管道式工業微波加熱裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及微波工業加熱領域，特別是管道式工業微波加熱裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著現代科技的飛速發展，微波能作為一種新型的高效率、清潔能源，已廣泛應用 于工業生產、日常生活等各個領域。微波加熱具有"體加熱"的特點體加熱"是一種與被 加熱物質直接作用的選擇性加熱方式，代替了傳統加熱中物質通過介質熱傳導獲得溫升的 方法，節省了熱量在介質中傳導所需的時間，減少了在傳導介質中的能量消耗，具有高效、 節能的特點。然而，微波加熱技術在不斷發展的同時，也存在著許多問題。
[0003] 在大規模的工業生產中，采用傳統的"隧道式"微波加熱裝置對固體材料進行加熱 時，存在不均勻加熱、效率低的問題。微波在照射大型固體材料時，其趨膚深度遠小于材料 的尺寸，造成了微波的能量只集中于材料的表面區域，導致加熱不均勻；同時，由于傳輸帶 要保持運動，而造成了材料只能填充部分的隧道空間，造成了加熱效率低的問題；工業應用 中普遍要求設備能夠在高溫，高壓，抗腐蝕等復雜條件下工作，運就加大了微波反應器W及 微波加熱腔體的要求。
[0004] 其次，傳統的"隧道式"微波加熱裝置在加熱過程中粉塵，水汽等雜質易向上擴散， 進入微波饋口損壞設備，尤其是一些在加熱過程中會揮發腐蝕性氣體的材料，如礦石的微 波脫硫等，更不利于使用運種設備進行工業生產。 陽〇化]由于微波波長相對較短，且固體材料內部幾乎不存在自然對流，同時微波透射入 固體材料時，其趨膚深度遠小于材料的尺寸，造成了微波的能量只集中于材料的表面區域， 運些因素都會導致加熱不均勻的問題。
[0006] 上述運些因素帶來的微波非均勻加熱、效率低的問題限制了微波在工業化生產中 的應用。
[0007] 丞待出現一種可W解決上述問題的新型工業微波加熱裝置。
【發明內容】
[0008] 本發明提供的管道式工業微波加熱裝置，其目的在于提供一種微波加熱效率高、 加熱均勻的新型微波加熱裝置。
[0009] 本發明的技術方案是運樣實現的：管道式工業微波加熱裝置，包括微波饋入裝置、 加熱腔，其特征在于：所述加熱腔是可填充被加熱固體材料的管道結構和可將被加熱固體 材料推入管道結構的機械設備；所述微波饋入裝置均勻設置于管道結構外部。
[0010] 優選地，所述微波饋入裝置為卿趴式微波饋入裝置。
[0011] 優選地，所述卿趴式饋入裝置W等間距離、等夾角間距成陣列型分布。
[0012] 進一步地，還設置有匹配層，所述匹配層設置于管道結構的內徑。
[0013] 優選地，所述卿趴式微波饋入裝置的個數是8個。
[0014] 優選地，所述管道結構的內徑是110mm。
[0015] 進一步地，所述機械設備為具有機械手臂的推壓板。
[0016] 本發明提供的管道式工業微波加熱裝置，通過改變微波加熱腔的結構，從根本上 改變微波工業加熱的模式，提高加熱效率；同時在管道結構成陣列型分布的卿趴式微波饋 入裝置，大大提高微波福射效率和均勻性，且解決了微波工業加熱不均勻的技術問題；通過 設置完美匹配層進一步提高微波加熱效率，且防止粉塵、水汽等雜質進入饋口損壞設備。
【附圖說明】
[0017] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可 W根據運些附圖獲得其他的附圖。
[0018] 圖1 :管道式工業微波加熱裝置的立體結構圖；
[0019] 圖2:本發明的側視圖；
[0020] 圖3:本發明的俯視圖；
[0021] 圖4 :不同波導饋口數量和分布結構對應褐煤微波加熱溫度場COV值曲線；
[0022] 圖5不同管道半徑所對應的溫度場COV值曲線；
[0023] 圖6 :不同平移速度對應褐煤微波加熱溫度場COV值曲線。
[0024] 圖中：1、加熱腔；2、卿趴式微波饋入裝置；3、匹配層。
【具體實施方式】
[0025] 下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[00%] 本發明公開的管道式工業微波加熱裝置，包括微波饋入裝置、加熱腔1，其特征在 于：所述加熱腔1是可填充被加熱固體材料的管道結構和可將被加熱固體材料推入管道結 構的機械設備；所述微波饋入裝置均勻設置于管道結構外部。
[0027] 優選地，所述微波饋入裝置為卿趴式微波饋入裝置2。優選地，所述卿趴式饋入裝 置W等間距離、等夾角間距成陣列型分布。
[0028] 進一步地，還設置有匹配層3,所述匹配層3設置于管道結構的內徑。
[0029] 優選地，所述卿趴式微波饋入裝置2的個數是8個。優選地，所述管道結構的內徑 是 110mm。
[0030] 進一步地，所述機械設備為具有機械手臂的推壓板。
[0031] 本發明采用完全填充式管道加熱方式處理固體材料，不再利用傳輸帶運輸材料， 而是將材料填充滿整個管道，并通過機械設備勻速推進推出使其W恒定的速度通過加熱管 道，受到微波作用獲得溫升，整個加熱過程管道空間得到了充分利用，提高了加熱效率；采 用卿趴式結構的微波饋入裝置提高福射效率和均勻性巧1]，引入完美匹配層3進一步提高 微波加熱效率，且防止粉塵，水汽等雜質進入饋口損壞設備。
[0032] 圖1、圖2、圖3分別為管道式工業微波加熱裝置的立體結構圖、側視圖和俯視 圖。如圖1、圖2、圖3所示，該設備主體是一個高為h的金屬管道，承裝物料的管道內徑為 110mm，用來填充被加熱固體材料；管道周圍環繞8個Bj22波導作為微波饋入裝置，采用卿 趴式結構連接到管道上，波導W等間距離分布，俯視圖中可知波導按等夾角間距成陣列型 分布。
[0033] 波導采用卿趴式結構與管道相連，主要原因在于波導采用卿趴式結構進行饋波， 能夠提高微波的加熱均勻性和效率：當卿趴結構的張角變大時，橫截面的電場福射范圍越 大，物料橫截面的電場分布越均勻。當單波導直接與管道相連時，電場福射范圍較小，比較 集中于饋口的位置；而當單波導采用卿趴結構與管道相連時，當加入卿趴式結構后，電場福 射范圍有明顯增大，在電場強度整體基本不變的情況下，使微波能量更加分散的作用于被 加熱物料，進而提高了微波加熱的均勻性。
[0034] 本發明的金屬管道內部設置有完美匹配層3,主要目的是通過完美匹配提高被加 熱固體材料的功率吸收效率，管道內部加入完美匹配層3后：空氣和匹配介質交界面（界面 1)，匹配介質和被加熱固體材料交界面（界面2)的入射與反射系數滿足：
[0036] 其中ni、n2和n3分別為空氣的波阻抗、匹配介質的波阻抗和被加熱固體材料的 波阻抗。而
nW為等效波阻抗也就是匹配介質和被加熱固體材料在界面1 處反射系數和透射系數的等效值，將匹配介質和相對于空氣等效成一種物質來看待。而當 中間匹配層3的厚度d=A/4時，則有：
[003引若IUf=n1，則可W實現1\二0的波在界面1的全透射，因此得到了 ：
[0039]
[0040] 因此，只需要知道空氣和被加熱固體材料的介電常數實部既可W得到完美匹配層 3的相對介電常數，同時計算出微波在介質中的波長后，就可W計算出完美匹配層3的厚 度，對于不同的被加熱固體材料，都有其對應相對介電常數和厚度的完美匹配層3。
[0041] 發明中的完美匹配層3在提高褐煤功率吸收效率的同時，還能夠阻隔被加熱固體 材料與管道和波導饋口的直接接觸，不僅能夠防止加熱過程中產生的水汽、粉塵、腐蝕性氣 體等雜質對管道和波導饋口的腐蝕，而且能避免運些物質進入波導內部，腐蝕設備，甚至損 壞微波源，保證了微波加熱過程的安全性，也降低了工業應用時對設備的損耗。
[0042] 微波加熱基本上是一個非均勻加熱的過程，由于微波作用于被加熱固體材料一般 均為損耗介質，在微波能透射入損耗介質的過程中，大部分能量被介質吸收，剩下小部分能 量持續透射，因此被加熱固體材料對微波能的整個吸收過程是不均勻的。從加熱裝置的形 狀、尺寸、結構等因素可W改善和提高微波加熱均勻性。
[0043]微波饋入端口個數的分析：
[0044] 首先，微波饋入端口對管道式工業微波加熱裝置的均勻性起到了決定性的作用， 不同數量和結構的波導饋口結構下，被加熱固體材料的溫度分布情況，并使用其溫度場COV 值來表征其微波加熱均勻性，對比了不同數量和分布結構下的波導饋口對微波加熱褐煤均 勻性的影響。根據加熱均勻性結果，優化饋入端口數量和波導分布結構，從而提高了被加熱 固體材料的加熱均勻性。運里暫取管道內徑r= 100mm，設波導饋口的數量為n，相鄰波導 旋轉夾角為a;
[0045]當只有一個波導饋口時，褐煤通過管道獲得的加熱區域非常集中，幾乎只有靠近 波導口的位置產生了溫升，而其他區域沒有獲得很好的加熱效果，但當波導饋口增加到2 個，且采取夾角為180°的對面結構進行饋入時，褐煤獲得溫升的區域比一個波導口有了明 顯增大，隨著波導個數的增加，褐煤通過管道式工業微波加熱裝置后獲得溫升的區域也隨 之增大；波導個數增加的同時，被加熱固體材料獲得微波加熱后橫截面內各個區域的溫差 越小，運就表示溫度