Диэлектрический нагрев
Начальный период. Впервые эффект нагрева диэлектрика в переменном электромагнитном поле зафиксировал в 1864 г. Э. В. Сименс (Германия), затем в 1886 г. И. И. Боргман (Россия) - исследовался нагрев стеклянной стенки конденсатора (лейденской банки) при заряде и разряде [33].
Диэлектрический нагрев первоначально нашел применение в медицине. В 1891 г. Ж. А. д’Арсонваль (Франция) обнаружил термическое воздействие переменного электромагнитного поля на человека. Р. фон Зейнек (Германия) в 1899 г. открыл возможность использования электромагнитных полей частотой свыше 200 кГц для нагрева тканей тела и лечения. С 1906 г. использование диатермии стало быстро распространяться, и до настоящего времени диэлектрический нагрев широко используется для физиотерапии.
В 1925 г. А. Эсау (Франция) заметил, что передатчик большой мощности метрового диапазона, т. е. сверхвысокочастотные (СВЧ) волны, вызывал ощущение нагрева у персонала, и предложил использовать СВЧ-волны для терапии. Совместно с Е. Шлипхаке он провел испытания на животных и людях.
В 1930 г. И. Петцольд (Германия) исследовал влияние частоты на глубину прогрева.
Диэлектрический нагрев нашел широкое применение, несмотря на сложность и высокую стоимость оборудования, так как позволяет нагревать непроводящие однородные материалы с высокой скоростью и равномерностью, а неоднородные материалы - избирательно, например, при сушке или склеивании.
Диэлектрический нагрев токами высокой частоты. В 1930-1934 гг. началась разработка технологии сушки древесины токами высокой частоты (Н. С. Селюгин, Ленинградский филиал ЦНИИ механической обработки древесины). В это же время А. И. Иоффе получил авторское свидетельство на высокочастотную сушку (ВЧ-сушку) древесины. Одно из первых применений - сушка березовых и буковых заготовок на обувной фабрике «Скороход» (Ленинград). Позднее диэлектрический нагрев стал применяться и в других странах (Франция, США, Германия).
В 1933 г. Центральная научно-исследовательская лаборатория электромагнитных волн исследовала сушку и стерилизацию фруктов (внедрение в гг. Тирасполе и Краснодаре, 1938-1940). В 1937 г. П. П. Тарутин (ВНИИзерна) изучал ВЧ-сушку и уничтожение вредителей зерна с применением токов высокой частоты.
В США в 40-е гг. ХХ в. развиваются высокочастотный нагрев пластмасс, склеивание древесины и фанеры. Во Франции А. Эсау разрабатывает ВЧ-сушку текстиля и продуктов питания, склеивание древесины и нагрев пластмасс перед прессованием, М. Дескарсин (1946) - нагрев керамики, Ле- дюк и Дюфур - вулканизацию каучука.
В СССР в 1940-е гг. продолжались работы по диэлектрическому нагреву. С 1941 г. началось промышленное применение ВЧ-сушки древесины. В ВЭИ исследуют получение с применением диэлектрического нагрева пресс-порошков (Н. В. Александров и В. М. Дегтев) и электроизоляционных материалов (Л. С. Левин), а в НИИ шинной промышленности (Х. Э. Малкина и А. П. Пухов) - вулканизацию массивных шин.
На развитие техники диэлектрического нагрева большое влияние оказали работы А. В. Нетушила, особенно выпущенная под его редакцией монография «Высокочастотный нагрев диэлектриков и полупроводников» (1959).
Большой вклад в промышленное применение диэлектрического нагрева внес ВНИИТВЧ (А. А. Фрумкин, А. В. Дмитриев, Т. А. Шелина):
серийное производство установок для нагрева таблеток пресс- порошков (1949);
внедрение высокочастотной сушки пряжи на фабрике им. А. И. Желябова (Ленинград, 1953);
начало серийного производства на ЛЗВУ (Ленинградском заводе высокочастотных установок) установок для сварки термопластов (1956);
серийное производство установок для склеивания древесины (1962); начало опытной эксплуатации конвейерной установки для высокочастотной сушки литейных стержней на Минском тракторном заводе (1969);
серийное производство конвейерных высокочастотных установок (1971); введение линии для получения пенополистирольной теплоизоляции для холодильников в г. Ереване (1972).
На начало 1966 г. в СССР было изготовлено свыше 12 тыс. высокочастотных установок для диэлектрического нагрева общей колебательной мощностью около 30 МВт. Единичные мощности установок диэлектрического нагрева непрерывно возрастали от единиц до сотен киловатт.
В 1980-е гг. ВНИИТВЧ разработал высокочастотные установки диэлектрического нагрева периодического действия для сушки различных материалов с питанием от лампового генератора мощностью 60 кВт и частотой 13,56 МГц с использованием для перемещения материала вращающегося кольцевого дна из фторопласта или ленточного транспортера из метали- ческой сетки. Были разработаны также технологические процессы и оборудование для диэлектрического нагрева пористых материалов (пенополисти- рола, пенополиэтилена, пористых резин) и высокочастотной сварки термопластичных материалов (полихлорвинилов, полистирола, полиакрилатов, искусственных кож).
Нагрев на сверхвысоких частотах (микроволновый нагрев). Нагрев на сверхвысоких частотах (СВЧ) стал применяться после изобретения магнетрона в 1940-х гг. В США в 1947 г. появилась первая СВЧ-плита «Рада- рэндж» с рабочей частотой 2400 МГц (длина волны - 12,5 см). Она была установлена в вагоне-ресторане и предназначалась для размораживания и подогрева предварительно приготовленных и замороженных блюд. В начале
1970-х гг. в США использовалось около 2 млн. бытовых микроволновых печей, в Японии - около 500 тыс.
С 1961 г. в Москве на Выставке достижений народного хозяйства (ВДНХ) демонстрировалась печь, созданная ВНИИТВЧ. Ленинградский завод торгового машиностроения изготовил опытно-промышленную серию подобных печей с использованием магнетронов непрерывного действия мощностями 600 и 1600 Вт.
В начале 1960-х гг. проводились опытные работы по промышленному применению нагрева на сверхвысоких частотах, в частности для разрушения горных пород (США, Япония) и получения плазменного факела (США, ФРГ). У нас в стране работы по измельчению твердых горных пород проводил в 60х гг. прошлого века Институт горного дела им. А. А. Скачинского, но из-за экономических показателей этот способ оказался неконкурентоспособным.
В конце 1980-х гг. фирма «Линн» (Австрия) разработала высокотемпературную СВЧ-установку для спекания оксидов (температура - до 2000 °С), в которой использованы футеровка и водоохлаждение резонатора.
В настоящее время в нашей стране выпускается ряд промышленных СВЧ-установок для диэлектрического нагрева мощностью 0,5-60 кВт.
