СВЧ-УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ ГРАНУЛИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2003 года по МПК H05B6/64 H05B6/78 

СВЧ-устройство относится к средствам электрической обработки диэлектрических гранулированных материалов, продовольственного зерна и может применяться в строительной, приборостроительной индустрии и в промышленности переработки сельхозпродукции.

Известна установка для сушки сыпучих материалов [1], содержащая вертикальный рабочий канал для перемещения высушиваемого материала от загрузочного устройства к разгрузочному и примыкающие к каналу камеры волноводы, симметрично расположенные относительно рабочего канала, образующие с ним в сечении подобие Н-образного волновода и отделенные от него диэлектрическими пластинами. Камеры подключены при помощи коаксиального фидера к СВЧ-генератору.

Влажный порошкообразный агломерат поступает в бункер, а затем в рабочий канал. При помощи вентилятора создается мощный поток, который разрыхляет влажную массу, вследствие чего агломерат легко переносится воздушным потоком через рабочий канал. При этом СВЧ-поле сосредотачивается преимущественно в канале и обеспечивает нагрев обрабатываемого материала.

Высушенный материал (что весьма сомнительно) оседает на дно приемного бункера, а воздух выходит через отверстия в его верхней части. Из бункера материал поступает к разгрузочному устройству.

Прежде всего заметим, что в этой установке нет Н-образного волновода, поскольку СВЧ-энергия вводится не с того или другого конца волновода, где обычно имеется плавный согласующий переход, а сосредотачивается, как заявляют авторы, между выступами. При этом существует сильная связь между симметрично расположенными относительно рабочего канала волноводами, что небезопасно для СВЧ-генератора.

Далее, поскольку осуществляется сильный продув рабочего канала сверху вниз, то частицы нагреваемого материала с огромной скоростью устремляются вниз. При этом время действия их с СВЧ-полем будет составлять доли секунды, и нагрев становится весьма сомнительным даже при очень большой мощности GBЧ-генератора, не говоря уже о возможности сушки. Воздушно-газовый поток вместе с продуктом устремляется вниз в приемный бункер, где происходит охлаждение и конденсирование влаги на частицах.

В случае заполнения продуктом рабочего канала окажется невозможной продувка, поскольку единственный выход влажного воздуха расположен ниже нагреваемого продукта, т.е. в нижнем конце камеры нагрева. Воздух устремится обратно к загрузочному бункеру (входному), и ввод продукта станет невозможным.

Это устройство из-за слишком малого времени пребывания продукта в канале нагрева не может применяться, например, для тонкой (окончательной) сушки гранулированных термопластов, требующих значительного времени термообработки. Более того, оно не может применяться даже для ударного воздействия на гранулы, например, бисипора и вермикулита с целью их вспучивания, хотя для них требуется всего 20÷60 секунд.

Известна "Установка для СВЧ-термообработки сыпучих продуктов и гранулированных материалов" [2], которая прошла производственные испытания и успешно применяется преимущественно для СВЧ-термообработки зерна и круп.

Установка содержит две-три вертикальные камеры нагрева прямоугольной формы, соединенные между собой через промежуточные бункеры с индивидуальной системой продува. Каждая камера нагрева содержит вытяжной вентилятор, цилиндрический сетчатый (перфорированный) продуктопровод, выполненный из диэлектрика и размещенный внутри камеры вдоль осевой линии, несколько генераторных блоков, присоединенных к окнам связи, расположенным на двух взаимно перпендикулярных отсеках в шахматном порядке с взаимно перпендикулярной поляризацией.

На верхней камере укреплен входной, а на нижнем конце нижней камеры - выходной бункеры, содержащие внутри элементы рассеивателей воздушных потоков. К выходному концу нижнего бункера присоединен регулирующий скорость потока нагреваемого продукта ротационный клапан.

Защитные кожухи генераторных блоков, установленных на одной стороне камер нагрева, присоединены к общему воздуховоду, снабженному вытяжным вентилятором, а нагретый за счет отбора тепла от радиаторов генераторов воздух вводится во входной бункер. Точно также отобранный теплый воздух от генераторов другой группы, установленной на другой стороне камер нагрева, вводится в выходной бункер. Промежуточные бункеры снабжены индивидуальными вентиляторами.

Существенным отличием описываемой установки является то, что несколько установок могут образовывать последовательный ряд путем соединения их при помощи трубопроводов с пневмотранспортерами либо образовывать параллельный ряд при помощи общего бункера-питателя, а выходные каналы связываются общим для всех установок транспортером.

Цель данного изобретения - разработка СВЧ-устройства, обеспечивающего скоростной и равномерный нагрев гранул в непрерывном регулируемом потоке с целью увеличения их объема в 3-6 раз (вспучивание), а также для осуществления дезинсекции зерновых продуктов.

Эта цель достигается тем, что камера нагрева выполнена в виде Н-образного волновода увеличенных до 2λ₀×λ₀ размеров (сверхразмерный), зазор между внутренними продольными выступами которого периодично закрывается (с зазорами) с боков диэлектрическими пластинами. Пластины крепятся к узким стенкам выступов перпендикулярно широким стенкам Н-образного волновода. У нижнего обреза каждой пластины профрезерован поперечный паз под углом 30^o к горизонтали. В эти пазы вставляются другие диэлектрические пластины шириной, равной ширине зазора между выступами Н-образного волновода. Пластины устанавливаются чередующимися справа и слева, чтобы был зигзагообразный канал для гранул. Нижняя пластина установлена горизонтально с возможностью отклонения вверх и вниз в пределах ±30^o для регулирования потока гранул.

Верхние и нижние концы продольных выступов Н-образного волновода плавно уменьшаются по высоте для перехода на прямоугольное сечение сверхразмерного волновода.

К верхнему концу камеры присоединен плавный волноводный переход на размер регулярного волновода.

К нижнему концу присоединен волноводный поворот с плавным понижением размера, в торце которого установлена водяная нагрузка для уменьшения величины отраженной мощности. В нижнем конце камеры нагрева установлена диэлектрическая воронка с диэлектрическим патрубком, проходящим через стенку волноводного поворота наружу для вывода обработанных материалов.

На фиг.1 схематично показано СВЧ-устройство для термообработки гранулированных материалов.

На фиг.2 показан разрез камеры нагрева.

На фиг.3 показан вид диэлектрических пластин.

СВЧ-устройство для термообработки гранулированных материалов состоит из сверхразмерного волновода 1 (волновод увеличенных размеров по сравнению с регулярным), внутри которого установлены два продольных выступа 2 с плавными переходами на концах для согласования системы. Таким образом, получен Н-образный волновод, сосредотачивающий СВЧ-энергию преимущественно между указанными выступами при распространении ее вдоль волновода.

Канал между выступами периодически перекрывается диэлектрическими пластинами 3, укрепленными на боковых стенках продольных выступов 2 перпендикулярно широким стенкам сверхразмерного волновода 1. У нижних концов пластины содержат поперечные пазы, выполненные под углом 30^o к горизонтали, в которые вставлены диэлектрические пластины 5, имеющие ширину, равную ширине зазора между продольными выступами. Длина пластин 5 выбрана так, чтобы оставался зазор для прохода гранул. Пластины в количестве 5-10 штук установлены чередованием слева и справа так, что получен зигзагообразный канал для гранул.

Последняя (нижняя) пластина 6 установлена горизонтально с возможностью отклонений вверх и вниз в пределах ±30^o при помощи поворотного устройства 7 для регулирования потока гранул. Ниже поворотной пластины 6 установлена диэлектрическая воронка 8 с патрубком 9, выступающим за пределы камеры нагрева наружу через отверстие в волноводном повороте 10, присоединенном к нижнему концу камеры нагрева. Волноводный поворот 10 в горизонтальной части заужен, а на его торце укреплена водяная нагрузка 11 для поглощения избытка СВЧ-энергии.

К верхнему концу камеры нагрева просоединен волноводный переход 12 к регулярному волноводу 13. Гранулы вводятся в камеру нагрева при помощи запредельного патрубка 14.

Отработанный воздух и газы (если они выделяются из гранул) выводятся при помощи вытяжного вентилятора (не показан) через решетчатое окно 15.

Поперечное сечение камеры нагрева показано на фиг.2, на фиг.3 показан вид диэлектрических пластин 3 и 5 (фиг.1).

СВЧ-устройство для термобработки гранулированных материалов работает следующим образом.

Регулируемая пластина 6 при помощи поворотного устройства 7 отклоняется вверх примерно на 30^o. Через патрубок 14 в камеру вводятся гранулы, которые образуют зигзагообразный слой, как показано пунктиром на фиг.1.

Затем включают СВЧ-генератор, а регулируемую пластину 6 отклоняют вниз на такой угол, при котором гранулы станут перемещаться непрерывным потоком с заданной скоростью. В случае термообработки гранул бисипора к моменту их прихода к регулируемой пластине они вспучиваются, увеличиваясь в объеме в 3-6 раз и приобретая в большей части форму шариков. Толщина слоя гранул на пластинах 5 остается неизменной и почти не зависит от скорости потока.

Время пребывания гранул в камере нагрева регулируется в пределах 20÷90 с в зависимости от вида материала. Избыток СВЧ-энергии при кратковременном воздействии на гранулы неизбежен, и он поглощается водяной нагрузкой 11.

При необходимости увеличения времени пребывания гранул в СВЧ-поле высота камеры нагрева должна быть увеличена, чтобы разместить большее количество наклонных пластин, например до 20 штук.

Описанное СВЧ-устройство может применяться для дезинсекции фуражного зерна, а также для предпосевной термобработки зерна со слабым нагревом не более 50^oС, что позволяет увеличить его всхожесть.

СВЧ-устройство успешно прошло испытания.

Литература
1. Патент США 4714812, кл. Н 05 В 6/70, опубл.1987.

2. Патент России 20115891, кл. Н 05 В 6/64, опубл. 30.05.94, бюл. 10.

Устройство относится к средствам электрической обработки диэлектрических гранулированных материалов с целью их сушки и ударного воздействия для изменения их геометрических размеров (вспучивания), а также для дезинсекции зерновых продуктов. Камера нагрева выполнена в виде вертикального сверхразмерного Н-образного волновода, между продольными внутренними выступами которого установлены путем чередования слева и справа наклонные диэлектрические пластины так, что образован зигзагообразный канал для гранул. Нижняя пластина установлена горизонтально с возможностью отклонения вниз и вверх в пределах ±30^o для регулирования потока гранул. Ниже этой пластины установлена диэлектрическая воронка с патрубком, выступающим за пределы волноводного поворота, присоединенного к нижнему концу камеры нагрева и содержащего водяную нагрузку для поглощения избытка СВЧ-энергии. Техническим результатом является обеспечение скоростного и равномерного нагрева гранул в непрерывном регулируемом потоке. 3 ил.

СВЧ-устройство для термообработки гранулированных материалов, содержащее камеру нагрева, СВЧ-генератор, волноводный тракт и средства транспортирования обрабатываемых материалов, отличающееся тем, что камера нагрева выполнена в виде вертикального сверхразмерного Н-образного волновода, к узким стенкам внутренних выступов которого присоединены перпендикулярно широким стенкам волновода диэлектрические пластины в количестве 5-10 штук, каждая из которых содержит у нижнего конца поперечный паз, профрезерованный под углом к горизонтали 30-45^o, в пазы вставлены диэлектрические пластины, равные ширине зазора между указанными выступами, чередующиеся слева и справа так, что образуется зигзагообразный канал для гранул, при этом нижняя последняя пластина установлена горизонтально с возможностью отклонения вверх и вниз на угол ±30^o, а ниже регулируемой пластины установлена диэлектрическая воронка с патрубком, проходящим наружу через стенку волноводного поворота, присоединенного к нижнему концу Н-образной камеры нагрева и содержащего водяную нагрузку.