Мікрохвильовий пристрій для передпосівної обробки насіння, сушіння зерна та інших сипучих матеріалів

1. Мікрохвильовий пристрій для передпосівної обробки насіння, сушіння зерна та інших сипучих матеріалів електромагнітним полем надвисоких частот, який має бункер для завантаження зерна або інших сипучих матеріалів, робочу камеру, в якій опромінюється електромагнітним полем зерно або інші сипучі матеріали, антену-опромінювач робочої камери, генератор НВЧ енергії, бункер для прийому опроміненого матеріалу, який відрізняється тим, що робоча камера має форму циліндра, орієнтованого вертикально, який виготовлено з радіопрозорого матеріалу; коаксіально з робочою камерою розміщено другий циліндр, що має більший діаметр, ніж робоча камера, який також виготовлено з радіопрозорого матеріалу, і на зовнішній поверхні якого розташована одношарова обмотка з тонкого металевого провідника, так, що кут намотки (кут між напрямом витка і твірною циліндра) дорівнює 45 °, а крок намотки дорівнює Kd, де К ціле число більше одиниці, d - діаметр проводу, що виконує функцію поляризованого дзеркала; коаксіально з ними знаходиться третій циліндр, U 2 (19) 1 3 гії, забезпечення необхідної щільності потужності НВЧ енергії в усіх точках робочої камери, забезпечення високого коефіцієнта корисної дії робочої камери та інших параметрів. На даний час генератори промислового призначення (магнетрони), які випускаються різними світовими фірмами мають вихідну потужність НВЧ електромагнітної хвилі 0,8-1,0 кВт. Деякі фірми реалізують магнетрони, що мають потужність НВЧ енергії 2,0 кВт. Російська фірма «МАГРАТЕП» пропонує магнетрони потужністю 5 кВт НВЧ енергії. Вартість останнього магнетрона перевищує вартість 5 магнетронів потужністю 1 кВт (тобто еквівалентної НВЧ потужності в 10-12 разів, а його робочий ресурс в 3-4 рази менший, ніж магнетрона потужністю 1 кВт. Таким чином поки не будуть створені дешеві, надійні потужні, з високим коефіцієнтом корисної дії джерела НВЧ енергії, а в ряді випадків і при їх наявності, з економічної і технічної точки зору доцільно створювати установки, в яких для досягнення необхідної потужності (продуктивності) використовується N магнетронів потужністю 1-2 кВт. Відомий пристрій, що використовується як найближчий аналог, і описаний в [1], має бункер для подавання насіння, з’єднаний з робочою камерою, в якій відбувається опромінення насіння електромагнітним полем, і камеру для приймання опроміненого насіння. Робоча камера (камера для опромінення об’єкта) принципово не можна забезпечити значну продуктивність, рівномірний розподіл і задану щільність потужності в зоні опромінення об’єкта, так як її основний робочий орган – багатоходовий резонатор, що має габарити, які не перевищує 3-4 довжини хвилі і розрахований лише на одне або два джерела НВЧ енергії. В пристрої, що пропонується, спільними з аналогом є наявність бункерів для додавання і приймання об’єкта, що опромінюється, і робочої камери, конструкція якої суттєво відрізняється від конструкції камери аналога. Даний пристрій повинен: забезпечити задану щільність потужності НВЧ електромагнітного поля шляхом використання N окремих незалежних генераторів НВЧ енергії (потужність, яка створюється в робочій камері має бути сумою потужностей N генераторів); високий коефіцієнт корисної дії робочої камери та заданий розподіл енергії по об'єму камери. Поставлена задача вирішується тим, що: об'єкт опромінювання електромагнітним полем НВЧ з накопичувального бункера 1, фіг. 1 та фіг. 4, надходить вільним падінням в робочу камеру 2, фіг. 1, фіг. 2, фіг. 3, фіг. 4 та фіг. 5, яка виготовлена з радіопрозорого матеріалу (діелектрика) і має форму колового циліндра. Опромінювачі робочої камери - це N дзеркальних або лінзових антен, розташованих по колу навколо робочої камери і в своєму складі мають: лінійний випромінювач 3, фіг. 1, фіг. 2, фіг.3, фіг. 4 та фіг. 5, і циліндричні дзеркала 4, фіг. 1, фіг. 2 та фіг. 3 або циліндричні лінзи 5, фіг.4 та фіг. 5. Лінійні випромінювачі, які є опромінювачами дзеркальних або лінзових антен, це хвилеводно-щілинні або хвилеводно-вібраторні антени, що випромінюють електромагнітні хвилі, вектор поляризації яких нахилений під кутом 45° 65629 4 до осі антени і до осі робочої камери. Як дзеркала використовується циліндрична металева поверхня 4, фіг. 1 та фіг. 2, коаксіальна з робочою камерою, параболічні циліндри або фрагменти еліптичних чи колових циліндрів 6, фіг. 3, фокальна вісь яких не співпадає з віссю робочої камери. Використання циліндричної поверхні коаксіальної з робочою камерою як дзеркала для електромагнітних хвиль дещо спрощує конструкцію пристрою, але обмежує можливості впливати на хід променів, відбитих від дзеркала і, відповідно, на розподіл енергії в робочій камері, так як фазова лінія лінійного випромінювача має бути розташована на відстані R/2 від осі циліндра, де R - радіус циліндра, який використовується як дзеркало. При використанні параболічних, еліптичних та колових циліндричних металевих поверхонь (в останньому випадку вісь циліндричної поверхні не співпадає з віссю робочої камери) конструкція пристрою ускладнюється, але можливість впливати на хід променів відбитих від дзеркала і, відповідно, на концентрацію і розподіл енергії в робочій камері значно розширюється, так як фокальна лінія дзеркал безпосередньо не зв'язана з віссю камери, а форма поверхні дзеркала з радіусом циліндра, на якому вони розташовані. Навколо робочої камери 2 розташоване поляризоване дзеркало 7, фіг. 1, фіг. 2, фіг. 3, фіг. 4 та фіг. 5, що має форму циліндра коаксіального з робочою камерою, діаметр якого дещо більший діаметра робочої камери. Його конструкція полягає в тому, що на поверхні діелектричного циліндра нанесена одношарова обмотка тонкого металевого провідника, фіг. 6. Кут намотки  = 45°, крок намотки t = Kd, де K - ціле число більше 1, d - діаметр або ширина смужки провідника. Крок намотки розраховується з умови заданих значень коефіцієнта проходження і коефіцієнта відбиття електромагнітної хвилі від поверхні поляризованого дзеркала. Електромагнітна хвиля, яка падає на поверхню поляризованого дзеркала зовні, має вектор поляризації, перпендикулярний відносно орієнтації обмотки (орієнтації провідника). При такій взаємній орієнтації вектора поляризації і провідника дзеркало прозоре для електромагнітних хвиль. При правильному виборі кроку; намотки коефіцієнт проходження (коефіцієнт прозорості) близький до одиниці, тому електромагнітна хвиля вільно проходить через поляризоване дзеркало і віддає більшу частину своєї енергії об'єкту опромінення. Залишкова електромагнітна хвиля, яка пройшла через робочу камеру, попадає на поверхню поляризованого дзеркала з внутрішньої сторони і, практично, повністю відбивається від його поверхні, так як вектор поляризації в цьому випадку виявляється паралельним відносно орієнтації провідника, що очевидно на фіг. 6. Відбита електромагнітна хвиля, яка пройде через робочу камеру в зворотному напрямку, вільно пройде через поляризоване дзеркало але відіб'ється від діелектричного циліндра 8, фіг. 1, фіг. 2, фіг. 3, фіг. 4 та фіг. 5, яка виконує функцію пристрою, що узгоджує антену-опромінювач з ускладненою робочою камерою, в яку входять: власне робоча камера, поляризоване дзеркало та діелектричний циліндр 8. 5 Розглянутий вище процес ідентичний для всіх N дзеркальних та лінзових опромінювачів робочої камери. Таким чином, забезпечується практично повна концентрація енергії електромагнітного поля в робочій камері, що гарантує високий коефіцієнт її корисної дії; з тієї ж причини відсутній зв'язок між окремими випромінювачами, так як практично відсутня електромагнітна хвиля, яка може попасти на вхід інших джерел електромагнітної енергії; Задана концентрація (щільність) потужності реалізується необхідною кількістю джерел енергії та відповідним вибором діаметра робочої камери; рівномірність опромінення в поперечній площині забезпечується тим, що опромінення відбувається ідентичними джерелами енергії, які симетрично розташовані навколо робочої камери, вибором діаметра робочої камери, формою дзеркал, які забезпечують заданий хід променів в зоні робочої камери та іншими параметрами; в подовжньому напрямку рівномірність або заданий закон зміни щільності потужності забезпечується лінійними випромінювачами. Лінійний випромінювач - це лінійна фазована антенна решітка, фазова лінія (фазовий центр) якої співпадає з фокусною лінією дзеркала (лінзи). З метою реалізації максимального коефіцієнта корисної дії випромінювача і максимального використання НВЧ енергії, що генерується магнетронами 9, фіг. 1 та фіг. 4, в хвилеводах випромінювачів створюється режим стоячих хвиль короткозамикачами 10, фіг. 1 та фіг. 4, з рухомими короткозамкненими стінками, а також пристрої 11, фіг. 1 та фіг. 4, що узгоджують магнетрон з випромінювачем. Об'єкт, який пройшов опромінення в робочій камері, збирається в контейнері 12, фіг. 1 та фіг. 4. В варіанті з лінзами лінзи можуть бути, як сповільнюючими, так і прискорюючими. Сповільнюючі лінзи виготовляються з твердого діелектрика, мають значну вагу і складну технологію. Прискорюючі лінзи виготовляються з тонких металевих пластинок, мають значно меншу вагу і простішу технологію виготовлення порівняно з сповільнюючими лінзами. Перелік фігур креслення. Фіг. 1. Мікрохвильовий пристрій для передпосівної обробки насіння, сушіння зерна та інших сипучих матеріалів з циліндричним дзеркалом коаксіальним з робочою камерою, вертикальний переріз. Фіг. 2. Мікрохвильовий пристрій для передпосівної обробки насіння сушіння зерна та інших сипучих матеріалів з циліндричним дзеркалом коаксіальним з робочою камерою, горизонтальний переріз. Фіг. 3. Мікрохвильовий пристрій для передпосівної обробки насіння, сушіння зерна та інших сипучих матеріалів з дзеркалами в формі параболічного або фрагмента еліптичного чи колового циліндра, вісь якого не співпадає з віссю робочої камери, горизонтальний переріз. Фіг. 4. Мікрохвильовий пристрій для передпосівної обробки насіння, сушіння зерна та інших сипучих матеріалів з циліндричними лінзами, вертикальний переріз. 65629 6 Фіг. 5. Мікрохвильовий пристрій для передпосівної обробки насіння, сушіння зерна та інших сипучих матеріалів з циліндричними лінзами, горизонтальний переріз. Фіг. 6. Структура поляризованого циліндричного дзеркала. 2. Можливість реалізації мікрохвильового пристрою для передпосівної обробки насіння, сушіння зерна та інших сипучих матеріалів полягає в тому, що: всі елементи, з яких збирається пристрій: бункер для завантаження зерна або інших сипучих матеріалів, робоча камера, в якій опромінюється електромагнітним полем зерно або інші сипучі матеріали, антена-опромінювач робочої камери, генератор НВЧ енергії, бункер для приймання, опроміненого матеріалу, по конструктивних параметрам і по матеріалу, з яких вони виготовляються, доступні і можуть бути реалізовані з технологічної точки зору, а також тим, що: робоча камера має форму циліндра, орієнтованого вертикально, який виготовлено з радіопрозорого матеріалу; коксіально з робочою камерою розміщено другий циліндр, що має більший діаметр, ніж робоча камера, який також виготовлено з радіопрозорого матеріалу, і на зовнішній поверхні якого розташована одношарова обмотка з тонкого металевого провідника, так, що кут намотки (кут між напрямом витка і твірною циліндра) дорівнює 45°, а крок намотки дорівнює Kd, де K - ціле число більше одиниці, d - діаметр проводу, що виконує функцію поляризованого дзеркала; коаксіально з ними знаходиться третій циліндр, виготовлений з діелектрика, який узгоджує робочу камеру з антенами; навколо цих трьох циліндрів, що утворюють одне ціле - узгоджену робочу камеру, розташовано N дзеркальних циліндричних антен-опромінювачів ; робочої камери, дзеркалом яких є циліндр, коаксіальний з робочою камерою, а первинними випромінювачами електромагнітних хвиль (опромінювачами дзеркальних антен) лінійні синфазні решітки. Другий варіант пристрою, який відрізняється тим, що дзеркалами дзеркальних антен, опромінювачами робочої камери, є фрагменти металевих еліптичних, параболічних або колових циліндрів, розташованих по колу, концентричному з робочою камерою і з'єднаними між собою через чвертьхвильові короткозамкнені «канавки» і разом утворюють суцільну (замкнену) металеву поверхню. Третій варіант пристрою, який відрізняється тим, що для опромінення робочої камери використовуються N лінзових антен, розташованих навколо узгодженої робочої камери, а первинні випромінювачі електромагнітних хвиль, опромінювачі лінз, що є синфазними лінійними решітками, розташовані на поверхні металевого циліндра коаксіального з робочою камерою або на поверхні металевої правильної прямої призми, що має N граней. Всі ці деталі розраховуються відомими методиками та виготовляються доступними технологіями, а принцип дії ґрунтується на фізичних явищах, що мають логічне пояснення. Джерела інформації: 1. Деклараційний патент № 53954, від 28.03.2002. Бюл. № 2, 2003 р. 7 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 65629 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601