Резонаторная камера для СВЧ-нагрева диэлектриков Советский патент 1992 года по МПК H05B6/64 

Изобретение относится к СВЧ-техни- ке, конкретно к устройству установок для СВЧ-нагрева диэлектриков, и мо- жет быть использовано для выравнивания профиля влажности бумажного полотна, вулканизации резиновых изделий, сушки изделий различных отрас- Г лей промышленности: радиотехнической (керамика), строительной (керамические облицовочные плитки, кирпич, цемент), пищевой (сублимационная сушка мяса, сухофруктов, чая), дере-, вообрабатывающей (паркет, карандаши, заготовки мебели и музыкальных изделий) , текстильной (красочное покрытие тканей), хлопкоперерабатывающей (хлопок-сырец) и др.

Известны различные конструкции , резонаторных камер, например замед- i ляющие системы типа диафрагмированного волновода,или спиральные.

Однако такие камеры применимы толь-i ко для диэлектрических изделий с малым поперечным сечением. Электрическое поле в них чертвномерно по радиусу, что приводит к неравномерности прогрева диэлектрика.

Известен также призматический многомодовый резонатор. Размеры резонатора выбираются так, чтобы при работе резонатора в некотором диапазоне частот в резонаторе йозбужда- лись такие виды колебаний, суммарное воздействие которых на диэлектрик

2

00

ю

2

приводило бы к наиболее равномерному прогреву,, Такие камеры используются, например, в выпускаемых серийно установках для приготовления пищи.

Многомодовым режим возбуждения принципиально приводит к неравномер ности прогрева. Камерный режим загрузки (череэ открывающуюся дверцу) определяет низкую производительность так как на время открывания генератор необходимо выключать. Размер камеры невозможно выбрать произвольным образом, так как при этом нарушается условие максимальной однородности прогрева диэлектрика.

Наиболее близкой к предлагаемой является камера с входной и выходной трубами для перемещения нагреваемых изделий о

Однако эта камера является много модовой. Кроме того, входная и выходная трубы не являются неизлучайщими на видах колебаний Emno, что исключает использование этих видов колебаний и, соответственно, получение равномерного прогрева изделий.

Целью изобретения явля ется увеличение равномерности нагрева и уменьшение излучения в окружающее пространство.

Поставленная цель достигается тем, что резонаторная камера для СВЧ-нагрева диэлектриков, содержащая корпус в форме прямоугольного параллелепипеда , входную и выходную прямоугольные трубы для перемещения нагреваемого диэлектрика, присоединенные к противоположным боковым стенам корпуса, и элемент связи с источником СВЧ-энергии/ выполненный в виде щели, расположенной на верхне стенке корпуса, имеет длину а корпус и его высоту Ъ выбранные в соответствии с соотношением:

а ra((2f/c) + 1/b)rf/ , гле f - рабочая частота; с - скорость света; го - число вариаций поля вдоль

длины корпуса,,m 1,2,3,... высота d входной и выходной прямоугольных труб, выбранные из условия: (2f), при этом щель ориентирована параллельно продольной оси корпуса.

Такое конструктивное решение позволяет увеличить равномерность прогрева диэлектриков за счет работы камеры в одномодовом режиме на виде

$

5

0

5

0

5

S

колебании Е№10; увеличить производительность установки за счет возможности организации конвейерного способа нагрева (или сушки) при непрерывной работе установки.

На чертеже изображена предлагаемая резонаторная камера для установки СВЧ-нагрева диэлектриков.

Резонаторная камера содержит корпус 1 в виде прямоугольного параллелепипеда, узел ввода СВЧ-мощности 2, входную 3 и выходную трубы;,, перемещения через полость корпуса 1 диэлектрика 5

Резонаторная камера работает следующим образом.

Узел ввода СВЧ-мощности настраивается на критическую связь подводящей линии с резонаторной камерой с диэлектриком внутри. На чертеже изображен щелевой узел ввода мощности с подачей СВЧ-мощности по прямоугольному волноводу. Узел ввода мощности может быть выполнен и петлевым с подачей СВЧ-мощности по коаксиальной линии. При подаче СВЧ- мощности через узел ввода 2 в корпус 1 в последнем возбуждаются колебания вида Ет10, имеющие вдоль ребра Ъ корпуса 1 п вариаций поля, вдоль ребра а - m вариаций поля и вдоль третьего ребра, определяющего ширину корпуса 1, постоянное поле. Последнее условие определяет произвольный выбор ширины камеры, исходя из заданной ширины нагреваемого диэлектрика. В общем случае камера может работать на виде колебаний Е , где п - число вариаций поля вдоль высоты камеры, п 1,2,3,... В этом случае размеры а и Ъ выбираются из условия

((2f/c)2 + (n/b)2r1/z .

Такая камера может быть использована в установках специального назначения, например, когда в камере не помещается система перемещения (например, в виде диэлектрических валков) с учетом того, что при введении в камеру диэлектрика при неизменной рабочей частоте установки j габаритные размеры камеры уменьшают-i ся. Нагреваемый диэлектрик может либо протягиваться через входную 3 и выходную трубы корпуса 1 (например, бумага), либо перемещаться через полость корпуса 1 на диэлектрическом транспортере. В корпусе 1 происходит взаимодействие диэлектри517

ка с электрическим СВЧ-полем и передача энергии поля диэлектрику за счет - диэлектрических потерь в нем и за счет резистивной проводимости электрика. Требуемая СВЧ-мощность зависит от количества массы диэлектрика которую надо нагреть на заданную температуру и испарить (если требуется) в единицу времени, и от КПД камеры, определяемой как отношение СВЧ-мощ- ности, рассеянной в диэлектрике, к СВЧ-мощности, вошедшей в камеру, . Входная 3 и выходная k трубы корпуса 1 представляют собой запредельные волноводы для колебаний на рабочей частоте. Поскольку в плоскости грани, к которой прикреплена труба, имеется только компонента магнитного поля, направленная параллельно ребру Ъ

корпуса 1, то входная 3 и выходная Ц трубы являются запредельными, если их поперечный размер d в направлении ребра Ъ корпуса 1 будет удовлетворять условию (2f). Длины входной 3 и выходной А труб выбираются из условия необходимого ослабления электромагнитного поляв них от рабочей величины в камере до предельно допустимой величины в помещении с точки зрения техники безопасности.

Проведенные расчеты показывают, что, например, для нагрева на 80°С и испарения 1 кг воды за 1 с требуется мощность 2,6 МВт. Оценочные расчеты камеры для сушки красочного покрытия обойного полотна шириной 0,65 м с-расходом водяной .краски 2г/ма позволяют выбрать камеру с размерами ГОi40 0,,75 м, работающую на частоте 915;МГц,и имеющую ,75. При скорости движения полотная 350 м/мин требуемая мощность СВЧ-генератора составляет 26 кВт, Амплитуда напряженности магнитного поля в камере

вблизи входа в т.рубу при этом равна 950 А/м. Если положить, что поперечным размер входной и выходной труб см и предельно допустимая плотность потока энергии в помещении должна быть не более 10 Вт/м2, то требуемое ослабление поля в трубах, равное 100 дБ, достигается при длине труб, равной 75 мм.

Таким образом, предлагаемая резонаторная камера позволяет увеличить равномерность нагрева диэлектриков и уменьшить излучение в окружающее пространство.

Формула изобретения

1 Резонаторная камера для СВЧ-нагрева диэлектриков, содержащая корпус в форме прямоугольного параллелепипеда, входную и выходную прямоугольные трубы для перемещения нагреваемого диэлектрика, подсоединенные к противоположным боковым стенкам корпуса, и элемент связи с источником СВЧ,энергии, выполненный в виде щели, расположенной на верхней стенке корпуса, обличающаяся тем; что, с целью увеличения равномерности нагрева, уменьшения излучения в окружающее пространство, соотношение длины а корпуса и его высоты b выб- рано в ,соотйетствии с сортндшением

(2f/c)2 + (1/b), где f - рабочая частота;

с - скорость света;

та - число вариаций поля вдоль длины корпуса;

,2, 3,...,

высота d входной и выходной прямоугольных труб выбрана из условия: , при этом щель ориентирована параллельно продольной оси корпуса.

А .

Использование: для сушки изделий. Сущность изобретения: резонаторная камера для СВЧ-нагрева диэлектриков содержит корпус в форме прямоугольного параллелепипеда, к противоположным боковым стенкам которого подсоединены входная и выходная пря-1 моугольные трубы для перемещения через камеру нагреваемого диэлектрика. На верхней стенке корпуса выполнена щель связи с источником СВЧ- энергии, ориентированная вдоль продольной оси корпуса. Определение соотношения между высотой корпуса и его длиной, а также высота прямоугольных труб позволяют обеспечить равномерный нагрев диэлектрика и исключить излучение из входной и выходной прямоугольных труб, t ил. л о и