一种液态物料微波-超声耦合处理装置、设备及应用制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种液态物料微波‑超声耦合处理装置、设备及应用，属于微波处理技术领域。通过微波装置与超声装置的排列方式实现微波作用为主、超声作用为辅的微波‑超声耦合处理过程。通过波导安装角度及波导中调配器的使用极大程度地降低了微波加热液态物料过程中电磁波反射的风险，使物料承载腔内电磁场分布更加均匀，减少物料微波加热冷点，同时，能够使物料承载腔内电磁场分布更加集中，使微波效应与超声空化效应高效结合，提升液态物料处理效果。搭配进料预热、恒温处理及冷却收料工段，实现对液态物料的连续化微波‑超声耦合处理过程。

A Microwave-Ultrasound Coupled Processing Device, Equipment and Application for Liquid Materials

The invention discloses a liquid material microwave-ultrasonic coupling processing device, equipment and application, belonging to the microwave processing technology field. Through the arrangement of microwave and ultrasonic devices, the microwave-ultrasonic coupling process is realized, in which the microwave interaction is dominant and the ultrasonic interaction is supplementary. Through the installation angle of the waveguide and the use of the adjuster in the waveguide, the risk of electromagnetic wave reflection in the process of microwave heating liquid materials is greatly reduced, the distribution of electromagnetic field in the material bearing chamber is more uniform, and the cold point of microwave heating is reduced. At the same time, the distribution of electromagnetic field in the material bearing chamber is more concentrated, the microwave effect and the ultrasonic cavitation effect are effectively combined, and the liquid is raised. Treatment effect of state material. The continuous microwave-ultrasonic coupling process for liquid materials is realized by matching the feeding preheating, constant temperature treatment and cooling feeding section.

【技术实现步骤摘要】
一种液态物料微波-超声耦合处理装置、设备及应用
本专利技术涉及一种液态物料微波-超声耦合处理装置、设备及应用，属于微波处理

技术介绍
微波是指频率范围在300MHz-300GHz之间的电磁波。除广泛应用于通信
外，微波对介电物质的加热特性使其成为食品热加工的新兴技术之一。相较传统加热手段，微波加热的特点包括：1、时间短，速度快；2、辐射加热，穿透性强，在处理过程中不易出现因管壁过热导致的结焦现象；3、选择性强，与物质介电性质有关；4、能耗少，占地小，自动化程度高；5、装备及配件成本低等。因此，关注微波加热技术对于升级优化传统加工过程具有重要意义。超声波是一种振动频率大于20KHz的机械波，目前超声波已经应用于物料干燥、灭菌以及物质提取等诸多领域。超声波在流体中的作用与其空化作用有关，超声空化是指在流体中由于超声的物理作用，流体的某一区域会形成局部的暂时负压区，于是在流体中产生空穴或气泡。这些充有蒸汽或空气的气泡处于非稳定状态。当它们突然闭合时，会产生激波，因而会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用从而产生很大压强。由于气泡的非线性振动和它们破灭时产生的巨大压力，伴随着这种空化现象会产生许多物理和化学效应。微粒间这种剧烈的相互作用，会使液体升温并起到很好的搅拌作用，能够加速某些化学反应。此外，强烈的高频超声振荡能使细胞壁、细胞质膜破裂，使细胞内含物胶体发生絮凝沉淀，凝胶发生流化或乳化，达到超声波的处理目的。虽然微波处理与超声处理都有一定的应用实例，但是不可否定的是两者都存在不同程度上的缺点，例如两者在杀菌领域都存在效果不够彻底并且影响因素较多、稳定性差等问题。一种有效的解决方法是将多种技术联合共同作用，其中微波-超声耦合技术正日益受到人们青睐，但是目前微波-超声耦合技术多用于物质的反应与萃取过程。针对连续流动液态物料微波-超声耦合处理的相关研究较少，如何将微波效应与超声空化效应高效结合是目前液态物料加工领域的研究热点。而目前关于液态物料连续式微波-超声耦合处理设备的设计存在以下不足：1、波导、超声震子以及物料承载腔物料承载腔的结合模式目前仅存在概念上的简单连接，缺乏具体地具有可行性的方案；2、没有考虑腔体中电磁波的反射问题，存在诸多安全隐患；3、目前微波-超声耦合技术多应用于化工领域，针对其他处理过程(例如液体食品等)缺乏对材料合理性等诸多方面的考量；4、没有考虑微波加热高效性与均匀性的问题，很难达到液态物料处理温度；5、目前微波的吸收模式以多模为主，稳定性差；6、液态物料的微波吸收过程与流体流动特性(层流、湍流)的匹配问题；7、缺乏适用于液态物料连续处理的微波-超声组合装备。
技术实现思路
为了解决目前存在的上述问题，本专利技术提供了一种液态物料微波-超声耦合处理装置、设备及应用。本专利技术的第一个目的在于提供一种液态物料微波-超声耦合处理装置，所述装置包括：微波发生系统、超声系统、波导系统及调配器、物料承载腔；所述物料承载腔体上包括至少一对相互对应的超声系统与波导系统以实现对液态物料的超声微波耦合处理，波导系统中各波导按照预定角度安装在所述物料承载腔的外壁开设的馈口处，所述预定角度大于等于15°，且小于90°。可选的，所述预定角度范围为[30°,60°]。可选的，所述超声系统至少包括一个超声发生装置。可选的，当所述超声系统包括两个以上的超声发生装置时，所述超声发生装置安装在所述物料承载腔相对的壁面上。可选的，当所述超声系统包括两个以上的超声发生装置时，所述超声发生装置安装在所述物料承载腔相对的壁面上且呈阶梯状。可选的，所述物料承载腔的腔体为矩形，在两两相对的腔体壁面上间距一定距离开设馈口且相邻两个腔体壁面上的馈口交叉排列，各波导和超声系统通过所述馈口与物料承载腔连接。可选的，所述调配器用于调节微波源与负载之间的匹配度，使微波传输过程中的反射系数趋近于0，包括单销钉调配器、三销钉调配器、光子晶体波导阻抗调配器。所述可选的，调配器安装时使用网络分析仪测定输入回波损耗S11参数，调整调配器的方位和插入深度使S11参数＜-10dB，同时使电压驻波比趋近于1。所述S11参数＝20lg(反射系数)，可选的，所述馈口处安装密封材料，所述密封材料具有承载能力与良好的微波透过性。可选的，所述密封材料包括石英、聚四氟乙烯、聚丙烯、耐高温玻璃，属于低损耗或无损耗绝缘体。可选的，所述超声系统所处的腔体壁面上的波导朝向物料承载腔的中间位置。可选的，各波导的腔体截面与物料承载腔底面的形状大小相同，所述物料承载腔底面为与物料传输方向垂直的面；可选的，物料承载腔的相邻的壁面上的馈口呈90°旋转关系。可选的，物料承载腔相邻的壁面上的馈口交叉排列。可选的，物料承载腔每个壁面上的馈口之间的距离相等。可选的，所述微波发生系统包括磁控管、冷却装置和铸铝激励腔；所述磁控管一端与铸铝激励腔连接、另一端与冷却装置连接；所述冷却装置包括风冷装置和/或水冷装置；所述风冷装置包括轴流风扇和风罩，用于对磁控管进行散热；在铸铝激励腔与波导系统连接处设置用于避免异物侵入激励腔的防尘板；所述水冷装置包括水冷容器及冷却液循环管路。本专利技术的第二个目的在于提供一种连续式液态物料微波-超声耦合处理设备，所述设备包括进料预热装置，上述液态物料微波-超声耦合处理装置和冷却收料工段。可选的，所述进料预热工段包括进料罐，所述进料罐与液态物料微波-超声耦合处理装置之间通过螺杆泵输送物料，同时在液态物料微波-超声耦合处理装置前设置流量计，用于精确控制进入液态物料微波-超声耦合处理装置中的液态物料的流量；所述进料罐设置为夹套结构，且在夹套中设置具有预定温度的热水，用于将进料罐中的液态物料加热到预热温度；且将液态物料进行搅拌均匀，以提高加热速度与均匀性的同时也使其各部分拥有相同的初始温度。可选的，所述设备还包括恒温处理工段，所述恒温处理工段包括保温罐、加热装置和盘管；所述保温罐为双层结构；所述盘管安装在保温罐体内，用于在提高液态物料换热面积的同时，保证足够的液态物料恒温处理时间；在保温罐底部安装放水阀，用于放液与换液；在保温罐上部顶盖处设置出气孔，用于平衡内外气压。可选的，所述冷却收料工段包括冷却罐、冷冻压缩机和盘管；所述盘管安装在冷却罐内，用于在提高液态物料换热面积的同时，保证足够的液体冷却时间；在冷却罐底部安装放水阀；冷却罐上部顶盖处设置出气孔，用于平衡内外气压。本专利技术的第三个目的在于提供上述液态物料微波-超声耦合处理装置和/或上述连续式液态物料微波-超声耦合处理设备在食品、化工、医药
内的应用。本专利技术有益效果是：通过微波装置与超声装置的排列方式能够实现微波-超声耦合处理过程，提升处理(比如杀菌)效果，通过微波-超声耦合处理装置波导排布的独特设计，搭配调配器的使用极大程度地降低了微波加热液态物料过程中电磁波反射的风险，保证了设备运行的安全性能，同时使物料承载腔内电磁场分布更加均匀，减少微波加热冷点，提高能量利用效率，使微波效应与超声空化效应高效结合，提升液态物料加热处理效果。搭配进料预热、恒温处理及冷却收料工段，实现对液态物料的连续化微波-超声耦合处理过程。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液态物料微波‑超声耦合处理装置，其特征在于，所述装置包括：微波发生系统、超声系统、波导系统及调配器、物料承载腔；所述物料承载腔体上包括至少一对相互对应的超声系统与波导系统以实现对液态物料的超声微波耦合处理，波导系统中各波导按照预定角度安装在所述物料承载腔的外壁开设的馈口处，所述预定角度大于等于15°，且小于90°。

【技术特征摘要】
1.一种液态物料微波-超声耦合处理装置，其特征在于，所述装置包括：微波发生系统、超声系统、波导系统及调配器、物料承载腔；所述物料承载腔体上包括至少一对相互对应的超声系统与波导系统以实现对液态物料的超声微波耦合处理，波导系统中各波导按照预定角度安装在所述物料承载腔的外壁开设的馈口处，所述预定角度大于等于15°，且小于90°。2.根据权利要求1所述的液态物料微波-超声耦合处理装置，其特征在于，所述预定角度范围为[30°,60°]。3.根据权利要求1或2所述的液态物料微波-超声耦合处理装置，其特征在于，所述超声系统至少包括一个超声发生装置，当所述超声系统包括两个以上的超声发生装置时，所述超声发生装置安装在所述物料承载腔相对的壁面上。4.根据权利要求1-3任一所述的液态物料微波-超声耦合处理装置，其特征在于，所述物料承载腔体为矩形，在两两相对的腔体壁面上间距一定距离开设馈口且相邻两个腔体壁面上的馈口交叉排列，各波导和超声系统通过所述馈口与物料承载腔连接。5.根据权利要求1-4任一所述的液态物料微波-超声耦合处理装置，其特征在于，所述调配器设置在波导中，通过调整调配器的方位和插入深度使微波传输过程中的反射系数趋近于0，电压驻波比趋近于1。6.一种连续式液态物料微波-超声耦合处理设备，其特征在于，所述连续式液态物料微波-超声耦合处理设备包括进料预热工段，权利要求1-5任一所述的液态物料...

【专利技术属性】
技术研发人员：范大明，张灏，杨化宇，高文华，闫博文，张宇皓，赵建新，陈卫，
申请(专利权)人：江南大学，南京先欧仪器制造有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32