RU2074530C1 - Microwave heater of liquid media - Google Patents
Microwave heater of liquid media Download PDFInfo
- Publication number
- RU2074530C1 RU2074530C1 SU5045196A RU2074530C1 RU 2074530 C1 RU2074530 C1 RU 2074530C1 SU 5045196 A SU5045196 A SU 5045196A RU 2074530 C1 RU2074530 C1 RU 2074530C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wave
- heater
- input
- sections
- screen
- Prior art date
Links
Landscapes
- Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области ВЧ и СВЧ техники, в частности к устройствам для микроволновой термообработки, и может быть использовано для электромагнитного нагрева водных растворов и суспензий. The invention relates to the field of HF and microwave technology, in particular to devices for microwave heat treatment, and can be used for electromagnetic heating of aqueous solutions and suspensions.
Известна камера для обработки проточных сред на основе диафрагмированного волновода, заполненного двумя концентрическими слоями диэлектрика с проницаемостями ε1 и ε2 [1]
Недостатком указанного устройства является неравномерный нагрев среды ввиду слабого проникновения электромагнитного СВЧ поля в нагреваемую жидкость, что объясняется высокой относительной диэлектрической проницаемостью жидкости, а также относительно высокой частотой обработки.Known chamber for processing flowing media based on a diaphragmed waveguide filled with two concentric layers of a dielectric with permeabilities ε 1 and ε 2 [1]
The disadvantage of this device is the uneven heating of the medium due to the weak penetration of the electromagnetic microwave field into the heated liquid, which is explained by the high relative dielectric constant of the liquid, as well as the relatively high processing frequency.
Наиболее близким к предлагаемому является нагреватель на основе замедляющей системы типа цилиндрической спирали с металлическим экраном [2]
Недостатком этого устройства является малоэффективный нагрев жидкости в связи с невозможностью достичь согласования нагревателя при геометрических размерах, обеспечивающих достаточно эффективное поле внутри обрабатываемого объекта.Closest to the proposed is a heater based on a retarding system such as a cylindrical spiral with a metal screen [2]
The disadvantage of this device is the ineffective heating of the liquid due to the inability to achieve matching of the heater with geometric dimensions, providing a sufficiently effective field inside the processed object.
Цель изобретения создания микроволнового нагревателя, обеспечивающего эффективный нагрев жидкости благодаря относительно низкой рабочей частоты (20-40 МГц) и конструкции экрана, позволяющей добиться необходимого согласования устройства с нагрузкой и генератором. The purpose of the invention is the creation of a microwave heater that provides effective heating of the liquid due to the relatively low operating frequency (20-40 MHz) and the design of the screen, which allows to achieve the necessary coordination of the device with the load and the generator.
Микроволновый нагреватель состоит из диэлектрической трубы, заполненной нагреваемой жидкостью и коаксиальной линии с центральным проводником в виде цилиндрической спирали, установленной снаружи. Коаксиальная линия соединена на одном конце с генератором электромагнитных колебаний, а на другом конце с согласованной нагрузкой. Внешний проводник коаксиальной линии (экран) имеет ступенчатую форму и образует три участка с разными волновыми сопротивлениями Z1, Z2, Zн, удовлетворяющими следующему соотношению:
ZoZн=Z1Z2, (1)
где Zo волновое сопротивление коаксиального ввода энергии;
Z1 волновое сопротивление первого участка длиной l1, примыкающего к вводу энергии;
Z2 волновое сопротивление второго участка длиной l2, примыкающего к первому участку;
Zн волновое сопротивление рабочего участка. Длины l1 и l2 первого и второго участков выбраны из условий:
где n1 и n2 замедление фазовой скорости волны на первом и втором участках соответственно, k волновое число вакуума. Длина рабочего участка выбирается произвольно в соответствии с технологическим процессом термообработки.A microwave heater consists of a dielectric tube filled with a heated fluid and a coaxial line with a central conductor in the form of a cylindrical spiral mounted externally. A coaxial line is connected at one end to an electromagnetic oscillation generator, and at the other end to a matched load. The external conductor of the coaxial line (screen) has a stepped shape and forms three sections with different wave impedances Z 1 , Z 2 , Z n that satisfy the following relationship:
Z o Z n = Z 1 Z 2 , (1)
where Z o the impedance of the coaxial input of energy;
Z 1 the wave impedance of the first section of length l 1 adjacent to the input of energy;
Z 2 the wave impedance of the second section of length l 2 adjacent to the first section;
Z n the wave impedance of the working area. The lengths l 1 and l 2 of the first and second sections are selected from the conditions:
where n 1 and n 2 are the deceleration of the phase velocity of the wave in the first and second sections, respectively, k is the wavenumber of the vacuum. The length of the working section is chosen arbitrarily in accordance with the technological process of heat treatment.
При такой конструкции экрана, в соответствии с настоящим изобретением обеспечивается полная передача энергии от генератора нагреваемой среде на фиксированной частоте, на которой электрическая длина первого n1kl1 и второго n2kl2 отрезков экрана удовлетворяет предложенному режиму работы.With this design of the screen, in accordance with the present invention, the energy is completely transferred from the generator to the heated medium at a fixed frequency at which the electric length of the first n 1 kl 1 and second n 2 kl 2 screen sections satisfies the proposed operation mode.
Как показано в [3] эквивалентные погонные параметры коаксиальной линии со спиральным внутренним проводником определяются соотношениями:
где b cредний радиус спирального проводника;
d радиус внешнего проводника (экрана);
Io, Ko, I1, K1 модифицированные функции Бесселя 1 и 2 рода.As shown in [3], the equivalent linear parameters of a coaxial line with a spiral inner conductor are determined by the relations:
where b is the average radius of the spiral conductor;
d radius of the outer conductor (screen);
I o , K o , I 1 , K 1 modified Bessel functions of the 1st and 2nd kind.
При этом волновое сопротивление структуры:
где βo фазовая постоянная, τo поперечная постоянная.In this case, the wave impedance of the structure:
where β o is the phase constant, τ o is the transverse constant.
Справедливость соотношений, приведенных в формуле изобретения, подтверждается расчетом входного сопротивления двух последовательно соединенных отрезков двухпроводной линии с волновыми сопротивлениями Z1 и Z2, нагруженных на активное сопротивление Zн со стороны участка с волновым сопротивлением Z2. В общем случае входное сопротивление ВЧ тракта с волновым сопротивлением Zo при электрической длине тракта? равной nkl, и нагрузке Zн определяется соотношением [4]
Выражая последовательно входное сопротивление Z2 отрезка длиной l2 через сопротивление Zн нагрузки, а затем входное сопротивление Z1 отрезка длиной l1 через входное сопротивление Z2 отрезка длиной l2 и полагая ReZ1=Z; JmZ1= 0, находим условия (1) и (2).The validity of the ratios given in the claims is confirmed by calculating the input impedance of two series-connected segments of a two-wire line with wave impedances Z 1 and Z 2 loaded on active resistance Z n from the side of the section with wave impedance Z 2 . In the General case, the input impedance of the RF path with a wave impedance of Z o with the electric path length? equal to nkl, and the load Z n is determined by the relation [4]
Expressing successively the input resistance Z 2 of a segment of length l 2 through the resistance Z n of the load, and then the input resistance Z 1 of a segment of length l 1 through the input resistance Z 2 of a segment of length l 2 and setting ReZ 1 = Z; JmZ 1 = 0, we find conditions (1) and (2).
На чертеже показана конструкция микроволнового нагревателя. The drawing shows the design of a microwave heater.
Предлагаемое устройство включает коаксиальный ввод энергии 1, установленный в цилиндрическом экране 2, и проводник 3 в виде цилиндрической спирали, намотанной на диэлектрическую трубу 4. Проводник 3 соединен с внутренним проводником 5 коаксиального ввода 1, а с другой стороны с согласующей нагрузкой 6. Цилиндрический экран 2 имеет участок длиной l2, на котором радиус экрана d2 меньше радиуса экрана d1 на остальной его части. Длины участков l1 и l2 равны друг другу. Нагреваемая жидкость пропускается внутри трубы 4. Необходимость обеспечения эффективного взаимодействия электромагнитной волны спирали 3 с обрабатываемой средой 7 заставляет увеличить радиус экрана d1 по сравнению с радиусом спирали b, что приводит и к увеличению волнового сопротивления спирали 3 по сравнению с волновым сопротивлением ВЧ тракта, соединяющим спираль 3 с газогенератором ВЧ-энергии (на чертеже не показано). Выполняя экран 2 с уступом, на котором его радиус уменьшен до величины d2, обеспечивающей уменьшение волнового сопротивления спирали, в частности до волнового сопротивления соединительного тракта (обычно это 50 или 75 Ом), достигают требуемого согласования.The proposed device includes a coaxial energy input 1 installed in a cylindrical screen 2, and a conductor 3 in the form of a cylindrical spiral wound on a dielectric tube 4. The conductor 3 is connected to the inner conductor 5 of the coaxial input 1, and on the other hand, with a matching load 6. A cylindrical screen 2 has a section of length l 2 on which the radius of the screen d 2 is less than the radius of the screen d 1 on the rest of it. The lengths of sections l 1 and l 2 are equal to each other. The heated fluid is passed inside the pipe 4. The need to ensure effective interaction of the electromagnetic wave of the spiral 3 with the medium 7 makes it necessary to increase the radius of the screen d 1 compared to the radius of the spiral b, which leads to an increase in the wave impedance of the spiral 3 in comparison with the wave impedance of the RF path connecting spiral 3 with a gas generator of RF energy (not shown in the drawing). Performing the screen 2 with a step, on which its radius is reduced to a value of d 2 , providing a decrease in the wave impedance of the spiral, in particular to the wave impedance of the connecting path (usually 50 or 75 Ohms), achieve the required coordination.
Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемый микроволновый нагреватель обеспечивает более эффективную термообработку жидкости благодаря практически полной передаче ВЧ-энергии генератора нагреваемой среде. Thus, in comparison with the prototype, the proposed microwave heater provides a more efficient heat treatment of the liquid due to the almost complete transfer of the RF energy of the generator to the heated medium.
Claims (1)
Z0Zн Z1Z2,
где Z0 волновое сопротивление входа энергии;
Z1 волновое сопротивление первого участка длиной l1, примыкающего к вводу энергии;
Z2 волновое сопротивление второго участка длиной l2, примыкающего к первому участку;
Zн волновое сопротивление рабочего участка,
причем длины l1 и l2 первого и второго участков выбраны из условия
где n1 и n2 замедление фазовой скорости волны на первом и втором участках соответственно;
К волновое число вакуума.A microwave fluid heater containing a dielectric pipe for filling with the fluid to be treated and a coaxial line installed outside the dielectric pipe, the inner conductor of which is made in the form of a cylindrical spiral and connected at the input to the input of energy, and at the output with an agreed load, characterized in that the external conductor of the coaxial line has a stepped shape, forming three sections of the line with wave impedances Z 1 , Z 2 , Z n that satisfy the relation
Z 0 Z n Z 1 Z 2 ,
where Z 0 is the wave impedance of the energy input;
Z 1 the wave impedance of the first section of length l 1 adjacent to the input of energy;
Z 2 the wave impedance of the second section of length l 2 adjacent to the first section;
Z n the wave impedance of the working area,
moreover, the lengths l 1 and l 2 of the first and second sections are selected from the condition
where n 1 and n 2 deceleration of the phase velocity of the wave in the first and second sections, respectively;
K wave number of vacuum.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5045196 RU2074530C1 (en) | 1992-06-02 | 1992-06-02 | Microwave heater of liquid media |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5045196 RU2074530C1 (en) | 1992-06-02 | 1992-06-02 | Microwave heater of liquid media |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2074530C1 true RU2074530C1 (en) | 1997-02-27 |
Family
ID=21605723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5045196 RU2074530C1 (en) | 1992-06-02 | 1992-06-02 | Microwave heater of liquid media |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2074530C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA009954B1 (en) * | 2006-06-07 | 2008-04-28 | Генрих Семенович Фалькевич | Method for chemical converting of feed stock |
-
1992
- 1992-06-02 RU SU5045196 patent/RU2074530C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Архангельский Ю.С., Девяткин И.И. Сверхвысокочастотные нагревательные установки для интенсификации технологических процессов. - Изд. СГУ, 1983, с. 87 - 90. 2. Пчельников Ю.Н. и др. Анализ эффективности электромагнитного нагрева водяных растворов и суспензий. Труды Всесоюзной IV научно-практической конференции: Применение СВЧ-энергии в технологических процессах и научных исследованиях. - Саратов, 1991, с. 110 - 111. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA009954B1 (en) * | 2006-06-07 | 2008-04-28 | Генрих Семенович Фалькевич | Method for chemical converting of feed stock |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5074112A (en) | Microwave diesel scrubber assembly | |
| EP1397939B1 (en) | Microwave heating applicator for heating a moving fluid | |
| Dodd et al. | Induction coils coaxial with an arbitrary number of cylindrical conductors | |
| US4392039A (en) | Dielectric heating applicator | |
| GB2262807A (en) | Microwave determination of gas and water content of oil | |
| CA1222292A (en) | Radial diverter microwave load | |
| US20040182834A1 (en) | Helix coupled remote plasma source | |
| US2828440A (en) | Traveling wave electron tube | |
| Herlin et al. | Microwave breakdown of a gas in a cylindrical cavity of arbitrary length | |
| RU2074530C1 (en) | Microwave heater of liquid media | |
| JP2004529480A (en) | Circulating microwave heating device | |
| CN101606443A (en) | High-voltage plasma producing apparatus | |
| Taheri et al. | Accurate determination of modes in dielectric-loaded cylindrical cavities using a one-dimensional finite element method | |
| US3943402A (en) | Termination fixture for an electrodeless lamp | |
| Metaxas | Design of Resonant Cavities as Heating Devices at 896 MHz and 245 GHz. | |
| US2867781A (en) | Microwave spectrometer absorption cells | |
| HU214133B (en) | A method, an electrode system and an assembly for heating media flowing through an insulating pipe | |
| EP0373928B1 (en) | A discharge tube arrangement | |
| US3665142A (en) | System for applying microwave energy to a lossy cylindrical object | |
| Kouzaev | Glass-metal coaxial-waveguide reactors for on-demand microwave-assisted chemistry | |
| RU114558U1 (en) | COAXIAL-WAVEGUIDE TRANSITION | |
| RU2118886C1 (en) | Liquid pasteurization (sterilization) and microwave energy take-off apparatus | |
| Schiffman et al. | Design tables for an elliptic-function band-stop filter (N= 5) | |
| RU2795858C1 (en) | Method for reducing viscosity of oil and petroleum products and device for its implementation | |
| Bhartia et al. | Tuning, coupling and matching of microwave heating applicators operating at higher order modes |