微波焙烧炉
阅读：933发布：2020-05-11
专利汇可以提供微波焙烧炉专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 微波 焙烧 炉，其可以仅通过微波加热有效完成低温范围内的升温和高温范围内的升温，其可以有效防止焙烧过程中在待焙烧物体中出现 温度 梯度，并且其可以稳定供应微波并具有简单的结构。一种微波焙烧炉包括金属空腔，其由微波进行辐照；焙烧室，其设置于空腔中并且由设置在空腔中的具有低微波吸收特征和高 隔热 特性的隔热部件包围；以及微波生成装置。高微波损失物质与金属空腔相距一定距离布置在焙烧室的弱微波 电场 区域中，该距离大于1/4λ，λ为所用微波 波长 。，下面是微波焙烧炉专利的具体信息内容。
1.一种微波焙烧炉，包括：
金属空腔，其由微波进行辐照；
焙烧室，其由设置在空腔中的具有低微波吸收特征和高隔热特性的隔热 部件包围；以及
微波生成器；
其中高微波损失物质与金属空腔相距一定距离布置在焙烧室的弱微波 电场区域中，该距离大于所用微波波长λ的1/4。
2.如权利要求1所述的微波焙烧炉，
其中高微波损失物质彼此相距一定距离设置在焙烧室的左侧、右侧、顶 部和底部，其中该距离等于所用微波波长λ的1/2×n倍，n是自然数。
3.如权利要求1所述的微波焙烧炉，
其中高微波损失物质布置在传输微波的隔热部件内部，并且该隔热部件 形成有孔穴或沟槽，以从高微波损失物质向焙烧室的外壁引导辐射热。
4.如权利要求1所述的微波焙烧炉，
其中用于从高微波损失物质向焙烧室内部引导辐射热的孔穴或沟槽形 成并布置在焙烧室外壁上。
5.如权利要求1所述的微波焙烧炉，
其中高微波损失物质设置成其最大微波输出小于40g/KW。
6.如权利要求1所述的微波焙烧炉，
其中高微波损失物质是从碳化硅、氮化硅、石墨和以它们作为主要成分 的物质中之一选择出来的。
技术领域
本发明设计一种微波焙烧炉，其焙烧由陶土材料、细陶瓷材料等制成的 待焙烧物体，以生产烧制产品。
背景技术
近来，已经提出了通过微波加热焙烧陶土材料或者细陶瓷的技术，并且 该技术已经投入实际应用中。
用于微波焙烧陶瓷的微波焙烧炉有很多种，例如，一种类型为待焙烧物 体(如陶瓷)借助微波而自热(self-heat)以焙烧其自身，而一种类型为将借助微 波生成热量的加热材料放置在待焙烧物体附近，而待焙烧物体由加热材料生 成的热量受到焙烧。日本专利早期公开No.6-345541(第2和3页，附图1 公开了前一类型的焙烧炉)。
对于后一类型焙烧炉，提出了一种其内周壁由加热材料制成的焙烧炉， 该加热材料借助微波而自热(参见日本专利早期公开No.2-275777(第3页， 附图1))。这种焙烧炉包括由可传输微波的隔热部件制成并容纳在微波炉内 的圆柱性容器以及由烧制的碳化硅材料制成并设置于该容器内的圆柱性元 件。在该焙烧炉中，利用圆柱形元件的内部作为焙烧部分，把待焙烧物体置 于该焙烧部分中，并且向烧制的碳化硅材料辐照微波，这使得其生成热量以 焙烧待焙烧物体。
考虑同时采用上述两种类型的焙烧炉，提出了一种焙烧炉(参见日本专 利早期公开No.7-318262(第3页，附图1))，该焙烧炉包括主要由高微波损 失的物质组成的加热容器；覆盖于加热容器外侧并且主要由低微波损失的物 质组成的隔热部件；位于加热容器中的开口；以及微波辐照装置，其将微波 经由隔热部件辐照入加热容器内并经由加热容器中的开口辐照到加热容器 内的待焙烧物体上。在该焙烧炉中，可以使厚度方向上的温度分布更加平整 (flatter)。
当利用微波加热焙烧均质物体时，理论上，待焙烧物体的各个部分都受 到微波的均匀加热。但是，在焙烧过程中，因为微波焙烧炉的环境温度远低 于待焙烧物体的表面温度，所以待焙烧物体就从其表面辐射热量。因此，待 焙烧物体的中心部分与表面之间产生温度梯度，这有可能在待焙烧物体中产 生裂纹。
此外，作为微波加热的特征，如果待焙烧物体由相同材料制成，那么该 物体中温度更高的部分就有更大的介电损失。从而，一旦产生温度梯度，具 有更高温度的部分微波吸收率将增加，从而物体中不同部分的微波吸收率将 产生显著差异，这导致物体的局部加热。这样，一旦产生温度梯度，微波加 热就使不同部分的温度具有很大差异，这就引起了待焙烧物体中的裂纹。
此外，将在室温下具有低介电损失的陶瓷的主要材料(氧化铝、二氧化 硅等)用作微波加热的待焙烧物体原料时，就存在以下问题，即在低温范围 内微波加热的能量效应很低。
因此如图7所示，提出了一种内部含有用以控制微波焙烧炉温度的加热 器18的微波焙烧炉，其是一种可以抑制温度梯度产生以减少裂纹产生的微 波焙烧炉(参见日本专利早期公开No.6-345541)。
此外，如图8所示，提出了一种焙烧炉，该焙烧炉包括焙烧室26和微 波生成装置22。焙烧室26被衬板19隔开以包围待焙烧的整个物体20，该 衬板19可以利用微波而自热。微波生成装置22向置于焙烧室26中的待焙 烧物体辐照微波(参见日本专利早期公开No.2002-130960(第3页，附图1))。 在此类焙烧炉中，衬板的由微波产生的单位体积发热量大于待焙烧物体的发 热量，并且衬板的内表面温度基本上等于待焙烧物体的温度。
这种炉的设计被认为来源于以下思想，即当利用微波焙烧物体时，通过 利用具有与待焙烧物体相同微波吸收特征的衬板包围待焙烧物体，就几乎可 以完全使待焙烧物体隔热。此时，通过辐射冷却就可以防止该物体中产生热 量梯度，并且可以更加均匀地焙烧该物体。然而，当待焙烧物体由衬板包围 同时受到焙烧时，微波能量由衬板和待焙烧物体吸收。因此存在着用于焙烧 的能量显著增加的问题。
当将衬板的厚度变小以降低衬板消耗的能量时，衬板损失的热能就大于 其通过微波获得的热能。从而，在衬板内表面和待焙烧物体之间造成很大的 温度差异。为了解决这一问题，不仅要求降低用于焙烧待焙烧物体的能量， 而且要防止由待焙烧物体中辐射冷却而造成的温度梯度产生。
在这种炉中，该问题已经通过使衬板的由微波产生的单位体积发热量大 于待焙烧物体的发热量和使衬板的内表面温度等于待焙烧物体的表面温度 而得以解决。
在附加地包括可独立进行热处理的加热器18的微波焙烧炉中，例如日 本专利早期公开No.6-345541(第2和3页，附图1)中公开的微波焙烧炉，由 于加热器18辅助地加热处于低温范围内的物体，在该低温范围内微波加热 的能量效应较低，就可以焙烧在室温下具有低介电损失的物体，并且可以提 高焙烧的能量效率。
此外，如日本专利早期公开No.2002-130960(第3页，附图1)中所述， 可以改善环绕焙烧室的隔热特性，并且通过覆盖衬板可以防止由热辐射产生 的温度梯度，其中该衬板与具有优良隔热特性的另一衬板确定焙烧室。
然而，在各专利文件中描述的微波焙烧炉结构复杂，因此需要高昂的制 造成本。此外，在日本专利早期公开No.2002-130960(第3页，附图1)中描 述的微波焙烧炉，虽然一定程度上可以抑制产生温度梯度，但是几乎没有提 高在低温范围内的能量效率。
在具有微波辐照金属腔和微波生成装置的微波焙烧炉中，设置于该腔中 的容纳待焙烧物体的焙烧室由具有低微波吸收特征和高隔热特性的隔热部 件包围。图6中所示的微波焙烧炉可以看成具有上述结构的高效率的微波焙 烧炉。
图6中所示的微波焙烧炉通过微波加热焙烧陶土材料或者细陶瓷，包 括：确定微波空间2的空腔；经由波导4连接于空腔3并且向空腔3辐照微 波的作为微波生成装置的磁控管；搅动向空腔3辐照微波的微波搅动装置7； 以及设置于空腔3中以包围待焙烧物体11的衬板19。
空腔3用于至少在其内表面上将微波反射至微波空间2中，并且防止微 波泄漏。
微波搅动装置7包括置于空腔3中的搅动叶片8；置于空腔3外的驱动 电机9；以及将驱动电机9的旋转传输至搅动叶片8的旋转传输轴10，并且 该微波搅动装置7利用搅动叶片8的旋转搅动空腔3中的空气。
衬板19分隔放置待焙烧物体11的焙烧室12，并且具有隔热部件15a 和具有高微波损失的物质15b的双层结构。
隔热部件15a由隔热且能传输微波的材料制成，特别是氧化铝纤维、泡 沫氧化铝等。
如图9所示，隔热部件15a可以随着其厚度增加而更好的抑制从焙烧室 12或者衬板19向外的热辐射。
图9中，曲线F1表示在隔热部件15a的厚度较小情况下的热辐射特征， 曲线F2表示在隔热部件15a的厚度比曲线F1有所增加的情况下的热辐射特 征。由该图明显可见，增加了厚度的隔热部件15a可以更好地提高隔热特性。 图9中，水平轴表示焙烧室12的温度，垂直轴表示从衬板19向外辐射的热 量。
具有高微波损失的物质15b由介电材料制成，该介电材料借助从外部辐 照的微波而自热，并且向焙烧室12中的待焙烧物体11传输部分辐照的微波。
在这种情况下，高微波损失的物质15b最好由碳化硅、氮化硅、石墨以 及以它们为主要成分的化合物其中之一制成。
同时，当如图6所示的微波焙烧炉1用微波焙烧陶瓷(待焙烧物体11) 时，高微波损失的物质(氮化硅等)15b均匀地覆盖焙烧室12的六个表面或者 全部表面。
同样，当高微波损失的物质15b均匀地覆盖焙烧室12的六个表面或者 全部表面时，存在以下问题，即高微波损失的物质15b由微波局部加热，并 且无论是否存在微波搅动装置7，待焙烧物体11或者隔热部件15a也会破裂。
用于微波焙烧陶瓷的微波焙烧炉有很多种，例如，一种类型为待焙烧物 体(如陶瓷)借助微波而自热(self-heat)以焙烧其自身，而一种类型为将借助微 波生成热量的加热材料放置在待焙烧物体附近，而待焙烧物体由加热材料生 成的热量受到焙烧。日本专利早期公开No.6-345541(第2和3页，附图1 公开了前一类型的焙烧炉)。
对于后一类型焙烧炉，提出了一种其内周壁由加热材料制成的焙烧炉， 该加热材料借助微波而自热(参见日本专利早期公开No.2-275777(第3页， 附图1))。这种焙烧炉包括由可传输微波的隔热部件制成并容纳在微波炉内 的圆柱性容器以及由烧制的碳化硅材料制成并设置于该容器内的圆柱性元 件。在该焙烧炉中，利用圆柱形元件的内部作为焙烧部分，把待焙烧物体置 于该焙烧部分中，并且向烧制的碳化硅材料辐照微波，这使得其生成热量以 焙烧待焙烧物体。
考虑同时采用上述两种类型的焙烧炉，提出了一种焙烧炉(参见日本专 利早期公开No.7-318262(第3页，附图1))，该焙烧炉包括主要由高微波损 失的物质组成的加热容器；覆盖于加热容器外侧并且主要由低微波损失的物 质组成的隔热部件；位于加热容器中的开口；以及微波辐照装置，其将微波 经由隔热部件辐照入加热容器内并经由加热容器中的开口辐照到加热容器 内的待焙烧物体上。在该焙烧炉中，可以使厚度方向上的温度分布更加平整 (flatter)。
当利用微波加热焙烧均质物体时，理论上，待焙烧物体的各个部分都受 到微波的均匀加热。但是，在焙烧过程中，因为微波焙烧炉的环境温度远低 于待焙烧物体的表面温度，所以待焙烧物体就从其表面辐射热量。因此，待 焙烧物体的中心部分与表面之间产生温度梯度，这有可能在待焙烧物体中产 生裂纹。
此外，作为微波加热的特征，如果待焙烧物体由相同材料制成，那么该 物体中温度更高的部分就有更大的介电损失。从而，一旦产生温度梯度，具 有更高温度的部分微波吸收率将增加，从而物体中不同部分的微波吸收率将 产生显著差异，这导致物体的局部加热。这样，一旦产生温度梯度，微波加 热就使不同部分的温度具有很大差异，这就引起了待焙烧物体中的裂纹。
此外，将在室温下具有低介电损失的陶瓷的主要材料(氧化铝、二氧化 硅等)用作微波加热的待焙烧物体原料时，就存在以下问题，即在低温范围 内微波加热的能量效应很低。
因此如图7所示，提出了一种内部含有用以控制微波焙烧炉温度的加热 器18的微波焙烧炉，其是一种可以抑制温度梯度产生以减少裂纹产生的微 波焙烧炉(参见日本专利早期公开No.6-345541)。
此外，如图8所示，提出了一种焙烧炉，该焙烧炉包括焙烧室26和微 波生成装置22。焙烧室26被衬板19隔开以包围待焙烧的整个物体20，该 衬板19可以利用微波而自热。微波生成装置22向置于焙烧室26中的待焙 烧物体辐照微波(参见日本专利早期公开No.2002-130960(第3页，附图1))。 在此类焙烧炉中，衬板的由微波产生的单位体积发热量大于待焙烧物体的发 热量，并且衬板的内表面温度基本上等于待焙烧物体的温度。
这种炉的设计被认为来源于以下思想，即当利用微波焙烧物体时，通过 利用具有与待焙烧物体相同微波吸收特征的衬板包围待焙烧物体，就几乎可 以完全使待焙烧物体隔热。此时，通过辐射冷却就可以防止该物体中产生热 量梯度，并且可以更加均匀地焙烧该物体。然而，当待焙烧物体由衬板包围 同时受到焙烧时，微波能量由衬板和待焙烧物体吸收。因此存在着用于焙烧 的能量显著增加的问题。
当将衬板的厚度变小以降低衬板消耗的能量时，衬板损失的热能就大于 其通过微波获得的热能。从而，在衬板内表面和待焙烧物体之间造成很大的 温度差异。为了解决这一问题，不仅要求降低用于焙烧待焙烧物体的能量， 而且要防止由待焙烧物体中辐射冷却而造成的温度梯度产生。
在这种炉中，该问题已经通过使衬板的由微波产生的单位体积发热量大 于待焙烧物体的发热量和使衬板的内表面温度等于待焙烧物体的表面温度 而得以解决。
在附加地包括可独立进行热处理的加热器18的微波焙烧炉中，例如日 本专利早期公开No.6-345541(第2和3页，附图1)中公开的微波焙烧炉，由 于加热器18辅助地加热处于低温范围内的物体，在该低温范围内微波加热 的能量效应较低，就可以焙烧在室温下具有低介电损失的物体，并且可以提 高焙烧的能量效率。
此外，如日本专利早期公开No.2002-130960(第3页，附图1)中所述， 可以改善环绕焙烧室的隔热特性，并且通过覆盖衬板可以防止由热辐射产生 的温度梯度，其中该衬板与具有优良隔热特性的另一衬板确定焙烧室。
然而，在各专利文件中描述的微波焙烧炉结构复杂，因此需要高昂的制 造成本。此外，在日本专利早期公开No.2002-130960(第3页，附图1)中描 述的微波焙烧炉，虽然一定程度上可以抑制产生温度梯度，但是几乎没有提 高在低温范围内的能量效率。
在具有微波辐照金属腔和微波生成装置的微波焙烧炉中，设置于该腔中 的容纳待焙烧物体的焙烧室由具有低微波吸收特征和高隔热特性的隔热部 件包围。图6中所示的微波焙烧炉可以看成具有上述结构的高效率的微波焙 烧炉。
图6中所示的微波焙烧炉通过微波加热焙烧陶土材料或者细陶瓷，包 括：确定微波空间2的空腔；经由波导4连接于空腔3并且向空腔3辐照微 波的作为微波生成装置的磁控管；搅动向空腔3辐照微波的微波搅动装置7； 以及设置于空腔3中以包围待焙烧物体11的衬板19。
空腔3用于至少在其内表面上将微波反射至微波空间2中，并且防止微 波泄漏。
微波搅动装置7包括置于空腔3中的搅动叶片8；置于空腔3外的驱动 电机9；以及将驱动电机9的旋转传输至搅动叶片8的旋转传输轴10，并且 该微波搅动装置7利用搅动叶片8的旋转搅动空腔3中的空气。
衬板19分隔放置待焙烧物体11的焙烧室12，并且具有隔热部件15a 和具有高微波损失的物质15b的双层结构。
隔热部件15a由隔热且能传输微波的材料制成，特别是氧化铝纤维、泡 沫氧化铝等。
如图9所示，隔热部件15a可以随着其厚度增加而更好的抑制从焙烧室 12或者衬板19向外的热辐射。
图9中，曲线F1表示在隔热部件15a的厚度较小情况下的热辐射特征， 曲线F2表示在隔热部件15a的厚度比曲线F1有所增加的情况下的热辐射特 征。由该图明显可见，增加了厚度的隔热部件15a可以更好地提高隔热特性。 图9中，水平轴表示焙烧室12的温度，垂直轴表示从衬板19向外辐射的热 量。
具有高微波损失的物质15b由介电材料制成，该介电材料借助从外部辐 照的微波而自热，并且向焙烧室12中的待焙烧物体11传输部分辐照的微波。
在这种情况下，高微波损失的物质15b最好由碳化硅、氮化硅、石墨以 及以它们为主要成分的化合物其中之一制成。
同时，当如图6所示的微波焙烧炉1用微波焙烧陶瓷(待焙烧物体11) 时，高微波损失的物质(氮化硅等)15b均匀地覆盖焙烧室12的六个表面或者 全部表面。
同样，当高微波损失的物质15b均匀地覆盖焙烧室12的六个表面或者 全部表面时，存在以下问题，即高微波损失的物质15b由微波局部加热，并 且无论是否存在微波搅动装置7，待焙烧物体11或者隔热部件15a也会破裂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微波焙烧炉，其可以实现从低温范围至高温 范围的所有温度范围的微波加热，其可以有效防止焙烧过程中在待焙烧物体 中产生温度梯度，并且其可以通过稳定微波供应和简化结构而降低制造成 本。
本发明人已经进行了深入的研究来解决上述问题，并发现：通过以适当 间隔设置高微波损失的物质，例如，在焙烧室中弱微波电场区域上在低温范 围内具有高发热量的碳化硅，而不是均匀覆盖焙烧室的所有部分，则可以防 止焙烧过程中在待焙烧物体中产生温度梯度，并且基于该发现完成了本发 明。
也就是说，本发明的一个方面按以下方式构建以解决上述问题。
(1)含有利用微波辐照的金属空腔的微波焙烧炉；由放置在该空腔中的 具有低微波吸收特征和高隔热特性的隔热部件包围的焙烧室；以及微波生成 装置，其中含有高微波损失的物质，其以与金属空腔相距一定距离布置在焙 烧室的弱微波电场区域中，该距离超过所用微波波长λ的1/4λ。
(2)根据(1)的微波焙烧炉，其中高微波损失的物质彼此相距一定距离设 置在焙烧室的左侧、右侧、顶部和底部，其中该距离等于所用微波波长λ的 1/2×n倍(n是自然数)。
(3)根据(1)的微波焙烧炉，其中高微波损失的物质布置在传输微波的隔 热部件内部，并且该隔热部件做成具有孔穴或沟槽的形式，以从高微波损失 的物质向焙烧室的外壁引导辐射热。
(4)根据(1)的微波焙烧炉，其中用于从高微波损失的物质向焙烧室的内 部引导辐射热的孔洞或沟槽形成并布置在焙烧室的外壁上。
(5)根据(1)的微波焙烧炉，其中高微波损失物质的最大微波输出设定在 小于40g/kW。
(6)根据(1)的微波焙烧炉，其中高微波损失物质是从碳化硅、氮化硅、 石墨以及以它们作为主要成分的化合物中之一选择的。
本发明中，从包括室温的低温范围到焙烧温度的高温范围上，利用微波 辐射焙烧物体，并且由高微波损失的加热材料制成的加热元件布置在焙烧室 的弱微波电场区域中。
在本发明的焙烧室中，当微波生成装置辐照微波时，加热元件和焙烧室 中的待焙烧物体同时由通过分隔壁传输的微波加热而产生温度上升。
在上述焙烧过程中，组成加热元件的具有高微波损失的物质以其固有的 高能量效率由初始微波加热生成热量，直到分隔壁的温度达到高温范围内给 定的温度，从而提升环境温度。
在上述加热过程中，从金属空腔反射的微波辐照到高微波损失的物体 上，从而该物质的一部分生成热量。因此，当高微波损失的物质位于金属空 腔附近时，由于从金属空腔反射的微波量根据焙烧室的位置发生显著变化， 发热值可能发生变化，并且焙烧室内的温度可能变得不均匀。考虑到上述事 实，在本发明中，高微波损失的物质以与金属空腔相距一定距离布置在焙烧 室的弱微波电场区域中，该距离超过所用微波波长λ的1/4λ，以降低发热量 根据该物质在焙烧室中的位置而显著变化的因素的影响，从而使焙烧炉中的 温度均匀。
因此在本发明中，由于加热元件仅布置在弱微波电场区域中，源自加热 元件的辐射热不会集中在待焙烧物体的表面上，因此待焙烧物体的表面温度 不会过度上升。同样，由于焙烧炉中待焙烧物体由不含加热元件的隔热部件 中的一部分所传输的微波进行加热并且其温度上升，所以待焙烧物体受到均 匀加热，而不会在待焙烧物体的表面和内部之间造成温度差异。从而，在待 焙烧物体中不会出现由任何温度差异造成的裂痕或裂缝。
此外，在本发明的一个方面，优选的是，高微波损失的物质彼此相距一 定距离布置于焙烧室的左侧、右侧、上部和底部，其中该距离等于所用微波 波长λ的1/2λ×n(n是自然数)，从而可以使焙烧室的温度更加均匀。
根据本发明的微波焙烧炉，优选的是，覆盖焙烧室的高微波损失物质以 与金属空腔相距一定距离布置在弱微波电场区域中，该距离超过所用微波波 长λ的1/4λ。因此可以减少所需昂贵的高微波损失物质(例如碳化硅)的数量。 同样，可以解决由微波电场聚集(electric field concentration)而造成的诸如热 点或火花(spark)的问题。
此外，在焙烧室中，当高微波损失的物质(加热元件)彼此相距一定距 离放置于焙烧炉的左侧、右侧、上部和底部，其中该距离等于所用微波波长 λ的1/2λ×n(n是自然数)时，则可以使焙烧室的温度更加均匀。由于待焙 烧物体也直接由通过加热元件之间的间隙传输的微波进行加热，从而使待焙 烧物体升温，所以在待焙烧物体的表面和内部之间不存在任何温差，可以有 效防止出现裂痕。
此外，当加热元件布置在加热材料内部，并且从加热元件向焙烧壁引导 辐射热的孔穴或者沟槽形成于隔热部件中时，由于可以通过孔穴或者沟槽将 源自微波加热的加热元件的辐射热有效地引导至焙烧炉内部，因此可以均匀 并快速地提升焙烧室的温度。
当加热元件被设定在最大微波输出小于40g/KW时，由于微波加热诸如 碳化硅的加热元件比例不会显著增加，则可以很好地保持微波的使用效率， 而不会降低用于加热待焙烧物体的微波比例。同样，由于可以均匀保持焙烧 室的温度，从而可以有效防止出现裂痕。
如上所述，根据本发明，当加热待焙烧物体时，由于可以通过控制由微 波加热的微波焙烧室中的温度来降低待焙烧物体的表面和内部之间的温差 以及微波焙烧室中的温度，从而可以降低从待焙烧物体表面辐射的热量，使 温度分布均匀，并且可以降低待焙烧物体中各个部分之间的温差。因此，可 以防止出现裂纹，并且可以获得高质量的烧制物体。
本发明人已经进行了深入的研究来解决上述问题，并发现：通过以适当 间隔设置高微波损失的物质，例如，在焙烧室中弱微波电场区域上在低温范 围内具有高发热量的碳化硅，而不是均匀覆盖焙烧室的所有部分，则可以防 止焙烧过程中在待焙烧物体中产生温度梯度，并且基于该发现完成了本发 明。
也就是说，本发明的一个方面按以下方式构建以解决上述问题。
(1)含有利用微波辐照的金属空腔的微波焙烧炉；由放置在该空腔中的 具有低微波吸收特征和高隔热特性的隔热部件包围的焙烧室；以及微波生成 装置，其中含有高微波损失的物质，其以与金属空腔相距一定距离布置在焙 烧室的弱微波电场区域中，该距离超过所用微波波长λ的1/4λ。
(2)根据(1)的微波焙烧炉，其中高微波损失的物质彼此相距一定距离设 置在焙烧室的左侧、右侧、顶部和底部，其中该距离等于所用微波波长λ的 1/2×n倍(n是自然数)。
(3)根据(1)的微波焙烧炉，其中高微波损失的物质布置在传输微波的隔 热部件内部，并且该隔热部件做成具有孔穴或沟槽的形式，以从高微波损失 的物质向焙烧室的外壁引导辐射热。
(4)根据(1)的微波焙烧炉，其中用于从高微波损失的物质向焙烧室的内 部引导辐射热的孔洞或沟槽形成并布置在焙烧室的外壁上。
(5)根据(1)的微波焙烧炉，其中高微波损失物质的最大微波输出设定在 小于40g/kW。
(6)根据(1)的微波焙烧炉，其中高微波损失物质是从碳化硅、氮化硅、 石墨以及以它们作为主要成分的化合物中之一选择的。
本发明中，从包括室温的低温范围到焙烧温度的高温范围上，利用微波 辐射焙烧物体，并且由高微波损失的加热材料制成的加热元件布置在焙烧室 的弱微波电场区域中。
在本发明的焙烧室中，当微波生成装置辐照微波时，加热元件和焙烧室 中的待焙烧物体同时由通过分隔壁传输的微波加热而产生温度上升。
在上述焙烧过程中，组成加热元件的具有高微波损失的物质以其固有的 高能量效率由初始微波加热生成热量，直到分隔壁的温度达到高温范围内给 定的温度，从而提升环境温度。
在上述加热过程中，从金属空腔反射的微波辐照到高微波损失的物体 上，从而该物质的一部分生成热量。因此，当高微波损失的物质位于金属空 腔附近时，由于从金属空腔反射的微波量根据焙烧室的位置发生显著变化， 发热值可能发生变化，并且焙烧室内的温度可能变得不均匀。考虑到上述事 实，在本发明中，高微波损失的物质以与金属空腔相距一定距离布置在焙烧 室的弱微波电场区域中，该距离超过所用微波波长λ的1/4λ，以降低发热量 根据该物质在焙烧室中的位置而显著变化的因素的影响，从而使焙烧炉中的 温度均匀。
因此在本发明中，由于加热元件仅布置在弱微波电场区域中，源自加热 元件的辐射热不会集中在待焙烧物体的表面上，因此待焙烧物体的表面温度 不会过度上升。同样，由于焙烧炉中待焙烧物体由不含加热元件的隔热部件 中的一部分所传输的微波进行加热并且其温度上升，所以待焙烧物体受到均 匀加热，而不会在待焙烧物体的表面和内部之间造成温度差异。从而，在待 焙烧物体中不会出现由任何温度差异造成的裂痕或裂缝。
此外，在本发明的一个方面，优选的是，高微波损失的物质彼此相距一 定距离布置于焙烧室的左侧、右侧、上部和底部，其中该距离等于所用微波 波长λ的1/2λ×n(n是自然数)，从而可以使焙烧室的温度更加均匀。
根据本发明的微波焙烧炉，优选的是，覆盖焙烧室的高微波损失物质以 与金属空腔相距一定距离布置在弱微波电场区域中，该距离超过所用微波波 长λ的1/4λ。因此可以减少所需昂贵的高微波损失物质(例如碳化硅)的数量。 同样，可以解决由微波电场聚集(electric field concentration)而造成的诸如热 点或火花(spark)的问题。
此外，在焙烧室中，当高微波损失的物质(加热元件)彼此相距一定距 离放置于焙烧炉的左侧、右侧、上部和底部，其中该距离等于所用微波波长 λ的1/2λ×n(n是自然数)时，则可以使焙烧室的温度更加均匀。由于待焙 烧物体也直接由通过加热元件之间的间隙传输的微波进行加热，从而使待焙 烧物体升温，所以在待焙烧物体的表面和内部之间不存在任何温差，可以有 效防止出现裂痕。
此外，当加热元件布置在加热材料内部，并且从加热元件向焙烧壁引导 辐射热的孔穴或者沟槽形成于隔热部件中时，由于可以通过孔穴或者沟槽将 源自微波加热的加热元件的辐射热有效地引导至焙烧炉内部，因此可以均匀 并快速地提升焙烧室的温度。
当加热元件被设定在最大微波输出小于40g/KW时，由于微波加热诸如 碳化硅的加热元件比例不会显著增加，则可以很好地保持微波的使用效率， 而不会降低用于加热待焙烧物体的微波比例。同样，由于可以均匀保持焙烧 室的温度，从而可以有效防止出现裂痕。
如上所述，根据本发明，当加热待焙烧物体时，由于可以通过控制由微 波加热的微波焙烧室中的温度来降低待焙烧物体的表面和内部之间的温差 以及微波焙烧室中的温度，从而可以降低从待焙烧物体表面辐射的热量，使 温度分布均匀，并且可以降低待焙烧物体中各个部分之间的温差。因此，可 以防止出现裂纹，并且可以获得高质量的烧制物体。
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的微波焙烧炉结构的示意图；
图2是示出其中埋置高微波损失物质并且形成有引导辐射热的孔穴和 沟槽的隔热部件的结构的正视图；
图3是示出其中埋置高微波损失物质并且形成有引导辐射热的孔穴和 沟槽的隔热部件的结构的侧视图；
图4是示出其中形成有引导辐射热的孔穴和沟槽的焙烧室壁的结构的 正视图；
图5是示出其中形成有引导辐射热的孔穴和沟槽的焙烧室壁的结构的 侧视图；
图6是示出其中高微波损失物质包围焙烧室的传统微波焙烧炉的结构 的示意图；
图7是示出其中设置有加热器的传统微波焙烧炉的结构的示意图；
图8是示出其中配置有包围待焙烧物体并且利用微波自热的加热元件 的衬板的传统微波焙烧炉的结构的示意图；
图9是示出当组成图1所示微波焙烧炉的焙烧室内壳的隔热分隔壁的厚 度发生变化时加热元件发热量变化的曲线图。
附图标记
1 微波焙烧炉
2 微波空间
3 空腔
4 波导
6 微波振荡器
7 微波搅动装置
8 搅动叶片
9 驱动电机
10 驱动轴
11 待焙烧物体
12 焙烧室
13 焙烧室壁
14 分隔壁
15a 隔热部件
15b 高微波损失的物质
16 孔穴
17 沟槽
18 加热器
19 衬板
图2是示出其中埋置高微波损失物质并且形成有引导辐射热的孔穴和 沟槽的隔热部件的结构的正视图；
图3是示出其中埋置高微波损失物质并且形成有引导辐射热的孔穴和 沟槽的隔热部件的结构的侧视图；
图4是示出其中形成有引导辐射热的孔穴和沟槽的焙烧室壁的结构的 正视图；
图5是示出其中形成有引导辐射热的孔穴和沟槽的焙烧室壁的结构的 侧视图；
图6是示出其中高微波损失物质包围焙烧室的传统微波焙烧炉的结构 的示意图；
图7是示出其中设置有加热器的传统微波焙烧炉的结构的示意图；
图8是示出其中配置有包围待焙烧物体并且利用微波自热的加热元件 的衬板的传统微波焙烧炉的结构的示意图；
图9是示出当组成图1所示微波焙烧炉的焙烧室内壳的隔热分隔壁的厚 度发生变化时加热元件发热量变化的曲线图。
附图标记
1 微波焙烧炉
2 微波空间
3 空腔
4 波导
6 微波振荡器
7 微波搅动装置
8 搅动叶片
9 驱动电机
10 驱动轴
11 待焙烧物体
12 焙烧室
13 焙烧室壁
14 分隔壁
15a 隔热部件
15b 高微波损失的物质
16 孔穴
17 沟槽
18 加热器
19 衬板
具体实施方式
下面，将参照附图详细说明根据本发明优选实施例的微波焙烧炉。
图1示出根据本发明第一实施例的微波焙烧炉。
该实施例中的微波焙烧炉1通过微波加热焙烧陶土材料或者细陶瓷。微 波焙烧炉1包括确定微波空间2的空腔3；作为微波生成装置的微波振荡器 (磁控管)6，其经由波导4连接于空腔3并将微波辐照入空腔3中；微波搅动 装置7，其搅动向空腔3辐照的微波；分隔壁14，其由设置于空腔3中并传 输微波的隔热部件15a组成；以及利用微波生成热量的高微波损失物质(加热 元件)15b。
空腔3至少在其内表面适于向微波空间2反射微波并防止微波泄漏。
微波搅动装置7包括设置于空腔3中的搅动叶片8；设置于空腔3外的 驱动电机9；以及将驱动电机9的旋转传输至搅动叶片8的旋转传输轴10。 搅动叶片8旋转以搅动空腔3中的空气。
由隔热部件15a组成的分隔壁14分隔用于容纳待焙烧物体11的焙烧室 12。加热元件15b设置于焙烧室12的右表面和左表面。组成分隔壁14的隔 热部件15a由隔热并允许微波传输的材料，尤其是氧化铝纤维、泡沫氧化铝 等制成。如图9所示，分隔壁14可以随着其厚度增加而更有效地抑制从焙 烧室12或者加热元件15b向外辐射热量。
图9中，曲线F1表示在分隔壁14厚度较小情况下的热辐射特征，曲线 F2表示在分隔壁14厚度比曲线F1中有所增加的情况下的热辐射特征。此 外，由该图明显可见，厚度增加的分隔壁14可以提高隔热特性。图9中， 水平轴表示焙烧室12的温度，垂直轴表示从焙烧室12向外辐射的热量。
对于加热元件15b相对待焙烧物体11的布置类型，为了向待焙烧物体 11施加由加热元件15b生成的热量，就在面向待焙烧物体11的表面上将加 热元件布置在待焙烧物体11的周围。虽然布置加热元件15b的表面的数量 可以是几个，但是加热元件15b的数量越多，对待焙烧物体11的加热就越 均匀。然而，由于在焙烧炉12中也可以通过空气循环(不限于自然对流)以及 辐射来传递热量，所以没有必要将加热元件布置于所有六个表面上。最实用 的办法是将加热元件布置在五个表面上并且留下一个表面不设置任何东西。 可以开放剩下的表面，以产生空气循环，或者如果必要，将由传输微波的材 料组成的并且不自热的隔热部件15a设置于剩下的表面上。此外，图1中， 可以将加热元件15b视为布置在焙烧室12内的空间中。然而，由于此类布 置实际上是不可能的，所以可以通过将低微波损失的耐火填料置于加热元件 周围来支承加热元件。
具有高微波损失的物质(加热元件)15b包括一种材料，该材料在室温下 微波产生的单位体积发热量是组成待焙烧物体的材料发热量的几倍至几十 倍，并且在焙烧温度的高温范围内表现出优异的高微波吸收特征。例如，碳 化硅、氮化硅、石墨和以它们作为主要成分的物质等可以用作物质15b。
根据上述微波焙烧炉1，当作为微波生成装置的微波振荡器(磁控管)6 向加热元件(高微波损失的物质)15b辐照微波时，加热元件15b通过微波加 热升温，并且同时，由隔热部件15a组成的分隔壁14确定的焙烧室12中的 待焙烧物体11通过由穿透加热元件15b的微波加热而升温。
在此类焙烧过程中，在低温范围内由初始微波加热导致的升温中，高微 波损失的物质(加热元件)15b以高能量效率生成热量，以提升周围环境温度。 物质15b持续以高能量效率发热，即使当其达到预定高温范围，从而提升环 境温度。
另外，虽然在焙烧炉12中存在没有面向加热元件15b的表面，但是在 升温过程中，焙烧室12的内部通过由温度差异导致的空气循环而受到均匀 加热。而且，没有加热元件15b的表面通过空气循环也均匀上升至焙烧温度。
从而，可以仅通过微波加热而有效地对加热元件15b进行加热，并且可 以缩短将加热元件15b从低温范围升温至高温范围所用的时间。此外，即使 将在室温下具有低介电损失的陶瓷的主要材料氧化铝、二氧化硅等用作待焙 烧物体11的原料时，焙烧过程也可以高效平稳地进行。
随后，在对本发明中所用的微波进行说明之后，将对高微波损失的多个 物质(加热元件)15b之间的位置关系进行说明。
目前，商用微波具有2.45GHz或者0.915GHz的频率。根据本发明的焙 烧炉1不仅可用于具有2.45GHz频率的国内微波炉，也可以用于具有 0.915GHz频率的微波炉。这样，优选的是，在预先调节焙烧室12中设置的 开口区域之后制造微波焙烧炉1，以平衡从焙烧室壁13辐射给待焙烧物体 11的热量与微波加热使待焙烧物体11自热的热量，从而减轻厚度方向上的 温度分布以防止出现裂痕。也就是，例如，当开口区域大时，待焙烧物体11 吸收更多微波，从而受到微波进一步加热，同时生成热量的部分减少，使得 辐射造成的发热量减少。
同时，微波频率优选位于0.9-100GHz的范围内，更优选位于0.9-10GHz， 最优选为2.45GHz。当频率低于0.9GHz时，微波的波长过长，微波的吸收 率将降低。相反，当微波频率高于100GHz时，就需要用昂贵的微波振荡器 6，而这是不期望的。当微波振荡器6输出的微波频率为2.45GHz时，相对 较小和低廉的微波振荡器7可以符合要求地工作。
同样，当微波频率为2.45时，微波波长约为122mm，其半波长为61mm。 因此可以以不低于61mm×n的间隔布置由高微波损失物质15b组成的加热 元件。以此布置方式，可以均匀加热待焙烧物体11的表面和内部，并且可 以有效防止在待焙烧物体11中出现裂痕。
图2和3是根据本发明实施例的微波焙烧炉1的正视图和侧视图，其中 从高微波损失物质(加热元件)15b向焙烧室壁13引导辐射热的孔穴16和沟 槽17形成于隔热部件15a中。
此时，高微波损失物质(加热元件)15b被埋置于隔热部件15a中。此外， 当物质15b被埋置于隔热部件15a中时，孔穴16和沟槽17被布置成朝向焙 烧室壁13的外部。这种布置的优点在于，其使焙烧室内部温度一致。
图4和5是根据本发明另一实施例的微波焙烧炉的正视图和侧视图，其 中从高微波损失物质(加热元件)15b向焙烧室12内部引导辐射热的孔穴16 和沟槽17形成于焙烧炉壁28中。
在图2至3和图4至5的情况下，布置在隔热部件15a中或者在隔热部 件15a和焙烧室壁13之间的高微波损失物质15b(例如碳化硅)可通过孔穴16 或者沟槽17将微波辐射生成的辐射热有效地引导至焙烧室12内部，从而可 以均匀并快速地提升焙烧室12的内部温度。
在随后的实施例中，可设定加热元件15b(例如碳化硅)的最大微波输出 小于40g/KW。
如果将大于40g/KW的诸如碳化硅的加热元件15b插入隔热部件15a内 部，则微波加热碳化硅的比例就增加，而微波加热待焙烧物体11的比例下 降，从而微波的使用效率降低，并且导致焙烧室12内部和待焙烧物体11之 间的温度差异，这就引起待焙烧物体11表面上的裂痕。因此，为了防止在 待焙烧物体中出现裂痕或裂纹，抑制加热元件15b(例如碳化硅)的最大微波 输出，并使其小于40g/KW是非常有效的。
根据本发明的微波焙烧炉，当用微波加热待焙烧物体时，可以均匀加热 并焙烧待焙烧物体，而不会在待焙烧物体中产生温度梯度，并且可以防止在 待焙烧物体中出现裂痕或裂纹。因此，该微波焙烧炉可用于焙烧陶土或者陶 瓷。
图1示出根据本发明第一实施例的微波焙烧炉。
该实施例中的微波焙烧炉1通过微波加热焙烧陶土材料或者细陶瓷。微 波焙烧炉1包括确定微波空间2的空腔3；作为微波生成装置的微波振荡器 (磁控管)6，其经由波导4连接于空腔3并将微波辐照入空腔3中；微波搅动 装置7，其搅动向空腔3辐照的微波；分隔壁14，其由设置于空腔3中并传 输微波的隔热部件15a组成；以及利用微波生成热量的高微波损失物质(加热 元件)15b。
空腔3至少在其内表面适于向微波空间2反射微波并防止微波泄漏。
微波搅动装置7包括设置于空腔3中的搅动叶片8；设置于空腔3外的 驱动电机9；以及将驱动电机9的旋转传输至搅动叶片8的旋转传输轴10。 搅动叶片8旋转以搅动空腔3中的空气。
由隔热部件15a组成的分隔壁14分隔用于容纳待焙烧物体11的焙烧室 12。加热元件15b设置于焙烧室12的右表面和左表面。组成分隔壁14的隔 热部件15a由隔热并允许微波传输的材料，尤其是氧化铝纤维、泡沫氧化铝 等制成。如图9所示，分隔壁14可以随着其厚度增加而更有效地抑制从焙 烧室12或者加热元件15b向外辐射热量。
图9中，曲线F1表示在分隔壁14厚度较小情况下的热辐射特征，曲线 F2表示在分隔壁14厚度比曲线F1中有所增加的情况下的热辐射特征。此 外，由该图明显可见，厚度增加的分隔壁14可以提高隔热特性。图9中， 水平轴表示焙烧室12的温度，垂直轴表示从焙烧室12向外辐射的热量。
对于加热元件15b相对待焙烧物体11的布置类型，为了向待焙烧物体 11施加由加热元件15b生成的热量，就在面向待焙烧物体11的表面上将加 热元件布置在待焙烧物体11的周围。虽然布置加热元件15b的表面的数量 可以是几个，但是加热元件15b的数量越多，对待焙烧物体11的加热就越 均匀。然而，由于在焙烧炉12中也可以通过空气循环(不限于自然对流)以及 辐射来传递热量，所以没有必要将加热元件布置于所有六个表面上。最实用 的办法是将加热元件布置在五个表面上并且留下一个表面不设置任何东西。 可以开放剩下的表面，以产生空气循环，或者如果必要，将由传输微波的材 料组成的并且不自热的隔热部件15a设置于剩下的表面上。此外，图1中， 可以将加热元件15b视为布置在焙烧室12内的空间中。然而，由于此类布 置实际上是不可能的，所以可以通过将低微波损失的耐火填料置于加热元件 周围来支承加热元件。
具有高微波损失的物质(加热元件)15b包括一种材料，该材料在室温下 微波产生的单位体积发热量是组成待焙烧物体的材料发热量的几倍至几十 倍，并且在焙烧温度的高温范围内表现出优异的高微波吸收特征。例如，碳 化硅、氮化硅、石墨和以它们作为主要成分的物质等可以用作物质15b。
根据上述微波焙烧炉1，当作为微波生成装置的微波振荡器(磁控管)6 向加热元件(高微波损失的物质)15b辐照微波时，加热元件15b通过微波加 热升温，并且同时，由隔热部件15a组成的分隔壁14确定的焙烧室12中的 待焙烧物体11通过由穿透加热元件15b的微波加热而升温。
在此类焙烧过程中，在低温范围内由初始微波加热导致的升温中，高微 波损失的物质(加热元件)15b以高能量效率生成热量，以提升周围环境温度。 物质15b持续以高能量效率发热，即使当其达到预定高温范围，从而提升环 境温度。
另外，虽然在焙烧炉12中存在没有面向加热元件15b的表面，但是在 升温过程中，焙烧室12的内部通过由温度差异导致的空气循环而受到均匀 加热。而且，没有加热元件15b的表面通过空气循环也均匀上升至焙烧温度。
从而，可以仅通过微波加热而有效地对加热元件15b进行加热，并且可 以缩短将加热元件15b从低温范围升温至高温范围所用的时间。此外，即使 将在室温下具有低介电损失的陶瓷的主要材料氧化铝、二氧化硅等用作待焙 烧物体11的原料时，焙烧过程也可以高效平稳地进行。
随后，在对本发明中所用的微波进行说明之后，将对高微波损失的多个 物质(加热元件)15b之间的位置关系进行说明。
目前，商用微波具有2.45GHz或者0.915GHz的频率。根据本发明的焙 烧炉1不仅可用于具有2.45GHz频率的国内微波炉，也可以用于具有 0.915GHz频率的微波炉。这样，优选的是，在预先调节焙烧室12中设置的 开口区域之后制造微波焙烧炉1，以平衡从焙烧室壁13辐射给待焙烧物体 11的热量与微波加热使待焙烧物体11自热的热量，从而减轻厚度方向上的 温度分布以防止出现裂痕。也就是，例如，当开口区域大时，待焙烧物体11 吸收更多微波，从而受到微波进一步加热，同时生成热量的部分减少，使得 辐射造成的发热量减少。
同时，微波频率优选位于0.9-100GHz的范围内，更优选位于0.9-10GHz， 最优选为2.45GHz。当频率低于0.9GHz时，微波的波长过长，微波的吸收 率将降低。相反，当微波频率高于100GHz时，就需要用昂贵的微波振荡器 6，而这是不期望的。当微波振荡器6输出的微波频率为2.45GHz时，相对 较小和低廉的微波振荡器7可以符合要求地工作。
同样，当微波频率为2.45时，微波波长约为122mm，其半波长为61mm。 因此可以以不低于61mm×n的间隔布置由高微波损失物质15b组成的加热 元件。以此布置方式，可以均匀加热待焙烧物体11的表面和内部，并且可 以有效防止在待焙烧物体11中出现裂痕。
图2和3是根据本发明实施例的微波焙烧炉1的正视图和侧视图，其中 从高微波损失物质(加热元件)15b向焙烧室壁13引导辐射热的孔穴16和沟 槽17形成于隔热部件15a中。
此时，高微波损失物质(加热元件)15b被埋置于隔热部件15a中。此外， 当物质15b被埋置于隔热部件15a中时，孔穴16和沟槽17被布置成朝向焙 烧室壁13的外部。这种布置的优点在于，其使焙烧室内部温度一致。
图4和5是根据本发明另一实施例的微波焙烧炉的正视图和侧视图，其 中从高微波损失物质(加热元件)15b向焙烧室12内部引导辐射热的孔穴16 和沟槽17形成于焙烧炉壁28中。
在图2至3和图4至5的情况下，布置在隔热部件15a中或者在隔热部 件15a和焙烧室壁13之间的高微波损失物质15b(例如碳化硅)可通过孔穴16 或者沟槽17将微波辐射生成的辐射热有效地引导至焙烧室12内部，从而可 以均匀并快速地提升焙烧室12的内部温度。
在随后的实施例中，可设定加热元件15b(例如碳化硅)的最大微波输出 小于40g/KW。
如果将大于40g/KW的诸如碳化硅的加热元件15b插入隔热部件15a内 部，则微波加热碳化硅的比例就增加，而微波加热待焙烧物体11的比例下 降，从而微波的使用效率降低，并且导致焙烧室12内部和待焙烧物体11之 间的温度差异，这就引起待焙烧物体11表面上的裂痕。因此，为了防止在 待焙烧物体中出现裂痕或裂纹，抑制加热元件15b(例如碳化硅)的最大微波 输出，并使其小于40g/KW是非常有效的。
根据本发明的微波焙烧炉，当用微波加热待焙烧物体时，可以均匀加热 并焙烧待焙烧物体，而不会在待焙烧物体中产生温度梯度，并且可以防止在 待焙烧物体中出现裂痕或裂纹。因此，该微波焙烧炉可用于焙烧陶土或者陶 瓷。
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