Procedure to optimize the performance of multi-source microwave cavities

[ESP]En un horno microondas multifuente convencional (también denominado horno multimodo) el objeto a calentar se sitúa, bien en una posición fija arbitraria o bien sobre un plato giratorio que la hace rotar con el fin de uniformizar lo más posible su calentamiento. El objeto de la invención que se presenta es un procedimiento que va a permitir a cualquier horno multifuente diseñado (bien de uso industrial y/o doméstico) trabajar en las condiciones óptimas en términos de eficiencia energética con independencia de las características dieléctricas, forma y tamaño del material de que se trate. También permite realizar procesos de calibración para mejorar el rendimiento de procesos de calentamiento en hornos fundamentalmente industriales que ya estén funcionando. Este procedimiento está basado en un sencillo proceso de calibración y medida a baja potencia, y un posterior accionamiento mecánico (o de otra índole) para posicionamiento de la muestra en la posición de máxima eficiencia para, posteriormente, irradiar desde todas las fuentes simultáneamente con potencia suficiente de microondas la muestra a calentar. El procedimiento objeto de la invención no añade prácticamente ningún dispositivo externo al horno de microondas multifuente más allá de un eje y una plataforma de transporte (todo ello de bajo coste), por lo que es de inmediata aplicación a hornos multifuentes ya fabricados y/o comerciales.A diferencia de los hornos convencionales con una sólo fuente, en un horno multifuente con N magnetrones (y N>1), caso usual de los hornos industriales, el proceso consiste en colocar una muestra dentro del horno a una distancia de alguno de los magnetrones (escogido como referencia espacial) y medir la eficiencia, radiando a baja potencia para no generar calentamiento sobre la muestra. El proceso continúa variando la distancia del material respecto al magnetrón de referencia y estimando la eficiencia para cada una de las distancias, hasta encontrar el punto en el que dicha eficiencia es máxima. Una vez determinada esa posición óptima, un sistema de accionamiento (manual o mecánico) irá colocando sucesivamente las muestras a calentar en dicho punto óptimo, para que sean sometidas a radiaciones de microondas con potencia suficiente para producir el calentamiento. Este procedimiento es válido para cualquier horno microondas y para cualquier tipo de material que se esté empleando en las industrias para los procesos de calentamiento[ENG]In a conventional multisource microwave cavity (also called multimode cavity), the object to be heated (the sample) is usually placed either in an arbitrary fixed position or on a spinning platform that rotates the sample to make the heating as uniform as possible. The patented procedure allows to any industrial or domestic multimode microwave cavity working in optimal energetic-consumption conditions, independently of the dielectric characteristics, form and size of the sample that is to be heated. The same procedure can be used to develop protocols for in-situ calibration of microwave cavities, mainly oriented to industrial ones, with the aim of improving their performance.[ESP]Patente española desarrollada en la Universidad, para aplicaciones en el área del calentamiento con hornos microondas en el ámbito industrial y/o doméstico, mediante la reducción de tiempos de calentamiento basado en la adaptación de hornos multifuente, dirigida a fabricantes de hornos microondas y a industrias dedicadas a procesos de calentamiento por microondas. Permite realizar procesos de calibración de hornos industriales, así como añadir este proceso en hornos de nuevo diseño y fabricación. Para su aplicación sólo se precisa un sencillo dispositivo de muy bajo coste.[ENG]Spanish Patent developed in the Technical University of Cartagena, with application on the area of microwave-driven heating in industrial and/or domestic environments. It allows a significant reduction of the time employed in microwave-driven heating or drying processes, and it is based in the adaptation or calibration of the microwave cavity by means of the procedure protected by the Patent. It is mainly oriented to industrial manufacturers and users of microwave cavities. Also, it could be of interest to enterprises dedicated to the maintenance of industrial microwave cavities.[ESP]La ventaja es la de proporcionar un ahorro energético y económico mediante el aumento de la eficiencia del proceso de calentamiento y la disminución de los tiempos de exposición de la muestra, sin añadir elementos externos costosos o de difícil implementación en un horno multifuente de uso industrial o doméstico. Por ejemplo, asumiendo un coste del kW/h de energía eléctrica igual a 3,473 céntimos de euros. Una mejora de la eficiencia de un 70% para un horno microondas multifuente que se utilice durante 16 horas diarias supondría un ahorro anual entorno a 7.000 euros para una potencia nominal de 50 kW.[ENG] The main advantage is that this process provides significant energetic (and therefore economic) savings, because it can greatly enhance the efficiency of the microwave heating, allowing better functioning with a fraction of the energy, and reduced operating times. Moreover, this is achieved without the need of adding costly or difficult-to-install external elements to the oven. An example of the savings that could be achieved with the calibration procedure could be the following. Assuming a cost of 3,473 euro cents per kW/h of electrical power, an improvement of a 70% on the efficiency of a multisource oven used 16 hours per day would suppose yearly savings of €7.000 for a nominal power of 50kW

A New Procedure for Power Efficiency Optimization in Microwave Ovens Based On Thermographic Measurements and Load Location Search

In this work, a novel procedure for increasing the power efficiency of microwave ovens is presented. The procedure consists of 10 iteratively moving the sample within the microwave oven until a maximum average temperature increment is detected across the 11 sample. A new experimental set-up consisting of a multimode microwave cavity, a dielectric tracking system, a microwave power 12 source and a thermographic camera has been built and tested. Results show that it is possible to find optimal positions for the 13 sample within the oven for which microwave power transfer to the sample is maximize

A new methodology for in-situ calibration of a neural network-based software sensor for S-parameter prediction in six-port reflectometers

In this work, a neural network-based software sensor is proposed for determining the reflection coefficient from measurements obtained by a six-port reflectometer. The proposed software sensor is able to cope with the nonlinearities and noise inherent to the measurement electronics, without needing additional calibration. To extract data for the calibration, a new method that allows in situ calibration is applied. Experimental evidence of the feasibility of the proposed method is given using a simulation testbench

Sample Movement Optimisation for Uniform Heating in Microwave Heating Ovens

A technique for improving the uniformity of heating patterns of dielectric samples in a multimode cavity is presented based on a strategic movement of the sample inside the microwave applicator. Different optimisation algorithms are compared to determine the best microwave irradiation period for each sample position. A new optimisation procedure that minimizes electric field variance is also presented and assessed

A new predictive neural architecture for solving temperature inverse problems in microwave-assisted drying processes

In this paper, a novel learning architecture based on neural networks is used for temperature inverse modeling in microwave-assisted drying processes. The proposed design combines the accuracy of the radial basis functions (RBF) and the algebraic capabilities of the matrix polynomial structures by using a two-level structure. This architecture is trained by temperature curves, TcðtÞ; previously generated by a validated drying model. The interconnection of the learning-based networks has enabled the finding of electric field (E) optimal values which provide the TcðtÞ curve that best fits a desired temperature target in a specific time slo

Feedback control procedure for energy efficiency optimization of microwave-heating ovens

This paper presents an automatic calibration procedure that permits to industrial or domestic microwaves ovens working at optimal energetic efficiency conditions. This method is based on a low-power iterative measurement of the microwave oven scattering parameters for several sample locations to find the most efficient position by measuring energy reflections at feeding ports and the coupling between them for each sample position. These low-power measurements have been validated through high-power microwave- heating tests showing that, at the optimal estimated position, microwave absorption and therefore temperature increment is maximum. The method provides good matching levels independently of the sample geometry and permittivity without the need of any external matching device.The authors wish to thank Incusa S. A. for the provision of leather samples, IMPIVA for the financial support in the development of this study, and Electrothermie Microonde of the ENSEEIHT in Toulouse for the construction of the microwave prototype

Real-time monitoring of ground-tire rubber microwave devulcanization with thermal and electrochemical sensors

Devulcanizing ground-tire rubber (GTR) properly requires the removal of the sulphur linkages that crosslink the polymer. The volatile sulphur compounds (VSCs) released during the process must be extracted from the reactor to avoid any chemical recombination, and the sulphur gas concentrations conveniently sensed during the extraction, along with a thermal sensoring of the payload, can be used to monitor the whole devulcanization process. In this contribution, a modified conventional microwave oven was used to devulcanize the GTR. The microwave-processed GTR was evaluated by determining the values of its mass loss (ML), soluble fraction (sol fraction), and the variation of its electric permittivity. Results show a direct relationship between the energy delivered, sol fraction, the VSCs concentrations, the ML, and the permittivity values. Thus, this paper demonstrates that monitoring the VSCs can provide a reliable indication of ML and, consequently, devulcanization evolution even at non-uniform temperature conditions

Secadora

Número de publicación: 1 246 295 Número de solicitud: 202030035Secadora que comprende una carcasa (1) impermeable a las microondas, con una puerta (13), igualmente impermeable a las microondas, de introducción de la ropa (3) o material textil al interior de una cavidad (2) prismática configurada para secar la ropa (3) o material textil, que posee uno o más magnetrones (6) con guías de ondas (7) orientados hacia la cavidad (2), y uno o más espacios aislados de las microondas para los equipos electrónicos o eléctricos y demás aparatos sensibles a éstas, caracterizada porque la cavidad posee uno o más reflectores (9) de microondas oblicuas a las paredes de la cavidad (2) en sus aristas. . Secadora, según la reivindicación 1, caracterizada porque la puerta (13) posee rejillas u orificios que permiten el flujo de aire hacia el interior de la cavidad (2). Secadora, según la reivindicación 1, caracterizada porque posee un tambor (4) giratorio, transparente a las microondas, en el interior de la cavidad (2) y con su abertura orientada hacia la puerta (13). Secadora, según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende uno o más sensores (11) de humedad y temperatura de entrada y salida de un flujo de aire que atraviesa la cavidad (2). Secadora, según la reivindicación 4, caracterizada porque está configurada para reducir la potencia total o realizar ciclos de apagado y encendido de los magnetrones (6) cuando la humedad relativa se reduce por debajo de una cantidad prefijada. Secadora, según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende un circuito de aire iniciado del exterior y atravesando los espacios aislados de los equipos eléctricos o electrónicos y la cavidad (2). Secadora, según la reivindicación 1, caracterizada porque la cavidad (2) es diáfana y posee por debajo un agitador de modos (21) móvil dispuesto en un radomo (23) inferior. Secadora, según la reivindicación 1, caracterizada porque las guías de onda (7) poseen sendas planchas (19) transparentes a las microondas en su boca. Secadora, según la reivindicación 8, caracterizada porque las planchas (19) están rematadas en pendiente (20) en su parte superior. Secadora, según la reivindicación 8, caracterizada porque las planchas (19) están configuradas en su parte superior con una geometría curva convexa. Secadora, según la reivindicación 1, caracterizada porque los reflectores (9) son planchas metálicas planas (25). Secadora, según la reivindicación 1, caracterizada porque los reflectores (9) son planchas metálicas curvas (26). Secadora, según la reivindicación 1, caracterizada porque los reflectores (9) se unen con continuidad eléctrica a las paredes (10) de la cavidad (2) dieléctricos de bajas pérdidas (27). Secadora, según la reivindicación 1, caracterizada por que su electrónica posee un módulo de comunicación con un mando remoto.Universidad Politécnica de Cartagen

Uniform electric field distribution in microwave heating applicators by means of genetic algorithms optimization of dielectric multilayer structures

In this paper, the design of a dielectric multilayer around a clay sample is presented to achieve a uniform electric field distribution over that sample. This structure is located within a multimode microwave-heating oven and is designed by means of genetic algorithms. The permittivity and geometric values for the sample surrounding layers are the selected parameters to be optimized in order to minimize the ratio between the typical deviation and the absolute value of the electric field. The results demonstrate the improvement of the electric field uniformity over the sample using dielectric layers.This work was supported in part by the Fundación Séneca under Project 00700/PPC/0

Multimode cavity efficiency optimization by optimum load location-experimental approach

In this paper, a novel load-matching procedure for microwave-heating applicators is presented and tested. In order to accomplish the optimization procedure, an optimization method based on the use of the Lebenverg–Marquardt technique has been specifically developed and tested on two different microwave ovens. The proposed procedure allows an efficient optimization of three-dimensional microwave applicators by means of the dielectric sample relocation as a function of its complex permittivity, size, and operating frequency. Experimental measurements of the reflection coefficient are presented and analyzed over several samples and multimode cavities. Results indicate that high power efficiencies can be obtained provided that operating frequency is not just below TM-mode cutoff frequencies for the transverse dimensions of the oven.This work was supported in part by the Spanish Science and Technology Ministry under Project TIC2001-2778-CO2-02