[发明专利]一种微波管路式加热快速升温装置

说明书

本发明公开了一种微波管路式加热快速升温装置，属于微波处理技术领域。通过在物料腔入口处管路设置吸波材料，吸波材料在物料进入到微波吸收腔后辅助物料提前吸收和/或同时强化吸收微波能量，使进入到微波吸收腔的物料利用该微波能量快速升温以达到预定升温速率要求，解决了连续微波加热初期液态物料升温速率较慢的问题，且本发明提供的微波管路式加热快速升温装置，通过波导以大于等于15°且小于90°的预定角度连接在微波吸收腔壁面上，搭配调配器的使用有效防止微波输出后反射回到磁控管内或射入对面波导，极大提高运行过程的安全性。

技术领域

本发明涉及一种微波管路式加热快速升温装置，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技术。相较于传统加热方式，微波加热具有加热速度快、加热时间短、选择性好等优势。在微波加热中，首先对材料内部加热，实现带有大的损耗角正切的材料中的传热耗散过程，进而大大缩短某些过程的处理时间并提高能量利用效率，但是这些结论是基于以家用微波炉为主的目前已有的微波加热设备或方法，其主要特征为同一批待处理物料长时间处于微波场中直至反应达到预期效果。

近年来，连续式微波加热越来越受到人们的关注，尤其是在食品、化工、医药领域。与家用微波炉不同，其微波作用腔体固定，液态物质通过管路等传输方式连续单次流过并吸收微波能量。在液态物质连续式微波加热过程中，电磁场通常集中分布在波导馈口处，导致波导馈口附近的电磁场强度较高，当有液态物料流经时，在馈口附近所吸收的微波能量最多，升温速度最快。但是微波腔体的尺寸有限且馈口位置可能距离物料入口处较远，当物料流入微波腔体时便会开始吸收微波能量，但由于入口处能量密度低，这部分液体无法吸收较多微波能量从而导致其升温速率缓慢，微波腔中液体达到高温后保持时间短，导致某些加工过程无法获得预期结果。

例如，在液态物料的杀菌过程中，对杀菌阶段液体的升温速率有较为严格的要求，且较长的高温时间也能使杀菌效果更加均匀彻底；再比如，在微波化学合成中，往往需要将反应物质快速加热至某一特定温度并保持一定时间直至反应结束，以保证生成物的产率、晶型等诸多要求。目前针对液态物质的连续式微波加热研究还不是十分广泛，其主要原因之一就在于腔体中电磁场的不确定性所导致的液体入口处升温速度慢、加热不均匀等问题，实现液态物料在微波腔体中快速升温以达到预期温度成为亟待解决的问题之一。如何解决连续微波加热初期液态物料升温速率较慢的问题是推动这一技术发展的关键。

发明内容

为了解决目前存在的连续微波加热初期液态物料升温速率较慢的问题，本发明提供了一种微波管路式加热快速升温装置。

一种微波管路式加热快速升温装置，所述装置包括：微波吸收腔以及位于微波吸收腔壁面上的波导系统；所述微波吸收腔壁面上开设有微波馈口，所述波导系统中各波导通过所述微波馈口与所述微波吸收腔连接；所述微波吸收腔内部包含物料承载管路，所述物料承载管路的入口处具有吸波材料，所述吸波材料用于在物料进入到微波吸收腔后辅助物料提前吸收和/或同时强化吸收微波能量，使进入到微波吸收腔的物料利用该微波能量快速升温以达到预定升温速率要求；

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°。

可选的，所述吸波材料的添加位置从微波吸收腔入口开始，至少越过微波吸收腔壁面上的第一对微波馈口以保证吸波材料吸收足够的微波能量。

可选的，所述吸波材料包括但不限于碳化硅、石墨烯、铁氧体及新型纳米材料等微波吸收材料。

可选的，所述物料承载管路的入口处具有吸波材料包括使用混合有吸波材料的物质制备入口处一段管路，吸波材料在管路上的安装结构包括但不限于木梳结构、片层结构、束径结构与内嵌结构。

可选的，所述微波吸收腔的入口处管路处的外径与管路其他位置处的外径相同。