[发明专利]一种适用于液态物料的微波-超声耦合腔体

说明书

本发明公开了一种适用于液态物料的微波‑超声耦合腔体，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能够实现以微波作用为主、超声作用为辅的微波‑超声耦合处理过程，通过微波‑超声耦合腔体独特的波导排布设计，搭配调配器的使用极大程度地降低微波加热液态物料过程中电磁波反射的风险，保证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，使微波效应与超声空化效应高效结合，进而提升液态物料处理效果，实现微波‑超声耦合处理过程。

技术领域

本发明涉及一种适用于液态物料的微波-超声耦合腔体，属于微波处理技术领域。

背景技术

微波是指频率范围在300MHz-300GHz之间的电磁波。除广泛应用于通信技术领域外，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并且两者的协同效应已有学者进行初步探究，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。

发明内容

为了解决目前存在的问题，实现将微波的“热效应”与超声波的“震动效应”高效结合本发明提供了一种适用于液态物料的微波-超声耦合腔体，所述微波超声耦合腔体包括：物料承载腔、波导系统和超声系统；所述物料承载腔上包括至少一对相互对应的超声系统与波导系统，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，所述超声系统包括至少一个超声发生装置，当超声系统包括两个以上超声发生装置时，所述超声发生装置交错安装在所述物料承载腔相对的壁面上且与波导相对。

可选的，所述预定角度范围为[30°,60°]。

可选的，所述物料承载腔为矩形腔体，在物料承载腔的相对的壁面上每间距一定距离开设馈口，各波导以及超声系统通过所述馈口与物料承载腔连接。

可选的，物料承载腔的相邻的壁面上的微波馈口交叉排列。

可选的，通过设置各波导相对于物料承载腔壁面的倾斜方向一致或者部分一致能够使得输送至物料承载腔内部的微波能量均匀输出或集中输出。

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，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)，