Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для микроволнового вспучивания глинистых заготовок

Изобретение относится к области изготовления строительных материалов, а более конкретно к оборудованию для изготовления пенокерамики путем микроволнового вспучивания глинистого сырья.

Известен «Способ получения пенокерамики и изделий из нее» [Крутов Ю.М., Гаврилюк А.Ю., патент РФ №2469979, МПК: С04В 33/13, С04В 28/26, С04В 38/00, С04В 40/00, опубликовано 20.12.2012. Бюл. №35].

В известном способе получения пенокерамики на смесь глинистого сырья и силиката калия или натрия воздействуют сверхвысокочастотным электромагнитным излучением с целью ее вспучивания. Однако, в известном способе ничего не говорится об устройстве, обеспечивающем воздействие сверхвысокочастотным электромагнитным излучением на вспучиваемую смесь. Между тем, такое воздействие связано с рядом трудностей в силу высокого поглощения смесью сверхвысокочастотного электромагнитного излучения и ее низкой теплопроводностью. Указанные свойства смеси предъявляют высокие требования к равномерности микроволнового воздействия, поскольку его неравномерность приводит к неравномерному вспучиванию, и как следствие, к снижению прочности и повышению теплопроводности полученной пенокерамики. Проблема обеспечения равномерного микроволнового воздействия усугубляется тем, что, например, при изготовлении стандартного кирпича из пенокеремики его размеры (65×120×240) мм соизмеримы с длинами волн микроволнового воздействия, разрешенными для этих целей (частоты 915 МГц и 2450 МГц).

Известно «Устройство для микроволновой обработки сыпучих и длинномерных материалов» [Хуако А.Ю. и др., патент РФ №2291596, МПК: Н05В 6/64, опубликовано 10.01.2007. Бюл. №1]. В известном устройстве обрабатываемый материал подается в зазор между токонесущим проводником и экранирующей поверхностью полосковой линии. При этом поперечный размер полосковой линии должен быть существенно меньше, а продольный размер должен быть существенно больше длины волны микроволнового воздействия. В известном устройстве невозможно получение пенокерамических кирпичей стандартных размеров.

Известно «Устройство для микроволнового обеззараживания» [Хуако А.Ю., патент РФ №2599018, МПК: A61L 2/12, A61L 11/00 опубликовано 10.10.2016. Бюл. №28]. В известном устройстве повышение равномерности микроволнового воздействия на обрабатываемые объекты достигается за счет особой конструкции адаптеров, через которые микроволновая энергия передается от генераторов в рабочую камеру. Адаптеры выполнены в виде отрезка волновода, имеющего общую широкую стенку с рабочей камерой. В этой общей стенке выполнены щелевые отверстия, расположенные по обо стороны от осевой линии широкой стенки волновода, параллельно ей. Указанные щелевые отверстия расположены попарно симметрично относительно центра широкой стенки волновода. При этом первая от центра пара щелевых отверстий имеет длину, равную четверти длины волны в волноводе, а последующие щелевые отверстия имеют длину, равную половине длины волны волноводе. Известное устройство не способно равномерно локализовать микроволновое воздействие на объектах с размерами, близкими к длине волны.

Задачей изобретения является обеспечение равномерного микроволнового воздействия на объекты, размеры которых соизмеримы с длиной волны этого воздействия.

Технический результат - осуществление микроволнового вспучивания глинистых заготовок с целью получения пенокерамического кирпича стандартных размеров.

В предлагаемом устройстве поставленная задача достигается тем, что рабочая камера выполнена в виде двух клиновидных рупоров, верхнего и нижнего. Указанные рупоры соединены широкими сторонами (основаниями), при этом узкая сторона верхнего рупора соединена с прямоугольным волноводом. К указанному волноводу подключен генератор микроволновой энергии, который возбуждает в нем волну типа Ню. В плоскости соединения широких сторон (оснований) рупоров, по их середине, размещается вспучиваемая заготовка. Узкая сторона нижнего рупора образует выходное отверстие рабочей камеры с размерами равными размерам вспучиваемой заготовки. Один из размеров широкой стороны рупоров, лежащий в плоскости Е возбуждаемой волны, выбирают равным высоте заготовки, а второй размер широкой стороны рупоров, лежащий в плоскости Н возбуждаемой волны, выбирают в 2…5 раз большим ширины заготовки. Угол раскрытия верхнего рупора выбирают из условия согласования волновода с заготовкой, а угол раскрытия нижнего рупора выбирают из условия отражения волны в направлении заготовки.

На фигуре 1 изображена конструкция устройства для микроволнового вспучивания глинистых заготовок.

Предлагаемое устройство содержит рабочую камеру 1, состоящую из двух клиновидных рупоров, верхнего 2 и нижнего 3, соединенных широкими сторонами (основаниями). Узкая сторона верхнего рупора 2 соединена с прямоугольным волноводом 4, который соединяет рабочую камеру 1 с микроволновым генератором 5. В плоскости соединения широких сторон, по их середине, размещается вспучиваемая заготовка 6.

Устройство работает следующим образом. Генератор микроволновой энергии 5, например, магнетрон, возбуждает в прямоугольном волноводе 4 электромагнитную волну типа Н₁₀. Известно, что волна типа Н₁₀ в Е плоскости поперечного сечения прямоугольного волновода имеет косинусоидальное распределение напряженности электрического поля, спадающее вблизи стенок волновода. По мере распространения электромагнитной волны типа Ню в верхнем рупоре 3 происходит расширение фронта волны, в том числе, той ее зоны, в которой напряженность поля имеет большое и относительно равномерное значение. В этой зоне, в плоскости соединения широких сторон (оснований) рупоров 2 и 3, по их середине, размещается вспучиваемая заготовка 6. Большая часть микроволновой энергии, вырабатываемой генератором 5 попадает на вспучиваемую заготовку 6 и поглощается ее. В том случае, когда размер широкой стороны рупоров, лежащий в плоскости Н возбуждаемой волны в (2…5) раз большим ширины заготовки на нее падает соответственно (81,8…39,7) % вырабатываемой генератором 5 микроволновой энергии. Остальная, первоначально не попавшая на заготовку 6, часть микроволновой энергии попадает на стенки нижнего рупора 3, отражается от них в направлении заготовки 6 и, также, поглощается ее. Для эффективного воздействия микроволновой энергии угол раскрытия верхнего рупора выбирают из условия согласования волновода с заготовкой 6. Угол раскрытия нижнего рупора выбирают из условия отражения волны в направлении заготовки 6. Размер широкой стороны рупоров (оснований), лежащий в плоскости Е возбуждаемой волны, выбирают равным высоте заготовки 6. В результате поглощения микроволновой энергии происходит нагрев и вспучивание глинистой заготовки 6.