Устройство для свч-термообработки диэлектрических материалов с высоким темпом нагрева

 

Изобретение относится к СВЧ-устройствам, предназначенным для нагревания диэлектрических материалов с высокой скоростью, и может быть применено для стерилизации медпрепаратов в ампулах, мясопродуктов в диэлектрической таре, разогрева сосисок в оболочке или порционных материалов в потоке с дискретным заполнением области нагрева, а также для стерилизации фруктовых соков и других жидких материалов в потоке. Целью изобретения является повышение скорости нагрева диэлектрических материалов и получение возможности дискретного заполнения области нагрева. В прямоугольном СВЧ-волноводе 1 на его горизонтальных стенках один над другим размещены согласующие элементы-концентраторы СВЧ-энергии, охватывающие трубопровод 4 для транспортировки обрабатываемого материала. Эти согласующие элементы-концентраторы идентичны и развернуты друг относительно друга на 180°, причем каждый состоит из вкладыша 6 с клинообразным выступом 8 и настроечной пластиной 7, форма и размеры которых согласованы с длиной волны СВЧ-излучения в резонаторе-волноводе таким образом, что обеспечивают оптимальный режим и коэффициент полезного действия устройства. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

2 64 А1 (l9) (111

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ FHHT СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ1-

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг.1

1 (21) 4388601/31-13 (22) 09.03.88 (46) 30,07.90. Бюл. № 28 (71) Московский институт радиотехники, электроники и автоматики (72) В.Ф.Проценко и В.М.Гончаренко (53) 664.036(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 894906, кл. А 23 L 3/32, 1980.. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВЧ-ТЕРМООБРАБОТКИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ С ВЫСОКНМ ТЕМПОМ НАГРЕВА (37) Изобретение относится к СВЧ-устройствам, предназначенным для нагревания диэлектрических материалов с высокой скоростью, и может быть применено для стерилизации медпрепаратов в ампулах, мясопродуктов в диэлектрической таре, разогрева сосисок в оболочке или порционных материалов в потоке с дискретным заполнением области нагрева, а также для стернли(g1)y Н 05 В б/78, 6/64; А 23 L 3/32

2 зации фруктовых соков и других жидких материалов в потоке. Целью изобретения является повышение скорости нагрева диэлектрических материалов и получение возможности дискретного заполнения области нагрева. В прямоугольном СВЧ-волноводе 1 на его горизонтальных стенках один над другим размещены согласующие элементы-концентраторы СВЧ-энергии, охватывающие трубопровод 4 для транспортировки обрабатываемого материала. Эти согласующие .элементы-концентраторы идентичны и развернуты друг относительно о друга на 1 80, причем каждый состоит из вкладыша 6 с клинообразным выступом 8 и настроечной пластиной 7, форма и размеры которых согласованы с длиной волны СВЧ-излучения в резона-торе-аолиоеоде таким образом, что С обеспечивают оптимальный режим и КПД устройства. 2 ил.

1.1582364

30 где Я вЂ” длина волны СВЧ-генератора; а — размер горизонтальной стенки волновода.

Устройство состоит из прямоуголь ного волновода 1 с согласованной нагрузкой 2, запредельного устройства

3, трубопровода 4 из диэлектрика, заглушки 5, вкладышей 6 с настроечными пластинами 7 и клинообразными выступами 8.

Настроечные пластины 7, вкладьппи

6 и клинообразные выступы 8 образуют запредельные области 9. Боковые верти кальные стенки 10 волновода 1 и настроечные пластины 7 образуют область 45 представляющую неоднородный волноводный канал ll, соединяющий гейератор (не показан) с.согласованной нагрузкой 2. Вкладьппи 6 расположены один над другим, развернуты относительно друг друга на 180 и укреплены на горизонтальных стенках 12 волновода 1.

Каждый вкладьпп имеет форму призмы с прямоугольным основанием .13 и сечением вдоль оси волновода 1 в виде равнобедренной трапеции 14. Клинообразный выступ 8 расположен в середине одной из граней 15 вкладыша 6. Верхняя грань 16 клинообразного выступа 8

50

Изобретение относится к СВЧ-устройствам, предназначенным для нагревания диэлектрических материалов с высокой скоростью, и может быть использовано для стерилизации медпрепаратов в ампулах, мясопродуктов в диэлектрической таре, разогрева сосисок в оболочке или порционных материалов в потоке с дискретным запол" 10 . нением области нагрева устройства, а также для стерилизации фруктовых соков .и других жидких материалов в потоке.

Цель изобретения — повьппение скорости нагрева диэлектрических материалов и получение возможности дискретного заполнения области нагрева.

На фиг.l изображено устройство, разрез; на фиг.2 — нижний вкладыш, изометрия.

На фиг.2 приведены относительные размеры вкладьппа по отношению к длине волны 1СВЧ-поля в прямоугольном волноводе с отношением его сторон 2:1 25 для основного типа волны Н 1р, для которого сходит на нет к основанию 13 призмы, G TpH ocTëëüíbtå грани 17 параллельны оси трубопровода 4, проходящего через центр верхней грани 18 каж дой призмы-вкладыша 6, при этом ближайшая к трубопроводу 4 грань 19 выступа 8 опирается на ребро 20 призмы.

Каждая настроечная пластина 7 предсталяет собой две прямоугольные пластины 21 и 22, соединенные между собой кольцом 23, охватывающим трубопровод, и установленные концом пластины 21 на верхнее ребро 24 клинообразного выступа 8, а концом пластины 22— на верхнее ребро 20 призмы, лежащее по другую сторону трубопровода 4.

Эти элементы вкладышей образуют в устройстве четыре рабочие зоны

I-IV, показанные на фиг.l пунктирными линиями.

Устройство работает следующим образом.

Устройство работает в двух режимах — холостом и рабочем.

B холостом режиме, когда в трубопроводе 4 нет нагреваемого материала, зоны I-III представляют собой согласованную реактивную неоднородность.

В этом случае отражение СВЧ-энергии генератора от зон I-III и области 9 и канала ll взаимно скомпенсировано и энергия генератора поступает в зону

IV, где поглощается в согласованной нагрузке 2, В рабочем режиме, при введении нагреваемого материала в область 9, последняя переходит из реактивного режима в режим поглощения энергии, часть которой выделяется в нагреваемом мате риале, а часть поступает в согласованную нагрузку 2. При полном.введении нагреваемого материала в область

9 и канал 11 последние переходят в режим объемного резонанса и вся СВЧэнергия выделяется в резонансном объеме, т.е. в нагреваемом материале.

За счет такого режима работы устройст ва нагрузка на генератор изменяется мало, а режим согласования сохраняется в широком диапазоне изменения диэлектрической проницаемости нагреваемого материала при условии высокой. концентрации энергии в нем.

П р и и е р. Основные размеры устройства, рассчитаниого на рабочую частоту 2450 мГц и нагрев ампул с адезинтрифосфорной кислотой (АТФ) диаметром 9-10,5 мм и емкостью 2 см, 15823 должны быть следующими: волновод размером 90"45 мм; длина клиновидной части вкладыша без выступа l10 мм, длина клиновидной части. с выступом

110 мм; длина призматической части

40 мм, высота призматической части

I1 мм; высота выступа 16 мм, длина клинообразного выступа 110 мм, ширина клинообразного выступа 20 мм; шири- lð на настроечной пластины 20 мм, толщина настроечной пластины 2 мм, внутренний диаметр пластины в призматической части 13 5 мм, внешний диаметр пластины 38,5 мм; внутренний диаметр трубопровода 4 ll мм, внешний диаметр 13 мм; материал вкладышей и настроечной пластины — латунь; материал трубопровода — фторопласт; в качестве согласованной нагрузки применяется нагрузка из комплекта "Парус

В общем случае в качестве согласо-ванной нагрузки может быть использова= на любая согласованная нагрузка, предназначенная для работы в волноводе с размерами. 90 45 мм, способная рассеивать вс:.. мощность генератора.

При падающей мощности от генератора

600 Вт скорость нагрева составляет

80 С/с. Все элементы устройства могут быть выполнены из меди, алюминия ипи их сплавов.

Электрические параметры устройства следующие: на холостом ходу КВС „ =

l 6; в рабочем режиме КСВ = 1,3.

В рабочем режиме в нагреваемом объекте, в данном случае в ампуле с

АТФ, выделяется 90-95 падающей мощности.

64 6

Формула изобретения

Устройство для СВЧ-термообработки диэлектрических материалов с высоким темпом нагрева, содержащее прямоуголь ный волновод, согласованную нагрузку, запредельное устройство, трубопровод из диэлектрика для транспортировки обрабатываемого материала и заглушку, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьш ения скорости нагрева диэлектрических материалов и получения возможности дискретного заполнения области нагрева> волновод в этой области снабжен согласующими элементами для концентрации СВЧ-энергии, выполненными в виде двух расположенных один над другим идентичных вкладышей с .настроечными пластинами, причем вкладыши развернуты относио тельно друг друга на 180 и укреплены на горизонтальных стенках волновода, каждый из них имеет форму призмы с прямоугольным основанием и сечением вдоль оси волновода в виде равнобедренной трапеции, причем середина одной из наклонных граней каждого вкладыша имеет клинообразный выступ, верхняя грань которого сходит на нет к основанию призмы, а три остальные параллельны оси трубопровода, проходящего через центр верхней грани каждой призмы, при этом ближайшая к трубопроводу грань выступа опирается на ребро призмы, а каждая настроечная пластина представляет собой две прямоугольные пластины, соединенные между собой кольцом, охватывающим трубопровод, и установленные концом одной пластины на верхнее ребро клинообразного выступа, а концом второй пластины — на верхнее ребро призмы, лежащее по другую сторону трубопровода.

1582364

Фиг 2

Составитель В.Чельцов

Техред Л.Олийнык

Редактор А.Orap

Корректор А.Осауленко

Заказ 2098 Тираж. 698 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101