一种微波物料干燥装置的制作方法

本实用新型属于微波能应用技术领域，具体涉及一种微波物料干燥装置。

背景技术：

水稻干燥是收获后仓储、加工的首要环节。随着我国水稻产量的不断提高，由于干燥处理不及时导致的霉变损失也随之增加，造成大量的浪费，成为农业丰产增收急待解决的问题。

水稻属于热敏性物料，干燥过程中必须严格控制物料温度(一般不超过40℃)，否则会带来品质下降、爆腰率增加的问题。目前使用最为广泛的水稻干燥设备多采用循环式干燥工艺，其原理框图如图1所示。燃料(常用煤、生物质等)在热风炉PR1内燃烧，通过换热器将所产生的热能交换给传热媒质—空气，形成热风；热风在热风机PR2的作用下获得足够的风压，再由阀门PR3混合适量冷空气以获得所需要的风温。混合后的热风进入加热仓PR4内的热风风道，在风压作用下穿过加热仓内的稻谷，将自身携带的热能交换给待干燥的水稻，同时带走水稻颗粒表面的水分，最后成为废气由出风口排出。加热仓内的水稻在分粮机构PR5的作用下排出到螺旋输送机PR6内，由螺旋输送机PR6送至提升机PR7。提升机PR7将水稻运送至缓苏仓PR8，进入缓苏过程。缓苏过程中，获得内能的水分子由水稻颗粒内部迁移至表面。随着加热仓4内水稻的排出，缓苏仓PR8内部的水稻会补充流入加热仓，从而形成“加热”—“缓苏”交替循环的干燥过程。根据水稻初始含水率不同，需要循环的次数也不尽相同。

上述传统干燥机虽然能地解决了干燥速度、破碎率等问题，但是不足之处也是明显的。

首先，加热过程中水稻是通过热传导的方式从热风中吸取热能，热能在水稻颗粒中的传递也是以传导的方式进行。由于空气、水稻均是热的不良导体，热传导过程一方面造成稻谷颗粒内存在较大温度梯度，容易破碎，另一方面传导速度慢，传热时间长，传热过程中的热损失增加，从而增加了能耗。第二，热风加热方式所排出的废气温度势必高于稻谷温度，仍携带较大比例的热能，进一步降低了整机的能量利用效率。最后，热风炉燃烧产生的烟气含有较多污染性排放，大量使用会带来严重的环境污染。

微波加热具有速度快，穿透深度大的优点，在食品、冶金、化工、环保等领域已有较多应用。但在大体量的工业应用中，微波作用器的尺寸会达到几个甚至几十个波长，微波场分布具有很强的不均匀性，导致物料温度空间分布不均匀，不适合用来加热温度敏感的物料。将微波用于水稻干燥已经有较多的公开研究成果，但都局限于实验室、采用2.4GHz家用微波炉作为实验手段，其成果无法推广到实际工业生产，一个主要原因就是不能很好地解决微波加热的均匀性问题。水稻作为一种温度敏感型物料，干燥过程对最高温度有严格限制，如果控制整个空间内最高温度不超限，则大量分布的低温区内的水稻无法获得足够的热能，加热的速度和效率都会受限，从而失去微波特有的优势。到目前为止，尚未见可用于实际工业生产的微波水稻干燥装置。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的物料干燥工业化应用中的技术问题，本实用新型提出一种微波物料干燥装置，通过设计微波加热仓，并优化整个干燥装置的结构组成，可以利用微波能实现高效、节能、环保的工业化水稻干燥生产，具体方案如下：

一种微波物料干燥装置，其特征在于，所述装置包括微波发生器、微波加热仓、缓苏仓、输送机构以及通风设备；所述微波发生器与所述微波加热仓连接；所述输送机构连接于所述缓苏仓和所述微波加热仓之间；所述通风设备包括风机和风道，所述风道用于将风机出口与所述微波加热仓和所述缓苏仓联通；所述微波热仓包括物料容器、进料口和出料口，物料由进料口进入所述微波加热仓，填充到所述物料容器内，并在所述输送机构的推动下由所述进料口向所述出料口移动；所述微波加热仓还包括微波天线和叶片组，所述微波天线的输入端口与所述微波发生器连接，所述微波天线的辐射口朝向所述物料容器；所述叶片组中叶片的至少部分表面被所述物料容器中的待干燥物料覆盖，并且以所述进料口到所述出料口水稻流动的方向作为参考方向，所述叶片被水稻覆盖部分的表面法线方向与所述参考方向之间具有一夹角。

优选地，所述微波加热仓还包括多个独立的功率分配器，所述功率分配器的输入端口与所述微波发生器连接，所述功率分配器的输出端口数目与所述独立的微波天线数目相同，每个输出端口与一个独立的微波天线连接。

优选地，所述微波天线包括一根矩形波导，在所述矩形波导的宽边表面开有若干缝隙，在所述缝隙表面盖有绝缘介质板。

进一步地，所述矩形波导开有缝隙的宽边与所述物料之间具有一距离。

进一步地，所述微波天线还包括台锥形喇叭，所述台锥形喇叭具有小口径端面和大口径端面，所述小口径端面与所述矩形波导的开有缝隙的宽边连接固定，形成电接触，所述大口径端面朝向所述物料容器。

优选地，所述微波加热仓包括若干根金属轴，所述金属轴位于所述微波加热仓的物料容器内，其轴线方向与所述物料容器内物料的流动方向一致；所述微波加热仓内的叶片设置于所述金属轴上，且呈螺旋线分布。

优选地，所述物料容器为圆筒形状、轴线呈水平方向放置；所述叶片安装于所述物料容器内壁，叶片沿所述轴线呈螺旋分布；所述微波天线由所述物料容器的一个端面探入所述物料容器的上部空间。

优选地，所述微波加热仓包括隧道状容器，和水平放置于所述隧道状容器内的若干条传送带，所述物料位于所述传送带上；所述微波天线位于所述传送带上方；所述叶片部位于所述传送带的上方，所述叶片部分伸入所述传送带上的所述物料内。

优选地，所述缓苏仓包括左右方向或前后方向的管道；所述管道的横截面为多边形，两端与所述缓苏仓的仓壁固定，所述管道表面密布小孔；所述管道在所述缓苏仓的高度方向分布若干层，如果其中某一层管道的一端与所述通风设备的风道连接、另一端封闭，则其相邻两层管道的一端对外开放、另一端封闭。

优选地，所述微波发生器与所述微波加热仓通过微波传输线连接。

本实用新型能够达到的有益效果：

一、使用微波作为工业化干燥物料的热源，在保证水稻温度不超限的前提下，充分发挥出微波加热速度快、作用深度大的优势，实现可用于工业化生产的水稻干燥加工，干燥过程节能环保。

二、设计了高效的送风通道，使用流通空气替代热风，减少了物料与空气之间的温度梯度，提高了干燥后的物料品质，同时减少了热风的排放，更加节能。

三、采用微波天线将微波发生器产生的微波能辐射传递给待干燥的水稻，并利用一组法线方向不平行于水稻流动方向的叶片，使水稻流经叶片表面时产生空间位置的交换，解决了大体量微波作用器中微波场分布不均匀带来的加热不均匀问题。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明；

图1为传统热风稻谷干燥机原理示意图；

图2为本实用新型一个实施例提供的工作原理示意图；

图3(a)为本实用新型一个实施例提供的叶片排列方式横截面图；

图3(b)为本实用新型一个实施例提供的叶片排列方式顶视图；

图4为本实用新型一个实施例提供的微波天线示意图；

图5为本实用新型一个实施例提供的微波天线局部剖视放大图；

图6为本实用新型一个实施例提供的缓苏仓风道横截面示意图；

图7(a)为本实用新型一个实施例提供的微波加热仓侧视图；

图7(b)为本实用新型一个实施例提供的微波加热仓横截面示意图；

图8(a)为本实用新型一个实施例提供的微波加热仓侧视图；

图8(b)为本实用新型一个实施例提供的微波加热仓顶视图。

说明书附图中涉及的附图标记解释如下：

波发生器-1，微波加热仓-2，缓苏仓-3，输送机构-4，通风设备-5；物料容器-21，进料口-22，出料口-23，微波天线-24，叶片-25，轴-26，传动轮-27；矩形波导-241，台锥状喇叭-242，缝隙-243，绝缘介质板-244；管道-31，管道-32；分粮轮-41、斜板-42，提升机-43；抽风风机-51，风道-52。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型中物料是指待干燥的物料，具体地，可以包括水稻、小麦等具有一定含水量需要进行干燥的谷物；瓜子、花生、开心果、松子等需要进行干燥保存的坚果；葡萄干、香蕉片、芒果干等需要进行干燥的干果，需要干燥保存运输的饲料，海带等需要干燥的海产品；不局限于农副产品，需要去除水分的沙土、土壤、木屑等等也属于本实施例中的物料范畴；总之，本实施例并不对物料的具体类型进行限定，其为需要进行干燥处理的生产和生活用品。

下面结合说明书附图对本实用新型实施例详细说明如下：

本实施例提供一种微波物料干燥装置，如图2所示，包括微波发生器1，微波加热仓2，缓苏仓3，输送机构4和通风设备5。其中微波发生器1与微波加热仓连接，微波发生器产生的微波能输送至微波加热仓内；缓苏仓3位于微波加热仓上部；输送机构位4于微波加热仓和缓苏仓之间，推动物料循环流动；通风设备5通过风机和风道的共同作用，在微波加热仓和缓苏仓的待干燥物料内形成空气流，带走物料颗粒表面的水分。

如图2所示，本实用新型的一种微波物料干燥装置实施例1的微波加热仓2，包括位于仓体下部的盛放物料的容器21，位于仓体一侧的进料口22，位于进料口对侧的出料口23，位于容器21上面的微波天线24，一组叶片25，以及安装叶片的轴26和带动轴26转动的传动轮27。其中，微波天线24的输入端口与微波发生器1的输出端连接，辐射口面朝向下方容器21中的物料；叶片25被容器21中的物料覆盖。

在一个示例中，叶片25由多个金属薄片制成，这些金属薄片固定在轴26表面、按照螺旋线(图2中轴26表面的点划线)方式排列；轴26的一端安装有传动轮27，外部动力机械带动传动轮27从而带动轴26转动；轴26的转动方向保证叶片25所排列的螺旋线由进料口22向出料口23方向运动。

在一个示例中，如图3(a)所示，在面向传动轮27的横截面上看，一个圆周内有三个叶片，叶片之间夹角为120°。如图3(b)所示，叶片25的法线方向292与轴26轴线方向291之间具有一夹角，在图3(b)中叶片排列方式下，传动轮需按箭头28所示方向转动，则轴26带动叶片25运动，会对物料产生轴向(291)的推动作用，使物料由进料口向出料口运动，同时也会翻搅物料使其产生径向和切向运动，实现物料在加热仓内三个维度的位置交换，克服微波场分布不均的问题。具体地，夹角可以采用不同的角度，例如30°，35°，40°，45°，50°等等，根据物料不同以及不同的干燥设定，该夹角可以在0°(不包含0°)至90°之间选择。以进料口到出料口水稻流动的方向作为参考方向，叶片被水稻覆盖部分的表面法线方向与参考方向之间夹角的绝对值大于0度。

在一个示例中，叶片25的面积、分布所依据螺旋线的螺距与微波加热仓的尺寸、容器21内物料的厚度以及轴26的转速相关，一般地，在转速固定时，叶片面积越大、螺距越大，则物料在加热仓内流动速度越快，加热时间越短。当微波加热仓横截面较大时，也可以采用多个安装有叶片的轴并行使用，确保叶片作用充分均匀。

优选的，本实施例的微波天线24采用波导缝隙天线，如图4所示，包括矩形波导241，该矩形波导的一个端口2411为天线的输入口，另一个端口2412短路。微波天线24沿矩形波导241轴线方向划分为若干区域，每个区域的结构形式相似，仅尺寸有所差别，以保证每个区域的辐射功率值是相同的。本实施例中微波天线共划分了五个区域，分别记为A1～A5，下面以A1区域为例，结合图6说明具体实施方案。在每个区域的波导宽边上，开有一组缝隙243，该缝隙将波导241的内部和外部空间连通。缝隙的位置、形状和面积可根据所需辐射功率的大小仿真设计，不作为本实用新型的技术特征。本实施例中缝隙采用矩形狭长缝隙，缝隙的宽边垂直于波导241的轴线方向。在所述缝隙243的外表面覆盖有绝缘介质板244，用来防止波导外部的尘土和水汽进入波导，降低波导的功率容量。作为本实用新型的一项技术特征，在矩形波导开有缝隙的宽边上安装有台锥状喇叭242，该台锥状喇叭的小口面与波导宽边固定形成电接触，大口面作为辐射口面朝向物料。台锥喇叭242对缝隙243的微波辐射场起到一定的汇聚作用，使微波辐射场集中作用于台锥大口面下方的物料中。台锥状喇叭的高度和大口面尺寸要根据微波加热仓的横截面尺寸设计，保证其下方物料分布区域内的场强尽可能均匀。所述台锥状喇叭可以使用例如金属材料制成。

在一个示例中，所述微波物料干燥装置的缓苏仓3，包括第一组横截面为多边形的管道31和第二组横截面为多边形的管道32。管道31和32的形状尺寸相同、平行放置；管道31和32的两端分别固定于缓苏仓壁。如图2所示的管道31的一端对外部空间开放，另一端封闭；管道32在管道31开放端一侧是封闭的、在管道31封闭端一侧与风道52连通，进而与抽风风机51连接。管道31和32的表面密布小孔；管道31和32按层交错分布，如果管道31占据奇数层，则管道32占据偶数层，反之亦然。管道31和32横截面分布如图6所示。当抽风风机51工作时，风道51以及管道32内形成负压，将物料中的空气抽出，进而在物料中产生负压；外部空气通过管道31及其表面的小孔进入物料，形成空气流，带走物料颗粒表面水气。

在一个示例中，如图2所示，提供一种微波物料干燥装置，其中包含输送机构，所述输送机构包括缓苏仓下方的分粮轮41、斜板42，以及提升机43；分粮轮通过转动将缓苏仓内的物料拨至斜板42上，斜板42与水平面的倾角可以大于45°、使物料在重力作用下流入微波加热仓的进料口21，也可以采用小于45°的倾角、并借助传送带或刮板输送机构使物料流入微波加热仓的进料口21；微波加热仓出料口23流出的物料进入提升机43，由该提升机将物料输送至缓苏仓顶部，完成循环。

在一个示例中，通风设备5包括抽风风机51、风道52、吹风风机53和风道54。其中抽风风机51通过风道52与缓苏仓连接；风道54表面密布的小孔将风道内部与微波加热仓连通，吹风风机53在风道内产生正压，空气通过小孔进入微波加热仓、并穿过物料层。

在一个实施例中，如图7(a)和图7(b)所示，微波加热仓包括圆筒状容器71，该容器的两个端面711和722固定不动，中间部分可以绕自身轴线转动。圆筒71轴线水平或接近水平放置。进料口72位于固定端面711上；出料口位于固定端面712上；物料盛放于容器71的下部空间。微波天线74由固定端面711探入容器71的上部空间，辐射口面朝向容器下部的物料。微波天线74也可以有固定端面712探入，其进入微波容器71的方向不作为本实用新型的技术特征。一组叶片75由多个金属薄片制成，站立安转于容器71的内表面，叶片按照容器71内表面上的一个螺旋线76排列，叶片的重要技术特征在于，其表面法线方向与容器轴线方向夹角θ不为零，即叶片表面法线方向不平行于轴线方向。在容器71转动时，叶片排列所依据的螺旋线76的前进方向是由进料口72指向出料口73。上述实施方案保证在容器71转动时，进入到物料内部的叶片会产生轴向的推进力，推动物料由进料口向出料口运动，同时由于叶片表面法线与轴向不平行，也会产生径向和切向的推动力，带动物料沿径向和切向运动，同时圆筒状容器内壁的摩擦力也会带动物料沿切向运动，最终实现物料在微波场内三个维度的空间位置交换。本实施例2中叶片75的具体形状、尺寸可根据容器的转速、物料容量以及干燥工艺设计，不属于本实用新型的技术特征。另外，带动容器转动的动力机械系统属成熟技术，本实施例中不做详述。

在另一个实施例中，如图8(a)和图8(b)所示，与之前实施例不同之处在于微波加热仓的具体结构。本实施例中的微波加热仓包括隧道装容器81，容器81的下部有传送带82，容器81的一端有进料口83，另一端有出料口84。物料由进料口83进入容器，并在传送带82上形成一定厚度的堆高；传送带在外部动力机械结构的带动下由进料口向出料口运动，从而将物料由进料口带到出料口。微波天线85位于容器81的上部空间，其辐射口面朝下下方传送带上的物料。本实施例还包括一组叶片86，该叶片由多个薄金属片组成；叶片通过连杆与容器81的仓壁固定；叶片部分或全部埋在传送带82上的物料中；如图8(a)所示，物料流动方向由进料口(左端面)流向出料口(右端面)，即x方向，则本实用新型的重要技术特征在于，每个叶片的表面法线方向在垂直平面(XOZ平面)内与物料流动方向呈夹角θ，且θ不为0；如图8(b)所示，同样作为本实用新型的重要技术特征，每个叶片的表面法线方向在水平平面(XOY平面)内与物料流动方向呈夹角φ，且φ不为0。在上述叶片安装条件下，当传送带带动物料流动时，物料相对于叶片表面产生运动，则会被叶片表面改变运动方向，产生Y和Z方向的运动，产生空间位置的交换。

在一个示例中，为了在容器内实现充分的位置交换效果，本实施例优选的采用如图8(b)所示的叶片排列方案，即将叶片86分为两组，第一组叶片861法线方向在XOY平面内与物料流动方向夹角为φ，则第二种叶片862法线方向在XOY平面内与物料流动方向夹角为-φ；每组叶片中，由若干个叶片固定于一个连杆863上构成一列；连杆863与容器81的仓壁固定；优选的，第一组叶片861如果排布在奇数列，则第二组叶片862则排布在偶数列，反之亦然；优选的，第一组叶片861在Y方向的位置，与第二组叶片862在Y方向的位置交错开。

在一个实施例中，提供一种微波物料干燥方法，所述方法使用微波物料干燥装置，具体包含如下步骤：

步骤1、对所述物料进行除杂处理，通过物料输送装置将所述的物料装入物料干燥装置。

在所述步骤1中，对所述物料进行除杂处理可以使用例如筛选或者磁选的方式。以物料是物料为例，筛选方式可以去除物料中的大颗粒物，而磁选则可以去除物料中的重金属杂质。根据微波加热仓的额定功率和体积不同，加入的物料量也有所不同，在一个示例中微波加热仓内的物料装入量在6～10kg/kW范围内、缓苏仓的物料装入量是微波加热仓的8～10倍。

步骤2、启动所述物料输送装置，以使得所述物料在微波加热仓和缓苏仓之间连续循环流动后，开启微波功率，同时对微波加热仓的物料进行充分搅拌，确保其受热均匀。

在所述步骤2中，在所述物料输送装置中的物料在所述微波加热仓与所述缓苏仓中循环，在所述微波加热仓中被加热，然后在所述缓苏仓中，所述物料逐渐冷却，并且其中水分随空气流动而被带走，如此循环，从而达到使所述物料干燥的目的。

步骤3、实时测量微波加热仓进粮口的物料含水率和微波加热仓出粮口的物料温度；实时控制所述微波加热仓出粮口的温度处于预设的温度范围；若微波加热仓进粮口的物料含水率低于或等于标准含水率，则进行之后的步骤；

如果物料在微波加热仓中被加热的温度过高会导致高“爆腰率”，严重影响物料干燥的品质。通过控制微波的功率可以控制控制微波加热仓中的温度，除功率控制外，还可以采用控制物料通过所述微波加热仓的时间来实现温度控制。

以微波加热的物料为稻米为例，控制温度在38-40°之间是比较合适的温度，那么需要测量微波加热仓的出粮口的温度，若微波加热仓出粮口的物料温度超过40℃，则减少微波加热时间；若微波加热仓出粮口的物料温度低于38℃，则增加微波加热时间。在控制加热温度的同时，测量稻米的含水率，如果含水率小于或者等于预设含水率，则继续之后的步骤。

在步骤3中，对于缓苏仓和所述微波加热仓采用不同的送风方式，依据以待干燥物料为水稻为例，对于微波加热仓，采用鼓风机按照2.4m³/h·kg的风流量向微波加热仓内的水稻通风；对于缓苏仓，采用抽风机，按照1.8m³/h·kg的风流量对缓苏仓内的水稻抽风。实时测量微波加热仓进料口的水稻含水率，当该含水率小于等于15％时，执行之后的步骤。

步骤4、关闭微波功率，打开微波物料干燥装置的排粮出口，保持微波物料干燥装置内部物料运动，直到排粮完毕。

下表1为采用本实施例方法的技术参数测量结果：

表1 微波干燥装置技术参数测量结果

可见，基于上述方法，稻米的含水率已经达到15％以下的干燥要求，而破碎率增加数值仅为0.1％，重度裂纹率仅为1.8％，符合对于水稻的干燥要求。

请参阅表2，表2为本实用新型谷物干燥装置和传统热风烘干设备参数对比表。

表2 谷物干燥装置和热风烘干设备参数对比

如表2所示，本实用新型谷物干燥装置利用微波的穿透性加热提高物料的温度，使物料中的水分汽化蒸发，蒸发出来的水蒸汽由排湿系统排走而达到烘干谷物的目的。本实用新型的微波烘干装置具有烘干速度快，效率高，环保节能，谷物内外加热均匀一致等特点，是响应低碳经济的新型设备。

与现有物料干燥方法相比，本实用新型的优势在于采用微波能替代传统热风，环保无污染，加热过程快，穿透深度大，能耗低，结合充分的搅拌可以实现均匀、快速、高效率的加热。在保持微波功率不变的前提下通过控制物料流动速度控制加热后的物料温度，实现产能最大化。

应当理解的是，在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。