ПОРТАТИВНАЯ СВЧ-ПЕЧЬ Российский патент 1994 года по МПК H05B6/64 

Изобретение относится к СВЧ-технике электрической обработки диэлектрических материалов и может применяться в различных отраслях народного хозяйства.

Известна СВЧ-печь, у которой камера нагрева возбуждается СВЧ-энергией через два отверстия, расположенных на верхней стенке, при помощи Т-образного волновода, к одному из плеч которого присоединен СВЧ-генератор. В Т-образном разветвлении укреплен ферритовый элемент, магнитное поле которого регулируется формирователем для изменения направления распространения. Благодаря этому СВЧ-энергия вводится в камеру нагрева поочередно через указанные отверстия, что позволяет несколько снизить неравномерность поля в ней. При этом ферритовый элемент (вентиль) обеспечивает защиту СВЧ-генератора при значительных К_сти, т.е. отражении СВЧ-энергии от камеры нагрева.

Известна также СВЧ-печь, у которой СВЧ-энергия от магнетрона вводится в камеру нагрева снизу и сверху при помощи двух волноводных ветвей. Причем роль одной из стенок волноводов выполняют стенки камеры нагрева, в которых выполнены щели (обычно полуволновые) для передачи энергии внутрь к нагреваемому продукту. Нижний волновод содержит щели на верхней широкой стенке и на боковых. Для направления СВЧ-энергии к продукту имеются отражательные наклонные пластины. Предпочтительное расстояние от щелей до полочки с нагреваемым продуктом не более длины волны λ. Указанные две ветви возбуждения камеры нагрева представляют собой волноводно-щелевые возбудители.

Известно, что в камерах нагрева бытовых СВЧ-печей распределение поля чрезвычайно неравномерно. Поэтому и используются различные средства не столько для выравнивания поля, сколько для максимального облучения нагреваемого продукта. Равномерность относительная достигается за счет конвенции, поскольку время нагрева регулируется от 3 до 15 мин, т.е. достаточно продолжительное.

В производственных целях такие печи не используются по целому ряду причин; невозможность осуществления непрерывного технологического процесса как наиболее выгодного с экономической точки зрения, поскольку не могут быть проходными из-за отсутствия окон для транспорта; большая неравномерность поля в камере нагрева не позволяет равномерно нагревать продукт при его линейном движении даже при наличии окон.

В современном промышленном производстве и в сельском хозяйстве на отдельных этапах технологического процесса возникает необходимость получения экспресс-информации о содержании влаги и других веществ в продуктах термообработки (материалах, сырье). Промежутки единого процесса могут располагаться на значительных расстояниях и даже в разных местностях. В таких случаях большую перспективу открывает применение бытовых СВЧ-печей. Однако они рассчитаны на стационарное использование, достаточно тяжелы и громоздки и не могут быть переносными. Необходима портативная, в значительной мере универсальная СВЧ-печь, обеспечивающая высококачественную термообработку образцов, которая в случае необходимости могла бы включаться и в непрерывный технологической процесс.

Поставленная задача решается путем применения изобретения, отличающегося тем , что камера нагрева выполнена проходной, для чего имеет бездверные входное и выходное окна, а также клинообразную форму, которая образована плавным изгибом боковой стенки камеры нагрева от выходного (входного) окна до места ее присоединения к верхнему углу длинного плеча Г-образного волноводно-щелевого возбудителя. На широкой его стенке (этого плеча), обращенной внутрь камеры нагрева, выполнены пять полуволновых щелей и укреплено такое же количество настроечных штырей. К короткому плечу Г-образного волноводно-щелевого возбудителя присоединен СВЧ-генератор, примыкающий окном своего радиатора к наружной широкой стенке длинного плеча, содержащего на этом участке множество запредельных отверстий для прохода воздуха, нагнетаемого вентилятором, установленным с противоположной стороны генератора.

Для исключения утечки СВЧ-энергии через около них на верхней и нижней стенках камеры нагрева в поперечных щелях укреплены отражательные желобки шириной и глубиной λ _o /4, где λ_o - длина волны. Там же укреплены клинообразные поглощающие нагрузки, выполненные из материала, хорошо поглощающего СВЧ-энергию. При этом металлические стенки, на которых укреплены элементы нагрузок выполняют роль радиаторов.

Входное и выходное окна снабжены фланцами для соединения нескольких портативных СВЧ-печей в технологическую линию необходимой длины для термообработки, например, протяженных материалов или материалов, требующих длительной термообработки, а также пищевых продуктов. При этом используется общий для всей линии транспортер. Портативная СВЧ-печь может быть применена для термообработки ленточных материалов, если на первую СВЧ-печь поставить вторую, повернутую относительно первой на 180^о, и на образованный таким образом спаренный блок поставить второй, третий и т.д. блоки, а у входных и выходных окон всех камер нагрева с наружной стороны установить валики, то можно пропустить ленту через все СВЧ-печи. Валики обеспечивают транспортировку ленты через все зоны нагрева и исключают соприкосновение со стенками СВЧ-печей.

Высокая равномерность поля, а следовательно, и высокая равномерность нагрева диэлектрических материалов достигается равномерным распределением полуволновых щелей в длинном плече Г-образного волноводно-щелевого возбудителя, настраиваемых при помощи штырей, установленных против каждой щели, а также за счет плавно отогнутой верхней стенки камеры нагрева, образующей клинообразную форму СВЧ-печи. По длине камеры нагрева равномерность создается уменьшением высоты камеры от волноводно-щелевого возбудителя к выходному (входному) окну, благодаря чему удается поддерживать практически одинаковую Е-составляющей поля по всей длине.

Избыток СВЧ-энергии при нагреве диэлектрических материалов, а также большая ее часть при включении генератора при отсутствии продукта поглощается клинообразными элементами оконечных нагрузок. Непоглощенная СВЧ-энергия, прошедшая к четвертьволновым желобкам, практически полностью отражается обратно в камеру нагрева.

На фиг. 1 изображена портативная СВЧ-печь, со всеми элементами, общий вид, (стрелками показан ход лучей с отражением в соответствии с законами геометрической оптики); на фиг.2 схематически показана технологическая линия, состоящая из нескольких портативных СВЧ-печей; на фиг.3 - компактная система из нескольких спаренных блоков для СВЧ-термообработки ленточных диэлектрических материалов.

Портативная СВЧ-печь (см. фиг.1) состоит из корпуса 1, который одновременно является и корпусом камеры нагрева. Верхняя стенка 2 плавно изогнута и присоединена к верхнему углу Г-образного волноводно-щелевого возбудителя 3, к короткому плечу 4 которого присоединен генератор 5, а сбоку установлен вентилятор 6. К входному (выходному - поскольку они обратимы) окну 7 присоединен фланец 8. Внутри СВЧ-печи размещен ленточный транспортер 9, который может быть заменен диэлектрической подложкой. На нижней стенке перед входным (выходным) окном укреплены в пазах поперечные четвертьволновые отражательные желобки 10 шириной и глубиной λ_o /4. на широкой стенке длинного плеча Г-образного возбудителя, обращенной внутрь камеры нагрева, выполнено пять полуволновых щелей 11 и против каждой из них укреплено пять настроечных штыре 12, позволяющих равномерно распределять вводимую в камеру нагрева СВЧ-энергию в горизонтальной плоскости. У выходного (входного) окна СВЧ-печи, ограниченного фланцем 13, укреплены в поперечных стенках пазах три или четыре четвертьволновых желобка 14. На верхних стенках СВЧ-печи на участках с четвертьволновыми желобками 10 и 14 у входного и выходного окон укреплены клинообразные поглощающие нагрузки 15 и 16, выполненные из материала, хорошо поглощающего СВЧ-энергию (например, массы М1, альсифера и др.). В месте прилегания СВЧ-генератора к широкой стенке Г-образного возбудителя имеется множество запредельных отверстий 17.

Портативная СВЧ-печь работает следующим образом.

На транспортер (подложку) 9 размещают материал (продукт), подлежащий термообработке, включающий СВЧ-генератор 5 и вентилятор 6, затем привод транспортера 9 (или вручную вводят подложку с нагреваемым материалом внутрь СВЧ-печи через окно 7). По мере движения по камере нагрева материал равномерно нагревается СВЧ-энергией, обдувается воздухом, нагретым радиатором СВЧ-генератора 5, нагнетаемым вентилятором 6 и проходящим в камеру нагрева через отверстия 17 и щели 11. Отработанный воздух, содержащий влагу и газы, выводится через входное и выходное окна. Избыток СВЧ-энергии поглощается клинообразными нагрузками 15 и 16 и частично отражается внутрь камеры нагрева от четвертьволновых желобков 10 и 14 (показано стрелками 18 и 19).

Поскольку уровень СВЧ-энергии по мере поглощения нагреваемым материалом и по мере удаления от волноводно-щелевого возбудителя 3 экспоненциально убывает, плавно изогнутая стенка 2 изменяет высоту до нижней стенки, продолжая поддерживать напряженность поля на необходимом уровне.

Для поддержания температуры нагреваемого материала на необходимом уровне, изменение между верхней и нижней стенками не должно быть экспоненциальным, поскольку в средней части камеры материал уже нагрет. Поэтому изгиб верхней стенки должен быть более пологим, т.е. таким, как показано на фиг. 1. С другой стороны изгиб должен отражать СВЧ-энергию в соответствии с законом геометрической оптики, как показано стрелками на фиг.1, чтобы исключить отражение к СВЧ-генератору.

Для термообработки длинномерных изделий, больших количеств материалов в непрерывном процессе и при большей СВЧ-мощности несколько портативных СВЧ-печей соединяют последовательно между собой фланцами 8 и 13, устанавливают непрерывную ленту транспортера 20 (см. фиг.2) при помощи валиков 21. Таким образом получают технологическую линию необходимой для термообработки материалов длины в зависимости от их свойств и параметров.

Работа каждой СВЧ-печи, включенной в технологическую линию, ничем не отличается от работы, описанной портативной СВЧ-печи. Включаются СВЧ-печи поочередно по мере продвижения обрабатываемого материала. После этого при непрерывной подаче нагреваемого материала осуществляют непрерывный процесс термообработки. Поскольку перекачка СВЧ-энергии из одной секции (СВЧ-печи) в другую в небольших количествах не имеет существенного значения, то во всех СВЧ-печах, кроме первой и последней, клинообразные нагрузки можно не применять. Согласование же при наличии обрабатываемого материала всегда хорошее.

Известно, что возникает немало трудностей при сушке ленточных материалов. Барабанные традиционные сушилки малоэффективны, а известные туннельные СВЧ-сушилки не могут применяться из-за слишком больших габаритов и низкого коэффициента использования СВЧ-энергии.

Известные волноводные устройства, выполненные в форме меандра, обладают слишком большой неравномерностью, поскольку СВЧ-энергия лучше всего поглощается влагодержащими ленточными материалами у ввода СВЧ-энергии, а далее уровень ее уменьшается по экспоненте.

Изобретение открывает совершенно иные возможности. Поскольку было сказано о высокой равномерности поля в портативной СВЧ-печи, то задача решается применением нескольких таких печей, смонтированных в комнатную установку (см. фиг.3).

На первую портативную СВЧ-печь 1 установлена вторая, повернутая относительно первой на 180^о, благодаря чему получился сравнительно малогабаритный спаренный блок.

Несколько спаренных блоков установлены один на другой в количестве, необходимом для получения суммарной длины рабочих камер, достаточной для термообработки быстро движущейся ленты, фотокинопленки, бумаги, ткани и т. д. достаточной суммарной СВЧ-мощности.

Лента 22 пропускается, например, снизу вверх через все камеры нагрева, поддерживается и натягивается при помощи валиков 23 так, чтобы исключить возможность соприкасания металлических и других поверхностей. При этом обеспечивается высокое качество термообработки.

Использование: изобретение относится к СВЧ-технике электрической обработки диэлектрических материалов и может применяться в различных отраслях народного хозяйства. Сущность изобретения: портативная СВЧ - печь содержит бездверные входное и выходное окна, выполнена клинообразной за счет плавного изгиба боковой стенки, содержит Г - образный волноводно - щелевой возбудитель, к короткому плечу которого присоединен СВЧ - генератор с вентилятором, и отражательные желобки шириной и глубиной λ_o/4 , и клинообразные поглащающие нагрузки у входного и выходного окон. Несколько портативных СВЧ - печей соединены между собой в технологическую линию с общим для них транспортером. На первую портативную СВЧ - печь установлена повернутая на 180 ° вторая, а на образованный таким образом блок установлен второй, третий и т.д. блоки, с наружной стороны у окон установлены валики. Полуволновые щели в Г - образном возбудителе расположены продольно в шахматном порядке, а напротив каждой из них со стороны осевой линии укреплены настроенные штыри. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. ПОРТАТИВНАЯ СВЧ-ПЕЧЬ, содержащая камеру нагрева, СВЧ-генератор, волноводно-щелевой возбудитель, отличающаяся тем, что камера нагрева выполнена клинообразной, первая из боковых стенок которой выполнена плавно изогнутой внутрь камеры нагрева, при этом камера нагрева выполнена проходной и снабжена бездверными входным и выходным окнами для обрабатываемого материала, волноводно-щелевой возбудитель выполнен в виде Г-образного прямоугольного волновода, на широкой стенке длинного плеча которого, общей с одной из стенок камеры нагрева, выполнены более двух полуволновых щелей и такое же количество настроенных штырей, СВЧ-генератор присоединен к короткому плечу Г-образного прямоугольного волновода, при этом с одной стороны СВЧ-генератора расположен вентилятор, а с другой стороны - стенка длинного плеча Г-образного прямоугольного волновода, в котором выполнены отверстия запредельного размера, на первой и противоположной ей боковых стенках камеры нагрева у бездверных входных и выходных окон выполнены отражательные желобки, ширина и глубина которых равна λ_o / 4 , где λ_o - длина волны. 2. СВЧ-печь по п.1, отличающаяся тем, что на первой и противоположной ей боковых стенках камеры нагрева у бездверных входного и выходного окон установлены клинообразные поглощающие нагрузки. 3. СВЧ-печь по п.1, отличающаяся тем, что портативные СВЧ-печи соединены последовательно между собой в технологическую линию, посредством оконечных фланцев подсоединенных соответственно к бездверному выходному окну предыдущей и бездверному входному окну последующей портативных СВЧ-печей, при этом технологическая линия обрабатываемого материала снабжена ленточным транспортером. 4. СВЧ-печь по п.2, отличающаяся тем, что две портативные СВЧ-печи образуют спаренный блок, в котором одна из портативных СВЧ-печей расположена на другой и на 180^o относительно нее, при этом спаренные блоки расположены один на другом, а у бездверных входного и выходного окон портативных СВЧ-печей установлены с наружной стороны валики для обрабатываемого материала. 5. СВЧ-печь по п.3, отличающаяся тем, что у бездверного входного окна первой и бездверного выходного окна последней портативных СВЧ-печей установлены клинообразные поглощающие нагрузки. 6. СВЧ-печь по пп.1 - 5, отличающаяся тем, что полуволновые щели выполнены продольно в два ряда и расположены в шахматном порядке, а настроечные штыри расположены напротив середины каждой из полуволновых щелей со стороны осевой линии Г-образного прямоугольного волновода.