Резонансная камера нагрева для устройств с источником излучения свч диапазона



Резонансная камера нагрева для устройств с источником излучения свч диапазона
Резонансная камера нагрева для устройств с источником излучения свч диапазона

 


Владельцы патента RU 2585258:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ВГУ") (RU)

Изобретение относится к СВЧ технике и предназначено для повышения однородности СВЧ поля при нагреве, сушке и других применениях теплового воздействия электромагнитного излучения СВЧ диапазона. Резонансная камера нагрева для устройств с источником излучения СВЧ диапазона, выполненная в форме прямоугольного параллелепипеда, у которой профиль хотя бы одной из стенок содержит одну или несколько выпуклостей, причем радиусы кривизны и высота их не менее λ/10, где λ - длина волны СВЧ излучения. Технический результат заключается в снижении неоднородности электрического поля в объеме камеры. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к СВЧ технике и предназначено для повышения однородности СВЧ поля при нагреве, сушке и других применениях теплового воздействия электромагнитного излучения СВЧ диапазона.

При использовании электромагнитного поля для нагрева предметов, содержащихся в некоторой полости, предполагается, что эта полость является замкнутым резонатором для источника электромагнитного излучения. Как правило, форма полости выбирается близкой к прямоугольному параллелепипеду. Это существенно упрощает теоретический анализ ее резонансных свойств. Однако при такой форме полости, а следовательно, и очень простой структуре собственных мод резонатора (стоячих волн) интенсивности поля в разных точках полости сильно различаются. Это приводит к неоднородности нагрева предметов, помещенных в полость.

Для устранения этого недостатка, а именно для повышения однородности электромагнитного поля в полости, используется перемешиватель (stirrer) стоячих волн. Он представляет собой металлическую вращающуюся пластину, размещенную в месте ввода электромагнитной энергии в полость. В пластине имеется несколько отверстий, через которые электромагнитное поле проходит в полость. Вращение пластины приводит к периодическому перемещению источника СВЧ поля в полости-резонаторе, приводя к изменению структуры электромагнитного поля, а в итоге - к повышению его однородности. Различные варианты конструкции перемешивателя, а также способов и схем его питания описаны, например, в патентах US 4144437, 5877479, 7030347.

Несмотря на довольно широкое практическое применение перемешивателей, получаемое с их помощью поле не является вполне однородным.

Другим известным приемом, направленным на равномерность распределения электромагнитного поля внутри камеры нагрева, является придание внутренней поверхности стенок камеры особой формы.

Известна камера нагрева сверхвысокочастотной печи, в которой внутренняя поверхность двух стенок, одна из которых прилегает к стенке камеры с отверстием для ввода СВЧ энергии, а другая расположена напротив этого отверстия, выполнена ребристой (патент РФ 2085057, H05B 6/64, 1997). Ребра в поперечном сечении имеют форму треугольника высотой λ/8, расстояние между гребнями ребер, образованными вершинами треугольников, составляет λ/4, а гребни ребер параллельны плоскости стенки камеры нагрева, в которой выполнено отверстие.

В другом варианте предлагается боковую поверхность резонансной камеры нагрева выполнить ребристой с расстоянием между соседними вершинами ребер, расположенных параллельно основанию, равным λ/2, и глубиной λ/8 (заявка РФ 96103495, H05B 6/64, 1998).

Известна камера нагрева в виде СВЧ резонатора в форме прямоугольного параллелепипеда (патент РФ 2000677, H05B 6/64, 1993), боковые стенки которого выполнены в виде гребневой структуры, направление гребней параллельно плоскостям торцевых стенок, при этом параметры периодической гребневой структуры выбраны из определенного соотношения. Промежутки между гребнями заполнены диэлектриком, например фторопластом.

Недостатком таких конструкций камеры нагрева является наличие резких выступающих углов в периодической гребневой структуре стенок камеры, у которых напряженность электромагнитного поля резко возрастает, что приводит к возможности возникновения электрического пробоя воздуха (искра).

Задачей изобретения является формирование профиля стенок камеры, повышающего однородность поля в ее объеме.

Технический результат заключается в снижении неоднородности электрического поля в объеме камеры.

Технический результат достигается тем, что в резонансной камере нагрева для устройств с источником излучения СВЧ диапазона, выполненной в форме прямоугольного параллелепипеда, согласно изобретению профиль хотя бы одной из стенок камеры нагрева содержит одну или несколько выпуклостей, у которых радиусы кривизны и высоты не менее λ/10, где λ - длина волны СВЧ излучения.

Если профиль камеры содержит одну выпуклость, то она занимает всю поверхность любой стенки или любую ее часть. Если выпуклостей несколько, то они имеют радиусы кривизны и высоты как одинаковой, так и различной величины и располагаются на поверхности любой из стенок как хаотично, так и регулярно.

Геометрия этих выпуклостей различна, но для каждой из них должны выполняться два условия: R>λ/10, h>λ/10, где R - радиус кривизны и h - высота выпуклости.

На фиг 1 представлены примеры бильярдов Синая: а) простейший бильярд, б), бильярд типа «звезда», в), бильярд типа «гусеница»; на фиг. 2 представлена конструкция одной из стенок камеры: а) стенка камеры с несколькими выпуклостями, регулярно расположенными на ее поверхности; б) стенка камеры с одной выпуклостью, занимающей всю поверхность стенки; в) стенка камеры с одной выпуклостью, занимающей часть поверхности стенки; г) стенка камеры с несколькими выпуклостями, произвольно расположенными на ее поверхности.

Предлагаемое устройство основано на представлении об СВЧ бильярде (microwave billiard). СВЧ бильярд является волновым аналогом механического бильярда Я.Г. Синая, примеры которого приведены на фиг. 1: а) простейший бильярд, б) бильярд типа «звезда», в) бильярд типа «гусеница» (Г.М. Заславский, Р.З. Сагдеев. Введение в нелинейную физику: от маятника до турбулентности и хаоса. М., Наука, 1988.). При этом симметрия или периодичность повторения отдельных фрагментов, которые наблюдаются в этих фигурах, необязательны. Математически строго доказано, что траектория шарика, движущегося в таком бильярде по инерции, без трения о стол и без потери энергии при упругом отражении от стенок, заполнит равномерно всю площадь биллиардного стола, то есть вероятность обнаружить его в произвольной точке на столе не будет зависеть от координат этой точки.

Перенос этих представлений на движение волн в ограниченном объеме 3-мерного пространства, продемонстрировал, что структура поля в этом случае также приобретает хаотический характер. В частности, распределение собственных частот стоячих волн в бильярде, изображенном на фиг. 1а, является распределением Вигнера-Дайсона (S. Sridhar, W.T. Lu. Sinai billiard, Ruelle zeta-functions and Ruelle resonances: microwave experiments. J. Stat. Phys. 108, 755 (2002). При этом необходимо, чтобы для фотонов можно было использовать корпускулярное представление, в смысле квантово-механического дуализма волна-частица. При этом требуется выполнение условия: размеры полости-резонатора должны быть много больше длины волны СВЧ излучения λ.

В предлагаемом устройстве для повышения однородности поля хотя бы одна из стенок нагревательной камеры может иметь в разрезе вид фиг. 2а, являясь, тем самым, 3-мерным аналогом бильярда Синая типа «гусеница». Возможны и другие варианты выполнения стенок камеры. Хотя бы одна из них должна иметь одну (фиг. 2б, в), две, три (фиг. 2г) или более выпуклостей, произвольно расположенных на ее поверхности. Геометрия этих выпуклостей может быть различной, но для каждой из них должны выполняться два условия: R>λ/10, h>λ/10, где R - радиус кривизны и h - высота выпуклости.

1. Резонансная камера нагрева для устройств с источником излучения СВЧ диапазона в форме прямоугольного параллелепипеда, отличающаяся тем, что профиль хотя бы одной из стенок камеры нагрева содержит одну или несколько выпуклостей, у которых радиусы кривизны и высота не менее λ/10, где λ - длина волны СВЧ излучения.

2. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что если профиль камеры содержит одну выпуклость, то она занимает всю поверхность любой стенки или любую ее часть.

3. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что если профиль камеры выпуклостей содержит несколько выпуклостей, то они имеют радиусы кривизны и высоту как одинаковой, так и различной величины и располагаются на поверхности любой из стенок как хаотично, так и регулярно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам СВЧ-обработки материалов и может быть использовано для обеззараживания осадков промышленных, бытовых и сельскохозяйственных сточных вод.

Свч-печь // 2581689
Изобретение относится к области электротехники, в частности к СВЧ нагревательным установкам для нагрева диэлектрических материалов. СВЧ-печь содержит рабочую камеру с дверцей, источник СВЧ энергии с выводом и устройство распределения энергии, выполненное в виде прямоугольного волновода.
Изобретение относится к сорбционным процессам и может быть использовано, например, для регенерации цеолита, использованного при осушке природного газа. Предложен способ регенерации сорбента, в котором сорбент помещают в емкость, нагревают СВЧ-излучением для отделения сорбата от сорбента, пропускают через емкость продувочный газ для удаления паров сорбата.

Изобретение относится к устройству для приготовления пищи и способу управления. Содержит камеру для приготовления пищи, чтобы вмещать продукты, которые должны быть приготовлены в ней, модуль микроволнового нагрева, чтобы излучать микроволны в камеру для приготовления пищи, модуль конвекционного нагрева, чтобы подавать горячий воздух в камеру для приготовления пищи, модуль гриль-нагрева, чтобы подавать излучаемое тепло в камеру для приготовления пищи, имеющую специальное покрытие тарелку, сконфигурированную, чтобы нагреваться посредством микроволн, модуль ввода, чтобы принимать пользовательскую команду обжаривания, и модуль управления.

Изобретение относится к микроволновой технике, к электронагревательным аппаратам для тепловой обработки продуктов и т.п. Микроволновая печь имеет двухблочную конструкцию, функционально объединяющую эллипсоидальную камеру нагрева (1, 3) и электронный блок, в корпусе (6) которого установлены два автономных генератора магнетронного типа (5, 9) и устройство для управления режимом работы печи.

Устройство для передачи микроволновой энергии от генератора в камеру микроволновой печи (МВП) представляет из себя сборочную единицу, состоящую из магнетронного генератора и двухэлементной полосковой антенны, установленной внутри камеры МВП и возбуждающей электромагнитное поле (ЭМП) с круговой поляризацией.

Изобретение предназначено для химической промышленности и может быть использовано при производстве гибких изделий, композитов, прокладок, уплотнений, покрытий, антифрикционных и теплозащитных материалов, сорбентов.

Изобретение относится к способу получения биологически активного кремниймодифицированного порошка гидроксиапатита с использованием СВЧ-излучения. Способ включает приготовление и перемешивание водных растворов нитрата кальция, гидрофосфата аммония и аммиака и раствора тетраэтоксисилана в этаноле с последующим воздействием СВЧ-излучения, отстаиванием, сушкой при температуре 90°С в течение 3 часов и прокаливанием при 800°С в течение 1 часа.

Изобретение относится к установкам для сушки сельскохозяйственного сырья. Сушильная бытовая СВЧ-печь включает магнетрон с системой электропитания и управления, корпус с волноводом, рабочую камеру с полками для сырья, по крайней мере одна из стенок которой выполнена с перфорацией для прохода воздуха, вытяжной вентилятор с диффузором и индивидуальным выключателем, причем большим основанием диффузор присоединен к перфорированной стенке рабочей камеры, а площадь перфорированной поверхности стенки, охватываемая диффузором, составляет 0,5-1,0 площади поперечного сечения рабочей камеры, согласно изобретению, в рабочую камеру монтируются как минимум два электрода из немагнитного металла, они крепятся посредством диэлектрических изоляторов к рабочей камере.

Изобретение относится к производству и использованию бытовых сверхвысокочастотных печей, применяемых для приготовления, переработки пищи и сушки сельскохозяйственной продукции.

Изобретение относится к области микроволновых технологий и может найти применение при проектировании микроволновых установок предпосевной обработки семян в диапазоне сверхвысокой частоты (СВЧ) и диапазоне крайне высокой частоты (КВЧ). В излучателе для микроволновых установок, содержащем излучатель СВЧ диапазона (1) и излучатель КВЧ диапазона (2), имеющие соответствующие элементы ввода мощности (3), излучатель СВЧ диапазона в излучающем элементе имеет сквозное отверстие, в которое помещен излучающий элемент излучателя КВЧ диапазона так, что раскрыв излучающего элемента (5) излучателя КВЧ диапазона и раскрыв излучающего элемента излучателя СВЧ диапазона находятся в одной плоскости. Изобретение обеспечивает повышение качества формирования диаграммы направленности излучателя для микроволновой установки предпосевной обработки семян. 1 ил.

Изобретение относится к технологическому оборудованию пищевого предприятия и предназначено для термообработки сырья в оболочке, например колбасных изделий в оболочках, яиц, консервов в диэлектрической банке и т.п. В сверхвысокочастотной установке для термообработки сырья на монтажном каркасе вертикально установлен цилиндрический экранирующий корпус 1, на основаниях которого имеются патрубки для загрузки 7 и выгрузки. Внутри корпуса, на боковой поверхности жестко закреплены сферические резонаторы 2. Внутри каждого резонатора 2 по горизонтальной оси расположен ячеистый дозатор 3 из неферромагнитного материала. Ячейки дозатора образованы дисковыми сегментами, покрытыми термостойким гофрированным силиконовым материалом. Вращение дозаторов обеспечивается от мотора-редуктора 5. Изобретение обеспечивает возможность варки сырья в поточном режиме. 11 ил.
Наверх