1tom346

13. ELEKTROTERMIA 694

—    suszenie tekstyliów oraz półwyrobów przemysłu tekstylnego (zwoje wirówkowe). Czas suszenia w tym procesie red ukuje się z 72 h — niezbędnych w technice tradycyjnej — do 12 minut;

—    podgrzewanie szkła w procesach cięcia i formowania;

—    suszenie produktów spożywczych oraz wyrobów farmaceutycznych;

—    pasteryzacja środków spożywczych i sterylizacja środków lekarskich i farmaceutycznych;

—    dezynsekcja nasion, zbóż oraz ich przetworów (większa stratność dielektryczna szkodników powoduje selektywne ich nagrzewanie i niszczenie bez nadmiernego wzrostu temperatury środowiska, w którym one przebywają).

Nagrzewanie pojemnościowe —jako bezpośrednie —jest najkorzystniejszą techniką suszenia produktu do ściśle określonej końcowej wartości wilgotności. Pod względem energetycznym w wielu zastosowaniach jest to metoda konkurencyjna w porównaniu z metodami nieelektrycznymi.

13.10. Nagrzewanie mikrofalowe

13.10.1. Istota metody

Nagrzewanie mikrofalowe jest to nagrzewanie elektryczne oparte na efekcie polaryzacji w ośrodkach dielektrycznych lub półprzewodnikowych, do których energia elektromagnetyczna wielkiej częstotliwości jest doprowadzana za pośrednictwem falowodu.

Technika ta stanowi rozszerzenie metody nagrzewania pojemnościowego, od której różni ją konstrukcja urządzeń i ich eksploatacja. Wynika to z usytuowania zakresu częstotliwości mikrofalowych (0,3 -=- 300 GHz) powyżej częstotliwości roboczych urządzeń pojemnościowych (0,0005 -=- 0,3 GHz).

Rys. 13.39. Schematy mikrofalowych układów grzejnych: a) komoro wy (rezonator wnękowy); b) tunelowy; c), d) oraz e) promiennikowe

1 magnetron, 2 — falowód doprowadzający energię do przestrzeni grzejnej, 3 — tunel (falowód), 4 — obciążenie przejmujące energię mikrofalową przy braku wsadu w tunelu, 5 — dławiki oddzielające sąsiednie magnetrony i zapobiegające ich sprzęganiu, 6 — taśma transportowa, 7 wsad, 8 — talerz obrotowy, 9—dysektor („mieszacz” pola), 10 rezonator wmękowy, 11 — reflektor, 12 — antena wielodipolowa, 13 antena hclikoidalna, 14 — antena szczelinowa

Zwiększenie /powoduje wzrost mocy grzejnej, która jest definiowana identycznie jak przy nagrzewaniu pojemnościowym — zależność (13.59). Źródłem mocy grzejnej jest lampa mikrofalowa. Wsad umieszcza się w rezonatorze wnękowym (stanowiącym rodzaj komory pieca mikrofalowego), w falowodzie, u wylotu falowodu (rys. 13.39). Na rozkład mocy we wsadzie wpływ mają czynniki związane nie tylko z cechami pola elektromagnetycznego, lecz także z geometrią wsadu oraz konstrukcją urządzenia. W wyidealizowanym wsadzie (półprzestrzeń) rozkład natężenia pola elektrycznego £ ma charakter wykładniczy, podobnie jak przy nagrzewaniu indukcyjnym.

Głębokość wnikania — rozumiana jako odległość od powierzchni wnikania fali, przy której gęstość objętościowa mocy maleje e² — określa wzór

d₂ =-=!■——-5; 0,95 10⁸—~Ł-    (13.60)

rcV/'o«oAArtg'⁵    /v^tg<5

przy czym znaczenie poszczególnych wielkości jak przy nagrzewaniu pojemnościowym¹.

Tablica 13.14. Pasma częstotliwości wydzielone dla mikrofalowych urządzeń grzejnych

Pasmo	Częstotliwość MIIz	Długość fali cm
I	915± 13	32,79
II	2450 +50	12.50
m	5800+75	5,17
IV	24125+125	1,24
V	61250+250	0,49
VI	122500 + 500	0,24
VII	245000+1000	0,12

Wartości ó₂, dla większości wsadów nagrzewanych mikrofalowo przy /wydzielonych dla tej techniki (tabl. 13.14), wynoszą najczęściej od kilku do kilkudziesięciu centymetrów'.

13.10.2. Mikrofalowe urządzenia grzejne i ich zastosowanie

W użyciu są urządzenia do nagrzewania wsadu w rezonatorze wnękowym, w falowodzie bądź w strumieniu mikrofal wypromieniowywanym przez promiennik. Każde z nich jest wyposażone w zasilacz wysokonapięciowy z prostownikiem, w jedną lub kilka lamp mikrofalowych (magnetrony, rzadziej klistrony), w falowód łączący źródło energii z członem grzejnym oraz w podzespoły: do transportu wsadu (w urządzeniach przelotowych), do wprawiania wsadu w ruch (w wielu odmianach urządzeń nieprzelotowych), wentylatory, układy zabezpieczające obsługę, dodatkowe promiennikowe lub rezystancyj-ne źródła ciepła, układy sterujące oraz metalowe elementy wirujące lub drgające, które „mieszają” w urządzeniach nieprzelotowych pole w celu uśrednienia £ i polepszenia równomierności nagrzewania.

Moce zrealizowanych urządzeń osiągnęły poziom 500 kW przy sprawności 50-+60%. Napięcia zasilające zawierają się zwykle w' przedziale 4-+7 kV. Moce najbardziej rozpowszechnionych kuchni mikrofalowych (w USA i Japonii kuchnie te stanowią wyposażenie 55-+70% gospodarstw domowych, w RFN — 33%) wynoszą 400 -+ 1200 W, a najczęściej — 600 -+ 800 W. Urządzenia przemysłowe są budowane zazwyczaj jako przelotowe typu tunelowego i zasilane wieloma lampami mikrofalowymi. Standardowy ciąg mocy magnetronów: 6,0; 1,2; 0,85; 0,5 kW.

Technika mikrofalowa znalazła liczne zastosowania przemysłowa. Jej wprowadzenie jest uzasadnione szczególnie przy nagrzewaniu materiałów o bardzo małej przewodności

1

W literaturze spotyka się także inne definicje tej wielkości, określające d₂ jako odległość od powierzchni wsadu, przy której moc p_v maleje e-krotnie, ewentualnie 2 lub 4 razy. Wzór (13.60) opiera się na identycznym założeniu jak przy nagrzewaniu indukcyjnym.