Устройство для нагрева пластичных материалов

омышленнос и химическ изобретени к тивно нутрен личесповышение эфф Для этои целиости стенок мета сти нагрев ние поверх ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГННТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕК Д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Институт геотехническники АН УССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГНИХ Г 1 АТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относитсяву пластичных материалов,сти битумных мастик, СВЧ-эи м,б, использовано в стро кой емкости 5 и крьппки 6 покрыты слоем 13 полупроводникового материала. Диэлектрическая проницаемостьслоя 13 выбирается на 1-2 порядиика вьппеЯ нагреваемого в-ва 4 длямтого, 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 стен кам 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 нагрева2 з.п. Ф-лы, 4 ил.15 25 костиУстройство содержит СВ 1-генератор 1, волноводный тракт 2, излучатель 3, выполненный в виде рупора, заполненного диэлектриком 4, металллическую емкость 5, соединенную с излуча 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 волнонода, в которой установлены вентиль 10 и фильтр 11 в виде металлической сетки, и тепло- изоляционную 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 через50 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 стоя 55 чие волны, количество полупериодо . которых в поперечном сечении зависит от соотношения между длиной волны и соотнетстнующих размеров металли 3 149777Изобретение относится к нагревупластичных материалов, в частностибитумных мастик, СВ 1-энергией иможет быть использовано н строительной и химической промышленностиель изобретения - повышениеэффективности нагрева,На фиг, изображено предлагаемоеустройство, общий вид; на Лиг,2распределение электромагнитногополя н поперечном сечении устройства)не содержащем полупроводниковогослоя (слоя с потерями) на стенкахметаллической емкости; на фиг.3 -распределение электромагнитного поляв поперечном сечении устройства,содержащем полупроводниковый слойна стенках металлической емкости;на фиг.4 - зависимости мощности 20поглощаемой единицей объема нагренаемого материала (кривые 1 и 2),и полупроводникового слоя (кривая 3)по высоте стенок металлической ем 1 4ческой емкости 5. Наличие слоя 13позноляет 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 4 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 4 нагреваются даже быстрее, чем внутренние, что существенно повышает эффективность нагрена.После окончания процесса нагрена СВЧ-генераторотключается, а после отбора требуемого количества нагреваемого вещества 14 вентиль 10 закрывается. 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 шириной 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 ТЕЗОР, Ближайшая пучность стоячей волны н металлической емкости 5 расположена на расстоянии, равном(5) 40 5 4 ч етв ерти длины волны элек трома гни тных 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 нагреваемое 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, необходимо выполнение условия(1)4 ч Е,где 9 ч - длина волны источника коле.баний;С 1 - диэлектрическая проницаемость слоя 13,Первая пучность стоячей волны состороны стенки емкости приходитсяна границу между нагреваемым веществом 14 и слоем 13, т,е. условия длянагрева периферийной области нагреваемого вещества 14 оказываются более благоприятными, чем центральнойее части.Диэлектрическую проницаемость1Яслоя 13 выбирают на 1-2 порядкавыше диэлектрической проницаемостиЯ,нагреваемого вещества 4, т,е,ьл (10 100) с,р (2)для того, чтобы максимально уменьшить толщину слоя 13 и тем самымсохранить полезный объем металлической емкости 5.Тангенс угла диэлектрических потерь слоя 13, равныйУ 1, выбираютизменяющимся по высоте слоя 13, поскольку нагреваемое вещество 14среда с потерями и поле в ней помере удаления от излучателя 3 уменьшается по экспоненциальному закону.На фиг.4 показан характер зависимостимощности тепловых потерь в нагреваемом веществе 4 (кривые 1 и 2) и вслое 13 (прямая 3), Аналогичные зависимости имеет электрическая составляющая поля Е, 1 свою очередь температурное распределение повторяетв среде распределение электромагнитного поля,Таким образом, оснащение металлической емкости 5 слоем 13 способству 97771 Бет выравниванию температуры только впоперечном сечении металлической емкости 5, а в направлении распространения излучения температура экспоненциально снижается. Для равномерногораспределения температуры во всемслое 13 слой 13 изготавливают анизотропным по высоте металлической емкости 5 (ось 4),Ослабление энергии электрическогополя Е в нагреваеиом обрабатываемомовеществе 14 выражается соотношениемЕ = Е 1 , В/см, (3)где М - коэффициент поглощения;7. - глубина, на которой определяется Е.КоэФФициент К, зависит только отэлектрических параметров нагреваемо го вещества 14 и частоты электромагнитных колебаний.Мощность, поглощаемая единицейобъема слоя 13, определяется выражением25 Р= 0,287 Е ГГ й 8810 , Вт/см ,(4) где Е - частота колебаний.Подставив (3) в (4), получим зависимость Р ов от расстояния К: З 0 Р = 0,287(Еф ) ГЯ дб О, Вт/см Для выравнивания температуры пооси 2 необходимо, чтобы значения 35 л.Р (Е) = сопя, Это условие выполняется в случае, если Тд О я удовлетворяет соотношениюгеня о(6)п 1 = Формула изобретения 1, Устройство для нагрева пластичных материалов, включающее после довательно соединенные СВЧ-генератор,волноводный тракт и излучатель, расположенный на дне металлическойемкости, предназначенной для размещения обрабатываемого пластического 50 материала, на наружной поверхностиметаллической емкости размещенатеплоизоляционная 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 крышкипокрыты слоем полупроводниковогоматериала, диэлектрическая проницае1497771 где Ср 0 . - тангенс угла потерь обрабатываемого пластического материала;Ы, - коэффициент затухания в обрабатываемом пластичес 10Составитель Е,СкороходовТехред Л.Олийнык едактор А,Ревин Корректор,Р.Бутк аказ 44 ЬО/57 Тираж 775 ПодписноеНИИПИ ета по изобретениям и открытиям при ГКИТ СССРа, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Гасударственного комит 113035, Москв1 рои в, стненно-издательский комбинат "Патент", г,ужгор гагарина,мость которого на 1-2 порядка превышает диэлектрическую приницаемос гь обраГатываемого пластического материала, толщина слоя полупроводникового материала равна четверти5 длины волны электромагнитныхколебаний в полупроводниковом материале, тангенс угла потерь увеличивается по высоте слоя. 2, Устройство по п,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 законуГ ком материале;7. - высота слоя полупроводникового материала;К - коэффициент, равный отношению диэлектрических проницаемостей слоя полупроводникового материала и обрабатываемого пласти" ческого материала;3. Устройство по пп,1 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,