EA021551B1 - Device for microwave heating of dielectric mediums - Google Patents

Device for microwave heating of dielectric mediums Download PDF

Info

Publication number
EA021551B1
EA021551B1 EA201100201A EA201100201A EA021551B1 EA 021551 B1 EA021551 B1 EA 021551B1 EA 201100201 A EA201100201 A EA 201100201A EA 201100201 A EA201100201 A EA 201100201A EA 021551 B1 EA021551 B1 EA 021551B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
waveguide
microwave
cable
heating
radiator
Prior art date
Application number
EA201100201A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201100201A1 (en
Inventor
Агит Аминович Тынчеров
Борис Сергеевич Суриков
Юрий Павлович Большаков
Арсений Агитович Тынчеров
Андрей Николаевич Распутин
Андрей Ярославович Цуневский
Original Assignee
Агит Аминович Тынчеров
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Агит Аминович Тынчеров filed Critical Агит Аминович Тынчеров
Priority to EA201100201A priority Critical patent/EA021551B1/en
Publication of EA201100201A1 publication Critical patent/EA201100201A1/en
Publication of EA021551B1 publication Critical patent/EA021551B1/en

Links

Landscapes

  • Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)

Abstract

The invention relates to microwave technology and can be used for heating different dielectric mediums, including ones for heating solidified oil products, in producing viscous oils and natural bitumens in places of extraction thereof, and also for non-mechanical removing icicles from roofs and repair of bitomen-containing moisture-proof coverings of buildings. A device comprises a magnetrone microwave oscillator, a transmitting line matched thereto and a radiator at its end, the transmitting line is made as a coaxial cable, the cable inlet is connected to a coaxial transfer, the inner conductor of which is connected to the microwave oscillator exciter, and the outer conductor to the oscillator body, the radiator is made as a stretch of rectangular metal waveguide, one end of which is cut at an angle to a wide wall and is closed by a dielectric plate fastened at the end providing sealing, the other end is closed by a metal plate perpendicular to the waveguide axis, wherein a hole is made in the waveguide wide wall, in the center of the hole the exciter is fixed at the coaxial cable end, the outer cable armature is connected to the waveguide. The device provides microwave heating of different dielectric mediums and enhancing effectiveness of action by an operative movement of the radiator over the surface of the medium being treated.

Description

Изобретение относится к СВЧ технике и может быть использовано для нагрева различных диэлектрических сред, в том числе при разогреве застывших нефтепродуктов, при добыче вязких нефтей и природных битумов в местах их залегания, а также при немеханическом удалении сосулек с крыш домов и ремонте битумосодержащих гидроизоляционных покрытий зданий.The invention relates to microwave equipment and can be used for heating various dielectric media, including when heating frozen petroleum products, during the production of viscous oils and natural bitumen in places of their occurrence, as well as during non-mechanical removal of icicles from roofs of houses and repair of bitumen-containing waterproofing coatings of buildings .

Известны устройства для СВЧ нагрева диэлектрических сред, в которых электромагнитная энергия от СВЧ генератора через линию передачи и излучатель направляется на поверхность обрабатываемой среды -асфальтобитумного дорожного покрытия (патент РФ № 2039145, 1993 г.), жидкости (патент РФ № 2087083, 1997 г.), нефтепродуктов в резервуаре (патент РФ № 2224387, 2004 г.). Недостатком этих устройств является фиксированное расположение излучателя относительно поверхности среды, не позволяющее при необходимости изменять режим или зону СВЧ воздействия.Known devices for microwave heating of dielectric media in which electromagnetic energy from a microwave generator through a transmission line and the emitter is directed to the surface of the processed medium asphalt pavement (RF patent No. 2039145, 1993), liquids (RF patent No. 2087083, 1997 ), petroleum products in the tank (RF patent No. 2224387, 2004). The disadvantage of these devices is the fixed location of the emitter relative to the surface of the medium, not allowing, if necessary, to change the mode or zone of microwave exposure.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является Устройство для нагрева загустевших и застывших нефтепродуктов в железнодорожных цистернах по патенту РФ № 2224387, 2004 г. Оно содержит магнетронный СВЧ генератор, соединенную с ним жесткую волноводную линию передачи и рупорный излучатель, расположенный над поверхностью нефтесодержащей среды в фиксированном положении. Недостатком прототипа является снижение скорости нагрева при уменьшении уровня нефтепродуктов в цистерне, поскольку плотность потока СВЧ мощности у поверхности падает из-за роста расстояния от излучателя.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed device is a device for heating thickened and solidified oil products in railway tanks according to the patent of the Russian Federation No. 2224387, 2004. It contains a magnetron microwave generator connected to it by a rigid waveguide transmission line and a horn emitter located above the surface of the oily medium in a fixed position. The disadvantage of the prototype is a decrease in the heating rate with a decrease in the level of oil products in the tank, since the microwave power flux density at the surface decreases due to an increase in the distance from the emitter.

Технической задачей, решаемой в настоящем изобретении, является повышение эффективности работы устройства путем оперативной регулировки положения излучателя относительно поверхности диэлектрической среды, а также расширение функциональных возможностей устройства.The technical problem solved in the present invention is to increase the efficiency of the device by quickly adjusting the position of the emitter relative to the surface of the dielectric medium, as well as expanding the functionality of the device.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве, содержащем магнетронный СВЧ генератор, согласованную с ним передающую линию и излучатель на ее конце, передающая линия выполнена в виде коаксиального кабеля, начало кабеля соединено с коаксиальным переходом, внутренний проводник которого соединен с возбуждающим штырем СВЧ генератора, а наружный - с корпусом генератора, излучатель выполнен в виде отрезка прямоугольного металлического волновода, один торец которого срезан под углом к широкой стенке и закрыт диэлектрической пластиной, закрепленной на торце с обеспечением герметичности, другой торец закрыт металлической пластиной, перпендикулярной к оси волновода, при этом в широкой стенке волновода выполнено отверстие, в центре которого закреплен возбуждающий штырь на конце коаксиального кабеля, а наружная оплетка кабеля соединена с волноводом.The problem is solved in that in the known device containing a magnetron microwave generator, a transmission line matched with it and a radiator at its end, the transmission line is made in the form of a coaxial cable, the beginning of the cable is connected to a coaxial junction, the inner conductor of which is connected to the exciting pin of the microwave generator and the outer one with the generator housing, the emitter is made in the form of a segment of a rectangular metal waveguide, one end of which is cut at an angle to a wide wall and closed by a dielectric plate with astin, fixed at the end to ensure tightness, the other end is closed by a metal plate perpendicular to the axis of the waveguide, while a hole is made in the wide wall of the waveguide, in the center of which there is an exciting pin at the end of the coaxial cable, and the outer braid of the cable is connected to the waveguide.

Гибкий коаксиальный кабель с излучателем на конце обеспечивает более эффективный нагрев среды путем оперативного перемещения излучателя по ее поверхности, а радиопрозрачная диэлектрическая пластина, герметически закрепленная на срезанном торце, позволяет работать в жидкой среде, что является преимуществом заявляемого устройства по сравнению с прототипом.A flexible coaxial cable with an emitter at the end provides more efficient heating of the medium by quickly moving the emitter along its surface, and a radiolucent dielectric plate hermetically mounted on the cut end allows it to work in a liquid medium, which is an advantage of the claimed device compared to the prototype.

На фиг. 1 приведена схема устройства, на фиг. 2 - его расположение при нагреве застывших нефтепродуктов в цистерне, на фиг. 3 и 4 - варианты расположения устройства при СВЧ воздействии на сосульки, свисающие с крыши, на фиг. 5 - расположение устройства на битумосодержащей кровле при ее ремонте с помощью СВЧ нагрева.In FIG. 1 shows a diagram of the device, in FIG. 2 - its location during the heating of solidified petroleum products in the tank, in FIG. 3 and 4 are variants of the arrangement of the device under microwave exposure to icicles hanging from the roof, in FIG. 5 - the location of the device on a bitumen-containing roof during its repair using microwave heating.

Устройство (фиг. 1) содержит магнетронный СВЧ генератор 1 с возбуждающим штырем 2, который соединен с внутренним проводником коаксиального перехода 3, служащим для согласования генератора с коаксиальным кабелем 4. Фланец 5 коаксиального перехода установлен на корпусе генератора. Для удобства эксплуатации устройства, при замене генератора или кабеля, служит коаксиальный разъем 6, закрепленный на конце коаксиального перехода, при этом его внутренний проводник 7 соединен с внутренним проводником коаксиального разъема. На конце кабеля закреплен излучатель 8, который выполнен в виде отрезка прямоугольного металлического волновода 9, один торец которого 10 срезан под углом к широкой стенке 11 и закрыт диэлектрической пластиной 12, закрепленной на торце с обеспечением герметичности, другой торец закрыт металлической пластиной 13, перпендикулярной к оси волновода, при этом в широкой стенке волновода выполнено отверстие 14, в центре которого закреплен возбуждающий штырь 15 на конце коаксиального кабеля, а его наружная оплетка соединена с волноводом.The device (Fig. 1) contains a magnetron microwave generator 1 with an exciting pin 2, which is connected to the inner conductor of the coaxial junction 3, which serves to coordinate the generator with coaxial cable 4. The flange 5 of the coaxial junction is mounted on the generator body. For the convenience of operation of the device, when replacing the generator or cable, there is a coaxial connector 6 mounted on the end of the coaxial transition, while its inner conductor 7 is connected to the inner conductor of the coaxial connector. A radiator 8 is fixed at the end of the cable, which is made in the form of a segment of a rectangular metal waveguide 9, one end of which 10 is cut at an angle to the wide wall 11 and is closed by a dielectric plate 12 fixed to the end to ensure tightness, the other end is closed by a metal plate 13 perpendicular to axis of the waveguide, while a hole 14 is made in the wide wall of the waveguide, in the center of which a driving pin 15 is fixed at the end of the coaxial cable, and its outer braid is connected to the waveguide.

Торец волновода, срезанный под углом к широкой стенке, прилегающий к границе среды и закрытый радиопрозрачной диэлектрической пластиной, обеспечивает максимальное прохождение электромагнитной волны из волновода в диэлектрическую среду. Это связано с тем, что при таком срезе торца вектор электрического поля находится в плоскости падения волны. Известно, что при такой поляризации существует угол падения волны φ, отсчитываемый от нормали к поверхности - т.н. угол Брюстера, (см., например, Ю.В. Пименов, В.И. Вольман, А.Д. Муравцев. Техническая электродинамика. М., Радио и связь, 2000 г., с. 197), при котором коэффициент отражения достигает минимума, и почти вся энергия переходит в среду. Для этого необходимо выполнение условияThe end of the waveguide, cut at an angle to a wide wall, adjacent to the boundary of the medium and covered by a radiolucent dielectric plate, provides the maximum passage of the electromagnetic wave from the waveguide into the dielectric medium. This is due to the fact that with such a cut of the end face, the electric field vector is in the plane of incidence of the wave. It is known that with such polarization there is a wave angle φ, measured from the normal to the surface - the so-called Brewster angle, (see, for example, Yu.V. Pimenov, V.I. Volman, A.D. Muravtsev. Technical electrodynamics. M., Radio and communications, 2000, p. 197), at which the reflection coefficient reaches a minimum, and almost all of the energy goes into the medium. To do this, the condition

где ε - диэлектрическая проницаемость среды. Тем самым, в зависимости от параметров среды, угол между срезанным торцем волновода и его широкой стенкой должен составлять величину [π/2 - агесеТё ](в радианной мере).where ε is the dielectric constant of the medium. Thus, depending on the parameters of the medium, the angle between the cut-off end of the waveguide and its wide wall should be [π / 2 - ageesto] (in radian measure).

- 1 021551- 1 021551

Для нефтесодержащих пород значения ε лежат в интервале 2-4 (см., например, Ю.В. Ревизский, В.П. Дыбленко. Исследование и обоснование механизма нефтеотдачи пластов с применением физических методов, гл. 4. М, Недра-бизнесцентр, 2002 г.). Пресный лед имеет ε=3 (см., например, Р. Кинг, Г. Смит. Антенны в материальных средах. М., Мир, 1984 г., т.1, с.201). Таким образом, угол между срезанным торцем волновода и его широкой стенкой должен лежать в пределах 25-35 град.For oil-bearing rocks, the values of ε lie in the range of 2-4 (see, for example, Yu.V. Revizsky, VP Dyblenko. Investigation and justification of the oil recovery mechanism using physical methods, Chapter 4. M, Nedra-business center, 2002). Fresh ice has ε = 3 (see, for example, R. King, G. Smith. Antennas in material media. M., Mir, 1984, v. 1, p.201). Thus, the angle between the cut end of the waveguide and its wide wall should lie within 25-35 degrees.

Расположение устройства для СВЧ нагрева среды зависит от ее характера. Например, для застывших нефтепродуктов 16 в резервуаре 17 (фиг. 2) гибкий коаксиальный кабель 4 с излучателем 8 на конце с помощью кронштейна 18 может перемещаться по всей поверхности среды. Для удобства эксплуатации на излучателе установлен коаксиальный разъем 19. При разжижении среды излучатель благодаря герметичной радиопрозрачной пластине 12 может погружаться в среду на некоторую глубину, повышая скорость ее нагрева.The location of the device for microwave heating of the medium depends on its nature. For example, for the frozen petroleum products 16 in the reservoir 17 (Fig. 2), a flexible coaxial cable 4 with the emitter 8 at the end with the help of the bracket 18 can move over the entire surface of the medium. For ease of operation, a coaxial connector 19 is installed on the emitter. When the medium is diluted, the emitter can be immersed in the medium to a certain depth due to the sealed radiolucent plate 12, increasing its heating rate.

Гибкий коаксиальный кабель с излучателем на конце позволяет расширить возможности устройства по СВЧ нагреву различных сред. Например, заявляемое устройство может быть использовано для немеханического разрушения сосулек, свисающих с крыш зданий. Известно, что СВЧ воздействие вызывает быстрое таяние льда. Например, при плотности потока СВЧ мощности 80 кВт/кв.м воздействие в течение 10 мин приводит к таянию льда толщиной 15 см (см. Сверхвысокочастотный нагрев асфальто-бетонных покрытий в журнале «Наука и техника в дорожной отрасли», М, изд-во Дороги, 1997 г., №2, с. 28-29).A flexible coaxial cable with a radiator at the end allows you to expand the device's capabilities for microwave heating of various environments. For example, the inventive device can be used for non-mechanical destruction of icicles hanging from the roofs of buildings. Microwave exposure is known to cause rapid ice melting. For example, at a microwave flux density of 80 kW / m2, exposure for 10 minutes leads to the melting of ice with a thickness of 15 cm (see Microwave heating of asphalt concrete pavements in the journal Science and Technology in the Road Industry, M, publishing house Roads, 1997, No. 2, pp. 28-29).

На фиг. 3 и 4 представлены варианты размещения устройства для СВЧ воздействия на сосульку 20, свисающую с края крыши 21. Излучатель 8 с помощью кронштейна 18 устанавливается вплотную к сосульке, причем установка может производиться как с земли или специального транспортного средства (фиг. 3), так и с крыши здания (фиг. 4). При включении СВЧ генератора благодаря направленному излучению электромагнитных волн, их поглощению в ледяном диэлектрике и преобразованию в тепло происходит подтаивание и обрушение сосульки.In FIG. Figures 3 and 4 show the arrangement of the device for microwave exposure to the icicle 20 hanging from the edge of the roof 21. The emitter 8 is mounted close to the icicle using the bracket 18, and the installation can be made both from the ground or from a special vehicle (Fig. 3), and from the roof of the building (Fig. 4). When the microwave generator is turned on, due to the directed radiation of electromagnetic waves, their absorption in an ice dielectric and conversion to heat, the icing melts and collapses.

При ремонте битумосодержащих гидроизоляционных покрытий зданий (фиг. 5) с помощью заявляемого устройства излучатель 8 с помощью кронштейна 18 перемещается по поверхности покрытия 22, нанесенного на бетонную панель 23. При включении генератора 1 происходит нагрев панели и размягчение покрытия с устранением раковин, трещин и испарением влаги.When repairing bitumen-containing waterproofing coatings of buildings (Fig. 5) using the inventive device, the emitter 8 using the bracket 18 moves along the surface of the coating 22 deposited on the concrete panel 23. When the generator 1 is turned on, the panel heats up and the coating softens to eliminate shells, cracks and evaporation moisture.

Таким образом, заявляемое устройство имеет широкий диапазон функциональных возможностей, обеспечивающих эффективный СВЧ нагрев различных диэлектрических сред.Thus, the inventive device has a wide range of functionality that provides effective microwave heating of various dielectric media.

Claims (1)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM Устройство для СВЧ нагрева диэлектрических сред, содержащее магнетронный СВЧ генератор, согласованную с ним линию передачи и излучатель на ее конце, отличающееся тем, что линия передачи выполнена в виде коаксиального кабеля, начало кабеля соединено с коаксиальным переходом, внутренний проводник которого соединен с возбуждающим штырем СВЧ генератора, а наружный - с корпусом генератора, излучатель выполнен в виде отрезка прямоугольного металлического волновода, один торец которого срезан под углом к широкой стенке и закрыт диэлектрической пластиной, закрепленной на торце с обеспечением герметичности, другой торец закрыт металлической пластиной, перпендикулярной к оси волновода, при этом в широкой стенке волновода выполнено отверстие, в центре которого закреплен возбуждающий штырь на конце коаксиального кабеля, а наружная оплетка кабеля соединена с волноводом.A device for microwave heating of dielectric media, containing a magnetron microwave generator, a transmission line matched to it and an emitter at its end, characterized in that the transmission line is made in the form of a coaxial cable, the beginning of the cable is connected to a coaxial junction, the inner conductor of which is connected to the microwave excitation pin generator, and the outer one with the generator housing, the emitter is made in the form of a segment of a rectangular metal waveguide, one end of which is cut at an angle to a wide wall and closed by a dielectric the other plate is closed with a metal plate perpendicular to the axis of the waveguide, while a hole is made in the wide wall of the waveguide, in the center of which there is an exciting pin at the end of the coaxial cable, and the outer braid of the cable is connected to the waveguide.
EA201100201A 2010-12-16 2010-12-16 Device for microwave heating of dielectric mediums EA021551B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201100201A EA021551B1 (en) 2010-12-16 2010-12-16 Device for microwave heating of dielectric mediums

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201100201A EA021551B1 (en) 2010-12-16 2010-12-16 Device for microwave heating of dielectric mediums

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201100201A1 EA201100201A1 (en) 2012-06-29
EA021551B1 true EA021551B1 (en) 2015-07-30

Family

ID=46614777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201100201A EA021551B1 (en) 2010-12-16 2010-12-16 Device for microwave heating of dielectric mediums

Country Status (1)

Country Link
EA (1) EA021551B1 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2103211C1 (en) * 1996-05-29 1998-01-27 Васильев Эрнст Георгиевич Method of and device for warming up thickened products in reservoir
RU2150182C1 (en) * 1998-07-18 2000-05-27 Волков Леонид Григорьевич Device for irradiating object
RU2224387C2 (en) * 2001-11-14 2004-02-20 Афанасьев Владимир Михайлович Device for heating inspissated and solidified oil products in tank cars
DE20318385U1 (en) * 2003-11-27 2004-04-08 Weiss, Matthias Device for heating of diesel fuel and diesel-like fuel oil with water constituents has section for heating having preferably square pipe cross section in order to increase action of microwave packet on liquid
US20060144091A1 (en) * 2003-08-29 2006-07-06 Nippon Sheet Glass Company, Limited Glass melting apparatus and glass melting method
CN2913594Y (en) * 2006-05-11 2007-06-20 龚智勇 Microwave heating wax-proof device for oil well
CN101709636A (en) * 2009-10-27 2010-05-19 新疆敦华石油技术有限公司 Microwave heating system for lowering viscosity of produced liquid in oil well
WO2010107726A2 (en) * 2009-03-16 2010-09-23 Saudi Arabian Oil Company Recovering heavy oil through the use of microwave heating in horizontal wells

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2103211C1 (en) * 1996-05-29 1998-01-27 Васильев Эрнст Георгиевич Method of and device for warming up thickened products in reservoir
RU2150182C1 (en) * 1998-07-18 2000-05-27 Волков Леонид Григорьевич Device for irradiating object
RU2224387C2 (en) * 2001-11-14 2004-02-20 Афанасьев Владимир Михайлович Device for heating inspissated and solidified oil products in tank cars
US20060144091A1 (en) * 2003-08-29 2006-07-06 Nippon Sheet Glass Company, Limited Glass melting apparatus and glass melting method
DE20318385U1 (en) * 2003-11-27 2004-04-08 Weiss, Matthias Device for heating of diesel fuel and diesel-like fuel oil with water constituents has section for heating having preferably square pipe cross section in order to increase action of microwave packet on liquid
CN2913594Y (en) * 2006-05-11 2007-06-20 龚智勇 Microwave heating wax-proof device for oil well
WO2010107726A2 (en) * 2009-03-16 2010-09-23 Saudi Arabian Oil Company Recovering heavy oil through the use of microwave heating in horizontal wells
CN101709636A (en) * 2009-10-27 2010-05-19 新疆敦华石油技术有限公司 Microwave heating system for lowering viscosity of produced liquid in oil well

Also Published As

Publication number Publication date
EA201100201A1 (en) 2012-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8763692B2 (en) Parallel fed well antenna array for increased heavy oil recovery
CA2838439C (en) Electromagnetic heat treatment providing enhanced oil recovery
US8772683B2 (en) Apparatus and method for heating of hydrocarbon deposits by RF driven coaxial sleeve
US9963959B2 (en) Hydrocarbon resource heating apparatus including upper and lower wellbore RF radiators and related methods
CA2816101C (en) Triaxial linear induction antenna array for increased heavy oil recovery
AU2011329406B2 (en) Twinaxial linear induction antenna array for increased heavy oil recovery
US20140290934A1 (en) Radio frequency heat applicator for increased heavy oil recovery
KR101109663B1 (en) The apparatus and method of reinforcing a groove
WO2001050819A1 (en) Microwave heating system for gas hydrate removal or inhibition in a hydrocarbon pipeline
WO2014066147A2 (en) System including tunable choke for hydrocarbon resource heating and associated methods
CN106796304B (en) Subsurface sensing using guided surface wave modes with lossy media
KR20180050726A (en) Long distance transmission of marine power
CA2895595A1 (en) System for extraction of hydrocarbons underground
WO2013142543A2 (en) Method for forming a hydrobarbon resource rf radiator
EA021551B1 (en) Device for microwave heating of dielectric mediums
CA1044331A (en) Microwave thawing of frozen materials and applicators therefor
Hao et al. Enhanced detection of buried assets
RU143087U1 (en) ROAD HEATING DEVICE
RU2520583C1 (en) System for preventing formation of ice growths on roofs
CA2451505A1 (en) Electrothermic membrane with metal core
Zinnatullin et al. Study of the dielectric properties of water-oil-saturated rocks and their heating in an electromagnetic field
RU2783131C1 (en) Method for processing and restoring the working properties of joints of rigid airfield and road surfaces
RU2783131C9 (en) Method for processing and restoring the working properties of joints of rigid airfield and road surfaces
US11991810B2 (en) Multilateral open transmission lines for electromagnetic heating and method of use
Kovaleva et al. Experimental studies in heating oil-saturated rock with high-frequency electromagnetic field

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU