Свч устройство для термообработки листовых диэлектрических материалов

 

Полезная модель относится к СВЧ устройствам для тепловой обработки листовых диэлектрических материалов и может быть использована в электронной, текстильной и других отраслях промышленности. Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является обеспечение равномерного нагрева листовых диэлектрических материалах. Поставленная техническая задача решается тем, что в СВЧ устройстве для термообработки листовых диэлектрических материалов, содержащем, по меньшей мере, две состоящие из штырей, связок и пластин периодические замедляющие системы, соединенных с источником СВЧ энергии и защитным устройством для поглощения избыточной энергии, согласно предложенной полезной модели, периодические замедляющие системы расположены перпендикулярно направлению движения обрабатываемого диэлектрического материала, а относительно друг друга размещены во взаимно-противоположных направлениях распространения энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот, штыри каждой периодической замедляющей системы размещены в направлении распространения энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот неравномерно. Периодические замедляющие системы выполнены идентичными; при этом каждая периодическая замедляющая система соединена с индивидуальным источником СВЧ энергии и индивидуальным защитным устройством для поглощения избыточной энергии с образованием соответствующей секции устройства. Технический результат, достигаемый при осуществлении всей совокупности заявляемых существенных признаков, состоит в том, что путем изменения расстояния между штырями L(z) (параметра периода замедляющей системы), обеспечивается возможность преобразования экспоненциальной зависимости распределения температурного поля в

обрабатываемом диэлектрическом материале в линейную зависимость, и при сложении двух линейных функций в СВЧ устройстве, состоящем из двух секций, расположенных упомянутым образом, получить постоянное распределение температурного поля в обрабатываемом диэлектрическом материале. Применение предложенного устройства позволяет добиться высокой степени равномерности нагрева по объему и по площади при проведении процессов термообработки листовых диэлектрических материалов с различными электрофизическими параметрами, от которой в значительной мере зависят эксплуатационные характеристики получаемых изделий.

Полезная модель относится к СВЧ устройствам для тепловой обработки листовых диэлектрических материалов и может быть использована в электронной, текстильной и других отраслях промышленности.

Использование электромагнитного поля сверхвысоких частот для целей термообработки диэлектрических материалов позволяет осуществить интенсивные, безотходные, энергосберегающие и экологически чистые технологии.

Известно СВЧ устройство нагрева диэлектрических материалов, содержащее источник СВЧ энергии и камеру нагрева с периодической замедляющей системой, состоящей из штырей, связок, короткозамкнутых пластин. (Патент США №3814983, МКИ G21К 5/10, Н01J 37/32, опубл. 04.061974 г.)

Наиболее близким является СВЧ устройство нагрева диэлектрических материалов, содержащее источник СВЧ энергии и камеру нагрева с периодической замедляющей системой, состоящей из штырей, связок и пластин, расположенной под нагреваемым материалом и периодической замедляющей системой, расположенной над нагреваемым материалом, причем замедляющие системы отстоят друг от друга на расстояние, не кратное половине длины волны в свободном пространстве, и смещены относительно друг друга вдоль оси на четверть продольного периода. (А.С. СССР №750760, МКИ 3 Н05В 9/06, опубл. 23.07.1980 г.)

Недостатком известных конструкций является неравномерный нагрев обрабатываемого материала.

В известных устройствах периодические замедляющие системы размещены вдоль направления движения обрабатываемого диэлектрического

материала и имеют постоянный период замедляющей системы. При постоянном периоде замедляющей системы, распределение температурного поля в материале подчиняется экспоненциальному закону. В связи с этим энергия распределяется неравномерно и происходит неравномерный нагрев обрабатываемого материала, что приводит к браку.

Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является обеспечение равномерного нагрева листовых диэлектрических материалах.

Поставленная техническая задача решается тем, что в СВЧ устройстве для термообработки листовых диэлектрических материалов, содержащем, по меньшей мере, две состоящие из штырей, связок и пластин периодические замедляющие системы, соединенные с источником СВЧ энергии и защитным устройством для поглощения избыточной энергии, согласно предложенной полезной модели, периодические замедляющие системы расположены перпендикулярно направлению движения обрабатываемого диэлектрического материала, а относительно друг друга размещены во взаимно-противоположных направлениях распространения энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот, штыри каждой периодической замедляющей системы размещены в направлении распространения энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот неравномерно, при этом расстояние между штырями определяется из соотношения

где

L - расстояние между штырями (период замедляющей системы);

" - комплексная часть относительной диэлектрической проницаемости обрабатываемого материала;

k - волновое число свободного пространства:

- длина волны источника СВЧ энергии.

Дополнительные существенные отличия предложенной полезной модели состоят в том, что

- периодические замедляющие системы выполнены идентичными;

- каждая периодическая замедляющая система соединена с индивидуальным источником СВЧ энергии и индивидуальным защитным устройством для поглощения избыточной энергии с образованием соответствующей секции устройства.

Технический результат, достигаемый при осуществлении всей совокупности заявляемых существенных признаков, состоит в том, что путем изменения расстояния между штырями L(z) (параметра периода замедляющей системы), обеспечивается возможность преобразования экспоненциальной зависимости распределения температурного поля в обрабатываемом диэлектрическом материале в линейную зависимость, и при сложении двух линейных функций в СВЧ устройстве, состоящем из двух секций, расположенных упомянутым образом, получить постоянное распределение температурного поля в обрабатываемом диэлектрическом материале.

Сущность заявляемого технического решения поясняется рисунками, где

на фиг.1 представлен общий внешний вид устройства

на фиг.2 представлена конструкция устройства, где а) вид спереди, б) сбоку;

на фиг.3 представлены теоретические и экспериментальные характеристики распределения температурного поля в листовом материале для секций (графики 1 и 2) и суммарная для СВЧ устройства (график 3), при изменении расстояния между штырями (периода замедляющей системы);

на фиг.4 представлены теоретические и экспериментальные характеристики распределения температурного поля в листовом материале

для секции (графики 4 и 5) и суммарная для СВЧ устройства (график 6), при постоянном расстоянии между штырями.

СВЧ устройство для термообработки листовых диэлектрических материалов (фиг.1) включает, меньшей мере, две периодические замедляющие системы 1, каждая их которых соединена с индивидуальным источником 2 СВЧ энергии и индивидуальным защитным устройством 3 для поглощения избыточной энергии, например водяной нагрузкой, через коаксиальные переходы 4 и 5 соответственно, образуя соответствующую секцию. Периодические замедляющие системы расположены перпендикулярно направлению движения обрабатываемого диэлектрического материала 6, а относительно друг друга размещены во взаимно-противоположных направлениях распространения энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот. Периодические замедляющие системы выполнены идентичными.

Каждая периодическая замедляющая система 1 (фиг.2) состоит из штырей 7, элементов типа «связка» 8 и пластин 9. Пластины 9 имеют электрический контакт с каждым штырем 7. Штыри 7 размещены вдоль направления распространения энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот неравномерно. Расстояние между штырями {L) (период замедляющей системы) определяется из соотношения

где

L - расстояние между штырями (период замедляющей системы);

" - комплексная часть относительной диэлектрической проницаемости обрабатываемого материала;

k - волновое число свободного пространства:

- длина волны источника СВЧ энергии.

При этом условии распределение температурного поля в обрабатываемом материале в каждой секции СВЧ устройства, имеет линейный характер:

T(z) - распределение температурного поля в материале после прохождения им секции СВЧ нагрева;

Т нач (z) - начальное распределение температурного поля в материале (до поступления в СВЧ устройство);

Р вх - величина входной мощности источника СВЧ энергии;

а - ширина замедляющей системы;

d - толщина обрабатываемого материала;

с - теплоемкость материала;

- плотность материала;

- время нахождения материала в поле СВЧ.

Устройство работает следующим образом.

Влажный листовой диэлектрический материал 6 проходит в устройстве в направлении, перпендикулярном направлению распространения энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот.

В качестве примера обрабатываемого диэлектрического материала выбран стеклопластик (стеклянные нити 80% + эпоксидная смола 20%), используемый для стеклопластиковой арматуры, толщиной d равной 1 мм и шириной l равной 500 мм со следующими параметрами:

где - удельная плотность обрабатываемого материала;

" - комплексная часть относительной диэлектрической проницаемости материала (фактор потерь);

- ширина обрабатываемого материала;

d - толщина обрабатываемого материала.

Диэлектрический материал толщиной d и шириной (фиг 2) является однородным и обладает малой величиной теплопроводности, которой в расчетах можно пренебречь .

Расстояние между штырями 7 выбирается с учетом описанной выше зависимости от 12 мм до 14,5 мм при длине периодической замедляющей системы 500 мм. На фиг.3 представлены полученные в ходе проведения экспериментальных работ теоретические и экспериментальные характеристики распределения температурного поля в листовом материале для секций (графики 1 и 2) и суммарная для СВЧ устройства (график 3). На графике - фоном обозначена область экспериментальных значений при изменении расстояния между штырями (периода замедляющей системы) с L(0)=12 мм до L()=14,5 мм на длине, соответствующей ширине обрабатываемого материала =500 мм. Максимальное отклонение температуры в материале от номинального значения не превышает 3%.

Источник 1 СВЧ энергии создает электромагнитное СВЧ поле, под воздействием которого обрабатываемый листовой диэлектрический материал 6 нагревается до рабочих температур.

Изменение расстояния между штырями (периода замедляющей системы) по определенному закону в направлении распространения энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот приводит к линейной зависимости распределения температурного поля в материале в направлении распространения энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот, в то время как при постоянном периоде замедляющей системы, распределение температурного поля в материале подчиняется экспоненциальному закону. В

качестве иллюстрации на фиг.4. представлены полученные в ходе проведения экспериментальных работ аналогичные теоретические и экспериментальные характеристики распределения температурного поля для рассматриваемого материала при постоянном расстоянии между штырями (L=12 мм) (периоде замедляющей системы). На графике - фоном обозначена область экспериментальных значений.

После прохождения двух секций СВЧ нагрева заявляемого устройства, диэлектрический материал приобретает постоянное распределение температурного поля в силу справедливости принципа суперпозиции температурных полей в материале от каждой секции в отдельности

Применение предложенного устройства позволяет добиться высокой степени равномерности нагрева по объему и по площади при проведении процессов термообработки листовых диэлектрических материалов с различными электрофизическими параметрами, от которой в значительной мере зависят эксплуатационные характеристики получаемых изделий.

1. СВЧ устройство для термообработки листовых диэлектрических материалов, содержащее, по меньшей мере, две состоящие из штырей, связок и пластин периодические замедляющие системы, соединеных с источником СВЧ энергии и защитным устройством для поглощения избыточной энергии, отличающееся тем, что, периодические замедляющие системы расположены перпендикулярно направлению движения обрабатываемого диэлектрического материала, а относительно друг друга размещены во взаимно-противоположных направлениях распространения энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот, штыри каждой периодической замедляющей системы размещены в направлении распространения энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот неравномерно, при этом расстояние между штырями определяется из соотношения

,

где L - расстояние между штырями (период замедляющей системы);

" - комплексная часть относительной диэлектрической проницаемости обрабатываемого материала;

k - волновое число свободного пространства:

z - значение координаты на оси (z), соответствующей направлению распространения энергии электромагнитного поля СВЧ;

l - ширина обрабатываемого материала;

- длина волны источника СВЧ энергии.

2. СВЧ устройство для термообработки листовых диэлектрических материалов по п.1, отличающееся тем, что каждая периодическая замедляющая система соединена с индивидуальным источником СВЧ энергии и индивидуальным защитным устройством для поглощения избыточной энергии с образованием соответствующей секции устройства.

3. СВЧ устройство для термообработки листовых диэлектрических материалов по п.1, отличающееся тем, что периодические замедляющие системы выполнены идентичными.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике непрерывной обработки потока твердых, жидких или газообразных материалов мощным электромагнитным полем сверхвысоких частот (СВЧ) с целью их нагрева, сушки, обжига, разупрочнения, химического синтеза, полимеризации, вулканизации, стерилизации, пастеризации, размораживания и т.д
Наверх