适用于液态物料的微波腔体制造技术

本发明专利技术公开了适用于液态物料的微波腔体，属于微波处理技术领域。通过设置各波导与微波吸收腔壁面以大于等于15°且小于90°的预定角度连接，合理调整波导与物料管路的交汇界面面积，搭配调配器的使用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，极大提高微波处理运行过程的安全性；在微波吸收腔相对的壁面上间距一定距离开设微波馈口，各波导通过微波馈口与微波吸收腔连接，为每一种微波处理方案提供了具体的可实行的方案；且考虑到了微波加热高效性与均匀性的问题，提高了能量的利用率。

Microwave Cavity for Liquid Materials

【技术实现步骤摘要】
适用于液态物料的微波腔体
本专利技术涉及适用于液态物料的微波腔体，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。微波已经广泛应用于现代的雷达及通信
除应用于通信外，微波对介电物质的加热特性使其成为加工领域的新技术。在传统液态物料加工及处理过程中，加热是至关重要的一环。传统的加热方法通常以蒸汽作为主要能源，例如在牛奶的巴氏杀菌及UHT过程中，高压蒸汽耗能大、热效率低，并且会带来诸多安全隐患。因此，替代蒸汽加热的新型能源引起了学者的广泛关注，其中微波加热技术被视为最具有产业化前景的加热技术之一。相较传统热加工手段，微波加热具有以下特点：1、时间短，速度快，选择性强；2、辐射加热，在处理过程中不易出现因管壁过热导致的结焦现象；3、能耗少，占地小，自动化程度高；4、装备及配件成本低，维护过程容易实现。同时，微波加热在保持原料的色、香、味及营养成分等方面具有优势，而且无化学物质残留，安全性较高。因此，关注微波加热技术对于传统加工过程的升级优化具有重要意义。但是，虽然微波加热技术已经在家用微波炉中广泛应用，但是在液态物料工业处理方面推广较少，主要受限于现有的技术及装备，针对微波直接加热流动流体的研究较少。而目前已有的用于液态物料的微波加热设备的设计方案存在以下问题：1、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；2、波导与物料腔的结合模式仅存在概念上的简单连接，缺乏具体地具有可行性的方案；3、没有考虑微波加热高效性与均匀性的问题，能量利用率低，很难达到液态物料所需处理温度；4、没有考虑腔体中电磁波的反射问题，存在诸多安全隐患；5、没有用于液态物料直接加热处理的微波组合装备，且针对不同种类的液态物料，缺乏对材料合理性方面的考量。
技术实现思路
为了解决目前存在的采用微波对物料进行处理没有考虑电磁波的反射问题导致的现有设备中存在诸多安全隐患的问题，本专利技术提供了一种微波腔，所述微波腔包括：微波吸收腔和波导系统，所述波导系统包括至少两个波导，各波导与微波吸收腔壁面以预定角度连接，所述预定角度大于等于15°，且小于90°。可选的，各波导中设置调配器，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，所述可选的，所述调配器包括单销钉调配器、三销钉调配器、光子晶体波导阻抗调配器。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)，所述可选的，所述预定角度范围为[30°,60°]。可选的，所述微波吸收腔为矩形腔体，在微波吸收腔相对的壁面上每间距一定距离开设微波馈口，各波导通过所述微波馈口与微波吸收腔连接。可选的，各波导的腔体截面与微波吸收腔的底面形状大小相同，所述微波吸收腔的底面为与物料传输方向垂直的面；可选的，微波吸收腔的相邻的壁面上的微波馈口呈90°旋转关系。可选的，微波吸收腔相邻的壁面上的微波馈口交叉排列。可选的，微波吸收腔四个壁面上的微波馈口螺旋排列。可选的，通过设置各波导相对于微波吸收腔壁面的倾斜方向一致或者部分一致能够使得输送至微波吸收腔内部的微波能量均匀输出或集中输出。可选的，所述微波吸收腔内部还包括物料流经管路，各波导相对于微波吸收腔壁面的倾斜方向包括：完全一致、部分一致或各不相同，每个波导的倾斜方向根据实际情况与需要设定。可选的，所述预定角度为45°。可选的，所述物料流经管路的入口处设置有吸波材料。可选的，所述吸波材料用于使得物料进入物料流经管路时迅速升温以达到所需的升温速率要求。可选的，所述物料流经管路的入口处设置吸波材料后的管路外径与物料流经管路未设置吸波材料处的管路外径相同。可选的，所述物料流经管路的材料为微波透过性良好的材料，包括石英、聚四氟乙烯、聚丙烯、耐高温玻璃。可选的，所述吸波材料为能快速吸收微波的物质，包括碳化硅、石墨烯、铁氧体、新型纳米材料。可选的，物料直接从微波吸收腔内部流通时，各微波馈口处使用微波透过性良好且具有承载能力的材料密封。可选的，所述预定角度为60°。可选的，所述微波透过性良好且具有承载能力的材料包括石英玻璃、聚四氟乙烯、聚丙烯、耐高温玻璃。可选的，所述各微波馈口处使用微波透过性良好且具有承载能力的材料密封包括：选用一种微波透过性良好且具有承载能力的材料密封和/或选用两种以上微波透过性良好且具有承载能力的材料叠加密封。可选的，各波导相对于微波吸收腔壁面的倾斜方向朝向微波吸收腔的中间部分。本专利技术的第二个目的在于提供一种微波处理装置，所述微波处理装置包括微波发生装置和上述微波腔。可选的，所述微波发生装置包括磁控管、冷却装置、铸铝激励腔；所述磁控管与铸铝激励腔相连；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，所述风冷装置用于使用过程中磁控管部分的散热，使装置保持正常工作状态；所述水冷装置包括水冷容器及冷却液体循环管路。所述铸铝激励腔与各波导连接处设置防尘板，用于避免异物侵入激励腔，并起到导流空气和一定的散热作用。本专利技术有益效果是：通过设置各波导与微波吸收腔壁面以大于等于15°，且小于90°的预定角度连接，合理调整波导与物料管路的交汇界面面积，搭配调配器的使用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，极大提高微波处理运行过程的安全性；微波吸收腔为矩形腔体，在微波吸收腔相对的壁面上间距一定距离开设微波馈口，各波导通过所述微波馈口与微波吸收腔连接，为微波处理提供了具体可行的方案；还通过设置各波导相对于微波吸收腔壁面的倾斜方向一致或者部分一致或者根据实际情况分别设定能够使得输送至微波吸收腔内部的微波能量均匀输出或集中输出；并为每一种方案提供了具体的可实行的方案；且考虑到了微波加热高效性与均匀性的问题，提高了能量的利用率，使得能够达到液态物料的处理温度。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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术提供的微波腔的结构一中波导与微波吸收腔位置关系示意图；图2是本专利技术提供的微波腔的结构二中波导与微波吸收腔位置关系示意图；图3是本专利技术提供的微波腔的两种结构中物料所处位置示意图；图4是本专利技术提供的微波腔的束径结构示意图；图5是本专利技术提供的微波腔的两种结构实物示意图，其中(A)对应结构一，(B)对应结构二；图6是本专利技术提供的微波处理装置的两种结构实物示意图，其中(A)对应结构一，(B)对应结构二；其中，101为波导，102为微波吸收腔，103为物料流经管路，104为物料，105为吸波材料；1-球阀，2-接管，3-E面波导上板，4-E面波导侧板，5-E面波导下板，6-微波吸收腔A侧板I，7-调配器，8-波导法兰，9-调配器盖板，10-微波吸收腔A侧板Ⅱ，11-石英物料管，12-吸波材料，13-速接管，14-轴流风扇，15-风罩，16-铸铝激励腔，17-磁控管，18-微波吸收腔法兰，19-硅橡胶密封O型圈，20-速接管法兰，21-四本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波腔，其特征在于，所述微波腔包括：微波吸收腔和波导系统，所述波导系统包括至少两个波导，各波导与微波吸收腔的壁面以预定角度连接，所述预定角度大于等于15°，且小于90°。

【技术特征摘要】
1.一种微波腔，其特征在于，所述微波腔包括：微波吸收腔和波导系统，所述波导系统包括至少两个波导，各波导与微波吸收腔的壁面以预定角度连接，所述预定角度大于等于15°，且小于90°。2.根据权利要求1所述的微波腔，其特征在于，各波导中设置调配器，所述调配器用于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。3.根据权利要求1或2所述的微波腔，其特征在于，所述预定角度范围为[30°，60°]。4.根据权利要求1-3任一所述的微波腔，其特征在于，所述微波吸收腔为矩形腔体，在微波吸收腔相对的壁面上每间距一定距离开设微波馈口，各波导通过所述微波馈口与微波吸收腔连接。5.根据权利要求4所述的微波腔，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：范大明，杨化宇，张灏，高文华，闫博文，张宇皓，赵建新，陈卫，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32