Skupina Prof. Ing. Jana Vrby,
CSc. z katedry elektromagnetického
pole FEL ČVUT spolupracuje
s Výzkumným Centrem Textil
– Liberec na společném projektu
využití mikrovlnného vysoušení
v textilním průmyslu. Mj. byly
navrženy dva aplikátory pro mikrovlnné
vysoušení textilií.
Mikrovlnná technologie se v dnešní
době uplatňuje téměř ve všech odvětvích
průmyslu. Mikrovlnný ohřev
umožňuje nárůst teploty v celém objemu
materiálu současně. Tím lze dosáhnout
výrazné úspory energie a získat
vyšší kvalitu výrobku. V posledních
letech vystupuje do popředí rovněž
aspekt ekologické šetrnosti.
K vysoušení textilií se tradičně
používají zařízení pro konvekční přenos
tepla tzv. horkovzdušné sušičky.
Vysoušená textilie prochází velkými
halami. Okolo cirkuluje horký
vzduch, který látku ohřívá a zároveň
odvádí odpařenou vlhkost. Tento
postup však má své nevýhody: především
délku vysoušení a energetickou
náročnost. Využití mikrovlnné energie
umožňuje zkrátit proces vysoušení,
efektivněji využít energii a tím
i snížit náklady na výrobu.
Princip mikrovlnného
ohř evu
Spočívá v přeměně elektromagnetické
energie na energii tepelnou, jež
vzniká působením pole na polární molekuly
materiálu. Bipolární molekuly
vody se natáčejí podle změny střídavého
elektromagnetického pole (109krát
za sekundu). Přitom dochází k mezimolekulárnímu
tření a k překonávání
mezimolekulárních sil. Vzniká teplo
a dochází k rychlému ohřevu materiálu.
Mikrovlny mohou pronikat do určité
hloubky materiálu, podle jeho dielektrických
parametrů. Materiál se ohřívá
současně uvnitř i na povrchu a popisovaný
proces je nezávislý na tepelné
vodivosti textilií.
Vývoj prototypů pro
mikrovlnné vysoušení
textilií
Byly vyvinuty dva typy aplikátorů.
První vychází z Fabry-Perotova
otevřeného rezonátoru. Tvoří jej 2
paralelní desky, mezi nimiž vzniká
stojatá vlna, a textilie prochází
maximem intenzity elektrického
pole. Mikrovlnná energie se přivádí
do rezonanční dutiny úsekem
vlnovodu zakončeným trychtýřovou
aperturou. Druhý aplikátor
tvoří 2 úseky vlnovodu v tzv.
meandrovém uspořádání. V širší
stěně vlnovodu je podlouhlá štěrbina,
kterou prochází vysoušená
textilie. Štěrbina se nachází přesně
uprostřed, protože zde je intenzita
elektromagnetického pole nejvyšší.
Oba systémy fungují na frekvenci
2,45 GHz a jako generátory
mikrovlnné energie využívají magnetrony
z komerčních mikrovlnných
trub.
U obou aplikátorů je třeba dbát na
bezpečnost práce, protože vyzařování
elektromagnetické energie do prostoru
je pro obsluhující personál nebezpečné.
Rezonanční aplikátor je proto
důvodu opatřen Faradayovou stínící
klecí a v případě vlnovodového aplikátoru,
kde může částečně vyzařovat
štěrbina, může být vstup i výstup
aplikátoru opatřen vysokofrekvenční
tlumivkou.
Výzkumná práce byla podpořena
interním grantem ČVUT 2006 - IG
CTU 8606913, projektem 1M0553
„Výzkumné centrum – Textil II“
a grantem Grantové agentury České
republiky č. GD102/03/H086 „Nové
pojetí a koordinace výuky doktorandů
v radioelektronice a souvisejících
oborech.“
Využití mikrovlnného ohřevu
v průmyslové výrobě se zdá být
perspektivní. Nyní je ve fázi testování
a zjišťování vlivů elektromagnetického
pole na strukturu různých
textilních materiálů. To by mohlo
ověřit možnosti vývoje nových
technologických procesů pro úpravu
textilií. Nový meandrový systém
dvou buněk je vhodný právě pro
základní testování vlivu mikrovln
na textilní materiály a může být
využit pro vývoj a testování povrchových
úprav.
(Připraveno společně s Centrem
spolupráce ČVUT s průmyslem)