝置以大功率微波源為能量，通過波導(dǎo)系統(tǒng)將微波源導(dǎo)入加熱腔體，將包裝食品迅速加熱，滅菌。微波源的頻率為890-940MHz和2400-2500MHz之間，頻率波動小于2MHz。

如圖2所示，加熱腔體分為四個部分：預(yù)熱腔1，多個微波加熱腔2，恒溫殺菌腔3和冷卻腔4。整個腔體為不銹鋼材料制作。這四個部分均注滿不同溫度的水，包裝好的食品通過食品加載裝置在水中依次通過這四個部分，這四個部分均有獨(dú)立的水循環(huán)系統(tǒng)，每個部分的水溫可根據(jù)需要設(shè)置，每個部分設(shè)溫度監(jiān)控點，外部配熱交換器以實時調(diào)節(jié)水溫，并且系統(tǒng)內(nèi)部可根據(jù)水溫不同設(shè)置不同的壓力，從0到0.3MPa。

預(yù)熱腔和第一個微波加熱腔通過第一隔板隔斷，恒溫殺菌腔和冷卻腔之間通過第二隔板隔斷，第一隔板和第二隔板固定在腔體底部且和腔體頂部不接觸，各個微波加熱腔和恒溫殺菌腔之間相通。

在預(yù)熱腔下部設(shè)置預(yù)熱進(jìn)水口5，上部設(shè)置預(yù)熱出水口6，在預(yù)熱進(jìn)水口5和預(yù)熱出水口6之間通過預(yù)熱水泵11和預(yù)熱熱交換器12相連，水循環(huán)系統(tǒng)利用預(yù)熱水泵11和預(yù)熱熱交換器12完成水在預(yù)熱腔內(nèi)部循環(huán)流動且保持水溫穩(wěn)定；在第一微波加熱腔下部設(shè)置加熱進(jìn)水口7，在恒溫殺菌腔上部設(shè)置加熱出水口8，在加熱進(jìn)水口7和加熱出水口之間8通過加熱水泵13和加熱熱交換器14相連，水循環(huán)系統(tǒng)利用加熱水泵13和加熱熱交換器14完成水在微波加熱腔和恒溫殺菌腔內(nèi)部循環(huán)流動且保持水溫穩(wěn)定；在冷卻腔下部設(shè)置冷卻進(jìn)水口9，上部設(shè)置冷卻出水口10，在冷卻進(jìn)水口9和冷卻出水口10之間通過冷卻水泵15和冷卻熱交換器16相連，水循環(huán)系統(tǒng)利用冷卻水泵15和冷卻熱交換器16完成水在冷卻腔內(nèi)部循環(huán)流動且保持水溫穩(wěn)定。

預(yù)熱腔是利用預(yù)熱熱交換器對其內(nèi)的水進(jìn)行加熱，直至達(dá)到預(yù)熱溫度(一般30-60度)，然后將食品放入進(jìn)行預(yù)熱，靜置一段時間(一般15-40分鐘)使其各部分擁有均勻的初始溫度。

微波加熱腔上下具有對稱的兩個加熱窗口，通過波導(dǎo)系統(tǒng)28將微波從微波發(fā)生器傳送到微波加熱腔，先由水平功率分配器將微波分為兩個部分，再將每個部分由垂直功率分配器分為上下兩個部分，分別從上下透過微波加熱腔的加熱窗口進(jìn)入微波加熱腔，該加熱窗口由工程塑料密封，在微波進(jìn)入的同時，防止微波加熱腔內(nèi)水分流出。食品經(jīng)過微波加熱，溫度快速升高到目標(biāo)加熱殺菌溫度(90度到125度)。每個微波加熱腔的設(shè)置要求內(nèi)壁光滑，波腔窗口材料是耐高壓的，窗口大小是可調(diào)節(jié)的。

恒溫殺菌腔：食品經(jīng)過微波加熱后，在加熱滅菌溫度下的水中保持一定時間(一般3-15分鐘)以達(dá)到預(yù)計的滅菌效果即微生物致死率。

冷卻腔是利用冷卻熱交換器將其內(nèi)的水進(jìn)行加熱，直至達(dá)到冷卻溫度(0-25度)，將已達(dá)到滅菌效果的食品在冷卻腔內(nèi)進(jìn)行快速冷卻，一般5-10分鐘。

本發(fā)明以工業(yè)化生產(chǎn)為目標(biāo)，整個裝置的食品流動通過食品加載裝置實現(xiàn)。該裝置采用非傳送帶設(shè)計，利用特殊設(shè)計的食品載體，一次將N個食品完成加熱流程，可實現(xiàn)連續(xù)操作。如圖3所示，該食品加載裝置包括食品載體17，設(shè)置在預(yù)熱腔1的伺服電機(jī)提升平推裝置18，設(shè)置在微波加熱腔2的水平鏈條裝置19，設(shè)置在恒溫殺菌腔3的殺菌鏈條裝置20和設(shè)置在冷卻腔4的冷卻鏈條裝置21，殺菌鏈條裝置20和冷卻鏈條裝置21的運(yùn)動方向相反的。

如圖4和圖5所示，為了消除鏈條對微波分布的影響，在每個微波加熱腔2內(nèi)部兩側(cè)沿長度方向均設(shè)置有設(shè)有金屬屏蔽板23。該金屬屏蔽板23可移動地固定在微波加熱腔2底部，不高于微波加熱腔頂部。水平鏈條裝置的鏈條設(shè)置在微波加熱腔兩側(cè)的腔體和金屬屏蔽板23之間，食品載體17兩側(cè)設(shè)置多個軸突22，食品載體通過軸突22和鏈條24相連，鏈條上設(shè)置有多個凹口，軸突穿過金屬屏蔽板23上方和鏈條上的凹口可拆卸地將食品載體固定。

本發(fā)明的整個裝置中食品流動如下：

預(yù)熱腔：首先，將待加熱的食品裝入食品載體里，然后將食品載體一個個疊加在一起，放入預(yù)熱腔里預(yù)熱；當(dāng)達(dá)到預(yù)熱時間后，伺服電機(jī)提升平推裝置將疊加在一起的多個食品載體提升，再利用該裝置中的長氣缸，將食品載體一個個平推穿過第一隔板進(jìn)入第一微波加熱腔，放入微波加熱腔內(nèi)的水平鏈條裝置上；

微波加熱腔：該水平鏈條裝置的鏈條上的凹口和食品載體的軸突配合固定，從而有鏈條帶動食品載體在腔體內(nèi)部運(yùn)動，一般運(yùn)行速度為2-10m/min；當(dāng)完成加熱后，食品載體在鏈條的帶動下，到達(dá)最后一個微波加熱腔和恒溫殺菌腔的結(jié)合處，此時利用水平鏈條裝置的長氣缸，將食品載體平推至恒溫殺菌腔的殺菌鏈條裝置上；

恒溫殺菌腔：落在殺菌鏈條裝置的鏈條上食品載體，在鏈條的帶動下，在腔體內(nèi)部緩慢移動；當(dāng)完成殺菌后，食品載體運(yùn)動到恒溫殺菌腔和冷卻腔的結(jié)合處，此時食品載體脫離鏈條落在下方的平板，利用殺菌鏈條裝置中設(shè)置在該平板下方的氣缸，將食品載體提升至第二隔板上方，再利用另一個氣缸將食品載體平推跨過第二隔板進(jìn)入冷卻腔的冷卻鏈條裝置上；

冷卻腔：落在冷卻鏈條裝置的鏈條上食品載體，在鏈條的帶動下，在腔體內(nèi)部緩慢移動直至完成冷卻移出該腔體，最終完成食品加熱。

整個系統(tǒng)的運(yùn)行由智能微波系統(tǒng)控制：包括運(yùn)行時的功率設(shè)置、食品的移動速度、閥門的開啟與關(guān)閉、各部分溫度的實時監(jiān)控。主控制器MCU的連續(xù)性有故障診斷模塊監(jiān)控。主控制器MCU和微波發(fā)生器相連，用于控制微波功率；主控制器MCU分別和預(yù)熱水泵、加熱水泵和冷卻水泵相連，用于控制所述預(yù)熱腔、多個微波加熱腔、恒溫殺菌腔和冷卻腔的水流速度；

主控制器MCU分別和預(yù)熱熱交換器、加熱熱交換器和冷卻熱交換器相連，用于控制所述預(yù)熱腔、多個微波加熱腔、恒溫殺菌腔和冷卻腔的水溫；

主控制器MCU和伺服電機(jī)提升平推裝置的伺服電機(jī)相連，用于將堆疊在一起的多個食品載體提升一個接一個跨過第一隔板上方平推放入微波加熱腔的水平鏈條裝置上；主控制器MCU和水平鏈條裝置的伺服電機(jī)相連，用于將食品載體一個接一個平推進(jìn)入恒溫殺菌腔的殺菌鏈條裝置上；主控制器MCU和殺菌鏈條裝置的伺服電機(jī)相連，用于將食品載體一個接一個提升跨過第二隔板上方平推放入冷卻腔的冷卻鏈條裝置上。主控制器MCU和冷卻鏈條裝置的伺服電機(jī)相連，用于將食品載體一個接一個移出冷卻腔。

主控制器MCU根據(jù)設(shè)置在預(yù)熱腔內(nèi)的預(yù)熱溫度傳感器的反饋控制水溫維持在預(yù)熱溫度；主控制器MCU根據(jù)設(shè)置在恒溫殺菌腔內(nèi)的加熱溫度傳感器的反饋控制水溫維持在加熱殺菌溫度；主控制器MCU根據(jù)設(shè)置在冷卻腔內(nèi)的冷卻溫度傳感器的反饋控制水溫維持在冷卻溫度。

主控制器MCU根據(jù)設(shè)置在預(yù)熱腔內(nèi)定時器的反饋控制預(yù)熱時間；

在預(yù)熱腔、恒溫殺菌腔和一個或多個微波加熱腔、冷卻腔內(nèi)的水流速度是勻速的；食品載體在一個或多個微波加熱腔、恒溫殺菌腔和冷卻腔內(nèi)的移動速度也是勻速的且根據(jù)食品的不同設(shè)置不同的移動速度。

傳統(tǒng)的喇叭口設(shè)計是將微波分散并導(dǎo)入微波加熱腔，喇叭口25通過法蘭同微波加熱腔2連接。本發(fā)明的設(shè)計為喇叭口-盒式震蕩腔，如圖6所示，喇叭口25通過第一法蘭與盒式振蕩腔26連通，盒式振蕩腔26通過第二法蘭和微波加熱腔體2連通，在連通部分用工程塑料進(jìn)行密封，經(jīng)喇叭口擴(kuò)散后的微波在盒式振蕩腔26內(nèi)形成穩(wěn)定的設(shè)計微波模式，如TE10，TE20，TE30等。盒式振蕩腔26的高度不小于設(shè)定微波的半波長，寬度小于微波加熱腔2內(nèi)金屬屏蔽板23之間的距離,長度不大于微波加熱腔2內(nèi)金屬屏蔽板23的長度。

在盒式震蕩腔26內(nèi)設(shè)置微波調(diào)節(jié)器27，該微波調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)在微波加熱腔內(nèi)部的微波能量分布。通過實驗可知，材料可以是金屬或工程塑料的，金屬或塑料調(diào)節(jié)器能夠使微波能量被聚集在調(diào)節(jié)器的正下方，從而調(diào)節(jié)微波的能量分布。由于食品本身的大小、厚薄的不同，在微波加熱時會形成食品內(nèi)部受熱不均勻，所以可以根據(jù)不同食品設(shè)置不同尺寸、形狀的微波調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)微波能量的分布，如金屬圓管、塑料圓管或方形塑料棒等，可以提高溫度低的區(qū)域的加熱程度，促進(jìn)加熱均勻性，從而提高食品加熱的質(zhì)量。

金屬圓管的直徑范圍是5-100mm，方形塑料棒的寬度范圍是10-50mm，厚度范圍是10-100mm。

本發(fā)明通過加熱腔體的獨(dú)特設(shè)計結(jié)合水泵和熱交換機(jī)實現(xiàn)了腔體內(nèi)水的循環(huán)流動，從而提高了食品加熱質(zhì)量；借助食品加載裝置和智能微波系統(tǒng)，實現(xiàn)了微波加熱的工業(yè)化應(yīng)用；通過在波導(dǎo)系統(tǒng)的喇叭口后面設(shè)置盒式振蕩腔及在盒式振蕩腔內(nèi)設(shè)置微波調(diào)節(jié)器，改變了微波加熱腔內(nèi)部的能量分布，從而對食品不同部位有針對性地進(jìn)行加熱。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，在不背離本發(fā)明的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求書限定。