Излучающий волновод электромагнитного поля СВЧ с конвективным каналом Российский патент 2024 года по МПК H05B6/64 F24C7/02 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может использоваться в пищевой промышленности.

СВЧ обработка используется в пищевой промышленности при приготовлении продуктов питания, при борьбе с вредителями, повреждающими крупу, муку. В сельском хозяйстве используется СВЧ - конвективная сушка и обеззараживание зерна, которые необходимы для повышения его стойкости при хранении, улучшения условий послеуборочного созревания семенного зерна, повышения энергии прорастания и всхожести, а также в качестве борьбы с зараженностью зерна вредителями.

Одним из основных требований к системам излучения поля СВЧ в технологических установках обработки продукции является обеспечение равномерного распределения микроволнового поля в обрабатываемом продукте. При этом наибольшая эффективность СВЧ – конвективной обработки наблюдается тогда, когда обеспечивается интенсивный вынос влаги, выделяемой с обрабатываемого продукта, воздухом, который продувают через обрабатываемый продукт. При этом желательна подача воздуха непосредственно в зону СВЧ нагрева. Направление поля СВЧ в обрабатываемый продукт осуществляется с помощью излучателей, а подачу воздуха в обрабатываемый материал осуществляют с патрубков и подводящих коробов.

Известны рупорные излучатели, установленные на противоположных стенках секции нагрева, симметрично относительно вертикальной и горизонтальной оси, раскрывы которых заглушены радиопрозрачными заглушками и ориентированы внутрь камеры, а оси излучения расположены в одной горизонтальной плоскости (патент РФ № 2267067, МПК F26B 17/12, F26B 3/347, 2005). Каждый рупорный излучатель через стандартный волновод подключен к соответствующему магнетрону. Магнетроны снабжены принудительной системой воздушного охлаждения, выход которой соединён с патрубком подвода горячего воздуха, секция нагрева снабжена подводящим перфорированным коробом, который через патрубок соединён с нагнетательным вентилятором, каждый магнетрон помещён в экранирующий кожух.

Недостатками известной конструкции излучателей и системы подачи воздуха в обрабатываемый продукт является неравномерность распределения электромагнитного поля СВЧ в обрабатываемом продукте и не полное совпадение зон СВЧ воздействия на продукт и зон продувки продукта воздухом, что уменьшает производительность обработки материала и увеличивает энергоёмкость процесса.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является «Переносная СВЧ-конвективная установка для сушки и обеззараживания зерна» (патент РФ № 2752662, МПК A01F 25/08, 2021) в которой совпадают зоны воздействия на обрабатываемый продукт электромагнитного поля СВЧ и воздуха, которым продувают продукт за счёт того, что внутри верхней части жесткой трубчатой конструкции, выполненной из металла, расположен магнетрон с СВЧ-отражателем и блоком питания, при этом блок питания и магнетрон установлены таким образом, что воздушный поток от вентилятора охлаждает их корпусы с возможностью подогрева воздушного потока, подаваемого вентилятором, от магнетрона и блока его питания.

Недостатком известной конструкции является опасность воздействия отражённого СВЧ излучения на блок питания и магнетрон, низкая эффективность излучения волновода, которую нельзя настроить регулированием коэффициента стоячей волны (КСВ), низкая мощность излучения по поверхности волновода.

В результате использования предлагаемого изобретения исключается воздействие отражённого СВЧ излучения на блок питания и магнетрон, появляется возможность регулирования эффективности излучения волновода, настройкой коэффициента стоячей волны (КСВ), увеличивается мощность излучения по поверхности волновода, что будет способствовать равномерному нагреву обрабатываемого продукта и соблюдению технологии его обработки.

Вышеуказанный результат достигается тем, что в излучающем волноводе электромагнитного поля СВЧ с конвективным каналом, содержащем волновод, выполненный в виде перфорированной трубы, в которой расположен магнетрон, согласно изобретению, магнетроны установлены с одной или с двух сторон волновода, волновод разделен перегородками на две или три зоны, одна из которых для вентилирования, а другие расположены со стороны корпуса волновода для излучения электромагнитного поля СВЧ, в конце волновода со стороны ввода электромагнитного поля СВЧ установлена заглушка, в корпусе волновода в зоне излучения электромагнитного поля СВЧ вырезаны щелевые отверстия, закрытые экранами из радиопрозрачного материала.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен внешний вид излучающего волновода электромагнитного поля СВЧ при размещении магнетронов с противоположных сторон волновода, на фиг. 2 - то же, разрез А-А; на фиг. 3 представлен волновод при размещении магнетронов с одной стороны волновода, вид сбоку.

Волновод содержит корпус 1, магнетроны 2 с излучающими выводами 3, перегородку 4, заглушку 5, щелевые отверстия 6, экраны 7 из радиопрозрачного материала, корпус 1 выполнен с перфорацией 8.

Волновод выполнен круглым. С двух краёв волновода выполнены щелевые отверстия 6. На противоположных концах волновода могут быть установлены один или два магнетрона 2.

Пример 1. Корпус 1 волновода содержит один магнетрон 2. Корпус 1 волновода разделен перегородкой 4 на две зоны: верхняя зона излучения поля СВЧ, нижняя - зона вентилирования. Длина перегородки 4 не превышает длины за корпуса 1 магнетрона 2. По краям корпуса 1 волновода, в зонах излучения магнетронов 2, установлены заглушки 5. Они предназначены для отражения электромагнитного поля СВЧ и настройки коэффициента стоячей волны (КСВ) излучения волновода. На перегородке 4 установлен излучающий вывод 3 магнетрона. Первоначальное расстояние от излучающего вывода магнетрона 3 до заглушки 5 принимают равным половине длины волны работы магнетрона 2. В зону вентилирования подают воздух извне. В корпусе 1 волновода вырезаны щелевые отверстия 6 в зоне излучения СВЧ поля в обрабатываемый материал. Форма щелевых отверстий 6 может быть произвольной. Её определяют при исследовании распределения электромагнитного поля на выходе волновода. Щелевые отверстия 6 сверху закрыты экранами 7 из радиопрозрачного материала, исключающими попадание пыли и обрабатываемого материала в волновод. Корпус 1 волновода со стороны выполнен с перфорацией 8.

Пример 2. Корпус 1 волновода содержит два магнетрона 2, расположенные в противоположных его концах. Излучающий вывод 3 каждого магнетрона 2 находится в своей зоне излучения поля СВЧ. Корпус 1 волновода разделен двумя перегородками 4 на три части, образуя две зоны излучения магнетронов 2, расположенные со стороны корпуса волновода, и одну общую зону вентилирования, расположенную между ними. Длина перегородок 4 не превышает длины корпуса магнетрона 2. В зону вентилирования подают воздух из вне. По краям корпуса 1 волновода, в обеих зонах излучения магнетронов 2, установлено по одной заглушке 5. Они предназначены для отражения электромагнитного поля СВЧ и настройки коэффициента стоячей волны (КСВ) излучения волновода. Первоначальное расстояние от излучающего вывода магнетрона 3 до заглушки 5 равно половине длины волны работы магнетрона 2. При настройке КСВ заглушки 5 перемещают, одновременно измеряют КСВ, добиваясь минимального значения КСВ и увеличения мощности. В корпусе 1 волновода вырезаны щелевые отверстия 6 в зоне излучения СВЧ поля в обрабатываемый материал. Форма щелевых отверстий 6 может быть произвольной. Её определяют при исследовании распределения электромагнитного поля на выходе волновода. Щелевые отверстия 6 сверху закрыты экранами 7 из радиопрозрачного материала, исключающими попадание пыли и обрабатываемого материала в волновод. Корпус 1 волновода выполнен с перфорацией 8.

Волновод работает следующим образом.

При включении магнетронов 2 электромагнитное поле СВЧ от излучающих выводов 3 магнетронов 2 распространяется в зонах излучения, которые ограничены перегородками 4. Далее электромагнитное поле СВЧ распространяется вдоль всего корпуса 1 волновода. Через щелевые отверстия 6 волновода электромагнитное поле СВЧ попадает за пределы корпуса 1. Одновременно с включением магнетронов 2 в корпус 1 волновода из вне подают воздух. Воздух обдувает магнетрон 2, охлаждает его, за счёт чего температура воздуха повышается. При движении подогретого воздуха по корпусу 1 волновода он через перфорацию 8 попадает в обрабатываемый продукт.

При варианте размещения магнетрона 2 с одного края корпуса 1 волновода начало распределения поля СВЧ и воздуха осуществляется только с одной стороны корпуса 1 волновода.

При различных вариантах размещения волноводов изменяется диаграмма распределения электромагнитного поля вокруг волновода. Это даёт дополнительные возможности управления конфигурацией электромагнитного поля СВЧ и его излучаемой мощностью в конкретном месте волновода. В сочетании с использованием различной формы и размеров щелевых отверстий имеется достаточно гибкая система управления излучаемым электромагнитным полем.

В результате использования предлагаемого изобретения исключается воздействие отражённого СВЧ излучения на блок питания и магнетрон 2, появляется возможность регулирования излучения волновода, настройки коэффициента стоячей волны (КСВ) и увеличения мощности излучения по поверхности волновода.

Изобретение относится к технике обработки пищевых продуктов, послеуборочной и предпосевной обработке, обеззараживанию зерна и продуктов его переработки, в частности к сушке и обеззараживанию, и может использоваться в пищевой промышленности, сельском хозяйстве, на элеваторах, на крупяных заводах и мельницах, при приготовлении кормов. Технический результат – повышение равномерности нагрева обрабатываемого продукта и возможность соблюдения технологии его обработки. Обработка продукции осуществляется электромагнитным полем СВЧ, которое подаётся к продукту с помощью излучающих волноводов. Излучающий волновод электромагнитного поля СВЧ с конвективным каналом выполнен в виде перфорированной трубы, в которой расположен магнетрон, установленный таким образом, что воздушный поток от вентилятора охлаждает его. Магнетроны устанавливают как с одной, так и с двух сторон волновода, место ввода энергии поля СВЧ в волновод разделено с местом ввода воздуха в волновод перегородкой. Со стороны ввода энергии поля СВЧ в конце волновода установлена заглушка. На поверхности волновода для излучения электромагнитного поля СВЧ вырезаны щелевые излучатели, закрытые радиопрозрачным материалом. 3 ил.

Излучающий волновод электромагнитного поля СВЧ с конвективным каналом, содержащим волновод, выполненный в виде перфорированной трубы, в которой расположен магнетрон, отличающийся тем, что магнетроны установлены с одной или с двух сторон волновода, волновод разделен перегородками на две или три зоны, одна из которых для вентилирования, а другие расположены со стороны корпуса волновода для излучения электромагнитного поля СВЧ, в конце волновода со стороны ввода электромагнитного поля СВЧ установлена заглушка, в корпусе волновода в зоне излучения электромагнитного поля СВЧ вырезаны щелевые отверстия, закрытые экранами из радиопрозрачного материала.