СВЧ-ПЕЧЬ КОНВЕЙЕРНОГО ТИПА Российский патент 1998 года по МПК H05B6/64 F24C7/02 F26B3/32 

Изобретение относится к СВЧ-технике и предназначено для термической обработки диэлектрических материалов, в частности, для производства теплоизоляционного материала на основе жидкого стекла.

Известна СВЧ-печь конвейерного типа [1], содержащая СВЧ-генератор, линии передачи, камеру нагрева, транспортер, узел согласования, два шлюза, рефлектометр и излучатель. Известно, что в камерах нагрева прямоугольной формы с одним излучателем устанавливается стоячая волна, поэтому электромагнитное поле в такой камере неоднородно, что не может обеспечить равномерного нагрева изделий.

Также известна СВЧ-печь конвейерного типа [2], содержащая N последовательно включенных резонансных камер, выполняющих функцию камер нагрева, два шлюза, выходное окно, одно из которых соединено с входным окном первой резонансной камеры, а выходное окно N-й резонансной камеры соединено с входным окном второго шлюза, ленточный транспортер, рабочая часть ленты которого находится в СВЧ-печи, N СВЧ-генераторов, N излучателей, N линий передачи, вход каждой из которых соединен с выходом СВЧ генератора, а выход - с входом излучателя. На верхних и нижних стенах камер нагрева выполнены окна приточной и вытяжной вентиляции. Излучатели установлены на верхних стенках камер нагрева.

Недостаток этой печи: в резонансной камере принципиально не может быть обеспечено равномерное амплитудное распределения электромагнитного поля, так как в ней устанавливается стоячая волна.

Техническим результатом изобретения является обеспечение равномерного нагрева изделия за счет создания равномерного амплитудного распределения эпектромагнитного поля в камере нагрева и увеличение КПД использования СВЧ-энергии. Этот результат достигается в двух вариантах исполнения изобретения, связанных одним изобретательским замыслом.

1 вариант исполнения изобретения.

В этом варианте исполнения изобретения технический эффект использования изобретения достигается за счет того, что СВЧ-печь конвейерного типа содержит N СВЧ-генераторов, N линий передач, N излучателей, металлическую камеру нагрева, два шлюза СВЧ- фильтры, согласующие вставки и ленточный транспортер.

Камера нагрева выполнена в форме цилиндра, усеченного плоскостью, параллельной его оси, в верхней и нижней частях камеры нагрева выполнены окна вытяжной и приточной вентиляции, закрытые СВЧ- фильтрами, которые выполнены в виде металлических сеток, с размерами ячеек много меньше длины волны СВЧ-генераторов или решеток запредельных волноводов.

Входы линий передач соединены с выходами СВЧ-генераторов, а их выходы - с входами излучателей. Излучатели установлены на цилиндрической поверхности камеры нагрева раскрывами внутрь нее. Поляризации излучения излучателей, направленных встречно, ортогональны.

Выходное окно одного из шлюзов соединено с входным окном камеры нагрева, а ее выходное окно соединено с входом второго шлюза. Входное и выходное окна приточной и вытяжной вентиляции выполнены на торцах камеры нагрева. Линия передачи снабжена согласующей вставкой. Рабочая лента транспортера помещена в СВЧ-печь.

Отличительными признаками изобретения являются СВЧ-фильтры, выполнение камеры нагрева в форме цилиндра, усеченного плоскостью параллельной его оси, установление излучателей на цилиндрической поверхности камеры нагрева раскрывами внутрь, выполнение окон приточной и вытяжной вентиляции на торцах камеры нагрева и наличие на них СВЧ-фильтров, а также соединение входного или выходного окна второго шлюза с выходным или входным окном камеры нагрева.

Известно (Теоретические основы радиолокации. Под ред. Я.Д.Ширмана, М.: Сов. радио, 1970 г., с. 29, формула 5), что мощность PN источников электромагнитного поля равна

где p_i- мощность i-го источника;
Ф_i,j разность фаз сигналов i и j источников.

Первый член в формуле (1) отвечает за постоянную составляющую мощности в точке суммирования мощностей источников, а второй - за переменную составляющую. Второй член этой формулы равен нулю, если генераторы - источники несинхронизированы и их достаточно большое количество, так как разность фаз сигналов источников случайна и распределение разности фаз равновероятно. Поэтому распределение электромагнитного поля будет однородным, что обеспечит равномерный нагрев изделия.

Ортогональность векторов поляризации излучений излучателей, направленных встречно, обеспечит увепичение КПД использования СВЧ-энергии за счет того, что такие излучатели будут отражать полностью СВЧ-энергию встречно включенных излучателей. Энергия одного излучателя может попасть в него обратно только после многократного отражения от стен камеры нагрева, т.е. существенно ослабленной.

2 вариант исполнения изобретения.

Технический эффект использования изобретения достигается за счет того, что СВЧ-печь конвейерного типа содержит N СВЧ-генераторов. N линий передачи, N излучателей, металлическую камеру нагрева прямоугольной формы, два шлюза, СВЧ-фильтры, согласующие вставки и ленточный транспортер, рабочая часть ленты которого помещена в СВЧ-печь.

На противоположных боковых стенках камеры нагрева установлена часть излучателей, а остальные излучатели установлены на ее верхней стенке. На нижней и верхней стенках камеры нагрева выполнены вентиляционные окна, закрытые СВЧ-фильтрами.

Входы линий передачи соединены с выходами СВЧ-генераторов, а их выходы - с входами излучателей. Поляризации векторов излучения излучателей, размещенных на противоположных стенках камеры нагрева, ортогональны.

Выходное окно одного из шлюзов соединено с входным окном камеры нагрева, а ее выходное окно соединено с входом второго шлюза. Входное и выходное окна камеры нагрева выполнены в ее торцах. Рабочая часть ленты транспортера помещена в СВЧ-печь.

Линии передачи снабжены согласующими вставками-заглушками линий передачи, выполненными из диэлектрического материала с малыми потерями и с коэффициентом отражения, равными коэффициентам отражения излучателей, и расположены в линии передачи на расстоянии четверти длины волны генератора в линии передачи от фазовых центров излучателей.

Отличительными признаками изобретения являются установка части излучателей на противоположных боковых стенках камеры нагрева, СВЧ-фильтры соединение входного или выходного окна второго шлюза с выходным или входным окном камеры нагрева.

Причинно-следственная связь между отличительными признаками изобретения и техническим результатом такая же, как и в первом варианте исполнения изобретения.

В обоих вариантах исполнения изобретения согласующие вставки увеличивают КПД использования СВЧ-энергии СВЧ-генераторов, так как обеспечивают максимальную излучаемую мощность излучателями..

На фиг. 1 представлен вид на СВЧ-печь сбоку по 1 варианту изобретения; на фиг. 2 представлен разрез А-А на фиг.1; на фиг. 3 представлен продольный осевой разрез СВЧ-печи по 2 варианту исполнения изобретения; на фиг. 4 представлен вид сверху на СВЧ-печь по варианту 2 исполнения изобретения; на фиг. 5 представлен продольный разрез волноводной линии передачи с согласующей вставкой-заглушкой и излучателя в виде открытого конца волновода, λ_л -длина волны СВЧ-генератора в линии передачи; на фиг. 6 представлен продольный разрез коаксиальной линии передачи с согласующей вставкой и излучателем, выполненным в виде диполя, λ_л -длина волны СВЧ-генератора в линии передачи.

На фигурах: 1-СВЧ-генераторы, 2-линии передачи, 3-излучатели, 4-камера нагрева, 5 - шлюзы, 6 - ребра замедляющей структуры шлюза, 7 - диэлектрические трубки с водой, 8 - подвижная шторка шлюза, 9 - окна вентиляции камеры нагрева, 10 - СВЧ-фипьтры окон вентиляции, 11- лента транспортера, 12 - согласующая вставка- заглушка пинии передачи.

СВЧ-генератор 1 может быть выполнен на магнетроне, клистроне или транзисторах сантиметрового или дециметрового диапазона волн, например, 12 см, мощностью от 0,5 до 2 кВт каждый.

Линия 2 передачи может быть коаксиальной или волноводной.

Излучатель 3 может быть выполнен в виде открытого конца волновода, электромагнитного рупора или электрического диполя.

Камера нагрева 4 выполняется из металла, например, из нержавеющей стали. Внутренние размеры камеры должны быть больше габаритных размеров обрабатываемых изделий. Изделие может размещаться в диэлектрической форме, выполненной, например, из тефлона, на дне которой может быть помещен металлический лист для улучшения взаимодействия СВЧ-поля с изделием. Изделие размещается в горизонтальной плоскости.

Шлюз 5 выполняется из металла с замедляющей структурой внутри и водяным поглотителем.

Ребра 6 замедляющей структуры шлюза могут быть выполнены из металла или диэлектрика.

Трубки 7 с водой для поглощения СВЧ-энергии в шлюзах могут быть выполнены из стекла или другого диэлектрика.

Подвижные заслонки 8 шлюза выполняются из металла и крепятся подвижно на горизонтальных осях внутри шлюза.

Вентиляционные окна 9 камеры нагрева выполняются в верхней и нижней частях камеры нагрева 4.

СВЧ-фильтр 10 вентиляционных окон может быть выполнен в виде металлической сетки, с размерами ячеек много меньше длины волны СВЧ-генераторов, или решетки запредельных волноводов.

Лента 11 транспортера выполняется из диэлектрического материала, например, лавсана или стекловолокна.

Согласующая вставка-заглушка 12 линии передачи выполняется из диэлектрика с малыми потерями в виде пробки линии передачи. Коэффициент отражения вставки должен быть равен коэффициенту отражения излучателя и размещается в линии передачи на расстоянии четверти длины волны СВЧ-генератора в пинии передачи от фазового центра излучателя.

СВЧ-печь по 1 варианту исполнения изобретения содержит 7 СВЧ-генераторов 1, 7 линий передачи 2, 7 излучателей 3, камеру 4 нагрева, два шлюза 5, три окна 9 вентиляции, три СВЧ-фильтра 10, ленту 11 транспортера и 7 согласующих вставок-заглушек 12 (фиг. 1, 2 и 5)
Входы волноводных линий 2 передачи соединены с выходами СВЧ-генераторов 1, а их выходы - с входами излучателей 3, выполненных в виде открытых концов волноводов.

Металлическая камера нагрева 4 выполнена в виде цилиндра, усеченного плоскостью, параллельной его оси, а в ее верхней и нижних частях выполнены окна 9 вытяжной и приточной вентиляции, закрытые СВЧ-фильтрами 10. Излучатели 3 установлены на цилиндрической поверхности камеры 4.

Выходное окно одного из шлюзов 5 соединено с входным окном камеры 4 нагрева, а ее выходное окно соединено с входным окном второго шлюза.

Лента 11 транспортера размещена внутри СВЧ-печи. На ленте транспортера помещаются изделия для их нагрева.

Излучатели 3 установлены на цилиндрической поверхности камеры 4 нагрева, раскрывами внутрь нее так, что поляризации излучении встречно направленных излучателей ортогональны.

В линиях передачи 2 установлены согласующие вставки-заглушки 12, коэффициенты отражения которых равны коэффициентам отражения излучателей и удалены от фазовых центров последних на четверть длины волны СВЧ-генераторов в линии (фиг. 5).

СВЧ-печь конвейерного типа по 2 варианту исполнения изобретения содержит 6 СВЧ-генераторов 1, 6 линий 2, 6 излучателей 3, металлическую прямоугольную камеру 4 нагрева, 2 шлюза 5, 3 окна 9 вентиляции, 3 СВЧ-фильтра 10, ленту 11 транспортера и 6 согласующих вставок-заглушек 12 (фиг. 3, 4 и 5).

Входы линий 2 передачи соединены с выходами СВЧ-генераторов 1, а их выходы - с входами излучателей 3.

Четыре излучателя 3 установлены на боковых и два на верхней стенках камеры 4, раскрывами внутрь нее так, что векторы поляризации излучения встречно направленных излучателей ортогональны.

Выходное окно одного из шлюзов 5 соединено с входным окном камеры 4, а ее выходное окно соединено с входом второго шлюза.

Лента 11 транспортера размещена внутри СВЧ-печи, а на ней устанавливаются обрабатываемые изделия.

В линиях передачи устанавливаются согласующие вставки-заглушки 12, коэффициенты отражения которых равны коэффициентам отражения излучателей и удалены от фазовых центров последних на четверть длины волны СВЧ-генератора в линии 2 (фиг. 5).

По двум вариантам исполнения изобретения СВЧ-печи конвейерного типа работают одинаковым образом. На ленту 11 транспортера устанавливают обрабатываемые изделия. После того, как одно изделие через шлюз вошло в камеру нагрева, включают СВЧ-генераторы. СВЧ-энергия в изделии суммируется от всех СВЧ-генераторов, и происходит его быстрый и равномерный нагрев, стекло вспенивается. Вспененное стекло через второй шлюз выходит из печи. С другими изделиями происходит аналогичная картина. Благодаря некогерентному суммированию мощности сигналов всех СВЧ-генераторов, происходит равномерный нагрев изделия, а согласование излучателей с линией передачи и камерой нагрева обеспечивает максимальное использование СВЧ-энергии для нагрева изделия.

СВЧ-печь конвейерного типа (варианты) предназначена для термической обработки диэлектрических материалов, в частности для производства теплоизоляционного материала на основе жидкого стекла. СВЧ-печь по первому варианту содержит N СВЧ-генераторов 1, N линий передачи 2, N излучателей 3, два шлюза 5, камеру 4 нагрева, выполненную металлической в форме цилиндра, усеченного плоскостью, параллельной его оси, причем излучатели 3 установлены на цилиндрической поверхности камеры 4 раскрывами внутрь, в верхней и нижней частях камеры 4 выполнены окна 9 приточной и вытяжной вентиляции, закрытые СВЧ-фильтрами 10. Рабочая часть ленточного транспортера 11 находится в СВЧ-печи. СВЧ-печь по второму варианту содержит N СВЧ-генераторов 1, N линий передачи 2, N излучателей 3, металлическую прямоугольную камеру 4 нагрева, два шлюза 5, в верхней и нижней стенках камеры 4 выполнены окна 9 приточной и вытяжной вентиляции, закрытые СВЧ-фильтрами 10, часть излучателей 3 установлена на верхней стенке камеры 4, другая часть - на противоположных боковых стенках камеры 4 встречно, векторы поляризации этих излучателей ортогональны. 2 с. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. СВЧ-печь конвейерного типа, содержащая металлическую камеру нагрева, N СВЧ-генераторов, N излучателей, N линий передачи, вход каждой из которых соединен с выходом СВЧ-генератора, а выход - с входом излучателя, два шлюза, выходное окно одного из которых соединено с входным окном камеры нагрева, а ее выходное окно соединено с входным окном второго шлюза, ленточный транспортер, рабочая часть которого находится в СВЧ-печи, причем окна вытяжной и приточной вентиляции выполнены в верхней и нижней частях камеры нагрева, отличающаяся тем, что в нее введены СВЧ-фильтры, причем камера нагрева выполнена в форме цилиндра, усеченного плоскостью, параллельной его оси, кроме того, излучатели установлены на цилиндрической поверхности камеры нагрева раскрывами внутрь, а окна вытяжной и приточной вентиляции закрыты СВЧ-фильтрами. 2. СВЧ-печь по п.1, отличающаяся тем, что линии передачи выполнены волноводными. 3. СВЧ-печь по п.1, отличающаяся тем, что линии передачи выполнены коаксиальными. 4. СВЧ-печь по п.1, отличающаяся тем, что излучатели выполнены в виде открытых концов волноводов. 5. СВЧ-печь по п.1, отличающаяся тем, что излучатели выполнены в виде электромагнитных рупоров. 6. СВЧ-печь по п.1, отличающаяся тем, что векторы поляризации излучений излучателей, расположенных в камере нагрева встречно, ортогональны. 7. СВЧ-печь по п.1, отличающаяся тем, что линии передачи снабжены согласующими вставками-заглушками линий передач, выполненными из диэлектрического материала с малыми потерями и с коэффициентом отражения, равным коэффициентам отражения излучателей, и расположенными в линиях передачи на расстояниях четверти длины волны СВЧ-генератора в линии передачи от фазовых центров излучателей. 8. СВЧ-печь, содержащая металлическую прямоугольную камеру нагрева, N СВЧ-генераторов, N излучателей, N линий передачи, вход каждой из которых соединен с выходом СВЧ-генератора, а выход - с входом излучателя, два шлюза, выходное окно одного из которых соединено с входным окном камеры нагрева, а ее выходное окно соединено с входным окном второго шлюза, ленточный транспортер, рабочая часть которого находится в СВЧ-печи, причем окна вытяжной и приточной вентиляции выполнены в верхней и нижней стенках камеры нагрева, а часть излучателей установлена на верхней стенке камеры нагрева, отличающаяся тем, что в нее введены СВЧ-фильтры, кроме того, другая часть излучателей установлена на противоположных боковых стенках камеры нагрева встречно, векторы поляризации излучений этих излучателей ортогональны, кроме того, окна приточной и вытяжной вентиляции закрыты СВЧ-фильтрами. 9. СВЧ-печь по п. 8, отличающаяся тем, что линии передачи выполнены волноводными. 10. СВЧ-печь по п.8, отличающаяся тем, что линии передачи выполнены коаксиальными. 11. СВЧ-печь по п.8, отличающаяся тем, что излучатели выполнены в виде открытых концов волноводов. 12. СВЧ-печь по п.8, отличающаяся тем, что излучатели выполнены в виде электромагнитных рупоров. 13. СВЧ-печь по п. 8, отличающаяся тем, что линии передачи снабжены согласующими вставками-заглушками линии передач, выполненными из диэлектрического материала с малыми потерями и с коэффициентом отражения, равным коэффициентам отражения излучателей, и расположенными в линиях передачи на расстояниях четверти длины волны СВЧ-генератора в линии передачи от фазовых центров излучателей.