RU134726U1

RU134726U1 - DEVICE FOR CONTINUOUS MICROWAVE PROCESSING OF BULK AGRICULTURAL MATERIALS

Info

Publication number: RU134726U1
Application number: RU2013107522/07U
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Пахомов; Виктор Иванович Пахомов; Владимир Андреевич Максименко
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2013-11-20

Abstract

Устройство для непрерывной обработки материалов электромагнитным полем сверхвысоких частот, содержащее камеру нагрева, в качестве которой использован вертикальный трубопровод, выполненный в виде волновода для поля рабочей частоты, СВЧ-генераторы, соединительные волноводы, расположенные на двух противоположных стенках камеры нагрева и подключенные к ней под острым углом, отличающееся тем, что в качестве камеры нагрева использован вертикальный волновод квадратного сечения с размером стороны, равным длинной стенке соединительного волновода, при этом соединительные волноводы расположены на четырех стенках камеры попарно-оппозитно так, что каждая пара образована двумя волноводами, находящимися напротив друг друга на противоположных стенках камеры, причем их излучатели включены электрически противофазно, а каждая следующая пара смещена по высоте камеры на расстояние Н=1,5…2λ, где λ - длина волны СВЧ-излучения, и расположена на двух других стенках камеры, смежных по отношению к первой.A device for continuous processing of materials by an electromagnetic field of microwave frequencies, containing a heating chamber, which is used as a vertical pipe made in the form of a waveguide for the field of the operating frequency, microwave generators, connecting waveguides located on two opposite walls of the heating chamber and connected to it under sharp angle, characterized in that a vertical waveguide of square section with a side size equal to the long wall of the connecting wave is used as a heating chamber novoda, while the connecting waveguides are located on the four walls of the chamber in pairs and opposite so that each pair is formed by two waveguides that are opposite each other on opposite walls of the chamber, and their emitters are switched on electrically out of phase, and each next pair is displaced along the height of the chamber by a distance H = 1.5 ... 2λ, where λ is the wavelength of the microwave radiation, and is located on two other walls of the chamber adjacent to the first.

Description

Полезная модель относится к технике обработки зерна и других сыпучих сельскохозяйственных материалов мощным электромагнитным полем сверхвысокой частоты (СВЧ) в непрерывном потоке и может использоваться на предприятиях по производству и переработке зерна, в элеваторной и хлебопекарной промышленности с целью обеззараживания и сушки зерна и семян сельскохозяйственных растений.The utility model relates to the technique of processing grain and other bulk agricultural materials with a powerful electromagnetic field of ultrahigh frequency (microwave) in a continuous stream and can be used in enterprises for the production and processing of grain, in the elevator and baking industries for the purpose of disinfecting and drying grain and seeds of agricultural plants.

Известно устройство для непрерывной СВЧ-сушки сыпучих материалов, содержащее трубопровод для подачи материала, необходимое число СВЧ-генераторов, соединенных с трубопроводом подводящими прямоугольными волноводами, а также поглощающие нагрузки в волноводах, необходимые для уменьшения рассогласования трактов при изменении скорости подачи материала или его диэлектрических свойств, например, вследствие увлажнения [1]. Основной недостаток этого устройства состоит в значительной неравномерности создаваемого волной Н₁₁ поля в радиальном направлении волновода, когда напряженность поля максимальна в центре его круглого сечения и быстро спадает к краям. Как следствие, чтобы получить равномерный прогрев обрабатываемого материала, необходимо выбирать диаметр камеры нагрева значительно меньше диаметра круглого волновода, а это неизбежно снижает производительность устройства. И, наоборот, для обеспечения высокой производительности следует увеличивать диаметр камеры нагрева, но тогда ухудшается равномерность обработки материала в поперечном сечении.A device is known for continuous microwave drying of bulk materials, containing a pipeline for supplying material, the required number of microwave generators connected to the pipeline by supplying rectangular waveguides, and absorbing loads in the waveguides, necessary to reduce path mismatch when changing the feed rate of the material or its dielectric properties , for example, due to moisture [1]. The main disadvantage of this device is the significant non-uniformity of the field created by the H ₁₁ wave in the radial direction of the waveguide, when the field strength is maximum in the center of its circular cross section and quickly decreases to the edges. As a result, in order to obtain uniform heating of the processed material, it is necessary to choose the diameter of the heating chamber much smaller than the diameter of the circular waveguide, and this inevitably reduces the performance of the device. Conversely, to ensure high productivity, the diameter of the heating chamber should be increased, but then the uniformity of the processing of the material in the cross section worsens.

Известно устройство [2], содержащее трубопровод для подачи материала, проходящий через центр широкой стенки подводящего волновода. Недостатком данного устройства является ограниченная зона прогрева материала вследствие того, в частности, что диаметр трубопровода не может превышать четверти размера широкой стенки волновода, равной примерно половине длины волны, а длина участка СВЧ-воздействия на материал равна размеру узкой стенки волновода, меньшему половины длины волны (55 мм на стандартной частоте 2,45 ГГц). По этой причине устройство имеет низкую производительность, повысить которую без ухудшения равномерности обработки не представляется возможным.A device [2] is known, containing a pipeline for supplying material passing through the center of the wide wall of the supply waveguide. The disadvantage of this device is the limited heating zone of the material due to, in particular, that the diameter of the pipeline cannot exceed a quarter of the size of the wide wall of the waveguide, equal to about half the wavelength, and the length of the section of microwave exposure to the material is equal to the size of the narrow wall of the waveguide, less than half the wavelength (55 mm at a standard frequency of 2.45 GHz). For this reason, the device has low productivity, which is not possible to increase without compromising the uniformity of processing.

Неравномерность СВЧ-нагрева имеет особое значение при обработке сельскохозяйственных материалов, относящихся к биообъектам. Так, если температура по центру камеры превысит некоторое допустимое значение, будут утрачены или значительно ухудшены посевные качества семян, а недостаточный нагрев вблизи стенок камеры не позволяет добиться требуемой степени обеззараживания.The unevenness of microwave heating is of particular importance in the processing of agricultural materials related to biological objects. So, if the temperature in the center of the chamber exceeds a certain acceptable value, the sowing qualities of the seeds will be lost or significantly worsened, and insufficient heating near the walls of the chamber does not allow achieving the required degree of disinfection.

Известна установка для СВЧ-обработки диэлектрических материалов, содержащая СВЧ-генератор, камеру с размещенными в ней блоком загрузки, выгрузки и транспортером, вентиляторы, волноводы, выходы которых введены в камеру, а входы соединены с СВЧ-генераторами, балластные поглотители, расположенные на внутренней поверхности стенок камеры напротив выходных раскрывов излучателей [3]. К недостаткам этого устройства относится сложность конструктивного решения и низкая надежность вследствие необходимости применения в рабочей камере механизма перемещения материала. Выполняющий эти функции вибрационно-лотковый или ленточный транспортер, находясь в зоне интенсивного СВЧ-облучения, должен быть полностью выполнен из радиопрозрачных материалов, свойства которых вступают в противоречие с требованиями механической прочности и долговечности узлов, работающих при динамических нагрузках. В результате снижается надежность установки, усложняется ее конструктивное исполнение.A known installation for microwave processing of dielectric materials, comprising a microwave generator, a chamber with a loading, unloading unit and a conveyor located in it, fans, waveguides, the outputs of which are introduced into the chamber, and the inputs are connected to microwave generators, ballast absorbers located on the inside the surface of the walls of the chamber opposite the output openings of the emitters [3]. The disadvantages of this device include the complexity of the design solution and low reliability due to the need to use a material transfer mechanism in the working chamber. The vibration-chute or belt conveyor that performs these functions, being in the zone of intense microwave irradiation, should be completely made of radiolucent materials, the properties of which conflict with the requirements of mechanical strength and durability of nodes operating under dynamic loads. As a result, the reliability of the installation decreases, and its design is complicated.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению является устройство для непрерывной обработки материалов электромагнитным полем сверхвысоких частот, содержащее камеру нагрева, в качестве которой использован вертикальный трубопровод, выполненный в виде волновода для поля рабочей частоты, СВЧ-генераторы, соединительные волноводы, расположенные на двух противоположных стенках камеры нагрева и подключенные к ней под острым углом [4]. Устройство имеет простую конструкцию, при этом подключение подводящих волноводов к трубопроводу, служащему одновременно многомодовым волноводом, под острым углом к его оси уменьшает рассогласование СВЧ-трактов при изменении скорости подачи или диэлектрических свойств материала.The closest analogue to the proposed technical solution is a device for continuous processing of materials by an electromagnetic field of microwave frequencies, containing a heating chamber, which is used as a vertical pipe made in the form of a waveguide for the working frequency field, microwave generators, connecting waveguides located on two opposite walls heating chambers and connected to it at an acute angle [4]. The device has a simple design, while connecting the supply waveguides to the pipeline, which simultaneously serves as a multimode waveguide, at an acute angle to its axis reduces the mismatch of the microwave paths when changing the feed rate or dielectric properties of the material.

К недостаткам этого устройства, принятого за прототип, относятся снижение КПД за счет взаимного влияния СВЧ-излучателей, работающих на общую камеру нагрева. Между одновременно включенными излучателями неизбежно устанавливается паразитная связь, когда каждый из них в той или иной мере воздействует на другие через общую камеру и радиопрозрачные отверстия волноводов, вызывая дополнительный нагрев электровакуумных приборов, а значит, снижение КПД и надежности устройства в целом. Наклон волноводов по отношению к оси рабочей камеры, улучшая согласование отдельного излучателя, не исключает их взаимного влияния.The disadvantages of this device, taken as a prototype, include a decrease in efficiency due to the mutual influence of microwave emitters operating on a common heating chamber. Between simultaneously switched-on emitters, a parasitic connection is inevitably established when each of them, to one degree or another, affects the others through a common camera and radio-transparent openings of the waveguides, causing additional heating of electrovacuum devices, which means a decrease in the efficiency and reliability of the device as a whole. The inclination of the waveguides with respect to the axis of the working chamber, improving the matching of an individual emitter, does not exclude their mutual influence.

Недостатком прототипа, кроме того, является невысокая равномерность обработки материала в поперечном сечении, что обусловлено двухсторонней подачей СВЧ-энергии. При этом наибольшая напряженность поля будет создаваться в направлении излучения подводящих волноводов, т.е. с двух сторон потока материала. С двух других сторон воздействие возможно только отраженной энергией, а значит, с меньшей интенсивностью.The disadvantage of the prototype, in addition, is the low uniformity of the processing of the material in the cross section, which is due to the bilateral supply of microwave energy. In this case, the greatest field strength will be created in the direction of radiation of the input waveguides, i.e. on both sides of the material flow. On the other two sides, the impact is possible only with reflected energy, and therefore with less intensity.

Задачей полезной модели является повышение энергетического КПД и надежности устройства, улучшение равномерности обработки с его помощью сельскохозяйственных материалов.The objective of the utility model is to increase energy efficiency and reliability of the device, to improve the uniformity of processing of agricultural materials with its help.

Для решения поставленной задачи в известном устройстве для непрерывной обработки материалов электромагнитным полем сверхвысоких частот, содержащем камеру нагрева, в качестве которой использован вертикальный трубопровод, выполненный в виде волновода для поля рабочей частоты, СВЧ-генераторы, соединительные волноводы, расположенные на двух противоположных стенках камеры нагрева и подключенные к ней под острым углом, в качестве камеры нагрева использован вертикальный волновод квадратного сечения с размером стороны, равным длинной стенке соединительного волновода, при этом соединительные волноводы расположены на четырех стенках камеры попарно-оппозитно так, что каждая пара образована двумя волноводами, находящимися друг против друга на противоположных стенках камеры, причем их излучатели включены электрически противофазно, а каждая следующая пара смещена по высоте камеры на расстояние Н=1,5…2λ, где λ - длина волны СВЧ-излучения, и расположена на двух других стенках камеры, смежных по отношению к первой.To solve the problem in a known device for continuous processing of materials by an electromagnetic field of microwave frequencies, containing a heating chamber, which is used as a vertical pipe made in the form of a waveguide for the working frequency field, microwave generators, connecting waveguides located on two opposite walls of the heating chamber and connected to it at an acute angle, a vertical square waveguide with a side size equal to the length of the walls was used as a heating chamber a connecting waveguide, while the connecting waveguides are located on the four walls of the chamber in pairs and opposite so that each pair is formed by two waveguides that are opposed to each other on the opposite walls of the chamber, their emitters being switched on electrically out of phase, and each next pair is shifted along the height of the chamber by the distance H = 1.5 ... 2λ, where λ is the wavelength of the microwave radiation, and is located on two other walls of the chamber adjacent to the first.

Полезная модель поясняется следующими чертежами:The utility model is illustrated by the following drawings:

- на фиг.1 представлен общий вид устройства для непрерывной СВЧ-обработки сыпучих сельскохозяйственных материалов;- figure 1 presents a General view of a device for continuous microwave processing of bulk agricultural materials;

- на фиг.2 показаны зоны обработки материала в сечении А-А рабочей камеры;- figure 2 shows the processing zone of the material in section aa of the working chamber;

- на фиг.3 показаны все зоны обработки материала.- figure 3 shows all the processing zones of the material.

Устройство содержит загрузочный бункер 1, рабочую камеру 2, соединительные волноводы 3, 4 и 5, 6 с установленными излучателями. Выполнение рабочей камеры в виде вертикального волновода квадратного сечения с размером стороны а (см. фиг.1), равным длинной стенке соединительного волновода, позволяет получать необходимую производительность установки выбором размера а из условия распространения того или иного типа волны в волноводе. Например, для основного типа волны Ню справедливо условие 0,5 λ<α<λ, тогда при λ=12 см - длине волны стандартного СВЧ-диапазона, получаемое поперечное сечение камеры обеспечивает высокую производительность установки. Равномерность обработки достигается благодаря четырехстороннему пространственному расположению волноводов 3-6 на рабочей камере 2, как показано на фиг.1.The device comprises a loading hopper 1, a working chamber 2, connecting waveguides 3, 4 and 5, 6 with installed emitters. The implementation of the working chamber in the form of a vertical waveguide of square cross section with a side size a (see Fig. 1) equal to the long wall of the connecting waveguide allows you to get the required performance of the installation by choosing the size a from the propagation conditions of a particular type of wave in the waveguide. For example, for the main type of Nu wave, the condition 0.5 λ < α <λ is true, then when λ = 12 cm is the wavelength of the standard microwave range, the resulting cross-section of the camera provides high installation performance. The uniformity of processing is achieved due to the four-sided spatial arrangement of the waveguides 3-6 on the working chamber 2, as shown in figure 1.

Устройство для непрерывной СВЧ-обработки сыпучих сельскохозяйственных материалов работает следующим образом. Материал подается в бункер 1 и далее просыпается через вертикальную рабочую камеру, последовательно проходя зоны обработки излучателями 3, 4 и 5, 6. При этом первоначально излучатели 3, 4 создают два лепестка напряженности СВЧ-поля, форма которых условно показана в сечении А-А (фиг.2), не охватывая все сечение материала, а затем излучатели 5, 6 дополняют воздействие в сечении Б-Б (фиг.3), обрабатывая те зоны, которые были недоступны излучателям 3, 4.A device for continuous microwave processing of bulk agricultural materials is as follows. The material is fed into the hopper 1 and then wakes up through a vertical working chamber, sequentially passing through the treatment zones by emitters 3, 4 and 5, 6. In this case, initially emitters 3, 4 create two petals of microwave field strength, the shape of which is conventionally shown in section AA (figure 2), not covering the entire cross section of the material, and then the emitters 5, 6 supplement the effect in section B-B (figure 3), treating those areas that were not available to the emitters 3, 4.

В рабочей камере с разнесенными по высоте излучателями частицы зернового материала, находясь в свободном падении, многократно сталкиваются и поворачиваются относительно своего первоначального положения, попадая разной поверхностью в зоны наиболее интенсивного СВЧ-облучения. Это способствует дополнительному улучшению равномерности обработки материала.In a working chamber with emitters spaced apart in height, particles of grain material, being in free fall, repeatedly collide and rotate relative to their original position, falling on a different surface into the zones of the most intense microwave irradiation. This contributes to further improve the uniformity of the processing of the material.

Проблема взаимного влияния излучателей решена тем, что каждая пара магнетронов работает в противофазе, т.е. в разные полупериоды питающей сети. Например, в положительные полупериоды включены магнетроны 3, 4, в отрицательные - 5, 6. При этом магнетроны 3, 5 или 4, 6 включены одновременно, но это не приводит к взаимному «затеканию» электромагнитной энергии, поскольку между выходами их волноводов имеется значительный вертикальный слой материала, полностью заполняющий камеру, который при толщине Н=1,5…2λ обеспечивает затухание СВЧ-волн и, следовательно, отсутствие паразитной связи между указанными излучателями.The problem of the mutual influence of the emitters is solved by the fact that each pair of magnetrons works in antiphase, i.e. in different half-periods of the supply network. For example, magnetrons 3, 4 are included in the positive half-periods, and 5, 6 in the negative half-periods. Moreover, magnetrons 3, 5 or 4, 6 are included at the same time, but this does not lead to mutual "leakage" of electromagnetic energy, since there is a significant a vertical layer of material that completely fills the chamber, which, at a thickness of H = 1.5 ... 2λ, ensures the attenuation of microwave waves and, therefore, the absence of spurious coupling between these emitters.

Благодаря отмеченным признакам заявленного решения увеличивается доля полезной СВЧ-энергии и уменьшаются непроизводительные потери на нагрев излучателей. Тем самым решается задача повышения КПД и увеличения надежности устройства вследствие понижения рабочей температуры магнетронов.Due to the noted features of the claimed solution, the share of useful microwave energy increases and unproductive losses on heating emitters are reduced. This solves the problem of increasing efficiency and increasing the reliability of the device due to lower operating temperatures of magnetrons.

Общий положительный эффект от использования полезной модели состоит в повышении энергетического КПД, увеличении надежности устройства, улучшении качества обработки сельскохозяйственных материалов с его помощью. Суммарная СВЧ-мощность устройства может быть кратно повышена путем последовательного присоединения дополнительных секций, конструкция которых аналогична представленной на фиг.1, но не имеет бункера.The overall positive effect of using the utility model is to increase energy efficiency, increase the reliability of the device, improve the quality of processing agricultural materials with its help. The total microwave power of the device can be multiplied by sequentially connecting additional sections, the design of which is similar to that shown in figure 1, but does not have a hopper.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Пат. РФ №2141180, кл. Н05В 6/64, 1999.1. Pat. RF №2141180, class HB05 6/64, 1999.

2. Авт. св. СССР №1582364, кл. Н05В 6/78, 1988.2. Auth. St. USSR No. 1582364, cl. HB05 6/78, 1988.

3. Пат. РФ №2126606, кл. С1 (51) Н05В 6/64, F24C 7/02, F26B 3/32, 1986.3. Pat. RF №2126606, cl. C1 (51) H05B 6/64, F24C 7/02, F26B 3/32, 1986.

4. Пат. РФ №48243, кл. Н05В 6/64, 2004.4. Pat. RF №48243, cl. HB05 6/64, 2004.

Claims

A device for continuous processing of materials by an electromagnetic field of microwave frequencies, containing a heating chamber, which is used as a vertical pipe made in the form of a waveguide for the field of the operating frequency, microwave generators, connecting waveguides located on two opposite walls of the heating chamber and connected to it under sharp angle, characterized in that a vertical waveguide of square section with a side size equal to the long wall of the connecting wave is used as a heating chamber novoda, while the connecting waveguides are located on the four walls of the chamber in pairs and opposite so that each pair is formed by two waveguides that are opposite each other on opposite walls of the chamber, and their emitters are switched on electrically out of phase, and each next pair is displaced along the height of the chamber by a distance H = 1.5 ... 2λ, where λ is the wavelength of the microwave radiation, and is located on two other walls of the chamber adjacent to the first.