一种微波加热薄膜装置及系统的制作方法

1.本发明属于微波加热技术领域，具体涉及一种微波加热薄膜装置及系统。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，微波能作为一种新型高效的清洁能源，在食品加工、化工、医药等等领域有着广泛的应用。与传统的加热方法相比，微波加热具有高效节能、选择加热、清洁无污染等特点。
3.但是，目前存在一些情况，很难使用微波来对物料进行加热，这些情况就包括对附着在金属表面有损耗的介电薄膜进行加热。因为电磁场的边界条件，在金属表面的切向电场在理论上为零，因而相应的附着在金属上的薄膜不会被加热。在国内外的研究中，用微波加热附着在金属表面的薄膜的技术的相关文献研究较少，因此，研究用微波加热附着在金属表面的有损耗的介电薄膜(各种工业上需要加热的薄膜物料，如水性膜等)，可以让微波加热的应用范围更加宽泛。


技术实现要素：

4.为了克服对薄膜进行加热，本发明提供一种微波加热薄膜装置及系统，该装置通过t形脊波导，将电磁波的能量集中压缩在t形脊上，并通过t形脊波导上设置的介电板，改变波导中原有的电场分布，实现微波对附着在金属表面的有损耗的介电薄膜进行加热。
5.本发明所采用的技术方案是：一种微波加热薄膜装置，包括矩形波导和压缩脊，所述压缩脊设置在矩形波导的腔体内，所述压缩脊与待加热薄膜之间相离形成间隙，电磁波通过所述压缩脊压缩后从间隙通过；所述矩形波导上设置有防泄漏装置，所述防泄漏装置吸收/阻隔腔体内电磁波的泄露；所述矩形波导内设置有通风结构，所述通风结构将腔体内的热气和湿气带出腔体外。
6.优选地，所述压缩脊为t形脊，所述t形脊包括过渡段和加热段，所述过渡段倾斜设置，所述加热段水平设置，所述加热段与过渡段较高的一端连接，所述介电板设置在加热段上。
7.优选地，所述介电板与加热段的形状相匹配，所述过渡段的长度不小于350mm，所述加热段的长度与待加热薄膜的宽度一致；所述过渡段对称设置在加热段的两端。
8.优选地，所述防泄漏装置包括防泄漏器，所述防泄漏器设置在压缩脊与待加热薄膜之间形成的间隙处，所述防泄漏器内设置有防泄漏腔，所述防泄漏腔与腔体连通。
9.优选地，所述防泄漏腔通过防泄漏通道与腔体连通，所述防泄漏腔包括第一壁面和第二壁面，所述第一壁面靠近防泄漏通道，所述第二壁面远离防泄漏通道，所述第二壁面的上表面高于所述第一壁面的上表面；所述防泄漏腔的高度与防泄漏通道的高度一致，所述防泄漏腔的高度为电磁波的四分之一波长。
10.优选地，所述通风结构包括压缩脊上的第一通风孔和第二通风孔，所述压缩脊内部中空，所述矩形波导上设置有进风口，所述第一通风孔与进风口相对应，所述第二通风孔
与腔体连通，所述防泄漏器上设置有出风口，所述出风口设置在第二壁面处，所述出风口处设置有若干销钉。
11.优选地，所述介电板的介电常数大于3.6，所述间隙的高度为1.5mm。
12.优选地，矩形波导的微波入射口处设置有环形器和水负载；所述矩形波导上设置有监测装置，所述监测装置用于监测矩形波导内电磁波的入射和反射；所述矩形波导上设置有盖体，所述盖体设置在间隙处，所述盖体与矩形波导的外壁一起构成矩形波导的整体结构。
13.一种微波加热薄膜系统，包括上述的薄膜加热装置，数个矩形波导通过90
°
转弯波导首尾相连形成“s”形结构的加热系统，数个所述压缩脊设置在同一列使得待加热薄膜逐一从压缩脊上经过，所述加热系统包括微波入射口和微波接收端。
14.优选的，所述微波接收端处设置有水负载或可调短路面，所述可调短路面的大小与矩形波导的腔体的大小相当，所述可调短路面可相对于矩形波导、沿矩形波导的长度方向移动。
15.本发明具有以下有益效果：
16.1)本发明通过将矩形波导和t形脊相结合，使得电磁波的能量被集中压缩在t形脊上的平坦部分，并通过t形脊波导上设置的介电板，改变波导中原有的电场分布，使t形脊波导上面区域的切向电场分量从无到有，实现微波对附着在金属表面的有损耗的介电薄膜进行加热，通过在可移动金属带上涂抹薄膜，可以实现薄膜的批量化加热；
17.2)本发明在微波加热处设置了防泄漏装置，防泄漏装置可以防止薄膜在传输加热过程中发生电磁泄漏，防泄漏装置的内部腔体直接与矩形波导的腔体连通，从而使得加热处的微波直接进入到防泄漏装置中，避免微波泄漏到外界；在防泄漏装置处，还设置了若干销钉，将防泄漏装置内残留的电磁波吸收，进一步避免电磁波的泄露；
18.3)本发明的薄膜加热系统，在微波接收端处设置有水负载或可调短路面，其分别对应两种工作状态，一种是行波的工作状态，接收端接水负载，水负载将剩余的微波吸收；另一种是驻波的工作状态，接收端接一个可调的短路面，短路面将接收端的电磁波全反射回来，与入射电磁波形成驻波，通过调整短路面的位置调节驻波，得到一个较好的加热效果，提高加热效率；
19.4)本发明的薄膜加热装置上设置了通风结构，通风结构从t形脊波导的内部进入，不会影响到矩形波导内电磁波的传输，也不会造成矩形波导内电磁波的泄露；通风结构可以将矩形波导内加热后的湿气排出，也可以通过通风结构通入热风，同时起到提高加热效率和保温的作用。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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它的附图。
21.图1为本发明薄膜加热装置的横向剖面图；
22.图2为薄膜加热装置的纵向剖面图；
23.图3为局部放大图；
24.图4为薄膜加热装置的立体图；
25.图5为薄膜加热系统的结构示意图；
26.图6为薄膜加热系统的微波接收端接水负载时水薄膜5s的温升示意图；
27.图7为薄膜加热系统的微波接收端接短路面时水薄膜5秒的温升示意图；
28.图8为微波接收端接短路面时短路面距t形脊脊125mm时水薄膜5秒的温升示意图；
29.图9为微波接收端接短路面时短路面距t形脊脊100mm时水薄膜5秒的温升示意图；
30.图10为微波接收端接短路面时短路面距t形脊脊75mm时水薄膜5秒的温升示意图。
31.图中：1-矩形波导；2-压缩脊；3-微波入射口；4-腔体；5-防泄漏器；6-防泄漏腔；7-出风口；8-销钉；9-防泄漏通道；10-第二通风孔；11-进风口；12-盖体；13-第一通风孔；14-过渡段；15-介电板；16-加热段；17-间隙；18-第二壁面；19-第一壁面；21-90
°
转弯波导；22-微波接收端。
具体实施方式
32.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
33.实施例一
34.如图1-4所示，一种微波加热薄膜装置，该加热装置包括矩形波导1和压缩脊2，所述压缩脊2设置在矩形波导1的腔体4内，所述压缩脊2上设置有介电板15，介电板15为高介电常数的介电板，本实施例中，所述介电板15的介电常数大于3.6，本实施例中介电板15为长方体结构，优选使用的是99％的刚玉，所述压缩脊2与待加热薄膜之间相离形成间隙17，电磁波通过所述压缩脊2压缩后从间隙17通过，对附着在金属表面的有损耗的介电薄膜进行加热；所述矩形波导1上设置有防泄漏装置，从而避免在间隙17处的电磁波泄露到外界，所述防泄漏装置吸收/阻隔腔体4内电磁波的泄露；所述矩形波导1内设置有通风结构，所述通风结构将腔体4内的热气和湿气带出腔体4外，还可以通入热风，对矩形波导1内进行保温和干燥。
35.本实施例中，优选将压缩脊2选用为t形脊波导，t型脊可以把电磁波的能量集中在t型脊上，能有更大的带宽和更长的截止波长，也可以采用其他形状；所述t形脊波导包括过渡段14和加热段16，所述过渡段14倾斜设置，所述加热段16水平设置，所述加热段16与过渡段14较高的一端连接，所述介电板15设置在加热段16上。所述介电板15与加热段16的形状相匹配，所述过渡段14的长度不小于350mm，所述加热段16的长度与待加热薄膜的宽度一致；所述过渡段14对称设置在加热段16的两端。本实施例中，在入射功率为100w时，t形脊的加热段长度优选为0.12-0.18m。
36.所述防泄漏装置包括防泄漏器5，所述防泄漏器5设置在压缩脊2与待加热薄膜之间形成的间隙17处，所述防泄漏器5内设置有防泄漏腔6，所述防泄漏腔6与腔体4连通，从而防止间隙17处的电磁波泄露到外界。
37.所述防泄漏腔6通过防泄漏通道9与腔体4连通，所述防泄漏腔6包括第一壁面19和第二壁面18，所述第一壁面19靠近防泄漏通道9，所述第二壁面18远离防泄漏通道9，所述第
二壁面18的上表面高于所述第一壁面19的上表面；所述防泄漏腔6的深度与防泄漏通道9的高度一致，皆为电磁波的四分之一波长，外界空间对于电磁波来说相当于开路，而四分之一波长的电磁波距离有着转换开路短路的效果，因而腔体4与防泄漏腔6的位置相当于一个短路面，能够将泄露的电磁波反射回腔体4中。
38.所述通风结构包括压缩脊2上的第一通风孔13和第二通风孔10，所述压缩脊2内部中空，所述矩形波导1上设置有进风口11，所述第一通孔13与进风口11相对应，所述第二通风孔10与腔体4连通，所述防泄漏器5上设置有出风口7，所述出风口7设置在第二壁面18处，所述出风口7处设置有若干销钉8。通风时，风从矩形波导1上的进风口11处进入，经过第一通孔13后从第二通风孔10吹出，进入到腔体4内，将腔体4内的湿气带着经由防泄漏器5上的出风口7吹出，并将腔体4内的湿气带出装置外部；为了避免在出风口7处有少量电磁波的泄露，在出风口7处设置有若干销钉8，销钉8直接设置在内壁处，将残留的电磁波吸收，避免泄露到外界。
39.所述间隙17的高度为1.5mm。
40.为了保护微波源，在矩形波导1的微波入射口3处设置有环形器和水负载，负责将反射回来的微波吸收掉进而保护微波源，环形器和水负载为本领域内常用装置，不再赘述；所述矩形波导1上设置有监测装置，所述监测装置用于监测矩形波导1内电磁波的入射和反射，这里一般接功率计；所述矩形波导1上设置有盖体12，所述盖体12设置在间隙17处，所述盖体12与矩形波导1的外壁一起构成矩形波导1的整体结构，在不使用装置时，可以将盖体12盖设在矩形波导1上，避免杂质的进入。
41.具体工作方式为：微波源从微波入射口3处射入微波，微波经过矩形波导、t形脊波导后，被逐渐压缩，最后被限制在间隙17的空间处，经过介电板15，电磁波被集中在t型脊平坦部分上方的切向电场，改变原有t型脊波导的电场分布，使t型脊波导上面区域的切向电场分量从无到有，进而实现对金属表面的薄膜进行加热。通过在可移动金属带上涂抹薄膜，可以实现薄膜的批量化加热。
42.实施例二
43.考虑到脊波导加热薄膜存在能量利用率较低的情况，可以在一个加热装置内设置多段加热腔来更加充分利用微波能量一种薄膜加热系统，如图5所示，设置多个上述实施例一种的薄膜加热装置，为了薄膜的加热均匀，一般设置偶数个平行的薄膜加热装置，数个矩形波导1通过90
°
转弯波导21首尾相连形成“s”形结构的加热系统，数个所述压缩脊2设置在同一列使得待加热薄膜逐一从压缩脊2上经过，也即待加热薄膜的运动方向与薄膜加热装置相垂直，并逐一从数个薄膜加热装置上经过，所述加热系统包括微波入射口3和微波接收端22。
44.所述微波接收端22处设置有水负载或可调短路面，水负载主要由波导传输段和微波吸收腔体段组成，吸收腔体内为冷却液流动的水室，在水室和金属腔体间采用密封圈密封，水负载为现有技术，不在赘述；可调短路面为一个可移动的金属面，能够反射电磁波，调节驻波的效果，所述可调短路面的大小与矩形波导1的腔体4的大小相当，所述可调短路面可相对于矩形波导1、沿矩形波导1的长度方向移动。水负载和可调短路面分别对应两种工作状态，一种是行波的工作状态(接收端接水负载，水负载将剩余的微波吸收)，行波为波从波源向外传播；另一种是驻波工作状态(接收端接一个可调的短路面)，驻波为波在一个空
间来回反射，而反射的波与后面传来的波发生干涉，形成稳定的干涉场，从而各个位置的振幅稳定不变，短路面将接收端的电磁波全反射回来，与入射电磁波形成驻波，通过调整短路面的位置调节驻波，得到一个较好的加热效果，提高加热效率。
45.图6-10分别为微波接收端22处接不同的水负载或可调短路面时的加热效果图，其中微波入射端口的功率为100w。从图6-7可以得知，加热效率分别为12.1％和34.8％；通过调整短路面的位置来调整驻波，一方面可以提高加热腔的加热效率，另一方面还能使薄膜的加热均匀性更好，其调节短路面的效果图如图8-10所示，加热效率分别为9.2％、18.2％和34.8％。
46.本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。