CN111918432B - 射频加热设备 - Google Patents

Abstract

本申请属于微波加热领域，公开了一种射频加热设备，包括：天线，被配置为将射频辐射入加热腔内；和，极板，被配置为将射频馈入所述加热腔内。本公开提供的射频加热设备包括天线和极板，综合了极板式加热设备和谐振式加热设备加热腔内电场强度分布不同特点，实现电场强度分布互补，提高射频加热设备的加热效率。

Description

射频加热设备

技术领域

本申请涉及微波加热技术领域，例如涉及一种射频加热设备。

背景技术

射频加热技术作为一种新型热加工技术，其在食品加热、食品干燥、杀菌、杀虫、解冻等领域的潜力被广泛开发，并且在这些领域已有部分工业应用。以食品加热为例，射频加热是利用食品分子在电磁波中的运动，使得食品在射频加热设备内升温，达到加热效果。相比较传统加热方式，射频加热具有加热速度快、加热均匀、穿透深度大等优点。典型的射频加热设备包括：极板式加热设备和谐振式加热设备。极板式加热设备，通过射频源产生高频交流电，经功率放大器放大后接入平行放置的两块极板，高压高频电场作用于食品整体，电磁能在食品内部转换为热能加热食品。射频馈入式设备通过射频源来产生射频，然后经过天线、波导将射频传递到放置被加热食品的加热腔中，在加热腔内电磁波形成谐振式分布对食物进行加热。

在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：

1、平行加热极板设计限制，电磁场向极板的边缘处聚集，造成食品边缘处的温度高于食品中心位置；

2、谐振式加热设备加热腔内电场强度最高的点处于被加热食品的中心处，造成食品中心位置高于边缘处的温度。

发明内容

为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

根据本公开实施例，提供了一种射频加热设备。

在一些可选实施例中，所述射频加热设备包括：天线，被配置为将射频辐射入加热腔内；和，

极板，被配置为将射频馈入所述加热腔内。

本公开实施例提供的一些技术方案可以实现以下技术效果：

本公开提供的射频加热设备包括天线和极板，综合了极板式加热设备和谐振式加热设备加热腔内电场强度分布不同特点，实现电场强度分布互补，提高射频加热设备的加热效率。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：

图1是本公开实施例提供的射频加热设备的结构示意图；

图2是极板式加热设备加热过程中电场强度分布示意图；

图3是谐振式加热设备加热过程中电场强度分布示意图；

图4是本实施例中射频加热设备加热过程中电场强度分布示意图；

图5是本公开实施例提供的射频加热设备的结构示意图；

图6是本公开实施例提供的射频加热设备的结构示意图；

图7是本公开实施例提供的射频加热设备的结构示意图；

图8是本公开实施例提供的射频加热设备的结构示意图；

图9是本公开实施例提供的射频加热设备的结构示意图。

附图标记：

11：第一射频源；12：第二射频源；13:天线；14：极板；15：加热腔；111：第一射频发生器；112：第一功率放大器；113：第一入射功率检测单元；114：第一反射功率检测单元；115：第一调节单元；121：第二射频发生器；122：第二功率放大器；123：第二入射功率检测单元；124：第二反射功率检测单元；125：第二调节单元。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。在本公开的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本实施例提供的射频加热设备包括：天线和极板。

其中，天线，被配置为将射频辐射入加热腔内，以实现从被加热物体中心提升被加热物体的温度。

极板，被配置为将射频馈入所述加热腔内，以实现从被加热物体边缘提升被加热物体的温度，与天线互补，实现被加热物体均匀升温。

天线直接将射频辐射入加热腔内，在加热腔内形成交变电场。极板上设置有一个或一个以上的馈入点，射频通过极板的馈入点馈入加热腔内，在平行设置的两个极板之间形成交变电磁场，或者在极板和加热腔之间形成交变电磁场。

本公开提供的射频加热设备包括天线和极板，综合了极板式加热设备和谐振式加热设备加热腔内电场强度分布不同特点，实现电场强度分布互补，提高射频加热设备的加热效率。

在一些实施例中，射频加热设备还包括：第一射频源组和第二射频源组。

其中，第一射频源组，与所述天线连接，被配置为发射频率为第一频率的射频。

第二射频源组，与所述极板连接，被配置为发射频率为第二频率的射频。

在一些实施例中，所述天线与所述第一射频源组中第一射频源的数量相同；每个所述天线与对应的一个所述第一射频源连接。

在一些实施例中，所述极板的数量大于或等于所述第二射频源组中第二射频源的数量；一个或一个以上的所述极板与所述第二射频源连接，且每个所述极板与对应的一个所述第二射频源连接。可选的，极板数量为一个或者偶数个。当极板为一个时，极板将射频馈入加热腔，并与加热腔内壁之间形成交变电磁场，对被加热物品进行加热。

如图1所示，是根据本公开一实施例示出的射频加热设备，包括：第一射频源11、第二射频源12、、极板14和加热腔15。

其中，天线13与第一射频源11连接，被配置为将第一射频源11发射的射频辐射至加热腔15内。

在一些可选实施例中，第一射频源11和天线13的数量为两个或两个以上，连接关系如图1所示，每个天线13与对应的一个第一射频源11连接。多个第一射频源11形成第一射频源组。

极板14与第二射频源12连接，被配置为将第二射频源12发射的射频馈入加热腔15内。

在一些可选实施例中，极板的数量为偶数个，极板成对平行设置。在一些实施例中，极板的数量为两个，避免多个极板降低对被加热物体加热均匀性，提高加热效率。

其中，极板14平行于加热腔15内壁设置，极板14与加热腔15内壁之间形成交变电磁场。为增大加热腔15的容量，极板14贴近加热腔15任一内壁设置。在一些可选实施例中，极板14和天线13设置于加热腔15同一侧内壁上。在一些可选实施例中，避免极板14和天线13近距离设置，极板14发射的射频能量影响天线13的工作效率，极板14和天线13设置于加热腔15不同侧内壁上。

在一些可选实施例中，天线13设置于与极板14相对的加热腔15内壁侧。

在一些可选实施例中，天线13设置于加热腔15顶部的内壁侧，极板14设置于加热腔15底部的内壁侧。实现天线13对被加热物品中心位置加热效率高及极板14对被加热物品边缘位置加热效率高的互补，提高对被加热物品的加热均匀度。

如图2所示，是极板式加热设备加热过程中电场强度分布示意图。如图3所示，是谐振式加热设备加热过程中电场强度分布示意图。如图4所示，是本实施例中射频加热设备加热过程中电场强度分布示意图。

图2至4中，纵坐标指示电场强度，横坐标指示被加热物体横截面上电场强度检测点距离被加热物体中心位置的距离。

可以看出，极板式加热设备由于极板的边缘处电场聚集度高，电场强度高，会造成物体边缘处升温速度大于物体中心处升温速度。谐振式加热设备在被加热物体中心位置电场强度高，会造成物体中心处升温速度大于物体边缘处升温速度。本公开实施例提供的射频加热设备，电场分布均匀，提高对被加热物品的加热均匀度。

本公开提供的射频加热设备包括天线和极板，综合了极板式加热设备和谐振式加热设备加热腔内电场强度分布不同特点，实现电场强度分布互补，提高射频加热设备的加热效率。

在一些可选实施例中，加热腔15接地，以提高设备安全性和实现电磁屏蔽的作用。

在一些可选实施例中，为避免第一射频源11与第二射频源12发射的射频之间相互干扰降低射频加热设备的工作效率。第一射频源11与第二射频源12发射的射频频率的差值大于设定频率。可选的，所述第一频率与所述第二频率的差值大于设定频率，且所述第一频率大于所述第二频率。

可选的，第一射频源11发射的射频频率大于或等于400MHz。第二射频源12发射的射频频率大于或等于5MHz，小于或等于50MHz。第一射频源11发射的射频频率与第二射频源12发射的射频频率相距较远，可以避免在加热过程中相互干扰降低射频加热设备效率。

在一些可选实施例中，如图5所示，第一射频源11包括：第一射频源111和第一功率放大器112。

第一射频发生器111，被配置为生成频率为第一频率的第一射频信号。

第一功率放大器112，与第一射频发生器111连接，被配置为对第一射频信号进行功率放大。

第二射频源12包括：第二射频发生器121和第二功率放大器122。

第二射频发生器121，被配置为生成频率为第二频率的第二射频信号。

第二功率放大器122，与第二射频发生器121连接，被配置为对第二射频信号进行功率放大。

其中，第一射频发生器111和第二射频发生器121生成的第一射频信号和第二射频信号频率相差较大，避免第一射频信号和第二射频信号之间相互干扰，提高加热设备的加热稳定性，提高加热均匀性和加热效率。

在一些可选实施例中，如图6所示，第一射频源11还包括：第一入射功率检测单元113、第一反射功率检测单元114和第一调节单元115。

第一入射功率检测单元113，被配置为检测天线13辐射至加热腔15内的射频频率。

第一反射功率检测单元114，被配置为检测经加热腔15反射后的射频频率。

第一调节单元115，被配置为根据第一入射功率检测单元113检测到的入射功率与第一反射功率检测单元114检测到的反射功率调节第一功率放大器112的放大倍数。

在加热过程中，根据被加热物品的材质或材料、体积及温度不同，天线13辐射加热腔15内的射频能量利用率不同，为了提高第一射频源11发射的射频能量利用率，第一调节单元115根据入射功率及反射功率调节第一功率放大器112的放大倍数，维持第一功率放大器112的放大倍数为反射功率与入射功率的比值最大时的放大倍数。

其中，第一入射功率检测单元113为量热计式功率计、测热电阻功率计、变热电阻功率计或光度计式功率计。第一反射功率检测单元114为量热计式功率计、测热电阻功率计、变热电阻功率计或光度计式功率计。

在一些可选实施例中，如图7所示，第一射频源12还包括：第二入射功率检测单元123、第二反射功率检测单元124和第二调节单元125。

第二入射功率检测单元123，被配置为检测极板14馈入加热腔15内的射频频率。

第二反射功率检测单元124，被配置为检测经加热腔15反射后的射频频率。

第二调节单元125，被配置为根据第二入射功率检测单元123检测到的入射功率与第二反射功率检测单元124检测到的反射功率调节第二功率放大器122的放大倍数。

在加热过程中，根据被加热物品的材质或材料、体积及温度不同，极板14馈入加热腔15内的射频能量利用率不同，为了提高第二射频源12发射的射频能量利用率，第二调节单元125根据入射功率及反射功率调节第一功率放大器122的放大倍数，维持第二功率放大器122的放大倍数为反射功率与入射功率的比值最大时的放大倍数。

其中，第二入射功率检测单元123为量热计式功率计、测热电阻功率计、变热电阻功率计或光度计式功率计。第二反射功率检测单元124为量热计式功率计、测热电阻功率计、变热电阻功率计或光度计式功率计。

在一些可选实施例中，第一射频源11包括：第一射频发生器111、第一功率放大器112、第一入射功率检测单元113、第一反射功率检测单元114和第一调节单元115。

第二射频源12包括：第二射频发生器121、第二功率放大器122、第二入射功率检测单元123、第二反射功率检测单元124和第二调节单元125。

在一些可选实施例中，射频加热设备还包括：滤波器，被配置为根据所述设定频率调节所述第一射频源和所述第二射频源发射的初始信号的频率。

在一些可选实施例中，如图8所示，第一射频源11还包括：第一滤波器116，与第一射频发生器111连接，被配置为调节第一射频信号的频率，以调节第一射频源11与第二射频源12发射的射频频率的差值大于设定频率。

在一些可选实施例中，如图9所示，第二射频源12还包括：第二滤波器126，被配置为与第二射频发生器121连接调节第二射频信号的频率。以调节第一射频源11与第二射频源12发射的射频频率的差值大于设定频率。

其中，可选的，设定频率根据加热腔15的容积确定，可选的，加热腔15的容积越小，设定频率越大；加热腔15的容积越大，设定频率越小。可选的，设定频率根据被加热物品的体积确定。被加热物品的体积越大，设定频率越大；被加热物品的体积越小，设定频率越小。

在一些可选实施例中，第一射频源11和第二射频源12均包括滤波器，被配置为调节第一射频源11和第二射频源12发射的射频频率。

在一些可选实施例中，第一射频源11包括：第一射频发生器111、第一功率放大器112、第一入射功率检测单元113、第一反射功率检测单元114、第一调节单元115和第一滤波器116。

在一些可选实施例中，第二射频源12包括：第二射频发生器121、第二功率放大器122、第二入射功率检测单元123、第二反射功率检测单元124、第二调节单元125和第二滤波器126。

以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。本公开实施例的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。当用于本申请中时，虽然术语“第一”、“第二”等可能会在本申请中使用以描述各元件，但这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区别开。比如，在不改变描述的含义的情况下，第一元件可以叫做第二元件，并且同样第，第二元件可以叫做第一元件，只要所有出现的“第一元件”一致重命名并且所有出现的“第二元件”一致重命名即可。第一元件和第二元件都是元件，但可以不是相同的元件。而且，本申请中使用的用词仅用于描述实施例并且不用于限制权利要求。如在实施例以及权利要求的描述中使用的，除非上下文清楚地表明，否则单数形式的“一个”(a)、“一个”(an)和“所述”(the)旨在同样包括复数形式。类似地，如在本申请中所使用的术语“和/或”是指包含一个或一个以上相关联的列出的任何以及所有可能的组合。另外，当用于本申请中时，术语“包括”(comprise)及其变型“包括”(comprises)和/或包括(comprising)等指陈述的特征、整体、步骤、操作、元素，和/或组件的存在，但不排除一个或一个以上其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或这些的分组的存在或添加。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。本文中，每个实施例重点说明的可以是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分可以互相参见。对于实施例公开的方法、产品等而言，如果其与实施例公开的方法部分相对应，那么相关之处可以参见方法部分的描述。

本文所披露的实施例中，所揭露的产品(包括但不限于装置、设备等)，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，可以仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例。另外，在本公开实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种射频加热设备，其特征在于，包括：

天线，被配置为将射频辐射入加热腔内；和，

极板，被配置为将射频馈入所述加热腔内；

其中，所述极板上设置有一个以上的馈入点，所述射频通过所述极板的馈入点馈入所述加热腔内，在平行设置的两个极板之间形成交变电磁场，或者在所述极板和所述加热腔之间形成交变电磁场。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括：

第一射频源组，与所述天线连接，被配置为发射频率为第一频率的射频；和，

第二射频源组，与所述极板连接，被配置为发射频率为第二频率的射频。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述天线与所述第一射频源组中第一射频源的数量相同；

每个所述天线与对应的一个所述第一射频源连接。

4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述极板的数量大于或等于所述第二射频源组中第二射频源的数量；

一个或一个以上的所述极板与所述第二射频源连接，且每个所述极板与对应的一个所述第二射频源连接。

5.根据权利要求2至4任一项所述的设备，其特征在于，所述第一频率与所述第二频率的差值大于设定频率。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，第一射频源包括：

第一射频发生器，被配置为生成频率为所述第一频率的第一初始信号；和，

第一功率放大器，被配置为对所述第一初始信号的功率进行放大，以得到第一频率的射频。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述第一射频源还包括：

第一入射功率检测单元，被配置为检测所述天线辐射入所述加热腔内的射频功率；

第一反射功率检测单元，被配置为检测经所述加热腔反射后的射频功率；和，

第一调节单元，被配置为根据所述第一入射功率检测单元检测到的入射功率与所述第一反射功率检测单元检测到的反射功率调节所述第一功率放大器的放大倍数。

8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，第二射频源包括：

第二射频发生器，被配置为生成频率为所述第二频率的第二初始信号；和，

第二功率放大器，被配置为对所述第二初始信号的功率进行放大，以得到第二频率的射频。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述第二射频源还包括：

第二入射功率检测单元，被配置为检测所述天线辐射入所述加热腔内的射频功率；

第二反射功率检测单元，被配置为检测经所述加热腔反射后的射频功率；和，

第二调节单元，被配置为根据所述第二入射功率检测单元检测到的入射功率与所述第二反射功率检测单元检测到的反射功率调节所述第二功率放大器的放大倍数。

10.根据权利要求6至9任一项所述的设备，其特征在于，还包括：滤波器，被配置为根据所述设定频率调节所述第一射频源和所述第二射频源发射的初始信号的频率。

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