Устройство для нагрева пластичных материалов

 

Изобретение относится к нагреву пластичных материалов ,в частности, битумных мастик, СВЧ- энергией и может быть использовано в строительной и химической промышленности. Цель изобретения - повышение эффективности нагрева. Для этой цели внутренние поверхности стенок металлической емкости 5 и крышки 6 покрыты слоем 13 полупроводникового материала. Диэлектрическая проницаемость ε<SB POS="POST">п/п</SB> слоя 13 выбирается на 1-2 порядка выше ε<SB POS="POST">м</SB> нагреваемого в-ва 14 для того, чтобы максимально уменьшить толщину слоя 13 и тем самым сохранить полезный объем металлической емкости 5. Наличие слоя 13 позволяет распределить электромагнитное поле в ее поперечном сечении и по высоте т.обр., что ближайшие к стенкам пучности стоячих волн совпадут с границей слоя 13 и, следовательно, с наружной границей нагреваемого в-ва 14. За счет одинаковой температуры во всем слое 13 периферийные области мастики нагреваемого в-ва 14 нагреваются даже быстрее, чем внутренние, что позволяет существенно повысить эффективность нагрева. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИX

РЕСПУБЛИК

1 А1 (!9! (11! (5!) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ фис (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО И306РЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К Д BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4238640/24-09 (22) 04.05,87 (46) 30.07 ° 89 ° E(n((, М 28 (71) Институт геотехнической механики АН УССР (72) В.И.Лойк и 10.А.Каденков (53) 621.396,55 (088.8) (56) Патент С1!1А 1(- 3235701, кл. Н 05 В 9/06, 1966, Патент С((1А 1(3469053, кл. П 05 В 9/06, 1969. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА Ш1АСТИЧНЫХ Г1АТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к нагреву пластичных материалов, в частности битумных мастик, СВ {-энергией и м.б, использовано в строительной и химической промьицленности. Цель изобретения — повышение эффективности нагрева. Для этой цели внутренние поверхности стенок металличес2 кой емкости 5 и крьяяки 6 покрыты слоем 13 полупроводникового материала. Диэлектрическая проницаемость слоя 13 выбирается на 1-2 поряди! п

I ка выше Я нагреваемого в-ва 14 для м того, чтобы максимально уменьшить толщину слоя 13 и тем самым сохранить полезный объем металлической емкости 5. Наличие слоя 13 позволяет распределить электромагнитное поле в ее поперечном сечении и по высоте т.обр., что ближайшие к стенкам пучности стоячих волн совпадут с границей слоя 13 и, следовательно> с наружной границей нагреваемого в-ва 14. За счет одинаковой температуры во всем слое 13 периферийные области мастики нагреваемого в-ва

14 нагреваются даже быстрее, чем внутренние, что позволяет существенно повысить эффективность нагрева °

? з.п. Ф-лы, 4 ил.

25 кости.

Устройство содержит CB I-генератор

l,i волноводный тракт 2, излучатель

3, вь>полненный в виде рупора, заполненного диэлектриком 4, металллическую емкость 5, соединенную с излуча- 30 телем 3, крышку 6.металлической емкости 5 с люком 7, диэлектрическую трубу 8 для слива, соединенную с металлической трубой 9, размеры которой соответствуют условию загритического нолнонода, в которой установлены вентиль 10 и фильтр 11 в виде металлической сетки, и теплоизоляционную обмуровку 12, слоя 13 полупроводникового материала (слой 40 с потерями) на внутренних поверхностях металлической емкости 5, загруженной нагреваемым веществом 14, и крьппке 6.

Устройство работает следующим 45 образом.

Нагреваемым веществом 14 через люк 7 в крышке 6 заполняют металлическую емкость 5, после чего люк 7 закрывают и от СВЧ-генератора 1 через

50 волноводный тракт 2 и излучатель 3

СВЧ-энергию подают в металлическую емкость 5 с нагреваемым веществом

14, н результате чего в металлической емкости 5 устанавливаются стоя55 чие волны, количество полупериодn" которых в поперечном сечении зависит от соотношения между длиной волны и соотнетстнующих размеров металли3 149777

Изобретение относится к нагрену пласTè÷HHx материалов, в чаc.Tности битумных мастик, СВ 1-энергией и может быть использовано н строительHnA H YI>>>HHPCKOH >1pOMb>>>IJIPннос ти °

1!ель изобретения — повышение эффективности нагрева, На фиг,l изображено предлагаемое устройство, общий вид; на »>иг,2 распределение электромагнитного поля н поперечном сечении устройства

) не содержащем полупроводникового слоя (слоя с потерями) на стенках металлической емкости; на фиг.3— распределение электромагнитного поля в поперечном сечении устройства, содержащем полупроводниковый слой на стенках металлической емкости; на фиг.4 — зависимости мощности 20 поглощаемой единицей объема нагренаемого материала (кривь>е 1 и 2) и полупроводникового слоя (кривая 3) по высоте стенок металлической ем1 4 ческой емкости 5, Наличие слоя 13 позноляет распределить электромагнитное поле н поперечном сечении металлической емкости 5 и по высоте так, что ближайшие к стенкам металлической емкости 5 пучности стоячих волн совпадут с границей слоя 13 и, следовательно, с наружной границей нагренаемого вещества 14.

Тангенс угла диэлектрических потерь н слое 13 увеличивается по мере удаления от излучателя 3, что позволяет выравнить величину мощности, выделяемой в единице объема слоя 13 полупроводникового материала, и, следовательно, ныравнить величину мощности, выделяемой н единице объема нагренаемого вещества 14.

Через несколько секунд после подачи электромагнитной энергии в металлическую емкость 5 н диэлектрической трубе 8, проходящей через излучатель 3, а также в металлической емкости 5, прилегающей к излучателю 3, заполненному диэлектриком

4, нагренаемое вещество 14 переходит в жидкое состояние, После этого в металлической трубе 9 открываЕтся вентиль 10 и жидкое нагреваемое вещество 14 выливается через сетку

При этом за счет одинаковой температуры во всем слое 13) периферийные области мастики нагреваемого вещества

l4 нагреваются даже быстрее, чем внутренние, что существенно повышает эффективность нагрена.

После окончания процесса нагрена

СВЧ-генератор отключается, а после отбора требуемого количества нагреваемого вещества 14 вентиль 10 saкрынается, Устройство готово к следующему циклу работы.

Диэлектрическая проницаемость слоя 13 выбирается на 1-2 порядка выше диэлектрической проницамости нагреваемого вещества 14 из следующих соображений. В зависимости от соотношения между длиной волны электромагнитных колебаний и размером

»>ириной стенки металлической емкости 5 в поперечном сечении емкости устанавливается целое число полуперио дов волн, На фиг.2 показано распределение поля в емкости без полупронодниконого материада для колебаний типа ТЕ30Р, Ближайшая пучность стоячей волны н металлической емкости

5 расположена на расстоянии, равном

5 l4 четверти длины волны электромагнитных колебаний от стенки емкости, а расстояние между соседними пучностями равно половине длины волны. Источниками тепла являются области п, приуроченные к пучностям волны в поперечном сечении емкости 5. Для того, чтобы нагреть до готовности нагренаемое вещество 14 у стенок емкости, требуется затратить вдвое больше времени, чем на нагрев ее в средине емкости. При оснащении стенок емкости слоем 13 (фиг.3) толщиной 1, равной четверти длины волны электромагнитных колебаний А„, необходимо выполнение условия (1)

4ч Е„!„ где фч — длина волны источника колебаний; 1

Cnln — диэлектрическая проницаемость слоя 13.

Первая пучность стоячей волны со стороны стенки емкости приходится на границу между нагреваемым веществом 14 и слоем 13, т,е. условия для нагрева периферийной области нагреваемого вещества 14 оказынаются более благоприятными, чем центральной ее части.

Диэлектрическую проницаемость

Я „ „слоя 13 выбирают на 1-2 порядка выше диэлектрической проницаемости

Я„, нагреваемого вещества 14, т,е. (2) для того, чтобы максимально уменьшить толщину слоя 13 и тем самым сохранить полезный объем металлической емкости 5.

Тангенс угла диэлектрических потерь слоя 13, равный tg У „1„, выбирают изменяющимся по высоте слоя 13, поскольку нагреваемое нещество 14 среда с потерями и поле в ней по мере удаления от излучателя 3 уменьшается по экспоненциальному закону.

На фиг.4 показан характер зависимости мощности тепловых потерь н нагреваемом веществе 14 (кривые 1 и 2) и в слое 13 (прямая 3). Аналогичные зависимости имеет электрическая составляющая поля Е, В свою очередь температурное распределение повторяет в среде распределение электромагнитного поля.

Таким образом, оснащение металлической емкости 5 слоем 13 способству97771 6 ет выравниванию температуры только в поперечном сечении металлической емкости 5, а в направлении распространения излучения температура экспоненциально снижается. Для равномерного распределения температуры во всем слое 13 слой 13 изготавливают анизотропным по высоте металлической ем10 кости 5 (ось 4!).

Ослабление энергии электрического поля F. в нагреваеиом обрабатываемом о веществе 14 выражается соотношением

Eî 1 В/см (3) где М вЂ” ко эффициент поглощения;

7. — глубина, на которой определяется Е.

Коэффициент зависит только от электрических параиетрон нагренаемо го вещества 14 и частоты электромагнитных колебаний.

Мощность, поглощаемая единицей объема слоя 13 определяется выражением

25 в = 0,287F. f F tg810 Вт/см (4) где f — частота колебаний.

Подс танин (3) в (4), получим зависимость Р nln от РасстоЯниЯ К:

30 Р = 0 287(F, е ì ) fß tgh10 6, Вт/см

Для выравнивания температуры по оси Z необходимо, чтобы значения

P (Е) = const. Это условие выполняется в случае, если tg и nip удовлет воряет соотношению гс о (6)

nln= " К

Формула изобретения

1, Устройство для нагрева пластичных материалов, включающее после45 довательно соединенные СВЧ-генератор, волноводный тракт и излучатель, расположенный на дне металлической емкости, предназначенной для размещения обрабатываемого пластического

50 материала, на наружной поверхности металлической емкости размещена теплоизоляционная обмуровка, и крышку, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности

55 нагрева, внутренние поверхности стенок металлической емкости и крышки покрыты слоем полупроводникового материала, диэлектрическая проницае)49777) где t) f . — тангенс угла потерь обрабатываемого пластического материала;

Ы, — коэффициент затухания в обрабатываемом пластичес1О

aalu гр 3 .Я )АМ К ) 20

fl . П Л /2

О О

Зт

СМ >

2, см рие

Составитель Е . Скороходов

Редактор А,Ревин Техред Л.Олийнык Корректор.Р,Бутковци

Заказ 44ЬО/57

Тираж 775

Подписное

ВНИИГ)И Гасударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКИТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

1)рои >н>дстненно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 1О! мость которого на 1 — 2 порядка превышает диэлектрическую приницаемос гb обрабатываемого пластического материала, толщина слоя полупроводникового материала равна че тверти

5 длины волны электромагнитных колебаний в полупроводниковом материале, тангенс угла потерь увеличивается по высоте слоя.

2, Устройство по и, 1, о т л и ч и ю щ е е с я тем, что у дна металлической емкости тангенсы угла потерь полупроводникового материала и обрабатываемого пластического материала равны и увеличиваются по высоте слоя по закону

Г ком материале;

7. — высота слоя полупроводникового материала;

К вЂ” коэффициент, равный отношению диэлектрических проницаемостей слоя полупроводникового материала и обрабатываемого пласти" ческого материала:

3. Устройство по пп.) и 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что тангенсы угла потерь слоя полупроводникового материала на к рышке и на стенках металлической емкости, граничащих с крышкой, равны.