СВЧ-УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ ПЛОСКИХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1995 года по МПК H05B6/64 

Изобретение относится к устройствам СВЧ-нагрева и может быть использовано для термообработки движущихся плоских диэлектрических материалов.

Известны сверхвысокочастотные (СВЧ) устройства для термообработки диэлектрических материалов, содержащие генератор и камеру нагрева с периодической замедляющей системой, состоящей из штырей, связок и пластин, над которой расположен нагреваемый материал [1,2].

Недостатками известного устройства [1] являются ограниченные размеры пространства взаимодействия СВЧ-поля с веществом, а также ограниченные возможности управления качеством обрабатываемого материала.

Недостатком известного устройства [2] является "полосатый эффект", поскольку обрабатываемый материал движется вдоль штырей и, следовательно, нагревается между штырями существенно сильнее, чем над штырями. Смещение второй замедляющей системы, расположенной над первой, не снимает это явление, а напротив усугубляет его, так как штыри второй замедляющей системы расположены над штырями первой замедляющей системы со смещением на 1/4 периода в продольном направлении.

На фиг.1 приведена секция двумерно-периодической многоэтажной замедляющей системы; на фиг.2 и 3 показаны сечения СВЧ-устройства для термообработки плоских диэлектрических материалов; на фиг.4 приведено сечение устройства с двумя секциями многоэтажной двумерно-периодической замедляющей системы.

СВЧ-устройство для термообработки диэлектрических материалов содержит камеру 1 нагрева, СВЧ-генератор 2, многоэтажную секцию двумерно-периодической замедляющей системы 3, состоящую из штырей 4, связок 5, пластин 6 и 7, ленту конвейера 8, диэлектрический материал 9, волновод 10, согласованную нагрузку 11. Период замедляющей системы вдоль оси Х обозначен 2l, а высота этажа замедляющей двумерно-периодической системы вдоль оси обозначена Н. Связки 5 электрически соединены со штырями 4.

Этаж секции замедляющей двумерно-периодической системы вдоль оси Z содержит три связки, каждая из которых смещена относительно соседних на расстояние L/2. Первая и вторая связки соединены электрически по всей длине друг с другом пластиной 6. Пластины 7 расположены по боковым границам секции и имеют электрический контакт с торцами связок 5 и пластинами 6.

Конфигурация штырей 4 может быть произвольной - прутки, трубки с воздушным охлаждением или водяным, пластины и т.д. Конфигурация связок 5, соединяющих штыри 4 через один, также может быть произвольной.

СВЧ-устройство для термообработки диэлектрических материалов работает следующим образом.

Над секцией многоэтажной двумерно-периодической замедляющей системы вдоль оси Х движется лента конвейера 8, выполненная из радиопрозрачного материала, на которой располагается плоский диэлектрический материал 9. Материал, подвергающийся обработке, может быть листовым (обои, фанера, керамическая плитка, картон и т.д.) или сыпучим (порошки, зерно, пыльца, гранулы ограниченного размера и т.д.).

Характеристику дисперсии многоэтажной двумерно-периодической замедляющей системы 3 можно представить в виде поверхности дисперсии. В зависимости от граничных условий в ней могут возбуждаться значительное количество видов колебаний, отличающихся поперечным (вдоль оси Х) Ψ и продольным (вдоль оси Z) ϕфазовыми сдвигами.

В качестве рабочего вида колебаний выбpан вид с
Ψ = где N - число периодов пространства взаимодействия вдоль оси Х.

В случае отсутствия обрабатываемого материала распределение поля вдоль штырей имеет характер бегущей волны, а вдоль оси Х - стоячей волны. С помощью волновода 10 энергия передается от СВЧ-генератора 2 в секцию многоэтажной двумерно-периодической замедляющей системы 3, на конце которой расположена согласованная нагрузка 11, предназначенная для поглощения неиспользованной энергии. Количество секций в камере 1 нагрева определяется условиями технологического процесса.

Длина секции многоэтажной двумерно-периодической замедляющей системы вдоль оси Z не имеет ограничений с точки зрения электродинамики, а определяется шириной обрабатываемого диэлектрического материала.

Ширина секции многоэтажной двумерно-периодической замедляющей системы вдоль оси Х ограничивается величиной частотного разделения между рабочим и ближайшим к нему видами колебаний с поперечными фазовыми сдвигами
Ψ₁ = и Ψ₂ =
Устройство предназначено главным образом для нагрева тонких диэлектрических материалов.

Использование для обработки диэлектрических материалов режима бегущей волны позволяет избавиться от влияния изменения электрофизических параметров диэлектрика на электродинамические характеристики многоэтажной двумерно-периодической замедляющей системы. Это дает возможность обрабатывать в предлагаемом устройстве значительный ассортимент диэлектрических материалов по своим параметрам.

Число секций в камере, а также параметры каждой секции и величина мощности в ней могут изменяться в зависимости от технологического процесса.

При своем движении вдоль оси Х обрабатываемый материал периодически попадает в поле над штырями и между ними, что приводит к равномерному нагреву материала и отсутствию "полосатого эффекта".

Введение второй многоэтажной двумерно-периодической замедляющей системы, расположенной над обрабатываемым материалом, позволяет увеличить толщину обрабатываемого материала в два раза и улучшить его качество с точки зрения равномерности нагрева за счет ее смещения относительно первой на расстояние 1/4 периода в поперечном направлении.

Использование: в технике СВЧ-нагрева, а именно для нагрева движущихся тонких диэлектрических материалов, толщина которых не превышает величины периода замедляющей системы. Сущность изобретения: СВЧ-уо для термообработки плоских диэлектрических материалов срдержит камеру нагрева, СВЧ-генератор, секцию многоэтажной двумерно-периодической замедляющей системы, состоящую из штырей, связок и пластин. Этаж секции многоэтажной двумерно-периодической замедляющей системы содержит три связки, каждая из которых смещена относительно соседних на 1/2 периода в направлении, перпендикулярном распространению СВЧ-энергии, первая и вторая из которых соединены электрически по всей длине друг с другом первой пластиной. Вторые пластины расположены с двух торцовых сторон связок и электрически соединены с ними. Устройство дополнительно может содержать вторую секцию многоэтажной двумерно-периодической замедляющей системы, расположенную над обрабатываемым материалом и смещенную относительно первой секции на 1/4 периода в направлении, перпендикулярном направлению распространения СВЧ-энергии. Размер секции в осевом направлении (число этажей) определяется шириной обрабатываемого материала, а количество секций в камере - условиями технологического процесса. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. СВЧ-УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ ПЛОСКИХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее СВЧ-генератор, подключенный к камере нагрева с периодичной замедляющей системой, содержащей штыри, связки и пластины, над которыми расположен нагреваемый материал, отличающееся тем, что замедляющая система выполнена в виде секции многоэтажной двумерно-периодической системы, каждый этаж которой содержит три связки, смещенные одна относительно другой на 1/2 периода в направлении, перпендикулярном направлению распространения СВЧ-энергии, первая и вторая из которых электрически соединены со стороны СВЧ-генератора по всей длине пластиной, и две пластины, расположенные с двух торцевых сторон связок и электрически соединенные с ними. 2. СВЧ-устройство по п. 1, отличающееся тем, что в него дополнительно введена вторая секция многоэтажной двумерно-периодической системы, смещенная относительно первой секции многоэтажной двумерно-периодической системы на 1/4 периода в направлении, перпендикулярном направлению распространения СВЧ-энергии.