RU2027323C1

RU2027323C1 - Microwave device for thermal processing of flat dielectric materials

Info

Publication number: RU2027323C1
Authority: RU
Inventors: В.Н. Нефедов; Ю.Н. Павшенко; Ю.Н. Пчельников
Original assignee: Малое предприятие - Научно-технический центр "Альфа-1"
Priority date: 1992-07-24
Filing date: 1992-07-24
Publication date: 1995-01-20

Abstract

FIELD: microwave heating. SUBSTANCE: microwave device has heating chamber, microwave generator, section of multistage two-dimensional-periodic retarding system which has pins, links and plates. Stage of section of two-dimensional-periodic retarding system has three links any of which is shifted relatively the adjacent links for 1/2 period in the direction being perpendicular to propagation of microwave energy. The first and the second links are connected electrically along the total length together by the first plate. The other plates are disposed at two ends of links and connected electrically with them. Device may have additionally the second section of multistage two-dimensional-periodic retarding system which is disposed above the material to be processed and shifted relatively the first section for 1/4 period in the direction being perpendicular to the direction of propagation of propagation of microwave energy. Size of section in axial direction is determined by width of material to be treated. Number of sections in chamber is specified by conditions of technological process. EFFECT: improved efficiency. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам СВЧ-нагрева и может быть использовано для термообработки движущихся плоских диэлектрических материалов. The invention relates to microwave heating devices and can be used for heat treatment of moving flat dielectric materials.

Известны сверхвысокочастотные (СВЧ) устройства для термообработки диэлектрических материалов, содержащие генератор и камеру нагрева с периодической замедляющей системой, состоящей из штырей, связок и пластин, над которой расположен нагреваемый материал [1,2]. Known microwave (microwave) device for heat treatment of dielectric materials, containing a generator and a heating chamber with a periodic retarding system consisting of pins, ligaments and plates, over which the heated material is located [1,2].

Недостатками известного устройства [1] являются ограниченные размеры пространства взаимодействия СВЧ-поля с веществом, а также ограниченные возможности управления качеством обрабатываемого материала. The disadvantages of the known device [1] are the limited dimensions of the interaction space of the microwave field with the substance, as well as the limited quality control of the processed material.

Недостатком известного устройства [2] является "полосатый эффект", поскольку обрабатываемый материал движется вдоль штырей и, следовательно, нагревается между штырями существенно сильнее, чем над штырями. Смещение второй замедляющей системы, расположенной над первой, не снимает это явление, а напротив усугубляет его, так как штыри второй замедляющей системы расположены над штырями первой замедляющей системы со смещением на 1/4 периода в продольном направлении. A disadvantage of the known device [2] is the "striped effect", since the processed material moves along the pins and, therefore, heats up between the pins much more strongly than above the pins. The offset of the second retardation system located above the first does not remove this phenomenon, but rather exacerbates it, since the pins of the second retardation system are located above the pins of the first retardation system with an offset of 1/4 period in the longitudinal direction.

На фиг.1 приведена секция двумерно-периодической многоэтажной замедляющей системы; на фиг.2 и 3 показаны сечения СВЧ-устройства для термообработки плоских диэлектрических материалов; на фиг.4 приведено сечение устройства с двумя секциями многоэтажной двумерно-периодической замедляющей системы. Figure 1 shows a section of a two-dimensional periodic multi-story slowdown system; figure 2 and 3 shows a cross section of a microwave device for heat treatment of flat dielectric materials; figure 4 shows a cross section of a device with two sections of a multi-storey two-dimensional-periodic slowdown system.

СВЧ-устройство для термообработки диэлектрических материалов содержит камеру 1 нагрева, СВЧ-генератор 2, многоэтажную секцию двумерно-периодической замедляющей системы 3, состоящую из штырей 4, связок 5, пластин 6 и 7, ленту конвейера 8, диэлектрический материал 9, волновод 10, согласованную нагрузку 11. Период замедляющей системы вдоль оси Х обозначен 2l, а высота этажа замедляющей двумерно-периодической системы вдоль оси обозначена Н. Связки 5 электрически соединены со штырями 4. The microwave device for heat treatment of dielectric materials contains a heating chamber 1, a microwave generator 2, a multi-story section of a two-dimensional periodic retarding system 3, consisting of pins 4, bundles 5, plates 6 and 7, a conveyor belt 8, dielectric material 9, a waveguide 10, matched load 11. The period of the retarding system along the X axis is indicated by 2l, and the floor height of the retarding two-dimensional periodic system along the axis is indicated by N. The bundles 5 are electrically connected to the pins 4.

Этаж секции замедляющей двумерно-периодической системы вдоль оси Z содержит три связки, каждая из которых смещена относительно соседних на расстояние L/2. Первая и вторая связки соединены электрически по всей длине друг с другом пластиной 6. Пластины 7 расположены по боковым границам секции и имеют электрический контакт с торцами связок 5 и пластинами 6. The floor of the section of the decelerating two-dimensional-periodic system along the Z axis contains three ligaments, each of which is displaced relative to neighboring ones by a distance L / 2. The first and second ligaments are electrically connected along the entire length with each other by the plate 6. The plates 7 are located along the lateral boundaries of the section and have electrical contact with the ends of the ligaments 5 and the plates 6.

Конфигурация штырей 4 может быть произвольной - прутки, трубки с воздушным охлаждением или водяным, пластины и т.д. Конфигурация связок 5, соединяющих штыри 4 через один, также может быть произвольной. The configuration of pins 4 can be arbitrary — rods, air-cooled or water-cooled tubes, plates, etc. The configuration of the bundles 5 connecting the pins 4 through one can also be arbitrary.

СВЧ-устройство для термообработки диэлектрических материалов работает следующим образом. A microwave device for heat treatment of dielectric materials works as follows.

Над секцией многоэтажной двумерно-периодической замедляющей системы вдоль оси Х движется лента конвейера 8, выполненная из радиопрозрачного материала, на которой располагается плоский диэлектрический материал 9. Материал, подвергающийся обработке, может быть листовым (обои, фанера, керамическая плитка, картон и т.д.) или сыпучим (порошки, зерно, пыльца, гранулы ограниченного размера и т.д.). Over the section of a multi-story two-dimensional periodic deceleration system along the X axis, a conveyor belt 8 is made of radiolucent material, on which there is a flat dielectric material 9. The material to be processed can be sheet (wallpaper, plywood, ceramic tile, cardboard, etc. .) or loose (powders, grain, pollen, granules of limited size, etc.).

Характеристику дисперсии многоэтажной двумерно-периодической замедляющей системы 3 можно представить в виде поверхности дисперсии. В зависимости от граничных условий в ней могут возбуждаться значительное количество видов колебаний, отличающихся поперечным (вдоль оси Х) Ψ и продольным (вдоль оси Z) φфазовыми сдвигами. The dispersion characteristic of a multi-story two-dimensional periodic deceleration system 3 can be represented as the dispersion surface. Depending on the boundary conditions, a considerable number of types of vibrations can be excited in it, which differ in transverse (along the X axis) Ψ and longitudinal (along the Z axis) phase shifts.

В качестве рабочего вида колебаний выбpан вид с
Ψ =

где N - число периодов пространства взаимодействия вдоль оси Х.As a working type of vibrations, a view with
Ψ =

where N is the number of periods of the interaction space along the X axis.

В случае отсутствия обрабатываемого материала распределение поля вдоль штырей имеет характер бегущей волны, а вдоль оси Х - стоячей волны. С помощью волновода 10 энергия передается от СВЧ-генератора 2 в секцию многоэтажной двумерно-периодической замедляющей системы 3, на конце которой расположена согласованная нагрузка 11, предназначенная для поглощения неиспользованной энергии. Количество секций в камере 1 нагрева определяется условиями технологического процесса. If there is no material to be processed, the field distribution along the pins has the character of a traveling wave, and a standing wave along the X axis. Using the waveguide 10, energy is transferred from the microwave generator 2 to the section of the multi-storey two-dimensionally periodic decelerating system 3, at the end of which there is a matched load 11, designed to absorb unused energy. The number of sections in the heating chamber 1 is determined by the process conditions.

Длина секции многоэтажной двумерно-периодической замедляющей системы вдоль оси Z не имеет ограничений с точки зрения электродинамики, а определяется шириной обрабатываемого диэлектрического материала. The section length of a multi-story two-dimensional periodic deceleration system along the Z axis has no limitations from the point of view of electrodynamics, but is determined by the width of the dielectric material being processed.

Ширина секции многоэтажной двумерно-периодической замедляющей системы вдоль оси Х ограничивается величиной частотного разделения между рабочим и ближайшим к нему видами колебаний с поперечными фазовыми сдвигами
Ψ₁ =

и Ψ₂ =

Устройство предназначено главным образом для нагрева тонких диэлектрических материалов.The width of the section of a multi-story two-dimensional periodic deceleration system along the X axis is limited by the frequency separation between the worker and the modes of vibration closest to it with transverse phase shifts
Ψ ₁ =

and Ψ ₂ =

The device is intended primarily for heating thin dielectric materials.

Использование для обработки диэлектрических материалов режима бегущей волны позволяет избавиться от влияния изменения электрофизических параметров диэлектрика на электродинамические характеристики многоэтажной двумерно-периодической замедляющей системы. Это дает возможность обрабатывать в предлагаемом устройстве значительный ассортимент диэлектрических материалов по своим параметрам. The use of a traveling wave mode for processing dielectric materials allows one to get rid of the influence of changes in the electrophysical parameters of the dielectric on the electrodynamic characteristics of a multi-story two-dimensional periodic slowdown system. This makes it possible to process a significant range of dielectric materials in their parameters in the proposed device.

Число секций в камере, а также параметры каждой секции и величина мощности в ней могут изменяться в зависимости от технологического процесса. The number of sections in the chamber, as well as the parameters of each section and the amount of power in it, can vary depending on the process.

При своем движении вдоль оси Х обрабатываемый материал периодически попадает в поле над штырями и между ними, что приводит к равномерному нагреву материала и отсутствию "полосатого эффекта". When moving along the X axis, the processed material periodically falls into the field above the pins and between them, which leads to uniform heating of the material and the absence of a “striped effect”.

Введение второй многоэтажной двумерно-периодической замедляющей системы, расположенной над обрабатываемым материалом, позволяет увеличить толщину обрабатываемого материала в два раза и улучшить его качество с точки зрения равномерности нагрева за счет ее смещения относительно первой на расстояние 1/4 периода в поперечном направлении. The introduction of a second multi-storey two-dimensional periodic retarding system located above the processed material allows to double the thickness of the processed material and improve its quality from the point of view of uniformity of heating due to its displacement relative to the first one by a quarter of the period in the transverse direction.

Claims

1. Microwave device for heat treatment of flat dielectric materials, comprising a microwave generator connected to a heating chamber with a periodic retardation system containing pins, ligaments and plates over which the heated material is located, characterized in that the retardation system is made in the form of a section of a multi-storey two-dimensional -periodic system, each floor of which contains three bundles displaced from each other by 1/2 period in the direction perpendicular to the direction of propagation of microwave energy, the first and second and which are electrically connected by the microwave generator on the entire length of the plate and the two plates are disposed on both end sides of ligaments and electrically connected thereto.

2. The microwave device according to claim 1, characterized in that the second section of the multi-storey two-dimensional-periodic system is additionally introduced into it, offset from the first section of the multi-storey two-dimensional-periodic system by 1/4 period in the direction perpendicular to the direction of propagation of microwave energy.