專利名稱：多級圓柱形波導(dǎo)施用器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及微波加熱，并且更具體地涉及加熱流過波導(dǎo)施用器的物料。
背景技術(shù)：
圓柱形(或柱形)波導(dǎo)施用器(輻射器)、例如由美國北卡羅來納州莫里斯維爾的 工業(yè)微波系統(tǒng)公司生產(chǎn)和銷售的CHS型微波加熱系統(tǒng)中的施用器被用于加熱流管中的流 經(jīng)施用器的物料。管子被定位在圓柱形施用器的聚焦區(qū)域，以使流動物料經(jīng)受集中但均勻 的加熱圖案。施用器的幾何形狀和待加熱材料的介電性質(zhì)主要確定聚焦區(qū)域的位置和半徑 范圍。對于許多應(yīng)用，緊密聚焦的聚焦區(qū)域運行得最好。但是。需要定位于圓柱形施用器 的窄聚焦區(qū)域中的小直徑流管，以用于高效、均勻地加熱。此外，改變聚焦區(qū)域的位置和其 集中度是困難的。因此，在不改變圓柱形施用器的幾何形狀的情況下，均勻地加熱在較大流 管中流動的物料和調(diào)整微波能量的焦點是困難的。因此，存在對克服這些缺陷中的一些的微波施用器的需求。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種波導(dǎo)施用器包括由一對平行的、具有相反邊緣的第 一和第二窄壁和一對相反的第一和第二寬壁形成的波導(dǎo)管，所述寬壁連接在所述一對窄壁 的相反邊緣之間。波導(dǎo)管沿長度方向從第一端延伸到被端壁封閉的第二端。波導(dǎo)管的第一 端處的端口允許電磁波傳播到波導(dǎo)管中。窄壁中的開口限定出流動路徑，待加熱的物料沿 該流動路徑橫穿波導(dǎo)管通過窄壁。第一寬壁中的第一突出部和第二寬壁中的第二突出部沿 波導(dǎo)管的長度彼此偏置(或偏離)。在本發(fā)明的另一方面，一種波導(dǎo)施用器系統(tǒng)包括具有電磁能傳播到其中的微波照 射區(qū)域(暴露區(qū)域)的第一波導(dǎo)施用器級和具有電磁能傳播到其中的微波照射區(qū)域的第二 波導(dǎo)施用器級。貫穿第一和第二波導(dǎo)施用器級的微波照射區(qū)域延伸的管道限定出物料流動 路徑。暴露于電磁能中的物料沿流動路徑順序地流過第一和第二波導(dǎo)施用器級。流過第一 波導(dǎo)施用器級的物料的加熱圖案不同于流過第二波導(dǎo)施用器級的物料的加熱圖案。這樣， 在兩級中未在物料中在相同位置上形成熱點。在本發(fā)明的又一方面，一種用于加熱可流動物料的方法包括(a)使物料在管子 中流過第一微波照射區(qū)域，所述微波照射區(qū)域在可流動物料中產(chǎn)生第一加熱圖案；以及 (b)使物料在管子中流過第二微波照射區(qū)域，所述第二微波照射區(qū)域在可流動物料中產(chǎn)生 不同于第一加熱圖案的第二加熱圖案。


通過參考以下說明書、所附權(quán)利要求和附圖可以更好地理解本發(fā)明的這些特征和 方面及其優(yōu)點，其中圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的特征的兩級波導(dǎo)施用器系統(tǒng)的斜視圖，包括兩個背靠背、單一偏置的施用器；圖2是圖1的單一偏置波導(dǎo)施用器中的一個的斜視圖；圖3是沿線3-3剖開的圖2的波導(dǎo)施用器的按比例縮小的橫截面；圖4是沿線4-4剖開的圖2的波導(dǎo)施用器的按比例縮小的橫截面；圖5A和5B是在圖1的兩個施用器中的流管內(nèi)的物料的徑向加熱圖案的示意圖；圖6是體現(xiàn)本發(fā)明的特征的另一兩級波導(dǎo)施用器系統(tǒng)的等角投影圖，包括由不同 方向供給的對稱施用器；圖7是體現(xiàn)本發(fā)明的特征的級聯(lián)式兩級波導(dǎo)施用器的斜視圖；以及圖8是沿線8-8剖開的圖7的級聯(lián)式波導(dǎo)施用器的按比例縮小的橫截面；圖9是體現(xiàn)本發(fā)明的特征的級聯(lián)式兩級波導(dǎo)施用器的另一變型的等角投影圖，包 括相對地傾斜的壁突出部；以及圖10A-10C是體現(xiàn)本發(fā)明的特征的四級波導(dǎo)施用器系統(tǒng)的等角投影、側(cè)視和頂部 平面圖。
具體實施例方式圖1中示出了體現(xiàn)本發(fā)明的特征的兩級微波施用器系統(tǒng)。施用器系統(tǒng)20包括一 對施用器21、21'。參考圖2-4描繪了各施用器的結(jié)構(gòu)。每個施用器21由在相反的邊緣 24,25處與一對寬壁沈、27接合的一對平行的窄導(dǎo)電壁22、23形成。如圖1所示，施用器 由微波源觀、例如磁電管通過Y形功率分配器四激勵。電磁波借助于功率分配器和發(fā)射 部分34通過端口 32入射到每個施用器的第一端30中，所述功率分配器和發(fā)射部分34包 括傳統(tǒng)的循環(huán)器和負載(未示出)，以保護微波源免受反射能的影響。具有在寬壁之間引 導(dǎo)或定向的電場36的電磁波沿波導(dǎo)管的長度方向傳播到波導(dǎo)管的第二端31處的端壁38。 導(dǎo)電的端壁將波向著微波源反射回來。每個施用器的窄壁中的開口 40、41接納進入施用器的內(nèi)部的管道42。由可透過徽 波的材料制成的管道限定出物料流動路徑44，將被施用器加熱的可流動物料沿所述流動路 徑44流動?？闪鲃游锪系囊恍嵗且后w、乳劑和懸浮體。兩個寬壁沈、27包括位于包圍 物料流動路徑的微波照射區(qū)域48的側(cè)面的向外突出部46、47。射入到照射區(qū)域中的電場線 的方向橫過物料的流動路徑并且橫過電磁波的縱向傳播方向，所述傳播方向橫過物料的流 動路徑。突出部在流動路徑的相反側(cè)沿波導(dǎo)管的長度彼此縱向偏置(或偏離)。寬壁中的 突出部被示出為從窄壁延伸到窄壁的等腰梯形柱體。但是，其可以替代地被實施為如圖3 中的虛線所示的圓柱體的一部分50?；蛘撸┯闷骺扇缣摼€51所示僅在一側(cè)具有突出部， 所述虛線51表示與突出部46相反的扁平寬壁。柱形突出部優(yōu)選等同并通過使其對稱面52、53平行并且位于流動路徑的徑向相 對側(cè)而以交迭配置的方式定位。偏置的突起部以如下方式圍繞物料流動路徑引導(dǎo)電磁波， 以使得例如熱點54、55在圖5A中所示的x-y坐標系中的象限II和象限IV(而不是軸上) 中的位置處形成被加熱物料，以用于圖1的入口施用器級21。在該實例中，熱點在徑向線56 上形成于徑向相對的位置處，所述徑向線56傾斜于由y軸表示的波導(dǎo)管的縱向方向。除了 材料的介電性質(zhì)之外，熱點的角度α取決于兩個突出部46、47的相對偏移量。圖5Β中示 出了出口施用器級21'的徑向加熱圖案。如圖1所示，流過管道42的物料從最左邊的波導(dǎo)施用器21的第二窄壁23的開口中排出并且通過最右邊的波導(dǎo)施用器21'的第二窄壁進入 到該波導(dǎo)施用器21'中。因此，物料在相對于突出部位置相反的方向上順序地流過施用器。 這樣，因為微波照射區(qū)域本質(zhì)上是彼此鏡像的，所以物料在最左邊的施用器中在象限II和 象限IV中經(jīng)受熱點的加熱(圖5A)并且在最右邊的施用器中在象限I和III中經(jīng)受熱點 的加熱(圖5B)，以用于在不物理地混合物料的情況下在施用器系統(tǒng)中更均勻地進行加熱 處理。波導(dǎo)管中向外的突出部圍繞待加熱的物料引導(dǎo)一些能量。一部分能量的這種轉(zhuǎn)移連 同橫向于通過施用器的流動路徑的電場的定向降低了施用器對物料的介電性質(zhì)的敏感性。 物料入口和出口 40、41處的通道58、59有助于減小從施用器的微波泄漏。圖6中示出了提供均勻加熱的另一兩級施用器系統(tǒng)。該施用器系統(tǒng)60使用兩個 非偏離、對稱的施用器62、62'來加熱物料流61。該系統(tǒng)與圖1的系統(tǒng)的不同之處在于，各 施用器圍繞流動路徑彼此相對旋轉(zhuǎn)90°。微波能量在圖6的坐標系統(tǒng)中從下面豎直地進入 第一級62中并且水平地進入第二級62'中，以產(chǎn)生大致彼此相同但旋轉(zhuǎn)90°的加熱圖案。 彎曲的波導(dǎo)管部分63在不共面的波導(dǎo)管配置中用于將微波能量供給到第二級中。這樣，物 料被更均勻地加熱，所述物料順序地經(jīng)受具有不重合熱點的兩種不同的加熱圖案。圖7和8中示出了提供均勻加熱的微波施用器系統(tǒng)的另一變型和圖1-6的兩級施 用器的優(yōu)點。級聯(lián)式施用器有效地通過將圖1的左側(cè)施用器和右側(cè)施用器連接成單個施用 器而制成。所述級聯(lián)式施用器比每個單一施用器寬并且包括錐形的波導(dǎo)管部分66，以將較 窄的發(fā)射部分連接到較寬的照射區(qū)域。波導(dǎo)管的每個寬壁68、69具有一對向外的突出部 70,71 ；72、73。各個壁上的突出部在接合部分74中彼此連通，所述接合部分74通?；虼?體位于波導(dǎo)管的相反的窄壁76、77中間。接合部分本質(zhì)上將級聯(lián)式施用器分成兩個施用器 級。因此，例如，沿箭頭78的方向流過級聯(lián)式施用器并且沿流動路徑的第一半部分暴露于 象限II和IV中的熱點的物料在第二半部分中暴露于象限I和III中的熱點。這樣，級聯(lián) 式施用器在物料順序流過兩級時均勻地加熱所述物料。如圖7和8所示，端壁80可以由導(dǎo)電板82替代，所述導(dǎo)電板82可以如箭頭84所 示沿波導(dǎo)管的長度移動，以為了優(yōu)選的性能而調(diào)節(jié)施用器。此外，可以移除所述可移動板， 以提供通向波導(dǎo)施用器內(nèi)部的通路，用于清理和檢查。這種可移動板也可以用于圖1-6所 示的施用器中。圖9中示出了圖7和8的級聯(lián)式施用器的變型。施用器86利用對角地設(shè)置在波 導(dǎo)管的寬壁90、91上的線性(直線型)突出部88、89來替代圖7的兩級突出部。附圖中正 面上的突出部88相對于另一側(cè)上的突出部89相反地傾斜。所述突出部的對稱面沿寬壁與 物料流動路徑的交線相交。除了突出部交迭的圍繞對稱面的交線的區(qū)域之外，突出部在微 波照射區(qū)域上彼此縱向偏置。在一優(yōu)選配置中，導(dǎo)電條92穿過流管42的相反側(cè)的照射室 從一個寬壁延伸到另一個寬壁。所述條實際上起到虛壁或有效壁和功率分配器的作用，通 常如分叉箭頭94所示在施用器的每個半部之間均勻地分配電磁功率。這樣，流過流管的物 料在施用器的一個半部(實際上，第一級)中暴露于第一加熱圖案中，并且在另一半部(第 二級)中暴露于不同的第二圖案中，以用于更均勻的加熱處理。當然，功率分配條可用于圖 7的級聯(lián)式施用器中，以獲得類似效果。此外，圖7的級聯(lián)式施用器中所示的導(dǎo)電板可以供 該施用器使用。圖10A-10C中示出了四級波導(dǎo)施用器系統(tǒng)96。如圖所示，形成四級的四個施用器98A-98D中的每一個為大致圓柱形的施用器。物料流動路徑100沿平行于每個施用器的中 心線的偏心路徑橫穿每個施用器。如圖IOB和IOC所示，通過第一級98A的路徑在施用器 的中心線CLa的上方，但是從左到右地對中。通過第二級98B的路徑在中心線CLb的下面并 且從左到右地對中。通過第三級98C的路徑與中心線CL。等高，但是向左偏移。通過第四 級98C的路徑也與中心線CLd等高，但是向右偏移。因此，雖然每個圓柱形施用器在結(jié)構(gòu)上 與其他施用器相同，但是沿四個在幾何學(xué)上相對于電磁波的傳播方向不同的路徑流過施用 器系統(tǒng)的物料暴露于四個不同的加熱圖案-每一級中暴露于一個加熱圖案。
雖然已經(jīng)參照數(shù)個優(yōu)選變型詳細地描述了本發(fā)明，但是其他變型是可能的。例如， 具有三個、五個或更多的施用器級的施用器系統(tǒng)可用于在各級中使流動物料暴露于不同的 加熱圖案，以提高加熱均勻性。如另一實例，流管可以沿相對于施用器的中心線偏斜或者不 平行的路徑橫穿施用器的照射區(qū)域，以將物料暴露于變化的加熱圖案。因此，如這些實例所 教導(dǎo)，權(quán)利要求書的范圍不限于詳細描述的優(yōu)選變型。
權(quán)利要求
1.一種波導(dǎo)施用器系統(tǒng)，包括第一波導(dǎo)施用器級，其具有微波照射區(qū)域，電磁能傳播到該微波照射區(qū)域中； 第二波導(dǎo)施用器，其具有微波照射區(qū)域，電磁能傳播到該微波照射區(qū)域中； 貫穿第一和第二波導(dǎo)施用器級的微波照射區(qū)域延伸并且限定出物料流動路徑的管道， 將暴露于電磁能中的物料通過所述流動路徑順序地流過第一和第二波導(dǎo)施用器級；其中流過第一波導(dǎo)施用器級時的物料的加熱圖案不同于流過第二波導(dǎo)施用器級時的 物料的加熱圖案，以防止在兩級中在相同位置處在物料中形成熱點。
2.如權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)施用器系統(tǒng)，其特征在于，第一波導(dǎo)施用器級和第二波導(dǎo) 施用器級是獨立的、隔開的波導(dǎo)施用器。
3.如權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)施用器系統(tǒng)，其特征在于，第一波導(dǎo)施用器級和第二波導(dǎo) 施用器級通過其連通的微波照射區(qū)域彼此相通。
4.如權(quán)利要求3所述的波導(dǎo)施用器系統(tǒng)，其特征在于，還包括定位在第一和第二波導(dǎo) 施用器級之間的導(dǎo)電條，以大致均勻地在所述兩級之間分配電磁功率。
5.如權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)施用器系統(tǒng)，其特征在于，第一和第二波導(dǎo)施用器級中的 每一個包括端口，電磁波通過所述端口沿傳播方向傳播到微波照射區(qū)域中，并且其中在第 一波導(dǎo)施用器級中相對于物料流動路徑的傳播方向不同于在第二波導(dǎo)施用器級中相對于 物料流動路徑的傳播方向。
6.如權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)施用器系統(tǒng)，其特征在于，通過第一波導(dǎo)施用器級的物料 流動路徑和通過第二波導(dǎo)施用器級的物料流動路徑不同心。
7.如權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)施用器系統(tǒng)，其特征在于，第一和第二波導(dǎo)施用器級中的 每一個包括大致矩形的波導(dǎo)管結(jié)構(gòu)，其具有一對相反的第一壁和一對相反的第二壁，并且沿長度 方向從第一端延伸到第二端并包圍所述微波照射區(qū)域，其中電磁波通過第一端進入所述波 導(dǎo)管結(jié)構(gòu)；所述一對相反的第一壁中的開口，其限定出通過所述微波照射區(qū)域的所述物料流動路徑；其中僅所述第二壁中的一個具有向外的突出部；以及其中所述管道連接在第一和第二波導(dǎo)施用器級之間，以在各級中相對于所述突出部沿 相反的方向引導(dǎo)將被照射的物料通過所述波導(dǎo)施用器級。
8.如權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)施用器系統(tǒng)，其特征在于，第一和第二波導(dǎo)施用器級中的 每一個包括大致矩形的波導(dǎo)管結(jié)構(gòu)，其具有一對相反的第一壁和一對相反的第二壁，并且在縱向 方向上從第一端延伸到第二封閉端，并包圍所述微波照射區(qū)域，其中電磁波通過所述第一 端進入所述波導(dǎo)管結(jié)構(gòu)；所述一對相反的第一壁中的開口，其限定出通過所述微波照射區(qū)域的所述物料流動路徑；其中第二壁中的每一個具有在縱向方向上圍繞物料流動路徑與另一個突出部偏離的 向外的突出部，以使得在傾斜于所述縱向方向的徑向線的徑向相對位置處在沿所述物料流 動路徑流動的物料中產(chǎn)生熱點；以及其中所述管道連接在第一和第二波導(dǎo)施用器級之間，以在各級中相對于所述突出部沿 相反的方向引導(dǎo)將被照射的物料通過所述波導(dǎo)施用器級。
9.如權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)施用器系統(tǒng)，其特征在于，第一和第二波導(dǎo)施用器級中的 每一個包括一對具有相反邊緣的平行的第一和第二窄壁；一對相反的第一和第二寬壁，其連接在所述一對窄壁的相反邊緣之間，以形成沿長度 方向從第一端延伸到第二端的波導(dǎo)管；端壁，其封閉所述波導(dǎo)管的第二端；位于所述波導(dǎo)管的第一端處的端口，電磁波通過所述端口傳播到所述波導(dǎo)管中；位于所述一對窄壁中的開口，以接納限定出物料流動路徑的管道，待加熱的物料沿所 述流動路徑通過所述窄壁橫穿所述波導(dǎo)管；第一寬壁中的第一突出部和沿所述波導(dǎo)管的長度與第一突出部偏離的第二寬壁中的 第二突出部；以及其中所述管道從所述波導(dǎo)施用器級中一個的第二窄壁中的開口連接到所述波導(dǎo)施用 器級中的另一個的第二窄壁中的開口，以沿相反的方向引導(dǎo)待照射的物料通過所述波導(dǎo)施 用器級。
10.如權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)施用器系統(tǒng)，其特征在于，第一和第二波導(dǎo)施用器級中的 每一個包括大致矩形的波導(dǎo)管結(jié)構(gòu)，其具有一對相反的第一壁和一對相反的第二壁，并且沿長度 方向從第一端延伸到第二端并包圍所述微波照射區(qū)域，其中電磁波通過所述第一端進入所 述波導(dǎo)管結(jié)構(gòu)；所述一對相反的第一壁中的開口，其限定出通過所述微波照射區(qū)域的所述物料流動路徑；其中所述第二壁中的每一個具有向外的突出部，所述突出部跨過物料流動路徑與另一 個突出部徑向相對并且沿波導(dǎo)管結(jié)構(gòu)的長度偏置；以及其中所述管道連接在第一和第二波導(dǎo)施用器級之間，以在各級中相對于所述突出部沿 相反的方向引導(dǎo)將被照射的物料通過所述波導(dǎo)施用器級。
11.如權(quán)利要求10所述的波導(dǎo)施用器系統(tǒng)，其特征在于，每個波導(dǎo)施用器級中的突出 部沿第二壁從一個第一壁延伸至另一個第一壁。
12.如權(quán)利要求10所述的波導(dǎo)施用器系統(tǒng)，其特征在于，每個波導(dǎo)施用器級中的突出 部是對稱的并且具有平行于所述物料流動路徑并位于其相反側(cè)的對稱面。
13.如權(quán)利要求10所述的波導(dǎo)施用器系統(tǒng)，其特征在于，每個波導(dǎo)施用器級中的突出 部在所述物料流動路徑的相反側(cè)彼此部分交迭。
14.如權(quán)利要求10所述的波導(dǎo)施用器系統(tǒng)，其特征在于，每個波導(dǎo)施用器級中的突出 部是圓柱體的一部分。
15.如權(quán)利要求10所述的波導(dǎo)施用器系統(tǒng)，其特征在于，每個波導(dǎo)施用器級中的突出 部是等腰梯形柱體。
16.一種用于加熱可流動物料的方法，包括使物料在管子中流動通過第一微波照射區(qū)域，所述第一微波照射區(qū)域在所述可流動物料中產(chǎn)生第一加熱圖案；使所述物料在管子中流動通過第二微波照射區(qū)域，所述第二微波照射區(qū)域在所述可流 動物料中產(chǎn)生不同于第一加熱圖案的第二加熱圖案。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，第一和第二加熱圖案大致是彼此的旋轉(zhuǎn)變型。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括形成作為第一微波照射區(qū)域的鏡像的第二微波照射區(qū)域。
19.一種波導(dǎo)施用器，包括一對具有相反邊緣的平行的第一和第二窄壁；一對相反的第一和第二寬壁，其連接在所述一對窄壁的相反邊緣之間，以形成沿長度 方向從第一端延伸到第二端的波導(dǎo)管； 端壁，其封閉所述波導(dǎo)管的第二端；位于所述波導(dǎo)管的第一端處的端口，電磁波通過所述端口傳播到所述波導(dǎo)管中； 位于所述一對窄壁中的開口，其限定出流動路徑，待加熱的物料沿所述流動路徑通過 所述窄壁橫穿所述波導(dǎo)管；第一寬壁中的第一突出部和沿所述波導(dǎo)管的長度與第一突出部偏離的第二寬壁中的 第二突出部。
20.如權(quán)利要求19所述的波導(dǎo)施用器，其特征在于，第一和第二突出部沿第一和第二 寬壁從一個窄壁延伸至另一個窄壁。
21.如權(quán)利要求19所述的波導(dǎo)施用器，其特征在于，第一和第二突出部是對稱的并且 具有平行于所述流動路徑并位于其相反側(cè)的對稱面。
22.如權(quán)利要求19所述的波導(dǎo)施用器，其特征在于，第一和第二突出部在所述流動路 徑的相反側(cè)彼此部分交迭。
23.如權(quán)利要求19所述的波導(dǎo)施用器，其特征在于，第一和第二突出部是線性的并且 在第一和第二窄壁之間彼此相反地傾斜。
24.如權(quán)利要求19所述的波導(dǎo)施用器，其特征在于，第一和第二突出部是圓柱體的一 部分。
25.如權(quán)利要求19所述的波導(dǎo)施用器，其特征在于，第一和第二突出部是等腰梯形柱體。
26.如權(quán)利要求19所述的波導(dǎo)施用器，其特征在于，還包括第一寬壁中的第三突出部和第二寬壁中的第四突出部，其中第一突出部沿第一寬壁的長度方向與第三突出部偏離并且與大致位于所述一對 窄壁中間的第三突出部連通，以及其中第二突出部沿第二寬壁的長度與第四突出部偏離并且與大致位于所述一對窄壁 中間的第四突出部連通。
全文摘要
一種微波施用器系統(tǒng)，其在各級中將流過多個施用器級的物料暴露于不同的徑向加熱圖案，以用于均勻地加熱。一種兩級施用器系統(tǒng)具有一對背靠背的施用器，每個施用器在通過微波照射區(qū)域的物料流動路徑的相反側(cè)具有向外偏移的突出壁。形成于大致矩形波導(dǎo)管的寬壁中的偏置柱形突出部使得通過并在波導(dǎo)管的窄壁之間流動的物料中在傾斜于波導(dǎo)管的縱向方向的徑向線上的相反徑向位置處產(chǎn)生熱點?？梢酝ㄟ^沿相反方向引導(dǎo)物料順序地通過所述兩個施用器實現(xiàn)均勻的產(chǎn)品加熱。
文檔編號H05B6/64GK102100125SQ200980128188
公開日2011年6月15日 申請日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日
發(fā)明者E·德羅茲德 申請人:工業(yè)微波系統(tǒng)有限公司