一種微波自動加熱裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波領(lǐng)域，具體涉及一種微波自動加熱裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微波具有對某些材料進(jìn)行選擇性加熱、加熱速度快、加熱均勻、穿透性強(qiáng)、熱慣性小等優(yōu)點，將微波技術(shù)應(yīng)用于復(fù)合材料固化領(lǐng)域，能顯著減少固化時間，降低生產(chǎn)成本，獲得優(yōu)異的制品性能，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?br>[0003]國內(nèi)外已在復(fù)合材料固化領(lǐng)域展開了大量研究，并取得了豐碩的成果。但這些研究存在一個共同的特征，復(fù)合材料均是直接暴露于微波場中完成固化。如中國專利申請CN201410295387提供一種微波-壓力固化復(fù)合材料的溫度均勻分布方法及成套固化裝置，所述方法是在壓力容器罐體中采用多邊形腔體使得微波在腔體中發(fā)生多次反射，提高微波入射到復(fù)合材料的均勻性。同時在腔體的前后設(shè)置波導(dǎo)窗，氣體介質(zhì)可流動到腔體中，與復(fù)合材料發(fā)生對流換熱，進(jìn)一步提高材料的溫度均勻性，并可實現(xiàn)壓力容器內(nèi)的氣體在復(fù)合材料加熱固化時施加壓力。所述的裝置主要包括多邊形腔體和電磁屏蔽窗。本發(fā)明可提高復(fù)合材料構(gòu)件的溫度均勻性，降低微波固化復(fù)合材料構(gòu)件的翹曲變形。
[0004]在對復(fù)合材料制件進(jìn)行加熱時，因其本身屬于熱的不良導(dǎo)體，因而若采用傳統(tǒng)加熱方式則制件的中心加熱慢而周邊加熱快，而若采用傳統(tǒng)的微波方式進(jìn)行均勻加熱則極有可能導(dǎo)致制件中心散熱慢而過熱，而即使同時使用微波方式和傳統(tǒng)方式對復(fù)合材料進(jìn)行加熱，也都會使得加熱固化情況不能良好的受控。因此，本領(lǐng)域需要針對這種情況而開發(fā)一種特別的微波自動加熱裝置及微波加熱方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明提供一種微波自動加熱裝置，包括微波發(fā)生器、微波腔、微波局部屏蔽件、控制系統(tǒng)、微波功率控制模塊和測溫裝置，所述微波發(fā)生器向微波腔內(nèi)發(fā)送微波，微波腔內(nèi)用于放置吸波材料，所述微波局部屏蔽件位于微波腔內(nèi)且用于覆蓋在吸波材料的外表面，所述微波局部屏蔽件由屏蔽微波區(qū)和透過微波區(qū)組成，所述透過微波區(qū)包含一條或多條縫隙使得微波腔內(nèi)的微波能從縫隙處進(jìn)入吸波材料中而被其吸收；所述測溫裝置包含測溫頭、數(shù)據(jù)采集儀和測溫傳輸線，所述測溫頭設(shè)置在微波局部屏蔽件內(nèi)側(cè)的吸波材料中，所述測溫傳輸線一端與測溫頭連接，另一端引出至所述微波腔外側(cè)與數(shù)據(jù)采集儀連接，數(shù)據(jù)采集儀將采集的數(shù)據(jù)傳輸至控制系統(tǒng)，設(shè)置在微波腔外的控制系統(tǒng)通過自動控制微波功率控制模塊而自動調(diào)節(jié)微波發(fā)生器的啟閉和/或功率大小。
[0006]本發(fā)明方案中，在對吸波材料的加熱性能以及本發(fā)明所述微波自動加熱裝置(微波局部屏蔽件)的性能熟悉之前，均需要使用測溫裝置4來研究和探求一個合適的吸波材料的加熱或固化方法。而在研發(fā)人員對上述性能均掌握清楚后，則無需再在吸波材料中設(shè)置測溫頭，此時通過及時調(diào)節(jié)微波功率即可實現(xiàn)對吸波材料的可控的定點加熱和固化。本發(fā)明中，在所述吸波材料(如碳纖維與樹脂的復(fù)合材料)加熱固化后，因測溫頭無法再取出而會在產(chǎn)品中形成一個小的瑕疵點。因而在實驗室探究出各測溫點與本發(fā)明中微波自動加熱裝置的對應(yīng)關(guān)系后形成經(jīng)驗參數(shù)；工業(yè)生產(chǎn)過程中，均通過所述經(jīng)驗參數(shù)調(diào)控微波頻率即可，而不再需要在所述復(fù)合材料中設(shè)置測溫頭，從而避免在產(chǎn)品中形成小的瑕疵點。
[0007]本發(fā)明還提供一種微波自動加熱裝置，包括微波發(fā)生器、微波腔、控制系統(tǒng)、微波功率控制模塊和微波局部屏蔽件，所述微波發(fā)生器向微波腔內(nèi)發(fā)送微波，微波腔內(nèi)用于放置吸波材料，所述微波局部屏蔽件位于微波腔內(nèi)且用于覆蓋在吸波材料的外表面，所述微波局部屏蔽件由屏蔽微波區(qū)和透過微波區(qū)組成，所述透過微波區(qū)包含一條或多條縫隙使得微波腔內(nèi)的微波能從縫隙處進(jìn)入吸波材料中而被其吸收；所述透過微波區(qū)的面積占整個微波局部屏蔽件面積的30%或以下；設(shè)置在微波腔外的控制系統(tǒng)通過自動控制微波功率控制模塊而自動調(diào)節(jié)微波發(fā)生器的啟閉和/或功率大小。
[0008]本發(fā)明還提供一種微波自動加熱裝置，包括微波發(fā)生器、微波腔、控制系統(tǒng)、微波功率控制模塊和微波局部屏蔽件，所述微波發(fā)生器向微波腔內(nèi)發(fā)送微波，微波腔內(nèi)用于放置吸波材料，所述微波局部屏蔽件位于微波腔內(nèi)且用于覆蓋在吸波材料的外表面，所述微波局部屏蔽件由屏蔽微波區(qū)和透過微波區(qū)組成，所述透過微波區(qū)包含一條或多條縫隙使得微波腔內(nèi)的微波能從縫隙處進(jìn)入吸波材料中而被其吸收；所述微波腔上含有一個或多個由金屬蜂窩板構(gòu)成的通風(fēng)窗或通風(fēng)墻，用于在屏蔽微波的同時可使得微波腔內(nèi)外側(cè)氣流暢通；設(shè)置在微波腔外的控制系統(tǒng)通過自動控制微波功率控制模塊而自動調(diào)節(jié)微波發(fā)生器的啟閉和/或功率大小。所述通風(fēng)窗是指微波腔的側(cè)壁、底板和頂板上面積的一部分由金屬蜂窩板構(gòu)成。而所述通風(fēng)墻是指微波腔的側(cè)壁、底板和頂板中至少有一面全部由金屬蜂窩板構(gòu)成，例如微波腔的側(cè)壁、底板和頂板整體全部由金屬蜂窩板構(gòu)成。
[0009]當(dāng)微波腔內(nèi)的吸波材料不僅需要定點或定向加熱固化，還需要同時進(jìn)行熱壓整體同步加熱固化時，使用該裝置可以實現(xiàn)微波定點加熱與熱壓罐整體加熱同時進(jìn)行的加熱或固化效果。
[0010]因此，本發(fā)明提供一種新的微波自動加熱裝置及微波加熱固化方法，使得微波可以針對復(fù)合材料制件的局部進(jìn)行優(yōu)先加熱和固化，使得加熱固化過程整體均勻可控，從而得到高性能的制件產(chǎn)品。
[0011]本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉地，微波通常呈現(xiàn)穿透、反射和吸收三個基本特性。對于玻璃、部分塑料和陶瓷，微波幾乎是穿越而不被吸收；對于水和食物等吸波材料就會吸收微波而使其自身發(fā)熱；而對金屬類物質(zhì)，則會反射微波。自然界中到處都有微波，但存在于自然界的微波，因為分散不集中，故不能用于加熱物品。微波爐是利用其內(nèi)部的磁控管，將電能轉(zhuǎn)變成微波，例如以2450MHZ的振蕩頻率穿透食物，當(dāng)微波被吸波材料吸收時，吸波材料內(nèi)的極性分子(如水、脂肪、蛋白質(zhì)、糖等)即被吸引以每秒24億5千萬次的速度快速振蕩，這種震蕩的宏觀表現(xiàn)就是吸波材料被加熱了 ；這就是微波加熱的大致原理。
[0012]本發(fā)明中，所述吸波材料是指該材料中至少有一種組分能吸收一定頻率的微波。本領(lǐng)域技術(shù)人員能理解的，本發(fā)明中，微波能從縫隙處進(jìn)入吸波材料中而被吸波材料定點吸收，所述定點吸收的概念是宏觀的定點概念，也就是使用本發(fā)明中提供的裝置對吸波材料加熱時，并不會只對某個點進(jìn)行加熱，而是對某個指定的區(qū)域進(jìn)行加熱。
[0013]本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉地，所述微波功率控制模塊可以整合在控制系統(tǒng)中，也可以獨立于控制系統(tǒng)之外。
[0014]在一種具體的實施方式中，所述微波發(fā)生器的功率可調(diào)節(jié)，優(yōu)選其功率線性可調(diào)，例如在100?600w間均線性可調(diào)。所述微波發(fā)生器的功率例如可以在1500w以內(nèi)均可調(diào)節(jié)，在一種具體的實施方式中，所述微波發(fā)生器的功率在100?600w間為更常用的功率。
[0015]在一種具體的實施方式中，微波腔內(nèi)還設(shè)置有懸空固定在微波腔的側(cè)壁、底板或頂板上且用于放置吸波材料的透波板，所述縫隙開在所述微波局部屏蔽件的底部，且微波發(fā)生器位于微波腔內(nèi)的頂部。如此設(shè)置方式使得來自于微波發(fā)生器1中的微波并不直接從縫隙處進(jìn)入吸波材料中，而是經(jīng)過在微波腔內(nèi)的均勻分散后再從縫隙進(jìn)入吸波材料中；使得本發(fā)明提供的微波定點加熱方法更為穩(wěn)定可控；且微波發(fā)生器置于微波腔頂部還便于操作。
[0016]在一種具體的實施方式中，微波頻率為國內(nèi)用于工業(yè)加熱的常用頻率2450 土 50兆赫或915±25兆赫，且所述縫隙的長寬比為彡2:1，優(yōu)選彡5:1，更優(yōu)選彡10:1。當(dāng)然，所述微波頻率還可以是433兆赫或5800兆赫等用于工業(yè)加熱的常用頻率。優(yōu)選地，所述縫隙的長度為彡20mm，優(yōu)選彡40mm，更優(yōu)選彡80mm，且縫隙的寬度為1?30mm。本發(fā)明中，微波頻率為2450兆赫或915兆赫時，二者的波長分別為12.245cm和32.8cm。本發(fā)明中，微波能穿過比微波波長更短的所述縫隙，但微波不能透過直徑小至