МНОГОКАНАЛЬНАЯ МИКРОВОЛНОВАЯ ПЕЧЬ

Полезная модель относится к многоканальным микроволновым печам (МВП) и может быть использована для промышленного диэлектрического нагрева (ДН). С упрощенным вариантом системы распределения СВЧ-энергии (СРЭ) данное устройство можно отнести к классу бытовых МВП.
Одна из проблем ДН - получение минимальной отраженной волны (ОВ) на выходе генератора (Г). Если в маломощных бытовых печах абсолютная мощность ОВ мала, то в мощных промышленных печах данная величина значительна и ОВ может повредить дорогостоящий магнетронный генератор. Кроме того, улучшение КСВ в системе повышает общий коэффициент полезного действия (КПД) МВП, а также повышает рабочий ресурс магнетрона (М).
Известны различные методы решения данной проблемы.
Известно устройство, где для согласования с нагрузкой использованы два подвижных короткозамыкателя 1. Недостаток данного метода состоит в том, что процесс подстройки не автоматизирован, а это требует при смене вида обработки производить подстройку устройства вручную, поскольку согласование обеспечивается только на конкретной частоте и только для конкретной нагрузки. Но при изменении электродинамических (ЭД) свойств нагрузки, неизбежному в процессе обработки, все равно возникает ОВ.
Известно устройство, где для согласования использован штифт связи, автоматически подстраиваемый микропроцессорным устройством слежения 2. Но для полной компенсации волны требуется три неоднородности, что сильно
усложняет систему управления и конструкцию в целом. Кроме того, недостатком 1,2 является наличие подвижных элементов, которые при большой мощности электромагнитного поля (ЭМП) вызывают утечку энергии из МВП через контактные соединения, которые также неизбежно разогреваются ввиду не идеальности контактов и конечной удельной проводимости металлических проводников.
Известно использование различных делителей мощностей для многоканального ввода ЭМП в рабочую камеру (РК) МВП 3-9. Однако все данные устройства имеют обычную конструкцию с простым делением мощности без каких-либо элементов, которые могли бы внести компенсирующий эффект.
В устройстве-прототипе 9 генератор СВЧ-энергии соединен с делителем мощности на отрезке прямоугольного волновода с подвижной короткозамыкающей стенкой. Через узкие стенки волновод симметрично пересекают два отрезка коаксиальной линии, которые соединены с РК, образуя четыре канала ввода ЭМП. Ручная подстройка короткозамыкающей стенки, перемещаемой вдоль узкой стенки волновода, позволяет в некоторых пределах перераспределять мощности между плечами (20-50%) и регулировать уровень согласования.
Данному устройству присущи недостатки, связанные с наличием механически подвижных согласующих элементов с ручной подстройкой. Контактные соединения под действием мощного СВЧ ЭМП нагреваются из-за не идеальности проводников, что может привести к окислению контактов, и являются элементами утечки микроволн. Кроме того, устройство может работать только при ,5, ручная подстройка согласования не может обеспечить минимального КСВ во всем диапазоне изменений параметров нагрузок, а коаксиальная линия имеет существенно меньшую допустимую мощность по сравнению с полыми волноводами.
Задача полезной модели - создание МВП с такой СРЭ, которая обеспечила бы взаимную компенсацию отраженных волн низших порядков, что позволит получить минимальный КО на выходе Г без необходимости применения механически подвижных элементов.
Задача полезной модели решена за счет того, что в многоканальной микроволновой печи, включающей СВЧ-генератор, выход которого соединен, как минимум, с одним делителем мощности на прямоугольном волноводе, выходы которого соединены с соответствующими входами рабочей камеры, делитель мощности состоит из, как минимум, одного волноводного тройника, одно из плеч которого имеет удлинение на АУ4 с точностью +АУ12 и периодичностью АЛ, где А, - длина электромагнитной волны.
При этом делитель мощности может быть выполнен в виде системы Нтройников.
Делитель мощности также может быть выполнен в виде системы Е- и Нтройников, причем Е-тройники, выходы которых через излучатель соединены с РК, имеют одинаковые длины плеч.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображены структурная схема заявляемого устройства (Фиг. 1) и варианты построения волноводного делителя мощности (Фиг. 2 и 3).
Полезная модель представляет собой СВЧ-генератор 1 (Фиг. 1), соединенный через волновод 2, с делителем мощности 3, выходы которого через волноводы 4-1.. .4-п соединены с излучателями 5-1.. .5-п, которые имеют выход
в РК 6. Делитель мощности 3 в простейшем случае состоит из одного Е- или Нтройника, одно из плеч которого имеет удлинение на А74 (Фиг. 2). Расчеты и практические испытания показали, что такой тройник компенсирует отраженные волны первого порядка при одинаковых нагрузках для обоих плеч, причем компенсация сохраняется в диапазоне ±АЛ2 от номинального удлинения. Поскольку ЭМП имеет периодическую структуру, каждое плечо может быть удлинено на величину, кратную АУ2, без какого-либо ухудшения компенсации.
Для увеличения диапазона допустимого КО от нагрузок систему можно наращивать включением на выходы рассмотренных тройников входов точно таких же Н-тройников (Фиг. 3). В этом случае у делителя мощности будет четыре выходных канала. Аналогично может проводиться дальнейшее наращивание.
При необходимости разветвления СРЭ в Е-плоскости возможно применение в делителе мощности Е-тройников без компенсирующего удлинения, если выходы данных тройников соединены непосредственно с излучателями, и Етройников с удлинением на АУ4, если к выходам этих тройников подключены входы других тройников с компенсирующим удлинением.
Нагрузка должна размещаться симметрично относительно излучателей, чтобы для каждого излучателя КО от нагрузки были близки. В случае применения в туннельной печи с конвейерным движением объекта обработки, близкие КО от нагрузки могут быть получены симметричным размещением контейнеров одинаковой формы под каждой парой взаимно противоположных излучателей. Взаимно противоположные излучатели желательно размещать с поворотом
волноводов на 90 градусов относительно друг друга, что позволит уменьшить их взаимное влияние.
Работает устройство следующим образом. ЭМ волна от СВЧ-генератора 1 через волновод 2 поступает на делитель мощности 3. С выходов делителя мощности волны по волноводам 4-1.. .4-п через излучатели 5-1... 5-п попадают в РК 6. Частично отраженные от объекта обработки волны складываются в делителе мощности в противофазе, что вызывает переотражение волн низших порядков обратно в РК 6. В случае одного компенсирующего тройника на выход генератора проникает только волна второго порядка, что обеспечивает КОО.25 при КО от нагрузок 0.5. Применение трех тройников позволяет компенсировать ОВ до четвертого порядка, что при тех же параметрах нагрузок дает КО на выходе генератора 0.125. При семи тройниках - менее 0.1.
При наличии отраженных волн мощности между каналами распределяются неравномерно, что можно полностью компенсировать обычными методами выравнивания распределения ЭМП, например, вращением объекта обработки. По это же причине рекомендуется проводить наращивание делителя мощности симметрично, поскольку при несимметричном наращивании асимметрия распределения мощности между каналами существенна.
Многоканальная МВП может быть использована для промышленного диэлектрического нагрева. С упрощенным вариантом делителя мощности (до трех компенсирующих тройников) на базе данного устройства можно построить бытовую МВП, поскольку в этом классе МВП диапазон изменений ЭД параметров нагрузки наиболее широк.
Список использованных источников
1.Automatic matching of microwave energy transfer and simultaneous measurements of permittivity /Bernard P., Marzat C., Miane J. //J. Microwave Power and Electromagn. energy.-1988.- 23, №4.- c. 218-224. (2H60 1990)
2.Microwave heating apparatus having impedance matching ajustable waveguide : Пат. 5200588, США /Kondoh Isao, Kato Yoshiyuki; Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan. Заявл. 14.11.91, №791535, опубл. 06.04.93; приор. 19.11.90,№2 - 313129 (Япония); НКИ 219/10.55А (8Н35П 1994 МКИ Н 05 В 6/68)
3.Устройство для создания с помощью СВЧ-энергии равномерного нагрева. Пат. № 412504, Швеция / Berggrew В. Заявл. 07.04.77, № 7704137-4, опубл. 03.03.80. (10Н80П 1980 МКИ Н 05 В 9/00)
4.Устройство для СВЧ-нагрева. А. с. 1239899 СССР. /Дарьин В.И., Машарский Е. И. и др. Заявлено 25.06.84,- № 3765383/24-09. опубл. 23.06.86, Бюл. № 23 (МКИ Н 05 В 6/64)
5.Tunnel de traitement micro-ondes et son application au sechage de produits encolles. Bellavoine Robert; Soc. Francaise dApplication des Micro-Ondes. Заявка 2501450, Франция. Заявл. 09.03.81, №8104615, опубл. 10.09.82 (12Н78П 1983 МКИ Н 05 В 6/64, 65, 51/0)
6.Conveyorized microwave oven with multiplanes. Eves E. Eugene, Edgar Richard Н. Пат. 4441003, США. Заявл. 16.04.82, №369198, опубл. 03.04.84.НКИ 219/10.55 А (1П28П 1985 МКИ Н 05 В 9/06)
7.Vorrichtung zum gleichmapigen Be handeln von Lebensmitteln durch Mikrowellenenergie. //Elektrowarme Techn. Ausbauj.-1991.-49, № l.-c. 9. ame 1991
8.Microwave tunnel oven having means for generating higher order modes in
loads : Пат. 5160819, США /Ball Melville D. & other. Заявл. 11.03.91, №667756, опубл. 03.11.92 (6Н41П 1994 МКИ Н 05 В 6/78)
9.Устройство для СВЧ-нагрева. А. с. 1504817 СССР. /Удалов В.Н., Корьев А. С., Лысов Г. В. Заявл. 30.11.87,- № 4357297/24-09. опубл. 30.08.89, Ьюл. № 32 (2Н62П 1990 МКИ Н 05 В 6/64)