EA021551B1 - Device for microwave heating of dielectric mediums - Google Patents
Device for microwave heating of dielectric mediums Download PDFInfo
- 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
Links
Landscapes
- Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)
Abstract
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)
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)
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 |
-
2010
- 2010-12-16 EA EA201100201A patent/EA021551B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
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 | |
US9963959B2 (en) | Hydrocarbon resource heating apparatus including upper and lower wellbore RF radiators and related methods | |
CA2810517C (en) | Apparatus and method for heating of hydrocarbon deposits by rf driven coaxial sleeve | |
US20120318498A1 (en) | Electromagnetic Heat Treatment Providing Enhanced Oil Recovery | |
US6307191B1 (en) | Microwave heating system for gas hydrate removal or inhibition in a hydrocarbon pipeline | |
US20140290934A1 (en) | Radio frequency heat applicator for increased heavy oil recovery | |
WO2012067768A2 (en) | Twinaxial linear induction antenna array for increased heavy oil recovery | |
CA2816101A1 (en) | Triaxial linear induction antenna array for increased heavy oil recovery | |
KR101109663B1 (en) | The apparatus and method of reinforcing a groove | |
WO2014066147A2 (en) | System including tunable choke for hydrocarbon resource heating and associated methods | |
KR20180050726A (en) | Long distance transmission of marine power | |
CN106796304B (en) | Subsurface sensing using guided surface wave modes with lossy media | |
CN103787617A (en) | Electromagnetic wave absorption fiber asphalt mixture for asphalt pavement and preparation method of electromagnetic wave absorption fiber asphalt mixture | |
US8960291B2 (en) | Method for forming a hydrocarbon resource RF radiator | |
EA021551B1 (en) | Device for microwave heating of dielectric mediums | |
RU143087U1 (en) | ROAD HEATING DEVICE | |
RU2520583C1 (en) | System for preventing formation of ice growths on roofs | |
CA2451505A1 (en) | Electrothermic membrane with metal core | |
Bientinesi et al. | A new technique for heavy oil recovery based on electromagnetic heating: pilot scale experimental validation | |
Zinnatullin et al. | Study of the dielectric properties of water-oil-saturated rocks and their heating in an electromagnetic field | |
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 | |
EA015523B1 (en) | Device for microwave heating of liquid dielectric mediums | |
CN118300014A (en) | Deicing method based on remote microwave heating |
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 |