УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ В ПОЛЕ СВЧ Российский патент 2016 года по МПК F26B9/06 F26B3/347 

Описание патента на изобретение RU2596082C2

Изобретение относится к деревообрабатывающей и другим отраслям промышленности, в частности к сушильному оборудованию, и может быть использовано для сушки древесины и других капиллярно-пористых материалов.

Известна установка для сушки пиломатериалов в штабеле, содержащая камеру, волноводы, магнетроны СВЧ с системой охлаждения и воздухоподводящим коллектором, процессор, датчик измерения вредного потока СВЧ-энергии, измеритель мощности СВЧ-энергии (патент РФ 2069826, F26B 3/347, F26B 9/06, 1996 г.).

В этой установке для процесса сушки дополнительно используется тепло от охлаждения магнетронов, однако не учтена возможность повышения КПД установки путем согласования генератора с нагрузкой, что позволит дополнительно повысить энергетическую эффективность процесса.

Известен способ сушки древесины в СВЧ лесосушильной камере резонансного типа, заключающийся в том, что штабель пиломатериалов помещают в лесосушильную камеру, выполненную в виде замкнутой металлической полости, являющейся резонатором, в которой осуществлено согласование генератора с нагрузкой по падающей мощности РП, что позволяет повысить энергетическую эффективность процесса [решение о выдаче патента РФ от 01.07.2014 на изобретение «Способ сушки древесины в СВЧ лесосушильной камере резонансного типа» по заявке №2013130564/06(045628)]. Данное решение принято за прототип.

Недостатком прототипа является то, что при согласовании генератора с нагрузкой по падающей мощности РП отсутствует согласование реактивной мощности, т.е. происходит перегрузка генератора отраженной волной РО, повышенный расход энергии, что снижает энергетическую эффективность процесса сушки древесины.

Задачей изобретения является повышение энергетической эффективности СВЧ-сушильной установки путем сокращения энергетических потерь, вызванных рассогласованием по мощности генератора и нагрузки, которой является загруженный пиломатериалом резонатор лесосушильной камеры.

Это достигается тем, что установка для сушки древесины в поле СВЧ, содержащая резонансную лесосушильную камеру, магнетрон, процессор, датчик измерения вредного потока СВЧ-энергии, измеритель мощности СВЧ-энергии, измеритель температуры, теплообменник, систему циркуляции агента сушки, дополнительно снабжена трехплечным фазовым Y-циркулятором, размещенным в волноводе между магнетроном и резонатором лесосушильной камеры.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 показана схема установки для сушки древесины в поле СВЧ, на фиг. 2, а, б - проекции Y-циркулятора.

Установка для сушки древесины в поле СВЧ содержит металлическую резонансную камеру 1, размеры замкнутой металлической полости которой много больше длины волны λ питающего генератора СВЧ так, что обеспечивается возможность возбуждения в ненагруженном состоянии в полости множества колебаний разной пространственной структуры, магнетрон 2, процессор 3, датчик измерения вредного потока СВЧ-энергии 4, измерители мощности СВЧ-энергии 5 и температуры 6, систему циркуляции агента сушки 7, трехплечный Y-циркулятор 8, теплообменник 9, поглощающую нагрузку 10, рабочим телом которой могут быть жидкость, твердые объемные или пленочные поглотители.

Трехплечный фазовый Y-циркулятор позволяет внести затухание волны отраженной мощности РО резонатора лесосушильной камеры в соответствии с выражением для проходящей мощности РПР.

РПРПО,

где РП - падающая мощность (поглощенная в нагрузке).

При этом волна отраженной реактивной мощности не проходит на анод магнетрона и не вызывает его дополнительное нагревание. Режим работы магнетрона облегчается, при этом сокращаются энергетические затраты процесса сушки пиломатериала, что повышает энергетическую эффективность СВЧ-сушильной установки, повышается КПД процесса.

Для реализации изобретения в тракт волновода сушильной установки встроен волноводный трехплечный фазовый Y-циркулятор, в котором используется явление ферромагнитного резонанса для невзаимных устройств СВЧ с намагниченным ферритом, что позволяет скомпенсировать отраженную волну [см. Фальковский О.И. Техническая электродинамика. - СПб.: Лань, 2009. - 432 с.].

Волноводный трехплечный Y-циркулятор содержит симметричный тройник в плоскости Н и намагниченную ферритовую шайбу 11 в его центре (фиг. 2, проекции а, б). Величину постоянного поля Н0 магнита 12 выбирают значительно меньше резонансной, что проще обеспечить технически. При поступлении волны из плеча 13 от генератора, поля в плечах 14 и 15 симметричного тройника являются результатом суперпозиции двух волн - первичной и вторичной. Первичные волны в плечах 14 и 15 симметричного волноводного тройника имеют одинаковые амплитуды и фазы. Амплитуды и фазы вторичных волн в плечах 14 и 15 зависят от размеров и электрических характеристик намагниченных ферритовых шайб 11, параметры которых следует подобрать так, чтобы первичные и вторичные волны имели одинаковые амплитуды и фазы в плече 14, а в плече 15 противофазны и гасят друг друга. При этом волна из плеча 13 проходит в плечо 14. Действие циркулятора происходит по схеме 13-14-15-13. Для расширения полосы рабочих частот Y-циркулятора применительно к параметрам процесса сушки древесины на ферритовой шайбе 11 установлено диэлектрическое кольцо. Циркулятор работает в полосе частот 10-15%, имеет потери не более 0,5 дБ, обеспечивает развязку между плечами, т.е. затухание не менее 20 дБ, КСВ=1,08-1,10.

При этом происходит согласование генератора с нагрузкой, которой является загруженный пиломатериалом резонатор лесосушильной камеры, и генератор полностью согласован по падающей мощности РП с резонатором лесосушильной камеры и развязан по отраженной (реактивной) мощности, то есть генератор согласован по поглощению и развязан по излучению, потребляет меньшую мощность.

Сушильная СВЧ установка для сушки пиломатериалов в штабеле содержит металлическую резонансную камеру, размеры замкнутой металлической полости которой много больше длины волны λ питающего генератора СВЧ так, что обеспечивается возможность возбуждения в ненагруженном состоянии в полости множества колебаний разной пространственной структуры, магнетрон, процессор, датчик измерения вредного потока СВЧ-энергии, измерители мощности СВЧ-энергии и температуры, систему циркуляции агента сушки. Дополнительно установка снабжена Y-циркулятором, теплообменником, поглощающей нагрузкой, рабочим телом которой могут быть жидкость, твердые объемные или пленочные поглотители.

Установка работает следующим образом.

Штабель пиломатериалов помещают в лесосушильную камеру, выполненную в виде замкнутой металлической полости, являющейся резонатором, контроль процесса сушки производится путем измерения начальной влажности и температуры древесины, и температуры после взаимодействия электромагнитного поля многих мод, по разности температур калориметрическим способом определяют поглощенную мощность; по функциональной зависимости затухания нагруженного резонатора сушильной камеры осуществляют определение влажности древесины, предварительно производя калибровку измерителя, приняв значение РН за переменную, и осуществляют контроль процесса сушки древесины по градиентам влажности и температуры регулировкой мощности генератора РГ, которая в функциональной зависимости затухания нагруженного резонатора dH является изменяемым параметром, вычисляя влажность материала на каждом дискретном шаге,

где dH - затухание нагруженного резонатора, QH - добротность нагруженного резонатора, d - затухание ненагруженного резонатора, РН - поглощенная материалом мощность, РГ - мощность генератора. Процесс сушки пиломатериала осуществляется процессором по функциональной зависимости затухания нагруженного резонатора. Таким образом, осуществляется согласование генератора с нагрузкой по падающей мощности РП.

Y-циркулятор обеспечивает согласование генератора с нагрузкой по отраженной мощности РО. Отраженная волна проходит в поглощающую нагрузку, где через теплообменник рекуперируется, тепловая энергия отводится в систему циркуляции агента сушки и повышает энергетический потенциал сушки, при этом достигается полное согласование генератора (магнетрона) по падающей мощности с резонатором лесосушильной камеры.

Похожие патенты RU2596082C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ В СВЧ ЛЕСОСУШИЛЬНОЙ КАМЕРЕ РЕЗОНАНСНЫМ МЕТОДОМ 2013
  • Мелехов Владимир Иванович
  • Галкин Владимир Павлович
  • Шульгин Владимир Алексеевич
RU2530983C1
СВЧ лесосушильная камера 2017
  • Галкин Владимир Павлович
  • Шульгин Владимир Алексеевич
  • Мелехов Владимир Иванович
RU2661422C1
УНИВЕРСАЛЬНАЯ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНАЯ СУШИЛЬНАЯ УСТАНОВКА (ВАРИАНТЫ) 1995
  • Вергасов Анатолий Анатольевич
RU2111631C1
СПОСОБ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1996
  • Дунаев Владимир Владимирович
  • Карпенко Юрий Владимирович
  • Нефедов Владимир Николаевич
  • Черкасов Александр Сергеевич
  • Черкасова Вероника Александровна
RU2116588C1
Аппарат для дециметровой терапии 1980
  • Малышев Владимир Леонидович
  • Балакирева Воля Николаевна
  • Гаров Сергей Васильевич
  • Горбань Людмила Георгиевна
SU939021A1
МИКРОВОЛНОВОЕ УСТРОЙСТВО НАГРЕВАНИЯ 2001
  • Фагрелль Магнус
  • Рисман Пер Олов Г.
RU2263420C2
Высокочастотная система ускорителя со стоячей волной 1982
  • Шилов Владимир Кузьмич
SU1077066A1
УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ СВЧ-ЭНЕРГИЕЙ 2001
  • Гареев Ф.Х.
RU2199064C2
УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДОСОК, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОВОЛНОВОЙ ЭНЕРГИИ 1994
  • Киселев М.Е.
  • Меньшиков В.А.
  • Селин Г.А.
  • Владимиров С.Н.
  • Арзин А.П.
RU2075709C1
Система СВЧ обработки жидких радиоактивных отходов непосредственно в стальных контейнерах с их последующей герметизацией с целью долгосрочного безопасного хранения 2015
  • Завадцев Александр Алексеевич
  • Завадцев Дмитрий Александрович
  • Харлов Александр Витальевич
RU2637116C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 596 082 C2

Реферат патента 2016 года УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ В ПОЛЕ СВЧ

Изобретение относится к устройствам для СВЧ сушки материалов и может быть использовано в деревообрабатывающей и других отраслях промышленности. Для реализации устройства штабель древесины помещают в замкнутую металлическую полость - резонатор лесосушильной камеры; размеры резонатора выбирают много больше длины волны λ питающего генератора СВЧ так, что обеспечивается возможность возбуждения в ненагруженном состоянии в полости множества колебаний различной пространственной структуры. Волноводный трехплечный Y-циркулятор позволяет осуществить развязку генератора по отраженной (реактивной) мощности и обеспечить рекуперацию подведенной мощности в поглощающей нагрузке. Техническим результатом изобретения является увеличение производительности СВЧ-сушильной камеры путем сокращения энергетических потерь, связанных с рассогласованием генератора и нагрузки, повышение КПД процесса. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 596 082 C2

Установка для сушки древесины в поле СВЧ, содержащая резонансную лесосушильную камеру, магнетрон, процессор, датчик измерения вредного потока СВЧ-энергии, измеритель мощности СВЧ-энергии, измеритель температуры, теплообменник, систему циркуляции агента сушки, отличающаяся тем, что установка оснащена трехплечным фазовым Y-циркулятором, размещенным в волноводе между генератором и резонатором лесосушильной камеры.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2016 года RU2596082C2

СПОСОБ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ В СВЧ ЛЕСОСУШИЛЬНОЙ КАМЕРЕ РЕЗОНАНСНЫМ МЕТОДОМ 2013
  • Мелехов Владимир Иванович
  • Галкин Владимир Павлович
  • Шульгин Владимир Алексеевич
RU2530983C1

RU 2 596 082 C2

Авторы

Мелехов Владимир Иванович

Галкин Владимир Павлович

Шульгин Владимир Алексеевич

Даты

2016-08-27Публикация

2014-12-30Подача