АППЛИКАТОР ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ОБРАБОТКИ ДЛИННОМЕРНЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

Полезная модель относится к устройствам для нагрева диэлектрических материалов энергией электромагнитных колебаний высокой частоты и может быть использована в отделочном производстве текстильной промышленности и при производстве материалов с полимерным покрытием.
Известен аппликатор высокочастотной сушильной печи, предназначенный для обработки текстильных материалов в поле токов высокой частоты, включающий два электрода, каждый из которых состоит из нескольких электродных пар, лежащих в двух параллельных плоскостях (Заявка 3320226 ФРГ, МПК7 F26B 17/04. Высокочастотная сушильная печь/ Грассман X.; заявитель фирма «Siemens AG»; заявл. 18.07.82; опубл. 6.12.84).
Ввиду того что обрабатываемый материал проводится между электродами, на верхнем электроде скапливается конденсат, который является причиной брака готовой продукции. Расстояние между электродами составляет 1-10 см, поэтому обработка плоских материалов с толщиной 1-3 мм является энергетически невыгодной, так как при такой конструкции электродов основная доля мощности, подводимой от высокочастотного генератора, будет рассеиваться в воздухе, а также в паразитных емкостях, образованных элементами конструкции.
Известен высокочастотный аппликатор (Пат. 3740257 США МПК7 F26B 3/34. Способ и устройство для диэлектрической сушки стекловолокна с эластомерным покрытием / Reinhard R., Harris J; заявитель и патентообладатель фирма «PSC Inc.»; заявл. 03.02.82; опубл. 19.06.83), который имеет чередующиеся по полярности цилиндрические электроды, лежащие в одной плоскости. Обрабатываемый материал проводится над электродами, что исключает возможность образования конденсата. Электромагнитное поле реализуется между каждой парой электродов.
Однако указанный аппликатор имеет ограниченную площадь обработки, что связано с условием согласования высокочастотного генератора с аппликатором. В связи с этим возникают трудности при реализации технологических процессов отделки тканей и желирования пластизолей при получении материалов с полимерным покрытием, то есть когда продолжительность технологической операции определяется скоростью протекания химического или физико-химического процесса. Обычно попытка увеличить мощность, подводимую к объекту обработки, не дает положительного результата или практически невозможна. Механическое увеличение площади аппликатора требует увеличения напряжения на электродах, что повышает вероятность электрического пробоя обрабатываемого материала.
За прототип принят высокочастотный аппликатор для непрерывной обработки листовых диэлектриков (Пат. 2142102 Российская Федерация, МПК7 F26B 3/34, F26B 23/08. Высокочастотный аппликатор для непрерывной обработки листовых диэлектриков / Никифоров А.Л., Мельников Б.Н., Циркина О.Г., Блиничева И.Б.; заявитель и патентообладатель Ивановская государственная химико-технологическая академия; №95120545/06; заявл. 04.12.95; опубл. 27.11.99) с чередующимися диэлектрически изолированными друг от друга низкопотенциальными и высокопотенциальными электродами, лежащими в одной плоскости, между которыми на равном расстоянии размещены металлические штыри, равноудаленные от каждого из электродов. Электроды и штыри выполнены свободно вращающимися вокруг своей продольной оси и служат как транспортирующие ролики для ткани, которая огибает их с двух сторон. Расстояние между всеми электродами и штырями одинаково и не превышает 1,5 диаметра штыря или электрода.
Недостатком данной конструкции аппликатора является тот факт, что вследствие одинакового расстояния между каждой соседней парой электродов на протяжении всей длины рабочей зоны данного устройства напряженность поля (E) остается неизменной, в то время как диэлектрические свойства обрабатываемого материала (тангенс угла диэлектрических потерь - tgδ и диэлектрическая проницаемость - ε) изменяются от входа к выходу аппликатора за счет удаления влаги из материала в процессе обработки. В таком аппликаторе к концу обработки интенсивность высокочастотного нагрева снижается, что обуславливает снижение общего КПД системы. Это приводит к рассогласованию системы «генератор - аппликатор» и непроизводительным потерям мощности, подводимой к аппликатору.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является возможность корректировки величины полезной мощности (P), выделяющейся в диэлектрике в виде тепла, в процессе его нагрева в электромагнитном поле высокой частоты в ходе перемещения диэлектрического материала по длине аппликатора.
Указанный технический результат достигается тем, что в аппликаторе для непрерывной обработки длинномерных диэлектрических материалов в электромагнитном поле высокой частоты, содержащем чередующиеся низкопотенциальные и высокопотенциальные электроды, расположенные в одной плоскости и установленные с возможностью свободного вращения вокруг своей оси, согласно полезной модели, расстояние между чередующимися электродами выполнено уменьшающимся по длине аппликатора в соответствии с экспоненциальным законом в направлении движения материала.
Технический результат, заключающийся в возможности корректировки величины полезной мощности, выделяющейся в диэлектрическом материале в виде тепла, достигается по следующим причинам: ткань, находящаяся на входе устройства и имеющая высокое содержание влаги, обладает большим значением фактора диэлектрических потерь (k=tgδ-ε), чем сухая, получаемая на выходе из аппликатора. В соответствии с формулой исходная влажная ткань будет подвергаться более интенсивной обработке:
-12
2
P=0,55·10·tgδ·ε·E·f, где
P - удельная мощность, Вт/м;
ε - диэлектрическая проницаемость;
tgδ - тангенс угла диэлектрических потерь;
E - напряженность электрического поля, В/м;
f - частота поля, Гц.
Испарение влаги в процессе обработки приводит к уменьшению величины фактора диэлектрических потерь и, соответственно, величины полезной мощности. В предлагаемой полезной модели аппликатора по мере уменьшения расстояния между электродами, напряженность поля возрастает, в результате чего происходит регулирование величины мощности (P), выделяющейся в диэлектрике в виде тепла.
1
2
n
На чертеже приведена общая схема заявляемого устройства. Аппликатор для непрерывной обработки длинномерных диэлектрических материалов в электромагнитном поле высокой частоты содержит: последовательно расположенные в одной плоскости чередующиеся низкопотенциальные 1 и высокопотенциальные 2 электроды, связанные с генератором высокой частоты 3. При этом расстояние между чередующимися электродами a>a>…>a выполнено уменьшающимся по длине аппликатора в соответствии с экспоненциальным законом в направлении движения материала. Высокопотенциальные электроды 2 имеют диэлектрическое фторопластовое покрытие толщиной не более 0,1 мм. Электроды установлены с возможностью свободного вращения вокруг своей продольной оси и одновременно служат транспортирующими роликами для ткани 4. Высокопотенциальные электроды 2 имеют скользящий электрический контакт. Низкопотенциальные электроды 1 смонтированы на заземленном металлическом шасси.
Аппликатор для непрерывной обработки длинномерных диэлектрических материалов в электромагнитном поле высокой частоты работает следующим образом.
Обрабатываемая ткань 4 проходит по поверхности всех электродов 1 и 2, служащих одновременно транспортирующими роликами. При подключении аппликатора к генератору высокой частоты 3 напряжение на электродах будет распределяться следующим образом: на низкопотенциальном (заземленном) электроде 1-U=0, на высокопотенциальном электроде 2 напряжение максимально - U=max. Поскольку изменение напряженности поля по длине аппликатора имеет экспоненциальную зависимость, то по мере уменьшения расстояния между электродами 1 и 2 и т.д., напряженность поля возрастает, в результате чего происходит коррекция мощности (P), выделяющейся в обрабатываемом диэлектрике, помещенном в электромагнитное поле. Благодаря такому распределению напряжений также снижается вероятность электрического пробоя, а равномерность распределения силовых линий электромагнитного поля возрастает, что благоприятно сказывается на обработке материала в основном за счет равномерности температурного поля. При этом равномерность нагрева достигается путем изменения напряженности поля по длине аппликатора.
Использование данного аппликатора позволяет повысить КПД высокочастотной установки, а также обеспечить более полное протекание процесса, то есть улучшить качественные показатели готовой продукции, сократить продолжительность обработки и уменьшить общие габариты устройства.