一种适用于液态物料的微波-超声耦合腔体制造技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于液态物料的微波-超声耦合腔体
本专利技术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

技术介绍
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
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。
技术实现思路
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”高效结合本专利技术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。所述插入深度可选的，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。所述所述可选的，所述物料承载腔的底面与波导的腔体截面形状大小相同；所述物料承载腔的底面为与物料传输方向垂直的面。可选的，所述馈口处安装密封材料，所述密封材料具有良好的微波透过性和承载能力。本专利技术的另一个目的在于提供一种上述微波超声耦合腔体在食品、化工、医药领域内的应用。本专利技术有益效果是：通过微波装置与超声装置的排列方式能够实现微波-超声耦合过程，提升处理效果，通过微波-超声耦合腔体波导排布的独特设计，搭配调配器的使用极大程度地降低了微波加热液体物料过程中电磁波反射的风险，保证了设备运行的安全性能，使微波效应与超声空化效应高效结合，提升液态物料加热均匀性并提升处理效果，实现微波-超声耦合处理过程。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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他的附图。图1是本专利技术提供的微波超声耦合腔体立体示意图；图2是本专利技术提供的微波超声耦合装置主视图；图3是本专利技术提供的微波超声耦合装置侧视图；图4是本专利技术提供的微波超声耦合装置立体示意图；图5本专利技术提供的微波超声耦合装置中调配器示意图；图6是本专利技术提供的连续式微波-超声耦合杀菌设备示意图；其中，101-波导系统，102-物料承载腔，103-超声系统；201-进料预热工段，202-微波-超声耦合处理装置，203-恒温杀菌工段，204-冷却收料工段；1-球阀，2-接管，3-方圆过渡管，4-轴流风扇，5-磁控管，6-物料承载腔侧板Ⅰ，7-调配器，8-调配器盖板，9-波导馈口石英玻璃，10-密封法兰，11-物料承载腔侧板Ⅱ，12-结构件，13-声波传导件，14-压电陶瓷片，15-超声固定法兰，16-超声波震子，17-速接管，18-E面波导上板，19-铸铝激励腔，20-E面波导侧板，21-风罩，22-E面波导下板，23-波导法兰，24-防尘板，25-波导-物料承载腔固定法兰，26-法兰固定专用螺钉，27-硅橡胶密封O型圈，28-硅橡胶垫板，29-石英玻璃框板，30-H面波导上板，31-H面波导下板，32-物料承载腔侧板III，33-H面波导侧板，34-物料承载腔侧板Ⅳ。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例一：本实施例提供一种微波超声耦合腔体，请参考图1，所述微波超声耦合腔体包括：波导系统101、物料承载腔102和超声系统103；所述物料承载腔102的腔体上包括至少一对相互对应的超声系统103与波导系统101，所述波导系统101中各波导与物料承载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°。所述超声系统103包括至少一个超声发生装置，当超声系统103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102相对的壁面上且与波导相对。所述预定角度范围为[30°,60°]。所述物料承载腔102为矩形腔体，在物料承载腔102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103通过所述馈口与物料承载腔102连接。物料承载腔102的相邻的壁面上的微波馈口交叉排列。通过设置各波导相对于物料承载腔102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102内部的微波能量均匀输出或集中输出。各波导中设置调配器7，且通过调整调配器7的方位及插入深度使微波传输过程中的反射系数趋近于0，电压驻波比趋近于1。所述物料承载腔102的底面(与物料传输方向垂直的面)与波导的腔体截面形状大小相同。所述馈口处安装密封材料，所述密封材料具有良好的微波透过性和一定的承载能力。如图1所示，考虑到模式较为单一的微波模式能够提高能量稳定性，为达到有效减少物料承载腔102内部电磁波模式的目的，本实施例将物料承载腔102的底面(与物料传输方向垂直的面)长宽尺寸设计成与使用的矩形波导腔体截面长宽尺寸相同。故本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波超声耦合腔体，其特征在于，所述微波超声耦合腔体适用于液态物料，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，所述波导系统中各波导与物料承载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°。

【技术特征摘要】
1.一种微波超声耦合腔体，其特征在于，所述微波超声耦合腔体适用于液态物料，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，所述波导系统中各波导与物料承载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°。2.根据权利要求1所述的微波超声耦合腔体，其特征在于，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。3.根据权利要求1或2所述的微波超声耦合腔体，其特征在于，所述预定角度范围为[30°,60°]。4.根据权利要求1-3任一所述的微波超声耦合腔体，其特征在于，所述物料承载腔为矩形腔体，腔体尺寸与矩形波导尺寸相同，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。5.根据权利要求1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：范大明，赵建新，高文华，杨化宇，闫博文，张宇皓，张灏，陈卫，
申请(专利权)人：江南大学，南京先欧仪器制造有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32