Устройство для нагрева пластичных материалов Советский патент 1989 года по МПК H05B6/64 

(21)4238640/24-09

(22)04.05.87

(46) 30.07.89. Бкш. № 28 (71) Институт геотехнической механики АН УССР (72J В.И.Лойк и Ю.А.Каденков

(53)621.396.55 (088.8)

(56)Патент QUA К 3235701, кл. Н 05 В 9/06, 1966.

Патент США № 3469053, кл. И 05 В 9/06, 1969.

(54)УСТРОЙСТВО ЛЛЯ НАГРЕВА ПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

(57)Изобретение относится к нагреву пластичных материалов, в частности битумных мастик, СВЧ-энергией

и м.б. использовано в строительной и химической промышленности. Цель изобретения - повышение эффективности нагрева. Для этой пели внутренние поверхности стенок металличес2

. кой емкости 5 и крышки 6 покрыты слоем 13 полупроводникового материала. Диэлектрическая проницаемость 1 слоя 13 выбирается на 1-2 порядка вьпче б нагреваемого в-ва 14 для того, чтобы максимально уменьшить толщину слоя 13 и тем самым сохранить полезный объем металлической емкости 5. Наличие слоя 13 позволяет распределить электромагнитное поле в ее поперечном сечении и по высоте т.обр., что ближайшие к стенкам пучности стоячих волн совпадут с границей слоя 13 и, следовательно, с наружной границей нагреваемого в-ва 14. а счет одинаковой температуры во всем слое 13 периферийные области мастики нагреваемого в-ва 14 нагреваются даже быстрее, чем внутренние, что позволяет существенно повысить эффективность нагрева, 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

S

(Л

С Kj

314

Изобретение относится к нагреву

пластичных материалов, в частности битумных мастик, CBtt-энергией и может быть использовано в строительной и химической промыпшенности.

Цель изобретения - повышение эффективности нагрева.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на Лиг.2 - распределение электромагнитного поля в поперечном сечении устройства не содержащем полупроводникового слоя (слоя с потерями) на стенках металлической емкости; на фиг.З - распределение электромагнитного поля в поперечном сечении устройства, содержапем полупроводниковый слой на стенках металлической емкости; на фиг.4 - зависимости мощности поглощаемой единицей объема нагреваемого материала (кривые 1 и 2), и полупроводникового слоя (кривая 3) по высоте стенок металлической емкости.

Устройство содержит СВЧ-генератор 1,1 волноводный тракт 2, излучатель 3, выполненный в виде рупора, заполненного диэлектриком 4, металлличес- кую емкость 5, соединенную с излуча- телам 3, крышку 6 металлической емкости 5 с люком 7, диэлектрическую трубу 8 для слива, соединенную с металлической трубой 9, размеры которой соответствуют условию за- гритического волновода, в которой установлены вентиль 10 и фильтр 11 в виде металлической сетки, и тепло- изоляцио нную обмуровку 12, слоя 13 полупроводникового материала (слой с потерями) на внутренних поверхностях металлической емкости 5, загруженной нагреваемым веществом 14, и крьтке 6.

Устройство, работает следующим образом.

Нагреваемым веществом 14 через люк 7 в крышке 6 заполняют металлическую емкость 5, после чего люк 7 закрывают и от СВЧ-генератора 1 чере волноводный тракт 2 и излучатель 3 СВЧ-энергию подают в металлическую емкость 5 с нагреваемым веществом 14, в результате чего в металлической емкости 5 устанавливаются стоячие волны, количество полупериодо которых в поперечном сечении зависит от соотношения между длиной волны и соответствующих размеров металли

. с 0 5

30 ,j 0

.с

0

5

1. 4

ческой емкости 5. Наличие слоя 13 позволяет распределить электромагнитное поле в поперечном сечении металлической емкости 5 и по высоте тпк, что ближай1пие к стенкам металлической емкости 5 пучности стоячих волн совпадут с границей слоя 13 и, следовательно, с наружной границей нагреваемого вещества 14.

Тангенс угла диэлектрических потерь в слое 13 увеличивается по мере удаления от излучателя 3, что позволяет выравнить величину мощности, выделяемой в единице объема слоя 13 полупроводникового материала, и, следовательно, выравнить величину мощности, выделяемой в единице объема нагреваемого вещества 14.

Через несколько секунд после подачи электромагнитной энергии в ме- таллическ то емкость 5 в диэлектрической трубе 8, проходящей через излучатель 3, а также в металлической емкости 5, прилегающей к излучателю 3, заполненному диэлектриком 4, нагреваемое вещество 14 переходит в жидкое состояние. После этого в металлической трубе 9 открывается вентиль 10, и жидкое нагреваемое вещество 14 выливается через сетку При этом яа счет одинаковой температуры во псам слое 13) периферийные области мастики нагреваемого вещества 14 нагреваются даже быстрее, чем внутренние, что существенно повышает эффективность нагрева.

После окончания процесса нагрева СВЧ-генератор I отключается, а после отбора требуемого количества нагреваемого вещества 14 вентиль 10 закрывается. Устройство готово к следующему циклу работы.

Диэлектрическая проницаемость слоя 13 выбирается на 1-2 порядка вьше диэлектрической проницамости нагреваемого вещества 14 из следующих соображений. В зависимости от соотношения между длиной волны электромагнитных колебаний и размером ишриной стенки металлической емкости 5 в поперечном сечении емкости устанавливается целое число полуперио дов волн. На фиг.2 показано распределение поля в емкости без полупроводникового материада для колебаний Типа ТЕЗОР. Ближайшая пучность стоячей волны в металлической емкости 5 расположена на расстоянии, равном

четверти длины волны электромаг нитн колебаний от стенки емкости, а расстояние между соседними пучностями равно половине длины волны. Источниками тепла являются области п, при- т фОченные к пучностям волны в поперечном сечении емкости 5, Для того, чтобы нагреть до готовности нагревамое вещество 14 у стенок емкости, требуется затратить вдвое больше времени, чем на нагрев ее в средине емкости. При оснащении стенок емкости слоем 13 (фиг,3) толщиной 1, равной четверти длины волны электромагнитных колебаний , димо выполнение условия Аи

ггл-t

I Cn|n

1 4-;

)

(О

где А ц - длина волны источника колбаний;

диэлектрическая проницаемость слоя 13.

Первая пучность стоячей волны со стороны стенки емкости приходится на границу между нагреваемым веществом 14 и слоем 13, т,е, условия для нагрева периферийной области нагреваемого вещества 14 оказываются более благоприятными, чем центральной ее части.

Диэлектрическую проницаемость слоя 13 выбирают на 1-2 порядка выпе диэлектрической проницаемости 6 нагреваемого вещества 14, т.е,

б;„ (10 - 100)6, (2) для того, чтобы максимально уменьшить толщину слоя 13 и тем caMbjM сохранить полезный объем металлической емкости 5,

Тангенс угла диэлектрических потерь слоя 13, равный tgd, выбираю изменяющимся по высоте слоя 13, поскольку нагреваемое вещество 14 - среда с потерями и поле в ней по мере удаления от излучателя 3 уменьшается по экспоненциальному закону. На фиг,4 показан характер зависимост мощности тепловых потерь в нагреваемом веществе 14 (кривые 1 и 2) и в слое 13 (прямая 3), Аналогичные зависимости имеет электрическая составляющая поля Е. В свою очередьJ температурное распределение повторяет в среде распределение электромагнитного поля.

Таким образом, оснащение металлической емкости 5 слоем 13 способству0

5

0

5

ет выравниван1тю температуры только в поперечном сечении металлической емкости 5, а в направлении распространения излучения температура экспоненциально снижается. Для равномерного распределения температуры во всем слое 13 слой 13 изготавливают анизотропным по высоте металлической емкости 5 (ось -Z) ,

Ослабление энергии электрического поля Е в нагреваемом обрабатываемом веществе 14 выражается соотношением

р

ЕО

-elZ

В/СМ,

где

(3)

об - коэффициент поглощения; 7, - глубина, на которой определяется Е.

Коэффициент oL зависит только от электрических параметров нагреваемого вещества 14 и частоты электромагнитных колебаний.

Мощность, поглощаемая единицей объема слоя 13, определяется выражениемР„ 0,287К

Вт/см

(4) где f - частота колебаний.

Подставив (3) в (4), получим зависимость РП/П от расстояния Z:

30 Р„, 0,287()f6 tgflO ,BT/CM-

(5)

Для выравнивания температуры по

оси Z необходимо, чтобы значения

Р (Z) const. Это условие выпол- 35 П .г«

няется в случае, если tg о п1 удовлетворяет соотношению

85„,„ г- °

К

40

Формула изобретения

1, Устройство для нагрева пластичных материалов, включающее после 5 довательно соединенные СВЧ- генератор волноводньтй тракт и излучатель, расположенный на дне металлической емкости, предназначенной для размещения обрабатываемого пластического

50 материала, на наружной поверхности металлической емкости размещена теплоизоляционная обмуровка, и крыщ- ку, отличающееся тем, что, с целью повьпиения эффективности

55 нагрева, внутренние поверхности стенок металлической емкости и крышки покрыты слоем полупроводникового материала, диэлектрическая проницаефиг.З

Изобретение относится к нагреву пластичных материалов ,в частности, битумных мастик, СВЧ- энергией и может быть использовано в строительной и химической промышленности. Цель изобретения - повышение эффективности нагрева. Для этой цели внутренние поверхности стенок металлической емкости 5 и крышки 6 покрыты слоем 13 полупроводникового материала. Диэлектрическая проницаемость ε_п/п слоя 13 выбирается на 1-2 порядка выше ε_м нагреваемого в-ва 14 для того, чтобы максимально уменьшить толщину слоя 13 и тем самым сохранить полезный объем металлической емкости 5. Наличие слоя 13 позволяет распределить электромагнитное поле в ее поперечном сечении и по высоте т.обр., что ближайшие к стенкам пучности стоячих волн совпадут с границей слоя 13 и, следовательно, с наружной границей нагреваемого в-ва 14. За счет одинаковой температуры во всем слое 13 периферийные области мастики нагреваемого в-ва 14 нагреваются даже быстрее, чем внутренние, что позволяет существенно повысить эффективность нагрева. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

Фиг.2

Фие V

Составитель К.Скороходов Редактор А.Ревин Техред Л.Олийнык Корректор,Р.Бутковци

Заказ 4Af)0/57

Тираж 775

ВИШШИ Государстзеннбго комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 1i:}()J5, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное