影響工業(yè)微波爐功率密度的四大因素

影響工業(yè)微波爐功率密度的四大因素

一、多模腔的設(shè)計(jì)

微波技術(shù)作為一種能源來(lái)加以利用，進(jìn)行微波加熱、微波干燥、微波殺蟲(chóng)、微波殺菌等工業(yè)項(xiàng)目上。工業(yè)微波爐的出現(xiàn)進(jìn)一步擴(kuò)大了微波技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

微波波長(zhǎng)與物體幾何尺寸的共度性，因此在S波段的微波單模腔的幾何尺寸很小，容積也不大，這種小容積的爐腔不僅在工業(yè)加熱上沒(méi)有使用價(jià)值，即使在家用微波爐中也無(wú)使用價(jià)值。這就決定了無(wú)論是家用微波爐還是工業(yè)微波爐都不得不采用過(guò)模的多模電磁諧振腔，從物理學(xué)和電磁學(xué)的理論知道，任何一個(gè)諧振腔內(nèi)，在過(guò)模狀態(tài)下，其中可能存在的諧振模式數(shù)目是與該腔體的體積成正比的。

換句話(huà)說(shuō)，體積越大，其中可能存在的模式數(shù)目就越多，而腔內(nèi)的微波電場(chǎng)的分布均勻性又與模式數(shù)目成比例，這就是為什么人們總是希望去設(shè)計(jì)一個(gè)腔體體積較大的爐腔去改善爐腔內(nèi)電場(chǎng)的均勻性。但片面追求增大體積卻會(huì)使微波功率一定情況下的功率密度下降，當(dāng)然從能量守恒定律出發(fā)，只要在增大體積的同時(shí)，腔體四周的金屬邊界不增加損耗（如采用理想的或接近理想的金屬材料制造），那么即使功率密度的下降也不會(huì)對(duì)加熱效果產(chǎn)生顯著的影響，然而在實(shí)際情況下，任何金屬材料的導(dǎo)電率都是有限的，尤其是不銹鋼，它的損耗是鋁的25倍，是銅的41倍，是銀的44倍，因此如采用不銹鋼作為爐腔的材料，在增大體積的同時(shí)卻大大增加了整個(gè)腔壁的面積和損耗，這種情況下采用增大體積的辦法只有在同時(shí)增大微波輸入功率的條件下才是正確的。

這就是目前市場(chǎng)上一部分出口的大容積家用微波爐中采用1kW~1.6kW磁控管的理由，在工業(yè)微波爐中，由于被加熱物料體積因素的考慮，爐腔容積通常在500～20000立升之間，有時(shí)甚至更大。在這樣大的腔體內(nèi)如采用915MHz或2450MHz波段的微波磁控管作為微波源，這顯然是工作在大大的“過(guò)模”狀態(tài)，因此在其中可能存在的模式數(shù)非常之多。這種情況下，只要功率密度足夠，爐腔內(nèi)的場(chǎng)分布均勻性是比較理想的。這種爐腔的空載品質(zhì)因數(shù)非常之高，但一旦加入待加熱的物料（特別是高含水量的物料）后，爐腔的有載品質(zhì)因素急劇下降，這種下降程度可達(dá)3～5個(gè)數(shù)量級(jí)之譜，有時(shí)甚至無(wú)法諧振了，一個(gè)典型的高Q諧振系統(tǒng)變成了一個(gè)低Q的微波輻照系統(tǒng)。

二、被加熱物料的形狀和體積大小，爐腔尺寸特別是橫截面尺寸的選擇主要是考慮物料的體積大小及形狀要求，長(zhǎng)度方向的選擇則應(yīng)考慮到微波功率及加工的產(chǎn)量要求。

三、根據(jù)被加熱物料含水量的高低去選擇爐腔的容積，特別是長(zhǎng)度方向上的尺寸，含水量低的長(zhǎng)度可短些，否則應(yīng)長(zhǎng)些。

四、根據(jù)微波源的饋能口的數(shù)目多少，是單饋口還是多饋口，是單微波源還是多個(gè)微波源（特別是互相獨(dú)立的多個(gè)微波源）。

五、腔內(nèi)功率密度的大小，過(guò)高的微波功率密度將導(dǎo)致以下兩個(gè)效果。

1、爐內(nèi)空氣或氣－汽混合物的介質(zhì)擊穿；

2、過(guò)大的內(nèi)應(yīng)力造成被加熱物料的損壞。

綜上所述，我們?cè)谠O(shè)計(jì)一個(gè)多模腔時(shí)應(yīng)根據(jù)諸多相互制約因素的限制，從理論上特別是實(shí)驗(yàn)上選擇合理的尺寸，以期達(dá)到具有良好均勻分布，高效率的安全運(yùn)行的高產(chǎn)量的工業(yè)微波爐。

工業(yè)微波爐中由于功率較大，因此通常采用三相全波整流非濾波的供電系統(tǒng)，這一直流電源使得磁控管的電流脈動(dòng)大大降低，因此不會(huì)出現(xiàn)象家用微波爐中因采用半波倍壓直流電源導(dǎo)致的微波源的多頻輸出現(xiàn)象，另一方面，工業(yè)微波爐中通常在微波源輸出與爐腔之間接有環(huán)流器，這樣負(fù)載變化不會(huì)對(duì)微波源產(chǎn)生頻率和功率牽引現(xiàn)象。這兩個(gè)因素使得工業(yè)微波爐中使用的磁控管性能較為穩(wěn)定。