微波模式激勵攪拌加熱方法及其加熱裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及微波加熱技術。本發(fā)明公開了一種微波模式激勵攪拌加熱方法及其加熱裝置，本發(fā)明采用的技術方案是，微波模式激勵攪拌加熱方法，將N個饋能口分成M組，輪番向加熱腔饋能。本發(fā)明的微波模式激勵攪拌加熱裝置，包括加熱腔、N個饋能口、微波源和控制系統(tǒng)，所述微波源與饋能口連接，通過饋能口向加熱腔饋能，所述控制系用于控制加熱腔的饋能，將N個饋能口分成M組，輪番向加熱腔饋能，其中，N、M為正整數(shù)，N≥2，M≥2。本發(fā)明通過切換向加熱腔饋能的饋能口，改變加熱腔中微波激勵模式，不同的微波激勵模式能夠在加熱腔中激勵不同的電場模式，相當于增加了加熱腔中電場模式數(shù)量，提高了電場分布的均勻性和加熱均勻性，非常適合微波工業(yè)加熱應用。
【專利說明】微波模式激勵攪拌加熱方法及其加熱裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微波加熱技術，特別涉及一種微波模式激勵攪拌加熱方法以及采用該方法進行微波加熱的裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，微波能作為一種清潔，綠色的能源迅速在各個領域得到了廣泛的應用，微波能在工業(yè)上的主要應用是用于加熱，如各種微波加熱裝置和烘干設備等。但是微波因為其本身具有的波動性，要做到完全均勻加熱是不可能的，這樣就導致了微波在對物料的加熱過程中不可避免的產(chǎn)生局部過熱甚至熱失控等現(xiàn)象，嚴重制約了微波在工業(yè)上的大規(guī)模應用。
[0003]微波加熱裝置，通常包括加熱腔、饋能口、微波源及其控制系統(tǒng)等。微波源通過饋能口向加熱腔傳輸微波能量，對加熱腔中的物料進行加熱。為了提高微波加熱功率，通常采用多個微波源，并通過各個饋能口同時向加熱腔傳輸微波能量。工業(yè)上應用的微波加熱裝置，其加熱腔物理尺寸都比較大，不可能采用單模腔來實現(xiàn)。例如作為應用最為廣泛的微波箱式加熱器，其加熱腔形狀為長方體，內(nèi)部電場分布模式為多模駐波場分布，理論上講要使腔體內(nèi)各點電場幅值保持不變是不可能做到的。只有盡可能增加腔體內(nèi)的模式數(shù)量，使得空間各點的電場幅度差值減小，達到相對比較均勻的電場分布和加熱效果。由電磁場基本知識可以知道，加熱腔的物理尺寸和腔體內(nèi)電場模式數(shù)的多少是成正比的。也就是說微波加熱腔體越大，腔體內(nèi)模式數(shù)就越多，電場分布也就越均勻，但是功率密度又會下降，有可能達不到工業(yè)設計的要 求。另外被加熱的物料本身物理特性也不是完全均勻的，要保證在物料加熱過程中均勻加熱是十分困難的。然而，在實際應用中，提高微波加熱的均勻性又是一個必須要面對和解決的問題。
[0004]現(xiàn)有的改善微波加熱均勻性的措施主要有模式攪拌器、對物料進行旋轉攪拌、采用多端口饋能等手段。在這些措施中，對被加熱的物料進行旋轉攪拌效果雖然比較好，然而在某些微波工業(yè)化加熱過程中，對受熱的物料進行旋轉或者攪拌又不太方便甚至是不可能的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的，就是針對微波加熱均勻性問題，提供一種微波模式激勵攪拌加熱方法，提高微波加熱的均勻性。
[0006]本發(fā)明解決所述技術問題，采用的技術方案是，微波模式激勵攪拌加熱方法，其特征在于，將N個饋能口分成M組，輪番向加熱腔饋能，其中，N、M為正整數(shù)，N≥2，M≥2。
[0007]本發(fā)明通過切換向加熱腔饋能的饋能口，改變加熱腔中微波激勵模式，不同的微波激勵模式能夠在加熱腔中激勵不同的電場模式，相當于增加了加熱腔中電場模式數(shù)量，提高了電場分布的均勻性。對被加熱物料而言，相當于物料的旋轉或者攪拌，提高了物料加熱的均勻性。饋能口數(shù)量N越大，饋能口饋能的組合方式越多，可以激勵的電場模式數(shù)量越多，物料加熱越均勻。本發(fā)明饋能口的切換方式非常多，根據(jù)加熱腔的不同形狀、饋能口的具體分布和數(shù)量、加熱功率大小以及被加熱物料的具體形狀等，采取不同的饋能口切換方式，通過切換饋能口及每次參與饋能的饋能口數(shù)量、饋能方向、每次饋能時間、間隔時間等，最大限度的提高加熱均勻性。
[0008]進一步的，每組中饋能口數(shù)量相同或不同。
[0009]進一步的,每組饋能時間相同或不同。
[0010]進一步的，每組之間饋能有停頓。
[0011]更進一步的，每組之間饋能停頓時間相同或不同。
[0012]本發(fā)明通過饋能口切換，改變加熱腔饋能方式。當N的數(shù)量足夠大是，饋能口的切換方式非常多，可以適應不同形狀的加熱腔和被加熱物料的要求。
[0013]本發(fā)明的另一個目的是，提供一種微波模式激勵攪拌加熱裝置，包括加熱腔、N個饋能口、微波源和控制系統(tǒng)，所述微波源與饋能口連接，通過饋能口向加熱腔饋能，其特征在于，所述控制系用于控制加熱腔的饋能，將N個饋能口分成M組，輪番向加熱腔饋能，其中，N、M為正整數(shù)，N≥2，M≥2。
[0014]本發(fā)明的微波加熱裝置，其控制系統(tǒng)通過切換饋能口控制加熱腔的饋能，可以產(chǎn)生多種微波饋能模式，在加熱腔中激勵不同的電場分布模式，提高了加熱腔中電場模式數(shù)量，電場分布更均勻。
[0015]進一步的，N個饋能口連接不同的微波源。
[0016]N個饋能口連接不同的微波源，能夠更靈活的變化饋能口切換方式，從而產(chǎn)生更多的激勵模式。
[0017]進一步的，每組中的饋能口連接同一個微波源。
[0018]這種方案，M個微波源分別為M組饋能口提供微波能量，可以減少微波源的數(shù)量，簡化微波加熱裝置的結構和控制程序，有利于降低成本。
[0019]具體的，所述微波源為磁控管或行波管或速調(diào)管，所述控制系統(tǒng)通過控制微波源的電源控制加熱腔的饋能。
[0020]該方案采用磁控管或行波管等構成微波源，具有技術成熟，方便控制的特點。控制系統(tǒng)通過控制與相應饋能口連接的微波源的電源，能夠方便地進行饋能口的切換，控制加熱腔的饋能。
[0021]具體的，所述控制系統(tǒng)為計算機控制系統(tǒng)。
[0022]以計算機組成控制系統(tǒng)，可以通過程序設計各種饋能口切換模式，有利于提高加熱腔中電場模式數(shù)量，提高微波加熱的均勻性。
[0023]本發(fā)明的有益效果是，大幅度改善了微波加熱的均勻性，提高了微波加熱的效率。在饋能口位置和加熱腔結構相同，同一時間段饋入微波總功率一致的條件下，本發(fā)明的微波加熱裝置要比旋轉攪拌加熱物體、多端口同時饋能效率更高。本發(fā)明不要求各個微波功率源必須是相干源，在饋能口數(shù)目急劇增多的時候，可以減少同時饋能的饋能口數(shù)目，有利于降低加熱腔內(nèi)部某一時刻某一點電場場強過大導致空氣或者其他介質(zhì)擊穿的概率。在加熱腔體較大，被加熱物料旋轉攪拌難以實現(xiàn)的情況下，本發(fā)明還可以結合其他模式攪拌措施，進一步改善微波加熱的溫度場分布均勻性?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0024]圖1是實施例1加熱裝置結構示意圖；
[0025]圖2是實施例2加熱腔和饋能口分布示意圖；
[0026]圖3是實施例3加熱腔和饋能口分布示意圖；
[0027]圖4是實施例4加熱腔和饋能口分布示意圖。
[0028]其中:10為加熱腔；11~14為饋能口 ；20為出口 ；21~26為饋能口 ；31~36為
饋能口。
【具體實施方式】
[0029]本發(fā)明針對現(xiàn)有微波加熱均勻性的問題，采用多端口饋能，并通過對饋能口實行輪番饋能來改善微波加熱的均勻性。本發(fā)明通過變換向加熱腔饋能的饋能口，改變了加熱腔中微波激勵模式。不同的微波激勵模式能夠在加熱腔中激勵不同的電場模式，相當于增加了加熱腔中電場模式數(shù)量，提高了電場分布的均勻性。饋能口數(shù)量N越大，可以產(chǎn)生的饋能方式越多，激勵的電場模式數(shù)量越多，物料加熱越均勻。本發(fā)明可以根據(jù)加熱腔的不同形狀、饋能口的具體分布和數(shù)量、加熱功率大小以及被加熱物料的具體形狀等，采取不同的饋能口饋能方式，能夠最大限度的提高加熱均勻性。
[0030]實施例1
[0031]本例微波加熱裝置結構如圖1所示，包括加熱腔、N個饋能口、N個微波源和控制系統(tǒng)。各個微波源產(chǎn)生的微波能量通過波導連接到相應的饋能口，通過饋能口向加熱腔饋能。本例控制系統(tǒng)采用計算機控制系統(tǒng)，用于控制加熱腔的饋能。本例計算機控制系統(tǒng)將N個饋能口分成M組，輪番向加熱腔饋能，其中，N、M為正整數(shù)，N≤2，M≤2。
[0032]本例微波加熱裝置N個饋能口連接N不同的微波源，通過計算機控制系統(tǒng)可以方便的控制各個微波源的工作，從而改變饋能方式。
[0033]本例微波加熱裝置開始饋能時，第一組I個饋能口向加熱腔饋能的，饋能i分鐘停止饋能，s分鐘后切換到第二組J個饋能口饋能，該J個饋能口饋能j分鐘停止饋能，t分鐘后切換到第三組K個饋能口饋能，該K個饋能口饋能k分鐘停止饋能，u分鐘后又切換到另一組饋能口進行饋能，直至達到設定的加熱溫度或時間。各組中饋能口數(shù)量1、J、K等均為^ I的整數(shù)，可以相等，也可以不相等，而且各組中可以包含相同的饋能口。饋能時間1、j、k等可以相等也可以不相等。停頓時間s、t、u等可以為零也可以不為零，可以相等也可以不相等。
[0034]上述饋能方案中，如果各組中不包含相同的饋能口，則可以對加熱裝置結構進行簡化，將I個饋能口通過波導連接到同一個微波源，J個饋能口通過波導連接到另一個微波源等，以減少微波源的數(shù)量。
[0035]實施例2
[0036]圖2示出了本例微波加熱裝置加熱腔和饋能口分布示意圖。本例加熱腔10為正方體，饋能口 11、饋能口 12、饋能口 13、饋能口 14分別分布在加熱腔10的4個側面，饋能口11分布在加熱腔10左側面靠近上邊沿，饋能口 13分布在加熱腔右側面靠近下邊沿，饋能口 12分布在加熱腔10背面靠近上邊沿，饋能口 14分布在加熱腔10正面靠近下邊沿。本例加熱腔10的饋能模式至少可以有如下幾種類型:[0037]一、4個饋能口分成4組，每組一個饋能口，輪番向加熱腔10饋能?？梢园答伳芸?br> 11、饋能口 12、饋能口 13、饋能口 14的順序輪番向加熱腔10饋能。也可以改變不同的輪換順序進行饋能，如饋能口 11、饋能口 13、饋能口 12、饋能口 14輪番向加熱腔10饋能等。
[0038]二、4個饋能口分成2組，每組2個饋能口輪番向加熱腔10饋能。如饋能口 11和饋能口 13為第一組，饋能口 12和饋能口 14為第二組輪番向加熱腔10饋能。也可以是饋能口 11和饋能口 14為第一組，饋能口 12和饋能口 13為第二組，輪番向加熱腔10饋能。
[0039]三、4個饋能口分成4組，每組2個饋能口輪番向加熱腔10饋能。如饋能口 11和饋能口 13為第一組，饋能口 11和饋能口 14為第二組，饋能口 13和饋能口 14為第三組，饋能口 13和饋能口饋能口 12為第四組輪番向加熱腔10饋能。
[0040]四、4個饋能口分成8組，饋能口 11為第一組，其余饋能口為第二組；饋能口 12為第三組，其余饋能口為第四組；饋能口 13為第五組，其余饋能口為第六組；饋能口 14為第七組，其余饋能口為第八組輪番向加熱腔10饋能。
[0041]通過上述饋能模式的描述可以看出，當饋能口數(shù)量N足夠大時，本發(fā)明的饋能口分組非常靈活多變。如果再配合組與組之間的切換頻率的變化、組與組之間停頓時間的變化以及上述4種類型的相互轉換，微波加熱均勻性將會大大提高。
[0042]實施例3
[0043]本例加熱腔10為球形，饋能口在加熱腔10徑向均勻分布，圖3是本例加熱裝置加熱腔和饋能口分布示意圖，圖中示出了加熱腔10的一個剖面。這種加熱腔也可以通過控制饋能口的饋能產(chǎn)生均勻的加熱效果。
[0044]實施例4
[0045]本例加熱腔10為長方體結構，饋能口 31?36平均分布在加熱腔的兩個相對面，如圖4所示。這是一種流水線結構的加熱裝置，被加熱物料按圖中箭頭方向移動進入加熱腔，經(jīng)過加熱后從出口 20取出。根據(jù)物料的移動速度、加熱功率要求等，控制饋能口 31?36的饋能，可以得到均勻的加熱效果。本例微波加熱裝置非常適合用于工業(yè)加熱或烘干工藝中。
【權利要求】
1.微波模式激勵攪拌加熱方法，其特征在于，將N個饋能口分成M組，輪番向加熱腔饋能，其中，N、M為正整數(shù)，N≥2，M≥2。
2.根據(jù)權利要求1所述的微波模式激勵攪拌加熱方法，其特征在于，每組中饋能口數(shù)量相同或不同。
3.根據(jù)權利要求1所述的微波模式激勵攪拌加熱方法，其特征在于，每組饋能時間相同或不同。
4.根據(jù)權利要求1所述的微波模式激勵攪拌加熱方法，其特征在于，每組之間饋能有停頓。
5.根據(jù)權利要求4所述的微波模式激勵攪拌加熱方法，其特征在于，每組之間饋能停頓時間相同或不同。
6.微波模式激勵攪拌加熱裝置，包括加熱腔、N個饋能口、微波源和控制系統(tǒng)，所述微波源與饋能口連接，通過饋能口向加熱腔饋能，其特征在于，所述控制系用于控制加熱腔的饋能，將N個饋能口分成M組，輪番向加熱腔饋能，其中，N、M為正整數(shù)，N≥2，M≥2。
7.根據(jù)權利要求6所述的微波模式激勵攪拌加熱裝置，其特征在于，N個饋能口連接不同的微波源。
8.根據(jù)權利要求6所述的微波模式激勵攪拌加熱裝置，其特征在于，每組中的饋能口連接同一個微波源。
9.根據(jù)權利要求6所述的微波模式激勵攪拌加熱裝置，其特征在于，所述微波源由磁控管或行波管或速調(diào)管構成，所述控制系統(tǒng)通過控制微波源的電源控制加熱腔的饋能。
10.根據(jù)權利要求6所述的微波模式激勵攪拌加熱裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)為計算機控制系統(tǒng)。
【文檔編號】H05B6/74GK103945586SQ201410073887
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權日:2014年3月3日
【發(fā)明者】黃卡瑪, 楊陽, 陳倩, 陳星 , 劉長軍, 郭慶功, 閆麗萍, 趙翔, 楊曉慶 申請人:四川大學