影響工業微波爐功率密度的四大因素

影響工業微波爐功率密度的四大因素

一、多模腔的設計

微波技術作為一種能源來加以利用，進行微波加熱、微波干燥、微波殺蟲、微波殺菌等工業項目上。工業微波爐的出現進一步擴大了微波技術的應用領域。

微波波長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加熱上沒有使用價值，即使在家用微波爐中也無使用價值。這就決定了無論是家用微波爐還是工業微波爐都不得不采用過模的多模電磁諧振腔，從物理學和電磁學的理論知道，任何一個諧振腔內，在過模狀態下，其中可能存在的諧振模式數目是與該腔體的體積成正比的。

換句話說，體積越大，其中可能存在的模式數目就越多，而腔內的微波電場的分布均勻性又與模式數目成比例，這就是為什么人們總是希望去設計一個腔體體積較大的爐腔去改善爐腔內電場的均勻性。但片面追求增大體積卻會使微波功率一定情況下的功率密度下降，當然從能量守恒定律出發，只要在增大體積的同時，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對加熱效果產生顯著的影響，然而在實際情況下，任何金屬材料的導電率都是有限的，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，在增大體積的同時卻大大增加了整個腔壁的面積和損耗，這種情況下采用增大體積的辦法只有在同時增大微波輸入功率的條件下才是正確的。

這就是目前市場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，有時甚至更大。在這樣大的腔體內如采用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“過模”狀態，因此在其中可能存在的模式數非常之多。這種情況下，只要功率密度足夠，爐腔內的場分布均勻性是比較理想的。這種爐腔的空載品質因數非常之高，但一旦加入待加熱的物料（特別是高含水量的物料）后，爐腔的有載品質因素急劇下降，這種下降程度可達3～5個數量級之譜，有時甚至無法諧振了，一個典型的高Q諧振系統變成了一個低Q的微波輻照系統。

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，長度方向的選擇則應考慮到微波功率及加工的產量要求。

三、根據被加熱物料含水量的高低去選擇爐腔的容積，特別是長度方向上的尺寸，含水量低的長度可短些，否則應長些。

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

五、腔內功率密度的大小，過高的微波功率密度將導致以下兩個效果。

1、爐內空氣或氣－汽混合物的介質擊穿；

2、過大的內應力造成被加熱物料的損壞。

綜上所述，我們在設計一個多模腔時應根據諸多相互制約因素的限制，從理論上特別是實驗上選擇合理的尺寸，以期達到具有良好均勻分布，高效率的安全運行的高產量的工業微波爐。

工業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，這一直流電源使得磁控管的電流脈動大大降低，因此不會出現象家用微波爐中因采用半波倍壓直流電源導致的微波源的多頻輸出現象，另一方面，工業微波爐中通常在微波源輸出與爐腔之間接有環流器，這樣負載變化不會對微波源產生頻率和功率牽引現象。這兩個因素使得工業微波爐中使用的磁控管性能較為穩定。