專利名稱：多槽式微波裝置及其處理系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種多槽式微波裝置及其處理系統，特別涉及一種利用多槽式共振腔以達到大面積微波加熱的多槽式微波裝置及其處理系統。
背景技術：
微波處理在生產研發過程中有非常重要的地位，且微波處理裝置常被運用在許多地方，例如:干燥制程、化學合成、碳化制程、高溫熱處理、接合處理或膜層熱處理等。在應用微波處理器方面，如何能在有效的時間內將樣品均勻加熱，并將熱能與微波作用隔離在微波腔體內，乃為當前重要且必要的課題。如美國專利US6，066，290公開了微波結合加熱爐以達到大面積加熱。此前案以導波管連接腔體與微波源，因導波管為一圓錐狀，可將微波源的能量以加大面積的方式傳輸至腔體內的待微波材料，進而達到節能的目的。雖然此方法可增加產量，但容易使微波物料受熱不均。而美國專利公開號US2003/0209542是采用多個微波注入源，以同時間對物料做微波處理，以增加產量，但容易使微波物料受熱不均，故進一步利用感應物料反射的微波能量控制物料的微波處理程度。傳統上，微波腔體中僅有一個微波注入源，因此在工業應用上要達到大量并快速的生產、受熱均勻，著實有一定的困難度。有鑒于此，本發明所提供的多槽式微波裝置及其處理系統，通過利用多個槽式共振腔相互產生共振，將至少一個微波注入源所注入的微波能量線性化、更進一步大面積化，以有效地縮短作業時間，也達到良好的微波效果，并可達到均勻高溫微波處理的目的，因此有利于工業上的大量生產。
發明內容
有鑒于上述現有技術的問題，本發明的目的就是提供一種多槽式微波裝置及其處理系統，以解決大面積微波照射時，無法均勻微波物料的問題。根據本發明的目的，提出一種多槽式微波裝置，其包含多個槽式微波共振單元以及至少一個微波注入源。各多個槽式微波共振單元依一排列結構安排設置，各多個槽式微波共振單元獨立界定一槽式共振腔。當至少一個微波注入源向多個槽式微波共振單元注入微波時，微波極化為一特定方向，使多個槽式微波共振單兀相互共振，以產生具有相同極化方向的一電磁場。優選地，所述槽式共振腔的一邊緣具有一導角，所述導角消除槽式共振腔產生的破壞性干涉，使多個槽式微波共振單元相互產生建設性干涉并共振。優選地，所述槽式共振腔由一上共振腔及一下共振腔所組成，且下共振腔的截面積小于上共振腔的截面積，而所述導角設置于下共振腔。優選地，所述槽式共振腔由一上共振腔及一下共振腔所組成，且上共振腔的截面積小于下共振腔的截面積，而所述導角設置于上共振腔。優選地，所述槽式共振腔的一底面具有一突起結構，以增強電磁場的共振強度。優選地，所述排列結構是使各多個槽式微波共振單元由排列順序的一端至另一端，在結構上呈現周期性的變化。優選地，所述排列結構是使各多個槽式微波共振單元由排列順序的一端至另一端，在尺寸上呈現漸增、漸減或無規則性的變化。優選地，所述排列結構是使各多個槽式微波共振單元在尺寸或形狀的變化上呈鏡像的排列。優選地，所述排列結構是呈直線形、或環形、或半環形。優選地，所述排列結構是呈斜向排列，使各多個槽式微波共振單元在特定軸向上的電磁場強度呈現均勻分布。優選地，所述多個槽式微波共振單元依序地斜向排列，各多個槽式微波共振單元的一側具有一耦合孔，且所述耦合孔傳導至少一微波注入源注入的微波至另一個槽式微波共振單元。優選地，相鄰的各多個槽式微波共振單元間具有一間隙。優選地，所述耦合孔的形狀為圓形、或橢圓形、或方形、或矩形。優選地，所述多個槽式微波共振單元的電磁場的分布實質上近似于TMnltl模式，η為正整數。此外，本發明更提出一種多槽式微波處理系統，其包含至少一個多槽式微波裝置以及一物料輸送裝置。所述多槽式微波裝置包含多個槽式微波共振單元；所述物料輸送裝置與至少一個多槽式微波裝置相對配置，物料輸送裝置的一端包含一物料輸入口，對應物料輸入口的另一端包含一物料輸出口，待微波處理的一物料由物料輸送裝置的物料輸入口輸入后，經由多槽式微波裝置產生的電磁場的直接或間接的處理，而由物料輸送裝置的物料輸出口輸出。優選地，所述多槽式微波處理系統包含多個多槽式微波裝置，且多個多槽式微波裝置是平行排列設置。優選地，一個多槽式微波裝置的端部與相鄰的另一個多槽式微波裝置相應的端部之間，在多個槽式微波共振單元的一排列方向上，具有微波二分之一波長的距離間隔。優選地，所述多個槽式微波共振單元的一排列方向與物料的一運送方向是互相垂直或傾斜一角度。優選地，所述多槽式微波裝置可沿多個槽式微波共振單元的一排列方向來回往復運動。優選地，所述各槽式共振腔的一腔壁在鄰近物料輸入口或物料輸出口處，設置一扼波結構。優選地，所述扼波結構是由銷切相對遠離所述槽式共振腔的所述腔壁的一部分而成，使所述腔壁的一銷切剩余部位的截面寬度及高度為微波的四分之一波長。優選地，所述銷切剩余部位的表面設置有一微波吸收材料。優選地，所述微波吸收材料為半導體的金屬氧化物、磁性氧化物、碳材料、碳化物、硅化物、鐵電性氧化物、金屬粉體或其組合。
承上所述，依本發明的具有大面積微波功能的多槽式微波裝置及其處理系統，其可具有一或多個下述優點:(I)此多槽式微波處理系統可擴充并排多個多槽式微波裝置，因此可大面積微波加熱，提聞生廣效率。(2)此多槽式微波裝置及其處理系統可通過周期性的排列槽式微波共振單元，以產生具有相同極化的電磁場，因此可解決無法均勻微波物料的問題。為讓本發明的上述和其它目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖1a和圖1b為本發明的多槽式微波裝置第一實施例的示意圖；圖2a、圖2b和圖2c為本發明的基本型槽式共振腔的示意圖；圖3a、圖3b和圖3c為本發明的反轉型槽式共振腔的示意圖；圖4a和圖4b為本發明的突起型槽式共振腔的示意圖；圖5a和圖5b為本發明的多槽式微波裝置第二實施例的示意圖；圖6A為本發明的多槽式微波裝置第三實施例的第一示意圖；圖6B為本發明的多槽式微波裝置第三實施例的第二示意圖；圖6C為本發明的多槽式微波裝置第三實施例的第三示意圖；圖7為本發明的多槽式微波裝置第四實施例的示意圖；圖8為本發明的多槽式微波處理系統第一實施例的示意圖；圖9為本發明的多槽式微波處理系統第二實施例的示意圖；圖10為本發明的多槽式微波處理系統第一及第二實施例的剖面示意圖；以及圖11為本發明的多槽式微波處理系統第三實施例的示意圖。附圖標號說明1:多槽式微波裝置；11:槽式微波共振單元；12:微波注入源；13:加熱輔助材料；111:上共振腔；112:下共振腔；113:導角；114:突起結構；115:間隙；116:耦合孔；117:扼波結構；2:多槽式微波處理系統；21:物料輸送裝置；211:物料輸入口；212:物料輸出口；
θ、δ:角度；W:寬度；H:高度；λ:波長。
具體實施例方式以下將參照相關附圖，說明依本發明的多槽式微波裝置及其處理系統的實施例，為使便于理解，下述實施例中的相同組件以相同的符號標示來說明。請參閱圖1a和圖lb，其為本發明的多槽式微波裝置第一實施例的示意圖。圖1a中，多槽式微波裝置I包含多個槽式微波共振單兀11，每一個槽相當于一個槽式微波共振單元11，以及一微波注入源12。槽式微波共振單元11可依一排列結構安排設置，且槽式微波共振單元11可獨立界定為一槽式共振腔。微波注入源12可以是同軸電纜或導波管，可將微波能源注入至槽式微波共振單元11的任意位置。如此一來，當微波注入源12向槽式微波共振單元11注入微波時，微波可極化為一特定方向，使槽式微波共振單元11之間可產生共振，并形成一個具有相同極化方向的電磁場，可與加熱輔助材料13作用產生熱能，或直接對物料進行加熱或其它處理，如圖1b所示。進一步地描述第一實施例，請參閱圖2a 圖2c，其為本發明的基本型槽式共振腔的示意圖，槽式微波共振單元11為一槽式共振腔，而各單一槽式共振腔可分為上共振腔111以及下共振腔112。而槽式共振腔可依據上共振腔111與下共振腔112的截面積與結構分類為不同的類型。舉例來說，基本型槽式共振腔的下共振腔112可為矩形(圖2a)、類橢圓形(圖2b)或多邊形(圖2c)。綜上所述，基本型槽式共振腔的上共振腔111的截面積大于下共振腔112的截面積。在下共振腔112的任一邊緣可設置導角113。當微波注入源12注入微波時，導角113的設計可消滅槽式共振腔結構所產生的破壞性干涉，進而使各槽式微波共振單元11間相互產生建設性干涉并共振。再者，請參閱圖3a 圖3c，其為本發明的反轉型槽式共振腔的示意圖。圖中，反轉型槽式共振腔的上共振腔111可為矩形(如圖3a所示)、類橢圓形(如圖3b所示)或多邊形(如圖3c所示)。綜上所述，反轉型槽式共振腔的上共振腔111的截面積可小于下共振腔112的截面積。在上共振腔111的任一邊緣可設置導角113。當微波注入源12注入微波時，導角113的設計可消滅槽式共振腔結構所產生的破壞性干涉，進而使槽式微波共振單元11間相互產生建設性干涉并共振。另，又一槽式共振腔的類型為突起型槽式共振腔，請參閱圖4a和圖4b，其為本發明的突起型槽式共振腔的示意圖。圖中，突起型槽式共振腔的上共振腔111的截面積可大于下共振腔112的截面積(如圖4a所示)，上共振腔111的截面積可小于下共振腔112的截面積(如圖4b所示)。但，值得注意的是，突起型槽式共振腔在下共振腔112的底面可設有突起結構114，以增強槽式共振腔內電磁場的強度。請參閱圖5a和圖5b，其為本發明的多槽式微波裝置第二實施例的示意圖。圖中，多槽式微波裝置I包含多個槽式微波共振單元11以及多個微波注入源12。多槽式微波裝置I中可以具有多個微波注入源12，且微波注入源12的設置位置可以是任意位置，只要能使微波進入槽式微波共振單元11的槽式共振腔即可。槽式微波共振單元11如上第一實施例所述，在此不多贅述。微波注入源12可以是同軸電纜或導波管，可向槽式微波共振單元11中注入微波。當微波注入源12向槽式微波共振單元11注入微波時，槽式微波共振單元11之間可產生共振，并形成一個具有相同極化方向的電磁場，可與加熱輔助材料13作用產生熱能，或直接對物料進行加熱或其它處理。舉例來說，圖5a中，微波注入源12可設置于多槽式微波裝置I的兩端。另，如圖5b所示，可將微波注入源12設置于多槽式微波裝置I的兩側。請一并參閱圖6A、圖6B及圖6C，其為本發明的多槽式微波裝置第三實施例的示意圖。本實施例中，多個槽式微波共振單元11可排列呈數組結構。舉例來說，槽式微波共振單元11可排列呈直線形的數組結構(如圖6A所示)，槽式微波共振單元11可緊密相靠，亦可距離一間隙。而，另一槽式微波共振單元11的數組結構可排列呈環形結構(如圖6B所示)，而環形結構亦可為橢圓形結構。再者，可在槽式微波共振單元11圓環的任意位置設置待微波物料的輸出口和輸入口，并可搭配環型輸送裝置，以微波加熱物料。另，再一槽式微波共振單元11的數組結構可排列呈半環形結構(如圖6C所示)，半環形結構亦可為半橢圓形結構，且半環的弧度可界于O度到360度之間。再者，可將待微波物料的輸出口和輸入口設置于多槽式微波裝置I兩端的端口，并可搭配半環型輸送裝置，以微波加熱物料。槽式微波共振單元11由排列順序的一端至另一端，在結構上可呈現周期性的變化。再者，使槽式微波共振單元11由排列順序的一端至另一端，在尺寸上可呈現漸增、漸減或無規則性的變化。又或者，使多個槽式微波共振單元11在尺寸或形狀的變化上可呈鏡像的排列。也就是說，可根據使用需求，在排列結構上可依序排列不同結構尺寸的槽式微波共振單元11。請參閱圖7，其為本發明的多槽式微波裝置第四實施例的示意圖。圖中，為使各多個槽式微波共振單元11在特定軸向上的電磁場強度呈現均勻分布，多個槽式微波共振單元11可依序地斜向排列，其傾斜角度為Θ。相鄰的槽式微波共振單元11間可具有一間隙115，槽式微波共振單元11的一側或兩側可具有耦合孔116，且耦合孔116可傳導微波注入源12注入的微波至另一個槽式微波共振單元11。值得注意的是，本發明的多槽式微波裝置I可依據注入的微波頻率調整耦合孔116的面積，以幫助槽式微波共振單元11之間產生共振。而耦合孔116的形狀可為任意幾何形狀，例如:圓形、橢圓形、方形或矩形。另，多槽式微波裝置I的電磁場內分布實質上近似于TMnltl模式(η為正整數)。換句話說，在實際應用上，多槽式微波裝置I可設有輸出輸入端口、輔助加熱材料、周期性結構及熱阻絕器等，所以TMnltl模式會被破壞變形，產生非ζ方向極化。但，其大部分仍與TMnui模式的特性相仿。也就是說，多槽式微波裝置I的電磁場的極化方向大部分仍是ζ方向。圖8為本發明的多槽式微波處理系統第一實施例的示意圖。多槽式微波處理系統2包含多槽式微波裝置I以及一物料輸送裝置21。多槽式微波裝置I包含多個槽式微波共振單元11，且多個槽式微波共振單元11可依序地排列。物料輸送裝置21與多槽式微波裝置I相對配置，進而使多槽式微波裝置I的微波照射至物料輸送裝置21 ;其中，物料輸送裝置21的一端包含一物料輸入口 211，對應物料輸入口 211的另一端包含一物料輸出口 212，待微波處理的一物料可由物料輸送裝置21的物料輸入口 211輸入后，經由多槽式微波裝置I產生的電磁場的直接或間接的處理，且由物料輸送裝置21的物料輸出口 212輸出。至少一多槽式微波裝置I的多個槽式微波共振單元11的一排列方向與物料的一運送方向可互相垂直或傾斜一角度S。綜上所述，多槽式微波處理系統2可依據物料的微波吸收能力，直接對物料作微波照射處理。或者，適當地使用微波輔助吸收材料，幫助物料吸收微波能量。而微波輔助吸收材料可選自半導體的金屬氧化物、磁性氧化物、碳化物、碳材料、硅化物、鐵電性氧化物、金屬微粉體之一或其組合。值得一提的是，物料輸送裝置21的物料輸入口 211或物料輸出口 212可設置封閉裝置。在微波作用期間時，多槽式微波處理系統2的封閉裝置能使微波能量不泄漏。請參閱圖9，其為本發明的多槽式微波處理系統第二實施例的示意圖。圖中，多個多槽式微波裝置I可平行排列設置，多槽式微波裝置I中槽式微波共振單元11排列方向與物料運送方向可互相垂直或傾斜一角度，且相鄰的多槽式微波裝置I的端部間，在槽式微波共振單元的一排列方向上，具有微波二分之一波長的距離間隔。或者，多槽式微波裝置可沿著垂直于物料行進的方向來回往復運動。如此一來，本發明的多槽式微波處理系統，可以同時間大面積微波加熱物料，且提高受熱均勻度。請參閱圖10，其為本發明的多槽式微波處理系統第一及第二實施例的剖面示意圖。各槽式共振腔的一腔壁在鄰近物料輸入口 211或物料輸出口 212處可設置一扼波結構(choke) 117。扼波結構117是銷切相對遠離槽式共振腔的腔壁的一部分而成，使其截面的寬度W及高度H為微波的四分之一波長，以有效地避免各多槽式微波裝置I的微波互相影響。請繼續參閱圖11，其為本發明的多槽式微波處理系統第三實施例的示意圖。圖中，數個多槽式微波裝置I并排設置，且在物料輸入口 211或物料輸出口 212處可設置一扼波結構，使相鄰的多槽式微波裝置I的扼波結構117可互相連接。扼波結構117如上一實施例所述，在此不多贅述。附帶一提的是，銷切剩余部位的表面可設置微波吸收材料，微波吸收材料大多為半導體的金屬氧化物、磁性氧化物、碳材料、碳化物、硅化物、鐵電性氧化物、金屬粉體之一或其組合。因此，可更加有效地避免各多槽式微波裝置I的微波互相影響。綜上所述，利用本發明的多槽式微波裝置及其處理系統，將可通過周期性的排列槽式微波共振單元，以產生具有相同極化的電磁場，因此可均勻的微波處理物料。如此一來，在多槽式微波處理系統中，可擴充并排多個多槽式微波裝置，由此可大面積微波加熱，提聞生廣效率，降低生廣成本，并提聞微波物料的質量。以上所述僅為示例性，而非為限制性。任何未脫離本發明的精神與范疇，而對其進行的等效修改或變換，均應包含在本發明的保護范圍中。
權利要求
1.一種多槽式微波裝置，其特征在于，包含: 多個槽式微波共振單元，依一排列結構安排設置，各所述多個槽式微波共振單元獨立界定一槽式共振腔；以及 至少一微波注入源，向所述多個槽式微波共振單元注入一微波，所述微波極化為一特定方向，使所述多個槽式微波共振單兀相互共振，以產生具有相同極化方向的一電磁場。
2.如權利要求1所述的多槽式微波裝置，其特征在于，所述槽式共振腔的一邊緣具有一導角，所述導角消除所述槽式共振腔產生的破壞性干涉，使所述多個槽式微波共振單元相互產生建設性干涉并共振。
3.如權利要求2所述的多槽式微波裝置，其特征在于，所述槽式共振腔由一上共振腔及一下共振腔所組成，且所述下共振腔的截面積小于所述上共振腔的截面積，而所述導角設置于所述下共振腔。
4.如權利要求2所述的多槽式微波裝置，其特征在于，所述槽式共振腔由一上共振腔及一下共振腔所組成，且所述上共振腔的截面積小于所述下共振腔的截面積，而所述導角設置于所述上共振腔。
5.如權利要求1所述的多槽式微波裝置，其特征在于，所述槽式共振腔的一底面具有一突起結構，以增強所述 電磁場的共振強度。
6.如權利要求1所述的多槽式微波裝置，其特征在于，所述排列結構，使各所述多個槽式微波共振單元由排列順序的一端至另一端，在結構上呈現周期性的變化。
7.如權利要求1所述的多槽式微波裝置，其特征在于，所述排列結構，使各所述多個槽式微波共振單元由排列順序的一端至另一端，在尺寸上呈現漸增、漸減或無規則性的變化。
8.如權利要求1所述的多槽式微波裝置，其特征在于，所述排列結構，使各所述多個槽式微波共振單元在尺寸或形狀的變化上呈鏡像的排列。
9.如權利要求1所述的多槽式微波裝置，其特征在于，所述排列結構呈直線形、環形或半環形。
10.如權利要求1所述的多槽式微波裝置，其特征在于，所述排列結構呈斜向排列，使各所述多個槽式微波共振單元在特定軸向上的所述電磁場強度呈現均勻分布。
11.如權利要求1所述的多槽式微波裝置，其特征在于，各所述多個槽式微波共振單元的一側具有一耦合孔，且所述耦合孔傳導所述至少一微波注入源注入的所述微波至另一槽式微波共振單元。
12.如權利要求11所述的多槽式微波裝置，其特征在于，相鄰的各所述多個槽式微波共振單元間具有一間隙。
13.如權利要求12所述的多槽式微波裝置，其特征在于，所述耦合孔的形狀為圓形、橢圓形、方形或矩形。
14.如權利要求1所述的多槽式微波裝置，其特征在于，所述多個槽式微波共振單元的所述電磁場的分布實質上近似于TMnltl模式，η為正整數。
15.—種多槽式微波處理系統,其特征在于,包含: 至少一如權利要求1至權利要求14中任一項所述的多槽式微波裝置，其包含多個槽式微波共振單元；以及 一物料輸送裝置，其與所述至少一多槽式微波裝置相對配置，所述物料輸送裝置的一端包含一物料輸入口，對應所述物料輸入口的另一端包含一物料輸出口，待微波處理的一物料由所述物料輸送裝置的所述物料輸入口輸入后，經由所述至少一多槽式微波裝置產生的電磁場的直接或間接的處理，而由所述物料輸送裝置的所述物料輸出口輸出。
16.如權利要求15所述的多槽式微波處理系統，其特征在于，所述多槽式微波處理系統包含多個所述多槽式微波裝置，且所述多個多槽式微波裝置是平行排列設置。
17.如權利要求16所述的多槽式微波處理系統，其特征在于，一所述多槽式微波裝置的端部，與相鄰的另一多槽式微波裝置相應的端部，在所述多個槽式微波共振單元的一排列方向上，具有微波二分之一波長的距離間隔。
18.如權利要求15所述的多槽式微波處理系統，其特征在于，所述多個槽式微波共振單元的一排列方向與所述物料的一運送方向互相垂直或傾斜一角度。
19.如權利要求15所述的多槽式微波處理系統，其特征在于，所述多槽式微波裝置可沿所述多個槽式微波共振單元的一排列方向來回往復運動。
20.如權利要求15所述的多槽式微波處理系統,其特征在于,各所述槽式共振腔的一腔壁在鄰近所述物料輸入口或所述物料輸出口處，設置一扼波結構。
21.如權利要求20所述的多槽式微波處理系統，其特征在于，所述扼波結構銷切相對遠離所述槽式共振腔的所述腔壁的一部分而成，使所述腔壁的一銷切剩余部位的截面寬度及高度為微波的四分之一波長。
22.如權利要求21所述的多槽式微波處理系統，其特征在于，所述銷切剩余部位的表面設置有一微波吸收材料。
23.如權利要求22所述的多槽式 微波處理系統，其特征在于，所述微波吸收材料為半導體的金屬氧化物、磁性氧化物、碳材料、碳化物、硅化物、鐵電性氧化物及金屬粉體或其組口 ο
全文摘要
本發明提供一種多槽式微波裝置，其包含多個槽式微波共振單元以及至少一個微波注入源。槽式微波共振單元界定為槽式共振腔。當至少一個微波注入源向多個槽式微波共振單元注入微波時，多個槽式微波共振單元相互共振，以產生具有一相同極化方向的一電磁場。因此，可將注入源的微波能量大面積化，且具有良好的微波均勻化效果，以達到有效縮短作業時間及均勻高溫微波處理的目的。
文檔編號H05B6/80GK103200721SQ20121002845
公開日2013年7月10日 申請日期2012年2月1日 優先權日2012年1月10日
發明者張存續, 金重勛, 趙賢文, 方世杰 申請人:張存續