RU83380U1

RU83380U1 - MICROWAVE DEVICE FOR THERMAL PROCESSING OF SHEET DIELECTRIC MATERIALS

Info

Publication number: RU83380U1
Application number: RU2008144305/22U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Андреевич Лоик; Александр Владимирович Мамонтов; Владимир Николаевич Нефедов; Михаил Владимирович Нефедов
Priority date: 2008-11-10
Filing date: 2008-11-10
Publication date: 2009-05-27

Abstract

1. СВЧ-устройство для термообработки листовых диэлектрических материалов, содержащее, по меньшей мере, одну секцию, включающую два волновода с выполненной щелью для прохождения обрабатываемого листового диэлектрического материала, каждый из которых соединен с индивидуальным источником СВЧ-энергии и защитным устройством для поглощения избыточной энергии, отличающееся тем, что в секции волноводы размещены перпендикулярно направлению движения обрабатываемого диэлектрического материала и расположены относительно друг друга во взаимно противоположных направлениях распространения энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот секциями, устройство дополнительно снабжено, по меньшей мере, двумя расположенными относительно друг друга во взаимно противоположных направлениях распространения энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот секциями, каждая из которых включает две состоящие из штырей, связок и пластин периодические замедляющие системы, соединенные с индивидуальными источниками СВЧ-энергии и защитным устройством для поглощения избыточной энергии, периодические замедляющие системы в каждой секции расположены перпендикулярно направлению движения обрабатываемого диэлектрического материала, а относительно друг друга размещены во взаимно противоположных направлениях распространения энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот, при этом все секции соединены последовательно в направлении прохождения обрабатываемого листового диэлектрического материала. ! 2. СВЧ-устройство для термообработки листовых диэлектрических материалов по п.1, отличающееся тем, что волноводы в1. Microwave device for heat treatment of sheet dielectric materials, containing at least one section, including two waveguides with a slot for passing through the processed sheet dielectric material, each of which is connected to an individual source of microwave energy and a protective device for absorbing excess energy characterized in that in the section the waveguides are placed perpendicular to the direction of motion of the dielectric material being processed and are located relative to each other in mutually opposite directions of energy distribution of the electromagnetic field of microwave frequencies sections, the device is additionally equipped with at least two mutually opposite directions of energy distribution of the electromagnetic field of microwave frequencies sections, each of which includes two periodic retarding systems consisting of pins, ligaments and plates connected to individual microwave energy sources and a protective device for absorbing excess energy gii, periodic slowdown systems in each section are located perpendicular to the direction of motion of the dielectric material being processed, and relative to each other are placed in mutually opposite directions of microwave energy distribution of the microwave field, while all sections are connected in series in the direction of passage of the processed sheet dielectric material. ! 2. The microwave device for heat treatment of sheet dielectric materials according to claim 1, characterized in that the waveguides in

Description

Полезная модель относится к СВЧ устройствам для тепловой обработки различных листовых диэлектрических материалов, в частности для нагрева движущихся листовых диэлектрических материалов и может быть использована в электронной, деревообрабатывающей, текстильной и других различных отраслях промышленности.The utility model relates to microwave devices for the heat treatment of various sheet dielectric materials, in particular for heating moving sheet dielectric materials and can be used in electronic, woodworking, textile and other various industries.

Известны различные устройства волноводного типа для СВЧ обработки диэлектрических материалов.Various waveguide-type devices for microwave processing of dielectric materials are known.

Известно устройство для сушки диэлектрических лент, например, кинопленок, содержащее волноводные секции с фланцами на концах и генератор тока сверхвысокой частоты, причем волноводная секция выполнена в виде трубы прямоугольного сечения со щелями для подачи воздуха в основании. (А.С.№448337, МПК F26В 5/02, опубл.08.05.1975 г.)A device is known for drying dielectric tapes, for example, film films, containing waveguide sections with flanges at the ends and an ultra-high frequency current generator, the waveguide section being made in the form of a rectangular tube with slots for supplying air at the base. (A.S. No.448337, IPC F26В 5/02, publ. 08/08/1975)

Известно устройство для тепловой обработки листовых материалов, содержащее соединенные с магнетронами прямоугольные волноводы, собранные в единый сплошной блок и расположенные вдоль обрабатываемого материала с его охватом, при этом щель для прохождения обрабатываемого материала размещена внутри блока прямоугольных волноводов посередине широкой стенки волноводов и вдоль узких стенок прямоугольного волновода (Европейский патент №0071123, МКИ 3 F26B 3/347, опубл. 09.02.1983 г.).A device for the heat treatment of sheet materials, containing rectangular waveguides connected to magnetrons, assembled into a single solid block and located along the processed material with its coverage, while a slot for passing the processed material is placed inside the block of rectangular waveguides in the middle of the wide wall of the waveguides and along the narrow walls of the rectangular waveguide (European patent No. 0071123, MKI 3 F26B 3/347, publ. 02/09/1983).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является установка для тепловой обработки, например, текстильных материалов, содержащая соединенные с магнетронами прямоугольные волноводы, собранные в единый сплошной блок и расположенные вдоль обрабатываемого материала с его охватом, а The closest in technical essence and the achieved result to the proposed one is an installation for heat treatment, for example, of textile materials, containing rectangular waveguides connected to magnetrons assembled into a single solid block and located along the processed material with its coverage, and

щель для прохождения обрабатываемого материала размещена внутри блока прямоугольных волноводов посередине их широких стенок и вдоль узкой стороны прямоугольного волновода, торцы прямоугольных волноводов снабжены волноводными изгибами, причем волноводные изгибы, размещенные на выходе, соединены с защитными устройствами для поглощения избыточной энергии, а волноводные изгибы, выполненные на входе, через коаксиально-волноводные переходы соединены с магнетронами. Каждый прямоугольный волновод запитан от индивидуального магнетрона. Размер длины прямоугольного волновода составляет не менее трех длин волн рабочей частоты магнетрона (Патент РФ №2159992; МПК 7 Н05В 6/64, F26B 23/08, D06C 7/00; опубл. 27.11.2000.)a slot for the passage of the processed material is placed inside the block of rectangular waveguides in the middle of their wide walls and along the narrow side of the rectangular waveguide, the ends of the rectangular waveguides are equipped with waveguide bends, and the waveguide bends placed at the output are connected to protective devices for absorbing excess energy, and waveguide bends made at the input, through coaxial-waveguide transitions are connected to magnetrons. Each rectangular waveguide is powered by an individual magnetron. The size of the length of the rectangular waveguide is at least three wavelengths of the working frequency of the magnetron (RF Patent No. 2159992; IPC 7 Н05В 6/64, F26B 23/08, D06C 7/00; publ. 11/27/2000.)

Недостаток известных конструкций состоит в том, что толщина d обрабатываемых листовых диэлектрических материалов должна быть меньше, чем одна третья часть размера широкой стенки волновода. Эту оценку можно провести и по длине волны источника СВЧ энергии:A disadvantage of the known structures is that the thickness d of the processed sheet dielectric materials should be less than one third of the size of the wide wall of the waveguide. This assessment can be carried out by the wavelength of the microwave energy source:

d<0,2·λ, где: λ - длина волны источника СВЧ энергии. В настоящее время для промышленных целей необходимо равномерно нагревать материалы, толщина которых составляет d>0,3·λ.d <0.2 · λ, where: λ is the wavelength of the microwave energy source. Currently, for industrial purposes, it is necessary to uniformly heat materials whose thickness is d> 0.3 · λ.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение равномерного нагрева обрабатываемого диэлектрического материала, толщина которых составляет d>0,3·λ.The technical problem to which the invention is directed is to ensure uniform heating of the treated dielectric material, the thickness of which is d> 0.3 · λ.

Поставленная техническая задача решается тем, что в СВЧ устройстве для термообработки листовых диэлектрических материалов, содержащем, по меньшей мере, одну секцию, включающую два волновода с выполненной щелью для прохождения обрабатываемого листового диэлектрического материала, каждый из которых соединен с индивидуальным источником СВЧ-энергии и защитным устройством для поглощения избыточной энергии, согласно предложенной полезной модели, в секции волноводы размещены перпендикулярно направлению движения обрабатываемого диэлектрического материала и расположены относительно друг друга во The stated technical problem is solved in that in a microwave device for heat treatment of sheet dielectric materials, containing at least one section, including two waveguides with a slot for passing through the processed sheet dielectric material, each of which is connected to an individual source of microwave energy and protective device for absorbing excess energy, according to the proposed utility model, in the section, the waveguides are perpendicular to the direction of motion of the treated dielectric material and are located relative to each other in

взаимно-противоположных направлениях распространения энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот секциями, устройство дополнительно снабжено, по меньшей мере, двумя расположенными относительно друг друга во взаимно-противоположных направлениях распространения энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот секциями, каждая из которых включает две состоящие из штырей, связок и пластин периодические замедляющие системы, соединенные с индивидуальными источниками СВЧ энергии и защитными устройством для поглощения избыточной энергии, периодические замедляющие системы в каждой секции расположены перпендикулярно направлению движения обрабатываемого диэлектрического материала, а относительно друг друга размещены во взаимно-противоположных направлениях распространения энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот, при этом все секции соединены последовательно в направлении прохождения обрабатываемого листового диэлектрического материала.mutually opposite directions of energy distribution of the electromagnetic field of microwave frequencies sections, the device is additionally equipped with at least two mutually opposite directions of energy distribution of the electromagnetic field of microwave frequencies sections, each of which includes two consisting of pins, ligaments and plates periodic slowdown systems connected to individual microwave energy sources and protective devices to absorb excess hydrochloric energy periodic retarding system in each section are positioned perpendicular to the direction of movement of processed dielectric material and arranged relative to each other in mutually opposite directions, energy distribution of electromagnetic field at microwave frequencies, all sections are connected in series in the flow direction of the processed sheet of dielectric material.

Кроме того, в волноводы выполнены идентичными.In addition, the waveguides are made identical.

Кроме того, периодические замедляющие системы выполнены идентичными.In addition, periodic retarding systems are identical.

Кроме того, в каждом волноводе щель для прохождения обрабатываемого листового диэлектрического материала выполнена в середине широкой стенки волновода и расположена параллельно узкой стенки волновода.In addition, in each waveguide, a slot for the passage of the processed sheet dielectric material is made in the middle of the wide waveguide wall and is parallel to the narrow waveguide wall.

Технический результат заключается в обеспечении равномерности нагрева обрабатываемого диэлектрического материала по всей толщине листа за счет того, что распределения температурных полей в диэлектрическом материале после прохождения волноводов и секций на основе замедляющих систем имеют взаимодополняющий характер, и суперпозиция этих полей создает равномерное распределение температуры по толщине материала.The technical result consists in ensuring uniform heating of the treated dielectric material over the entire thickness of the sheet due to the fact that the distribution of temperature fields in the dielectric material after the passage of waveguides and sections based on slowing systems are complementary, and the superposition of these fields creates a uniform temperature distribution over the thickness of the material.

Сущность полезной модели поясняется рисунками, где The essence of the utility model is illustrated by drawings, where

на фиг.1 представлено в продольном сечении заявляемое СВЧ устройство для термообработки листовых диэлектрических материалов.figure 1 presents in longitudinal section the inventive microwave device for heat treatment of sheet dielectric materials.

на фиг.2 представлены графики теоретических (1) и экспериментальных (2) характеристик распределения температуры по толщине материала после прохождения волноводов, также графики теоретических (3) и экспериментальных (4) характеристик распределения температуры по толщине материала после прохождения замедляющих систем.figure 2 presents graphs of theoretical (1) and experimental (2) characteristics of the temperature distribution over the thickness of the material after the passage of the waveguides, as well as graphs of theoretical (3) and experimental (4) characteristics of the temperature distribution over the thickness of the material after the passage of slow-wave systems.

на фиг.3 представлены графики теоретических (5) и экспериментальных (6) характеристик распределения температуры по толщине материала после прохождения заявляемого СВЧ устройства.figure 3 presents graphs of theoretical (5) and experimental (6) characteristics of the temperature distribution over the thickness of the material after passing the inventive microwave device.

Предложенное СВЧ устройство для термообработки листовых диэлектрических материалов содержит (фиг.1), по меньшей мере, одну секцию, включающую два идентичных волновода 1 каждый из которых соединен с индивидуальным источником СВЧ энергии и защитным устройством для поглощения избыточной энергии (на фиг.1 не показаны). Волноводы 1 размещены перпендикулярно направлению движения обрабатываемого диэлектрического материала 3 и расположены относительно друг друга во взаимно-противоположных направлениях распространения энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот секциями,The proposed microwave device for heat treatment of sheet dielectric materials contains (Fig. 1) at least one section including two identical waveguides 1 each of which is connected to an individual microwave energy source and a protective device for absorbing excess energy (not shown in Fig. 1 ) The waveguides 1 are placed perpendicular to the direction of motion of the treated dielectric material 3 and are located relative to each other in mutually opposite directions of energy distribution of the electromagnetic field of microwave frequencies sections,

В каждом волноводе 1 выполнена щель 4 для прохождения обрабатываемого листового диэлектрического материала. Щель 4 выполнена в середине широкой стенки волновода 1 и расположена параллельно узкой стенки волновода.In each waveguide 1, a slot 4 is made for the passage of the processed sheet dielectric material. The slot 4 is made in the middle of the wide wall of the waveguide 1 and is parallel to the narrow wall of the waveguide.

Устройство содержит, по меньшей мере, две расположенные относительно друг друга во взаимно-противоположных направлениях распространения энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот секции. Каждая секция включает идентичные периодические замедляющие системы 2, соединенные с индивидуальными источниками СВЧ энергии и The device comprises at least two sections located relative to each other in mutually opposite directions of propagation of electromagnetic field electromagnetic energy. Each section includes identical periodic deceleration systems 2 connected to individual microwave energy sources and

защитными устройством для поглощения избыточной энергии (на фиг.1 не показаны). Каждая периодическая замедляющая система 2 состоит из штырей 5, элементов типа «связка» 6 и пластин 7. Пластины 5 имеют электрический контакт с каждым штырем 5. Периодические замедляющие системы 2 в каждой секции расположены перпендикулярно направлению движения обрабатываемого диэлектрического материала 3, а относительно друг друга размещены во взаимно-противоположных направлениях распространения энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот.protective device for absorbing excess energy (not shown in figure 1). Each periodic retarding system 2 consists of pins 5, “bundle” elements 6 and plates 7. The plates 5 are in electrical contact with each pin 5. Periodic retarding systems 2 in each section are perpendicular to the direction of motion of the dielectric material 3 being processed, and relative to each other placed in the opposite directions of the propagation of energy of the electromagnetic field of microwave frequencies.

Все секции соединены последовательно в направлении прохождения обрабатываемого листового диэлектрического материала как показано на фиг.1.All sections are connected in series in the direction of passage of the processed sheet dielectric material as shown in figure 1.

Закон распределения температуры в диэлектрическом материале 3 в волноводах 1 описывается для волны типа H₁₀ функцией:The law of temperature distribution in the dielectric material 3 in the waveguides 1 is described for a wave of type H _{10 by the} function:

где: T(0) - температура в центре широкой стенки волновода при .where: T (0) is the temperature in the center of the wide waveguide wall at .

Закон изменения температуры по толщине материала в замедляющих системах определяется экспоненциальной зависимостью:The law of temperature change over the thickness of the material in retarding systems is determined by the exponential dependence:

где Т(0) - температура на поверхности материала (замедляющей системы).where T (0) is the temperature on the surface of the material (retarding system).

к - волновое число свободного пространства ;k - wave number of free space ;

ε′ - действительная составляющая относительной диэлектрической проницаемости листового материала;ε ′ is the real component of the relative dielectric constant of the sheet material;

ε″ - комплексная составляющая относительной диэлектрической проницаемости листового материала;ε ″ is the complex component of the relative dielectric constant of the sheet material;

k_зам - коэффициент замедления ;k _deputy - deceleration coefficient ;

λ_зам - длина волны в замедляющей системе.λ _Deputy - the wavelength in the slowing system.

В качестве примера, иллюстрирующего работу устройства, ниже приведены графики распределения температуры по толщине обрабатываемого листового диэлектрического материала с коэффициентом теплопроводности и следующими параметрами:As an example illustrating the operation of the device, below are graphs of the temperature distribution over the thickness of the processed sheet of dielectric material with a coefficient of thermal conductivity and the following parameters:

На фиг.2 представлены графики теоретических (1) и экспериментальных (2) характеристик распределения температуры по толщине обрабатываемого диэлектрического материала после прохождения волноводов, а также графики теоретических (3) и экспериментальных (4) характеристик распределения температуры по толщине обрабатываемого диэлектрического материала после прохождения замедляющих систем.Figure 2 presents graphs of theoretical (1) and experimental (2) characteristics of the temperature distribution over the thickness of the processed dielectric material after the passage of the waveguides, as well as graphs of theoretical (3) and experimental (4) characteristics of the temperature distribution over the thickness of the processed dielectric material after the passage of the retardants systems.

Суперпозиция характеристик распределения температурного поля после прохождения волноводных секций и секций на основе замедляющих систем имеют взаимодополняющий характер, и суперпозиция этих полей создает равномерное распределение температуры по толщине материала, что наглядно видно из представленных на фиг.3 графиков теоретических (5) и экспериментальных (6) характеристик распределения температуры по толщине обрабатываемого диэлектрического материала после прохождения заявляемого СВЧ устройства. Максимальный разброс температурного поля по толщине обрабатываемого диэлектрического материала не превышает 5%.The superposition of the characteristics of the distribution of the temperature field after passing through the waveguide sections and sections based on the slowing down systems is complementary, and the superposition of these fields creates a uniform temperature distribution over the thickness of the material, which is clearly seen from the theoretical (5) and experimental (6) graphs presented in Fig. 3 the characteristics of the temperature distribution over the thickness of the processed dielectric material after passing the inventive microwave device. The maximum spread of the temperature field over the thickness of the processed dielectric material does not exceed 5%.

Таким образом, предложенное СВЧ устройство обеспечивает равномерный нагрев обрабатываемого листового диэлектрического материала,Thus, the proposed microwave device provides uniform heating of the processed sheet of dielectric material,

Claims

1. Microwave device for heat treatment of sheet dielectric materials, containing at least one section, including two waveguides with a slot for passing through the processed sheet dielectric material, each of which is connected to an individual source of microwave energy and a protective device for absorbing excess energy characterized in that in the section the waveguides are placed perpendicular to the direction of motion of the dielectric material being processed and are located relative to each other in mutually opposite directions of energy distribution of the electromagnetic field of microwave frequencies sections, the device is additionally equipped with at least two mutually opposite directions of energy distribution of the electromagnetic field of microwave frequencies sections, each of which includes two periodic retarding systems consisting of pins, ligaments and plates connected to individual microwave energy sources and a protective device for absorbing excess energy gii, periodic slowdown systems in each section are located perpendicular to the direction of motion of the dielectric material being processed, and relative to each other are placed in mutually opposite directions of microwave energy distribution of the microwave field, while all sections are connected in series in the direction of passage of the processed sheet dielectric material.

2. The microwave device for heat treatment of sheet dielectric materials according to claim 1, characterized in that the waveguides are made identical.

3. The microwave device for heat treatment of sheet dielectric materials according to claim 1, characterized in that the periodic retarding systems are identical.

4. The microwave device for heat treatment of sheet dielectric materials according to claim 1, characterized in that in each waveguide, a slot for passing through the processed sheet dielectric material is made in the middle of a wide waveguide wall and is parallel to a narrow waveguide wall.