Демянчук Б А Одеський національний університет ім І І Мечникова вул Довженка, 7а, м Одеса, 65058, Україна тел: 38 0482 4940 11, e-mail: badem@ramblerru

Анотація – Викладено принципи побудови нових, нерезонансних, мікрохвильових систем з рівномірною за обсягом обробкою продукції виробничого та побутового призначення і гранично малим рівнем фонових випромінювань Наведено результати теоретичних розрахунків та експериментальних вимірювань

I                                       Введення

Традиційна мікрохвильова обробка діелектричних матеріалів органічного та неорганічного походження відрізняється інтенсивністю, обємністю і гнучкістю управління Однак, недоліки таких систем (Нерівномірний за обсягом продукту нагрів і фонові випромінювання) призвели в останні роки до падіння попиту на це устаткування

Фонові випромінювання відомого мікрохвильового обладнання практично виключають обробку продукції на потоці через небезпеку для оператора Нагрівання продукції в закритій металевій, тобто резонансною, камері також породжує труднопреодолімие проблеми, незважаючи на заходи, вжиті в останні десятиліття «Стоячі» хвилі в усьому обсязі камери не сприяють рівномірності нагріву, а механічні переміщення нагреваемого продукту принципово не в змозі іскпючіть його локальні перегріви і недогрів-ви, що мають випадковий розподіл в обємі камери Щадний нагрів дозволяє вирішити проблему нерівномірності за рахунок теплопередачі в оброблюваному продукті, але тоді втрачається важлива перевага мікрохвильової обробки – її висока інтенсивність у всьому обсязі продукту [1,2]

К п д такої системи помітно падає, якщо завантаження камери відрізняється від номінальної У цій ситуації (через неминучою взаємної расстройки частот камери і НВЧ-генератора) останній працює на неузгоджену навантаження, яка залежить від виду загружаемой продукції та тривалості її обробки

Нарешті, потужні поверхневі струми по металу всередині такої камери породжують фонові випромінювання через шлюзи і вікна камери Застосування подібного обладнання порушує роботу засобів звязку і телебачення, викликає збої в роботі компютерних систем і впливає на внутрішні органи людини

Всі ці проблеми є серйозною перешкодою для реалізації потенційних можливостей технологій мікрохвильової обробки 1

Пропоноване нами устаткування є, на наш погляд, альтернативою відомому і дозволить не тільки поліпшити якість обробки, але і звести фонові випромінювання прктіческі до нульового рівня, а нові радіоматеріали, застосовувані нами для модернізації, сприятимуть вирішенню екологічної проблеми мобільних масових засобів звязку та телепередавачів

II                              Основна частина

Наші зусилля в останні роки дозволили знайти і реалізувати на практиці фізико-технічні рішення на стику наук: радіофізики, фізики твердого тіла і мікро-електродинаміки, що сприяє усуненню відзначених недоліків систем традиційної мікрохвильової обробки

Принципи побудови та застосування нових систем обробки, що задовольняють вимогам: рівномірності поля в камері безпеки рівня фонових випромінювань камери незалежності к п д системи від рівня завантаження камери експлуатаційної надійності в результаті виключення самоперегре-вов генератора, формулюються нами в наступному вигляді [3]

Резонансні властивості камери доцільно нейтралізувати за допомогою композитного перетворювача баластної енергії електромагнітного поля в теплову

Електромагнітну енергію, що вводиться в камеру, необхідно концентрувати в обсязі оброблюваного продукту за допомогою спрямованого випромінювача

Половинні розміри камери повинні бути погоджені з відповідними середньостатистичними розмірами оброблюваних зразків продукції

Поздовжній розмір оброблюваних зразків продукції доцільно погоджувати з глибиною проникнення електромагнітного поля в ці зразки

Електромагнітну баластову енергію, падаючу на перетворювач цієї енергії в теплову, необхідно утилізувати за допомогою теплообмінника і використовувати її для інтенсифікації процесу обробки

Розкривши спрямованого випромінювача дол-дружин бути віддалений від потоку (зразка) оброблюваної продукції на відстань, більшу, ніж відстань до ближньої межі дальньої зони поширення електромагнітних коливань в мікрохвильовій камері

Необхідну якість нової, нерезонансною, системи мікрохвильової обробки може бути досягнуто, за умови введення до складу традиційної системи одночасно всіх трьох її нових функціональних вузлів: блоку узгодженої концентрації електромагнітного поля перетворювача баластної енергії поля в теплову теплообмінника утилізатора баластної теплової енергії

Матеріал композиту-перетворювача енергії поля в теплову повинен задовольняти ряду специфічних вимог Він повинен мати: малі значення коефіцієнтів відбиття і проходження поля високу термо- і вологостійкість неток-сичность при нагріванні високі адгезійні властивості

Зазначені принципи побудови запатентовані нами в декілька винаходів Результати теоретичних і експериментальних досліджень можливостей і властивостей нових систем мікрохвильової обробки викладені в монографії [3]

Експериментальні дослідження нерезонансних систем мікрохвильової обробки включали два напрямки: модернізацію побутових мікрохвильових печей японського, корейського, італійського та українського виробництва виготовлення установки виробничого призначення у вигляді мікрохвильової сушарки продукції з корисною потужністю 35 кВт і камерою обємом 60 куб м

Питома витрата енергії в подібній системі на сушку приблизно в два рази нижче, ніж у відомих і в

6 разів нижче, ніж у конвективних У нових, нерезонансних, системах з рівномірним точно дозованим впливом влагоудаленія здійснюється в умовах ідеального збіги (зсередини продукту – назовні) напрямів градієнтів: температури, тиску парів і вологості Це дає виграш і в інтенсивності обробки, і у витраті енергії У традиційних ж мікрохвильових системах через «стоячій» хвилі, отже, місцевих недогріву-програвав, це збіг часто неможливо, а в конвективних завжди неможливо

Для нових побутових камер показник локальної нерівномірності зменшується практично до нульового значення, а інтегральною – в (1,5 – 2,0) рази При завантаженні камери, відмінною від номінальної, відносне збільшення к п д становить 28%, а величина догляду к п д від його середнього значення при зміні рівня завантаження камери зменшується на 70% Фонові випромінювання зменшуються більш ніж у десять разів

Відзначимо тут також можливості реалізації в пропонованих системах з рівномірною () За обсягом обробкою нових мікрохвильових технологій: термохімічного синтезу нових матеріалів мікрохвильового спінювання полімерів, напр, полістиролу просторового плазмоутворення малотемпературной пастеризації та ін Нами встановлено, що при застосуванні короткоімпульсного впливу на середовище неоднорідного складу, напр, при стерилізації середовища, реалізується виборчий нагрівання компонентів, при якому відношення температур нагрівання мікроорганізмів, що підлягають знищенню, і середовища пропорційно відношенню питомих електропровідність компонентів і зворотньопропорційну відношенню їх теплоемкостей, густин і квадратів діелектричної проникності

III                                  Висновок

1 Впровадження сформулированности і експериментально перевірених принципів побудови нових, нерезонансних, систем мікрохвильової обробки може істотно поліпшити якісні характе-тірістікі технології мікрохвильової обробки продукції Це дозволяє сподіватися на успішне вирішення на практиці проблеми реалізації потенційних можливостей цієї технології, широко застосовуваної вже понад півстоліття

2 Результати експериментального порівняння технічних характеристик відомих і нових систем мікро-хвильової обробки за основними показниками якості підтверджують можливості розвитку на базі пропонованих камер з рівномірним полем нових мікрохвильових технологій, що не існували раніше

[1] Кінгстон Г М, Джессі Л Б Пробопідготовка в мікрохвильових печах М «Світ», 1991 333 с

[2] Княжевская Г С та ін Високочастотний нагрів діелек-три-чеських матеріалів Л «Машинобудування», 1989

33 с

[3] Демянчук Б А Принципи та застосування мікрохвильового нагрівання Одеса «Чорноморя», 2004 520 с

NONRESONANCE SYSTEMS FOR MICROWAVE HEATING OF DIELECTRIC MATERIALS

Demiyanchuk B A

Odessa State National University 7a, Dowzhenko Str, Odessa, 65058, Ukraine

Ph: 38 (0482) 494011, e-mail: badem@ramblerru

Abstract – The principles of building and application of the original systems of microwave heating of industrial and domestic assignment are considered They are distinguished from well-known by the absence of: local unevenness of heating the background radiation the dependence of energy effectiveness ofthe chamber from the level of its loading

I                                        Introduction

The advantages of known microwave heaters in the comparison with thermal ones by the influence in the volume ofthe product and by the flexibility of the operations, unfortunately, are compensated by the uneven heating, owe to the reflection or «standing waves» in the chamber by the background radiation, because of the surface reflection of the waves in the chamber by the energy losses, owe to the mutual detuning of the own frequencies of the chamber and of the generator when the level of filling ofthe chamber differs from the nominal one

II                                       Main Part

The principles of building and application ofthe original systems of the microwave heating are formulated in the following way:

–        Neutralization of the resonant property of the microwave chamber with the help of the converter of the ballast energy into thermal,

–        The concentration of electromagnetic energy in the chambers in the capacity ofthe heating product,

–        The coordination ofthe size ofthe chamber with the sizes of one ofthe samples ofthe heating product,

–        The coordination of the lengthwise size of the sample of the heating product with the depth of the penetration of the electromagnetic field into the sample

–        The utilization ofthe thermal ballast energy,

–        The disposition ofthe sample ofthe product in the distant zone of radiation in the chamber

All these principles allow removing the lacks of known microwave heaters ofthe industrial and domestic assignment

The results of theoretical and experimental researches are illustrated by the following examples of the improvement of the quality coefficients:

a      The evenness of heating has increased 15 – 2 times,

b      The background radiation has weakened 10 times

III                                      Conclusion

The proposed chambers allow realizing potential resources of famous microwave equipment New principals are conductive to the creation of technologies, which were absent before

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р