專(zhuān)利名稱(chēng)：板式微波換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蒸發(fā)、濃縮提取的換熱技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種板式微波換熱器。 背景技術(shù)：
電磁波的應(yīng)用極為廣泛和普及，特別是通信領(lǐng)域，為避免相互干擾，國(guó)際無(wú)線電管理
委員會(huì)對(duì)頻率的劃分作了具體規(guī)定。分給工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)用的頻率有433兆赫、915兆 赫、2450兆赫、5800兆赫、22125兆赫，與通信頻率分開(kāi)使用。目前我國(guó)用于工業(yè)加熱的 常用頻率為915兆赫和2450兆赫的微波。
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微波加熱原理
在微波電磁場(chǎng)作用下，極性分子從原來(lái)的熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)向依照電磁場(chǎng)的方向交變而排 列取向。產(chǎn)生類(lèi)似摩擦熱，在這一微觀過(guò)程中交變電磁場(chǎng)的能量轉(zhuǎn)化為介質(zhì)內(nèi)的熱能，使 介質(zhì)溫度出現(xiàn)宏觀上的升高，這就是對(duì)微波加熱最通俗的解釋。由此可見(jiàn)微波加熱是介質(zhì) 15材料自身?yè)p耗電磁場(chǎng)能量而發(fā)熱。對(duì)于金屬材料，電磁場(chǎng)不能透入內(nèi)部而是被反射出來(lái)， 所以金屬材料不能吸收微波。
微波的內(nèi)部加熱方式
常規(guī)加熱(如火焰、熱風(fēng)、電熱、蒸汽等)都是利用熱傳導(dǎo)、對(duì)流、熱輻射將熱量首 20先傳遞給被加熱物的表面，再通過(guò)熱傳導(dǎo)逐步使中心溫度升高(即常稱(chēng)的外部加熱)。它 要使中心部位達(dá)到所需的溫度，需要一定的熱傳導(dǎo)時(shí)間，而對(duì)熱傳導(dǎo)率差的物體所需的時(shí) 間就更長(zhǎng)。微波加熱則屬內(nèi)部加熱方式，電磁能直接作用于介質(zhì)分子轉(zhuǎn)換成熱，且透射性 能使物料內(nèi)外介質(zhì)同時(shí)受熱，不需要熱傳導(dǎo)，而內(nèi)部缺乏散熱條件，造成內(nèi)部溫度高于外 部的溫度梯度分布，形成了水份的遷移蒸發(fā)速度。特別是對(duì)含水量在30%以下的食品，速 25度可數(shù)百倍的縮短，在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到均勻干燥；對(duì)于蒸發(fā)、濃縮、提取升華過(guò)程，速度也 可提高數(shù)十倍。
微波的特性
1、金屬材料不吸收微波，只能反射微波。如銅、鐵、鋁等。 30 2、絕緣體可以透過(guò)微波，它幾乎不吸收微波的能量。如玻璃、陶瓷(如氧化鋁、氟化
鎂和硫化鋅陶瓷等)、塑料(如聚乙烯、聚苯乙烯)、聚四氟乙烯、石英、紙張等， 它們對(duì)微波是透明的，微波可以穿透它們向前傳播。這些物質(zhì)都不會(huì)吸收微波的能量， 或吸收微波極少。物質(zhì)吸收微波的強(qiáng)弱實(shí)質(zhì)上與該物質(zhì)的復(fù)介電常數(shù)有關(guān)，即損耗因 子越大，吸收微波的能力越強(qiáng)。 5 3、極性分子的物質(zhì)會(huì)吸收微波，屬損耗因子大的物質(zhì)，如水、酸等。它們的分子具有 永久偶極矩，即分子的正負(fù)電荷的中心不重合。極性分子在微波場(chǎng)中隨著微波的頻率 而快速變換取向，來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)，使分子間相互碰撞摩擦，吸收了微波的能量而使溫度升 高。
由微波的特性可知，微波對(duì)具有極性分子的物質(zhì)直接加熱，而對(duì)透過(guò)微波的絕緣體和 10不吸收微波的金屬材料等就無(wú)法直接加熱。
微波的穿透能力
穿透能力就是電磁波穿入到介質(zhì)內(nèi)部的本領(lǐng)，電磁波從介質(zhì)的表面進(jìn)入并在其內(nèi)部傳 播吋，由于能量不斷被吸收并轉(zhuǎn)化為熱能，它所攜帶的能量就隨著深入介質(zhì)表面的距離， 15以指數(shù)形式衰減。透射深度被定義為材料內(nèi)部功率密度為表面能量密度的1/e或36.8% 處算起的深度D，微波的加熱深度比紅外加熱大得多，紅外加熱只是表面加熱，微波加熱 是深入內(nèi)部加熱。
微波加熱的特點(diǎn)
20 1、加熱速度快常規(guī)加熱如火焰、熱風(fēng)、電熱、蒸汽等，都是利用熱傳導(dǎo)的原理將熱量 從被加熱物外部傳入內(nèi)部，逐歩使物體中心溫度升高，稱(chēng)之為外部加熱。要使中心部 位達(dá)到所需的溫度，需要一定的時(shí)間，導(dǎo)熱性較差的物體所需的時(shí)間就更長(zhǎng)。微波加 熱是使被加熱物本身成為發(fā)熱體，稱(chēng)之為內(nèi)部加熱方式，不需要熱傳導(dǎo)的過(guò)程，內(nèi)外 同時(shí)加熱，因此能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到加熱效果。
25 2、均勻加熱常規(guī)加熱為提高加熱速度，就需要升高加熱溫度，容易產(chǎn)生外焦內(nèi)生現(xiàn)象。 微波加熱時(shí)，物體各部位通常都能均勻滲透電磁波，產(chǎn)生熱量，因此均勻性大大改善。
3、 節(jié)能高效在微波加熱中，微波能只能被加熱物體吸收而生熱，加熱室內(nèi)的空氣與相 應(yīng)的容器都不會(huì)發(fā)熱，所以熱效率極高，生產(chǎn)環(huán)境也明顯改善。
4、 易于控制微波加熱的熱慣性極小。若配用微機(jī)控制，則特別適宜于加熱過(guò)程加熱工 30 藝的自動(dòng)化控制。
5、 低溫殺菌、無(wú)污染微波能自身不會(huì)對(duì)食品污染，微波的熱效應(yīng)雙重殺菌作用又能在
較低的溫度下殺死細(xì)菌，這就提供了一種能夠較多保持食品營(yíng)養(yǎng)成份的加熱殺菌方法。 尤其對(duì)于制藥工藝特別是無(wú)菌制劑可以達(dá)到控制產(chǎn)品質(zhì)量的目的。
6、 選擇性加熱微波對(duì)不同性質(zhì)的物料有不同的作用，這一點(diǎn)對(duì)干燥作業(yè)有利。因?yàn)樗?分子對(duì)微波的吸收最好，所以含水量高的部位，吸收微波功率多于含水量較低的部位
5 這就是選擇加熱的特點(diǎn)。烘干木材、紙張等產(chǎn)品時(shí)，利用這一特點(diǎn)可以做到均勻加熱
和均勻干燥。
7、 安全無(wú)害在微波加熱、干燥中，無(wú)廢水、廢氣、廢物產(chǎn)生，也無(wú)輻射遺留物存在， 其微波泄漏也確保大大低于國(guó)家制定的安全標(biāo)準(zhǔn)，是一種十分安全無(wú)害的高新技術(shù)。
10 目前己有的各種加熱鍋、取暖設(shè)備、加熱爐、熱交換器、蒸溜塔、加熱反應(yīng)器(釜)、
工業(yè)窯爐和熔煉爐等各種加熱設(shè)備及器具，其加熱源釆用的是蒸汽加熱或燃燒加熱或電加 熱等，加熱速度慢、熱效率低、安全性差。己有的微波加熱技術(shù)非常成熟，其優(yōu)點(diǎn)是加熱 速度快、熱效率高、安全性好，使用方便。微波加熱與蒸汽加熱或燃燒加熱或電加熱相比， 可節(jié)約大量能源，尤其是與工業(yè)用大功率的電加熱設(shè)備相比，節(jié)電效果顯著。為了解決原
15有流體間接加熱方式的熱交換效率低，能源損耗大的缺點(diǎn)，采用對(duì)流體直接進(jìn)行微波加熱， 從而減少中間環(huán)節(jié)熱能損耗，具有快速、安全、清潔的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是設(shè)計(jì)一微波惰性介質(zhì)組件，把該組件作為各種需加熱 20物質(zhì)的承載體，使待加熱流體從中通過(guò)，利用該組件不吸收微波且微波極佳的穿過(guò)性，使 流體物質(zhì)吸收微波能量，完成升溫過(guò)程。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是 一種板式微波換熱器，包括微波發(fā)生裝置、
板式換熱層及微波屏蔽外殼，對(duì)流經(jīng)換熱層的流體進(jìn)行微波加熱，其中微波發(fā)生裝置與板 式換熱層相連，換熱層具有流體入口和流體出口，需要加熱的流體從流體入口進(jìn)入換熱層
25中，經(jīng)微波加熱后從流體出口流出，換熱器整體采用微波屏蔽外殼保護(hù)。流體為可吸收微 波能的物質(zhì)，在通過(guò)板式換熱器時(shí)，吸收微波能，迅速完成升溫過(guò)程。
上述板式換熱層具有單層或復(fù)層結(jié)構(gòu)，即由單個(gè)或多個(gè)換熱片組成，這些換熱片由耐 高溫、熱導(dǎo)率低且不吸收微波能量，但微波可以穿透的材料制成；換熱片內(nèi)部具有多流道， 流道的主要形狀可為人字形、條形或環(huán)形等，其中人字形流道夾角優(yōu)選60 90度。流體
30通過(guò)換熱層時(shí)呈對(duì)稱(chēng)翻滾流態(tài)，即湍流增大、阻力減小，提高了換熱效果、降低了能耗， 多層板式換熱組合形成效率更高的組件。
板式換熱層的制作材料包括但不限于石英玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯、塑料等具有微 波可穿透、且不吸收微波能、高耐熱性及低熱傳導(dǎo)系數(shù)的物質(zhì)，陶瓷如氧化鋁、氟化鎂和 硫化鋅陶瓷等，塑料如聚乙烯、聚苯乙烯塑料等。這些材料具有熱穩(wěn)定性，可反復(fù)使用。
本發(fā)明的板式微波換熱器可采用單個(gè)或多個(gè)微波發(fā)生裝置，將其分布在微波屏蔽板 5上，通過(guò)板上的開(kāi)口與板式換熱層相連，使微波有效透過(guò)，換熱器整體采用微波屏蔽外殼 保護(hù)，外殼為對(duì)微波反射、不吸收微波的密閉結(jié)構(gòu)，具有防微波泄漏功能。
對(duì)于本發(fā)明所涉及的材料使用、加工工藝、微波傳輸系統(tǒng)、防微波泄漏的固定連接和 活動(dòng)連接結(jié)構(gòu)等目前己有相當(dāng)成熟的技術(shù)，本發(fā)明不再加以討論及說(shuō)明，只說(shuō)明本發(fā)明微 10波板式換熱器的形狀、材質(zhì)、構(gòu)造特征。
本發(fā)明克服了原有流體間接加熱方式的熱交換效率低、能源損耗大的缺點(diǎn)，采用對(duì)流 體直接進(jìn)行微波加熱，從而減少中間環(huán)節(jié)熱能損耗，具有快速、安全、清潔的特點(diǎn)。本發(fā) 明的板式微波換熱器加熱速度快、節(jié)能安全、使用方便，可用于家用、工業(yè)用及實(shí)驗(yàn)用的 各種流體加熱的熱交換領(lǐng)域，包括各種化學(xué)實(shí)驗(yàn)、熱處理等作業(yè)，取暖設(shè)備、換熱器、加 15熱反應(yīng)器(釜)、加熱爐以及加熱鍋等加熱設(shè)備及器具的加熱領(lǐng)域。


圖1是方形板式微波換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是具有人字形流道的方形換熱片的結(jié)構(gòu)示意圖。 20 圖3是方形板式微波換熱器的背面示意圖。
圖4是圓形板式微波換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5是具有環(huán)形流道的圓形換熱片的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6是圓形板式微波換熱器的背面示意圖。
其中
25 1——微波發(fā)生裝置 2——板式換熱層 3——固定件
4——流體入口 5^流體出口 6——微波屏蔽外殼
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。 30實(shí)施例l 方形板式微波換熱器
如圖1所示，該方形板式微波換熱器的微波發(fā)生裝置1有六個(gè)，分布在微波屏蔽板上，
通過(guò)板上的開(kāi)口與方形板式換熱層2相連；板式換熱層由多個(gè)方形換熱片構(gòu)成，具有兩個(gè)
流體入口4和一個(gè)流體出口5 (如圖3所示)；換熱片由陶瓷制成，內(nèi)部流道呈人字形(如 圖2所示)微波屏蔽外殼6及固定件3是鐵質(zhì)的。
5實(shí)施例2圓形微波板式換熱器
如圖4所示，該方形板式微波換熱器的微波發(fā)生裝置1有六個(gè)，分布在微波屏蔽板上， 通過(guò)板上的開(kāi)口與圓形板式換熱層2相連；板式換熱層由多個(gè)圓形換熱片構(gòu)成，具有4個(gè)
流體入口 4和一個(gè)流體出口 5 (如圖6所示)；換熱片由聚四氟乙烯制成，內(nèi)部流道呈環(huán)形 (如圖5所示)；微波屏蔽外殼6及固定件3是鐵質(zhì)的。
權(quán)利要求
1.一種板式微波換熱器，包括微波發(fā)生裝置(1)、板式換熱層(2)及微波屏蔽外殼(6)，其中微波發(fā)生裝置(1)與板式換熱層(2)相連，換熱層具有流體入口(4)和流體出口(5)，需要加熱的流體從流體入口(4)進(jìn)入換熱層中，經(jīng)微波加熱后從流體出口(5)流出，換熱器整體采用微波屏蔽外殼(6)保護(hù)。
2.如權(quán)利要求1所述的板式微波換熱器，其特征在于，所述板式換熱層(2)由單 個(gè)或多個(gè)換熱片組成。
3. 如權(quán)利要求2所述的板式微波換熱器，其特征在于，所述換熱片由耐高溫、熱 導(dǎo)率低且不吸收微波能量，但微波可以穿透的材料制成。
4. 如權(quán)利要求3所述的板式微波換熱器，其特征在于，所述材料選自石英玻璃、 10 陶瓷、聚四氟乙烯、塑料。
5. 如權(quán)利要求4所述的板式微波換熱器，其特征在于，所述陶瓷為氧化鋁、氟化 鎂或硫化鋅陶瓷。
6. 如權(quán)利要求4所述的板式微波換熱器，其特征在于，所述塑料為聚乙烯或聚苯 乙烯塑料。15
7.如權(quán)利要求2所述的板式微波換熱器，其特征在于，所述換熱片內(nèi)部具有多流道。
8. 如權(quán)利要求7所述的板式微波換熱器，其特征在于，所述流道的形狀為人字形、 條形或環(huán)形。
9. 如權(quán)利要求8所述的板式微波換熱器，其特征在于，所述人字形流道夾角為60 20 90度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種板式微波換熱器，包括微波發(fā)生裝置、板式換熱層及微波屏蔽外殼，對(duì)流經(jīng)換熱層的流體進(jìn)行微波加熱。其中微波發(fā)生裝置與板式換熱層相連，換熱層具有流體入口和流體出口，需要加熱的流體從流體入口進(jìn)入換熱層中，經(jīng)微波加熱后從流體出口流出，換熱器整體采用微波屏蔽外殼保護(hù)。板式換熱層由單個(gè)或多個(gè)換熱片組成，換熱片由耐高溫、熱導(dǎo)率低且不吸收微波能量，但微波可以穿透的材料制成，換熱片內(nèi)部具有多流道，供流體流過(guò)，以增加湍流。該板式微波換熱器加熱速度快、節(jié)能安全、使用方便，可用于家用、工業(yè)用的各種流體加熱的熱交換領(lǐng)域。
文檔編號(hào)F24H1/00GK101111105SQ20061008979
公開(kāi)日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2006年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月18日
發(fā)明者孫小兵, 張文生, 亮 王 申請(qǐng)人:發(fā)泰(天津)科技有限公司