Сушильная установка

 

Изобретение содержит металлическую сушильную камеру с дверью, СВЧ-генераторы, несколько передающих и одну приемную антенны, детектор, индикатор отражения СВЧ-излучения от штабеля пиломатериала, кинематическую связь передающих и приемной антенн. Передающие антенны установлены в отверстиях противоположных вертикальных стенок камеры раскрывами внутрь нее так, что их электрические оси находятся под углом Брюстера к облучаемой поверхности штабеля. Приемная антенна установлена на одной из стенок камеры, на которой установлены передающие антенны с электрической осью под тем же углом, но с противоположным знаком. Антенны выполнены с горизонтальной поляризацией излучения, их электрические оси лежат в горизонтальной плоскости и закреплены с возможностью вращения в пределах ± (45 - 75) угл. град. по отношению к перпендикуляру к облучаемой поверхности штабеля. Передающие антенны установлены рядами на противоположных вертикальных стенках камеры. На верхней стенке камеры выполнено окно вытяжной вентиляции, а на одной из вертикальных стенок - окно приточной вентиляции, которые закрыты экранной сеткой. На нижней стенке камеры установлена тележка. Техническим результатом является уменьшение отражения СВЧ-излучения от штабеля пиломатериала. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к деревообработке и может быть использовано при СВЧ-сушке пиломатериалов (древесины).

Известна сушильная установка (Россия, Передовой опыт в строительстве Москвы, N 3, 1992, с. 15, 16, фиг. 3), которая содержит несколько СВЧ-генераторов, такое же количество передающих антенн, включенных на выходе генераторов, металлическую сушильную камеру с дверью, несколько устройств приточной и вытяжной вентиляции и тележку для пиломатериалов. Антенны расположены раскрывами внутрь камеры. Окна приточной вентиляции и излучатели расположены на боковых стенках камеры, а окна вытяжной вентиляции - на ее потолке.

Эта установка имеет низкий КПД, что обусловлено отражением энергии СВЧ-излучения от штабеля пиломатериалов и образованием стоячих волн в тракте излучателя, что неблагоприятно сказывается на отдаче мощности СВЧ-генератором.

Также известна сушильная установка (Россия, заявка N 93056708, H 05 B 6/64; F 24 C 7/02; F 26 B 3/32, 3,34, решение о выдаче патента от 07.02.95), которая содержит металлическую сушильную камеру с дверью, СВЧ-генераторы, передающие антенны по числу генераторов, устройства воздушного охлаждения генераторов, трубы приточной вентиляции, тележку для штабеля пиломатериалов и ее привод. Эта установка принята за прототип изобретения. В каждой боковой стене камеры выполнены сквозные отверстия, половина из которых предназначена для размещения антенн, а другая половина служит окнами приточной вентиляции. На верхней стенке камеры расположены окна вытяжной вентиляции. Все вентиляционные окна закрыты экранами - металлическими сетками с размером ячеек меньше длины волны СВЧ-генераторов. Антенны размещены в отверстиях боковых стен камеры в несколько рядов по вертикали и горизонтали в шахматном порядке на расстоянии друг от друга не менее ширины окна приточной вентиляции и не больше ширины главного максимума диаграммы направленности антенны на расстоянии половины ширины камеры. Окна приточной вентиляции расположены напротив излучателей на противоположной боковой стенке.

Эта установка имеет низкий КПД, что обусловлено отражением энергии СВЧ-излучения от штабеля пиломатериала и образованием стоячих волн в тракте излучателей, что неблагоприятно сказывается на отдаче мощности СВЧ-генераторами.

Техническим результатом изобретения является повышенный КПД установки за счет уменьшения отражения СВЧ-излучения от штабеля пиломатериала и создание в тракте излучателей режима бегущей волны, что способствует увеличению КПД преобразования СВЧ-генераторами электроэнергии промышленной частоты в СВЧ-энергию.

Этот результат достигается благодаря тому, что сушильная установка содержит: СВЧ-генераторы, передающие антенны по числу СВЧ-генераторов, по меньшей мере одну приемную антенну, индикатор отраженного от штабеля СВЧ-излучения, детектор, металлическую сушильную камеру с дверью, окна приточной и вытяжной вентиляции, вентилятор, установленный перед окном приточной вентиляции, тележку для штабеля.

Выход каждого СВЧ-генератора соединен со входом одной передающей антенны, а выход приемной антенны через детектор соединен со входом индикатора.

Передающие антенны установлены раскрывами внутрь камеры на двух противоположных вертикальных ее стенках в несколько рядов. Приемная антенна, предназначенная для приема отраженных от штабеля СВЧ-излучений, установлена на одной из стенок камеры, на которой расположены передающие антенны, раскрывом также внутрь камеры. Антенны имеют горизонтальную поляризацию излучения и установлены с возможностью поворота их электрических осей в обе стороны относительно перпендикуляра к облучаемой поверхности штабеля в горизонтальной плоскости в пределах ± (45 - 75) угл. град. При этом оси передающих антенн параллельны и расположены по отношению к перпендикуляру к облучаемой поверхности штабеля под углом падения СВЧ-излучения на штабель, в указанном интервале его возможных значений, а электрическая ось приемной антенны расположена под углом отражения СВЧ-излучения от штабеля (абсолютные значения этих углов равны, но имеют противоположные знаки). Передающие и приемная антенны имеют кинематическую связь или синхронный электропривод. Эта связь обеспечивает параллельность электрических осей передающих антенн, при изменении их положения относительно перпендикуляра к облучаемой поверхности штабеля, и их синхронного поворота совместно с приемной антенной, но в противоположные стороны, так чтобы электрические оси передающих антенн находились под углом падения СВЧ-излучения на поверхность штабеля, а электрическая ось приемной антенны - под углом отражения излучения от этой поверхности.

Окна приточной вентиляции расположены на вертикальной стенке камеры, а вытяжной - на ее верхней стенке и закрыты экранной сеткой.

Тележка для штабеля расположена на нижней стенке камеры, на рельсах.

Отличительными признаками изобретения являются: приемная антенна, ее расположение в камере по отношению к передающим антеннам и штабелю, индикатор, горизонтальная поляризация излучения антенн, возможность поворота электрических осей антенн в горизонтальной плоскости в пределах ± (45 - 75) угл. град. относительно перпендикуляра к облучаемой поверхности штабеля.

Технический результат обеспечивается за счет уменьшения отражения СВЧ-излучения от штабеля пиломатериала, так как известно, что при падении электромагнитного излучения на плоскую границу раздела воздух - диэлектрик с поляризацией, параллельной плоскости падения под углом Брюстера, отражение от этой границы равно нулю (Харвей А.Ф. Техника СВЧ. Т. 1, пер. с английского. - М.: Соврадио, 1965, с. 42).

При нормальном падении излучения любой линейной поляризации на такую границу раздела коэффициент отражения (R) излучения всегда больше нуля и определяется по формуле , где ε - относительная диэлектрическая постоянная диэлектрической среды.

По этой формуле легко подсчитать, что, например, для сырой дубовой доски большой толщины (внутри отсутствуют переотражения СВЧ-излучения из-за больших электрических потерь), для которой ε = 10, коэффициент отражения составит 0,52 (52%). Энергия электромагнитного поля пропорциональна квадрату его электрического поля. Поэтому от дубовой доски отразится 27% энергии падающего СВЧ-излучения, большая часть которой рассеется бесполезно и отрицательно скажется на работе СВЧ-генератора.

Штабель не является сплошным диэлектриком, так как между его досками при сушке всегда должны оставаться щели для выхода водяного пара. Эффективное значение диэлектрической постоянной (ε_эфф) штабеля определяется по формуле (Княжевская Г. С., Фирсова М.Г. ВЧ-нагрев диэлектрических материалов. - Л.: Машиностроение, 1980) , где ε - диэлектрическая проницаемость древесины; ε_возд - диэлектрическая проницаемость воздуха; V_возд - объем воздуха в штабеле; V_штаб - объем штабеля.

Угол Брюстера (Θ) для поверхности штабеля определяется по формуле (Харвей А.Ф. Техника СВЧ. Т. 1, пер. с английского. - М.: Соврадио, 1965, с. 42): .

Но, как правило, ε_эфф неизвестна, и угол Брюстера по настоящему изобретению определяется по минимуму отражения СВЧ-излучения от облучаемой поверхности штабеля.

На фиг. 1 представлен вид на предлагаемую установку в плане со снятым потолком; на фиг. 2 представлен вид на установку сбоку без передней боковой стены.

На чертежах введены обозначения: 1 - СВЧ-генератор; 2 - передающая антенна; 3 - приемная антенна; 4 - индикатор; 5 - детектор; 6 - сушильная камера; 7 - дверь сушильной камеры; 8 - окно приточной вентиляции с экранной сеткой; 9 - окно вытяжной вентиляции с экранной сеткой; 10 - штабель пиломатериала; 11 - кинематическая связь приемной и передающей антенны; 12 - ось коромысла кинематической связи; 13 - ось вращения антенны в горизонтальной плоскости; 14 - тележка штабеля.

СВЧ-генератор 1 может быть выполнен в виде магнетрона, клистрона или на транзисторах большой мощности по схеме автогенератора сантиметрового или дециметрового диапазона длин волн, мощностью более 1 кВт.

Передающая 2 и приемная 3 антенны могут быть выполнены в виде электромагнитного рупора или открытого конца волновода и должны иметь горизонтальную линейную поляризацию излучения.

Индикатор 4 может быть выполнен в виде микроамперметра.

Детектор 5 может быть выполнен на полупроводниковом диоде.

Сушильная камера 6 выполняется из металла (сталь, дюралюминий).

Дверь 7 сушильной камеры выполняется из материала камеры.

Окна приточной 8 и вытяжной 9 вентиляции закрываются экранной сеткой с размером ячеек много меньше длины волны СВЧ-генераторов.

Штабель 10 складывается из досок или брусьев, подлежащих сушке, одного сортимента рядами и в несколько этажей, в виде параллелепипеда. В одном ряду укладывают несколько досок или брусьев. Ряды разделяются прокладками, выполненными из сухого дерева.

Связь 11 передающих и приемной антенн может быть выполнена кинематической в виде коромысла и двух тяг или в виде синхронного электропривода с противоположным направлением вращения передающих и приемной антенн.

Оси коромысла 12 и поворота антенн 13 крепятся к сушильной камере.

Сушильная установка содержит: 12 СВЧ-генераторов 1, 12 передающих антенн 2, две приемные антенны 3, два индикатора 4, два детектора 5, сушильную камеру 6, дверь 7, окна приточной 8 и вытяжной 9 вентиляции, приточный вентилятор, кинематическую связь 11, оси вращения коромысла кинематической связи 12 и антенн 13 и тележку 14.

Выход каждого СВЧ-генератора 1 соединен со входом одной передающей антенны 2, а выход приемной антенны 3 соединен со входом индикатора 4 через детектор 5.

Передающие антенны 2 установлены раскрывами внутрь камеры на ее боковых (но могут быть установлены и на торцевых) стенках в два ряда так, что их электрические оси параллельны и находятся под углом падения СВЧ-излучения. Приемные антенны 3 также установлены раскрывом внутрь камеры на тех же боковых стенах и так, что их электрические оси находятся под углом отражения СВЧ-излучения от штабеля. Антенны 2 и 3 установлены в горизонтальной плоскости с возможностью поворота их электрических осей в обе стороны от перпендикуляра к облучаемой поверхности штабеля в пределах от 45 до 75 угл. град. и имеют горизонтальную поляризацию излучения. При этом оси передающих антенн 2 параллельны, лежат в горизонтальной плоскости падения СВЧ-излучения на поверхность штабеля и расположены по отношению к перпендикуляру к этой поверхности под углом Брюстера в интервале значений ± (45 - 75) угл. град., а электрическая ось приемной антенны 3 распложена под отрицательным значением этого угла и находится также в горизонтальной плоскости падения.

Окно приточной 8 вентиляции расположено внизу торцевой стенки камеры, а вытяжной 9 - на ее потолке, у противоположной торцевой стенки. Окна закрыты экранной сеткой.

Тележка 14 для штабеля выполнена из стали и расположена на полу камеры, на рельсах.

Сушильная установка работает следующим образом.

На тележку 14 укладывают пиломатериал, подлежащий сушке, одного сортимента рядами в несколько этажей через прокладки из сухого дерева в виде штабеля 10. Штабель 10 через открытую дверь 7 закатывают в камеру 6 и устанавливают напротив антенн 2 и 3 и закрывают дверь. Включают СВЧ-генераторы 1 и с помощью антенн 2 облучают штабель 10 пиломатериала СВЧ-энергией. С помощью приемных антенн 3 принимают отраженное от штабеля СВЧ-излучение и измеряют его интенсивность с помощью индикатора 4. Путем поворота приемных антенн 3, а с ними и передающих 2, с помощью кинематической связи 11 добиваются минимальной (нулевой) интенсивности отраженного излучения. В процессе сушки отслеживают этот минимум. В этом случае вся энергия СВЧ-излучения без отражения проходит в штабель, что обеспечивает ее полное использование для нагрева штабеля пиломатериала и режим бегущей волны в трактах передающих антенн.

Формула изобретения

1. Сушильная установка, содержащая металлическую сушильную камеру с дверью, СВЧ-генераторы, выход каждого из которых соединен с передающей антенной, установленной раскрывом внутрь камеры, на нижней стенке камеры установлена тележка, причем передающие антенны установлены рядами на противоположных стенках камеры, на верхней стенке камеры выполнено окно вытяжной вентиляции, а на одной из вертикальных стен - окно приточной вентиляции, которые закрыты экранной сеткой, отличающаяся тем, что в нее введены по меньшей мере одна приемная антенна, установленная раскрывом внутрь камеры, детектор и индикатор отраженного от штабеля СВЧ-излучения, кроме того, антенны выполнены с горизонтальной поляризацией излучения и закреплены с возможностью изменения положения их электрических осей в пределах ±45 - 75 угл. град. к перпендикуляру к облучаемой поверхности штабеля и образуют углы с перпендикуляром к этой поверхности штабеля с равными абсолютными значениями, но противоположными знаками.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что антенны снабжены кинематической связью или связью в виде синхронного привода, обеспечивающие синхронное изменение углового положения электрических осей передающих и приемных антенн в противоположные стороны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2