СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНАЯ ПЕЧЬ Российский патент 1997 года по МПК H05B6/64 F24C7/02 F26B3/32 

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к нагревательным аппаратам, использующим СВЧ-энергию, и может быть использовано для нагрева пищевых продуктов.

Известна конструкция камеры для сверхвысокочастотного нагрева, в которой дно корпуса выполнено с уклоном 1:10-1:20 и окна связи расположены по дуге окружности под равными углами [1] Однако, несмотря на принятые меры, в известном устройстве наблюдается малая равномерность нагрева.

Наиболее близким к изобретению по совокупности признаков является сверхвысокочастотная печь, содержащая камеру нагрева, СВЧ-генератор, выход которого соединен с отрезком линии передачи, и излучатель [2] Отметим, что отрезок линии передачи выполнен в виде отрезка прямоугольного волновода открытый конец которого служит излучателем. Кроме того, сверхвысокочастотная печь содержит подставку для продуктов, изолированную от стенок камеры нагрева и выполненную ребристой. Ребра в поперечном сечении имеют форму треугольника высотой λ/4. Подставка обеспечивает дополнительный конвективный нагрев продуктов снизу за счет преобразования СВЧ-энергии в тепловую с помощью указанных ребер. Но учитывая тот факт, что приготовление (или разогрев) продуктов в сверхвысокочастотной печи происходит в течение короткого времени, а передача тепла осуществляется гребнях ребер, доля конвективного нагрева продуктов в общем процессе оказывается незначительной, а известная конструкция излучающей системы и камера нагрева не обеспечивает достаточной равномерности нагрева продуктов.

Основная задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в обеспечении равномерного нагрева по всему объему камеры за счет равномерного распределения электромагнитного поля внутри камеры нагрева и высокого качества согласования основных элементов тракта.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в сверхвысокочастотной печи, содержащей камеру нагрева, СВЧ-генератор, выход которого соединен с отрезком линии передачи, и излучатель, согласно изобретению, в одной из стенок камеры нагрева выполнено отверстие связи для ввода СВЧ-энергии, заполненное радиопрозрачным материалом, по периметру которого на внешней поверхности указанной стенки камеры нагрева установлено с возможностью обеспечения гальванического контакта кольцо, к которому разъемно присоединено с возможностью обеспечения гальванического контакта основание, при этом по периметру основания выполнен паз для электромагнитного управления, в основании выполнено углубление, в котором установлен излучатель, короткозамкнутый на основание, отрезок линии передачи выполнен в виде отрезка коаксиальной линии и соединен с излучателем, выполненным в виде диска; кольцо, основание и излучатель выполнены из проводящего электромагнитные волны материалов, кроме того, внутренние поверхности двух стенок камеры нагрева, одна из которых прилегает к стенке камеры с отверстием связи, а другая расположена напротив отверстия связи, выполнены ребристыми, при этом центр отверстия связи смещен относительно центра стенки в сторону двери камеры нагрева на расстояние, равное λ/2, а паз в основании выполнен глубиной λ/4 на расстоянии λ/4 от края отверстия связи, а ребра в поперечном сечении имеют форму треугольника высотой λ/8, расстояние между гребнями ребер, образованными вершинами треугольников, составляет λ/4, при этом гребни ребер параллельны плоскости стенки камеры нагрева, в которой выполнено отверстие связи, где λ длина волны СВЧ-генератора.

Выполнение излучателя в виде диска, размещение его вне камеры нагрева в углублении основания таким образом, что излучатель короткозамкнут на основание, которое разъемно присоединено с возможностью обеспечения гальванического контакта к кольцу, установленному по периметру отверстия связи для ввода СВЧ-энергии, выполненного в одной из стенок камеры нагрева, с возможностью обеспечения гальванического контакта с указанной стенкой камеры нагрева, а также выполнение излучателя, основания и кольца из проводящего электромагнитные волны материала обеспечивает возбуждение в камере нагрева электромагнитных волн с круговой поляризацией различных направлений. Благодаря тому, что внутренние поверхности двух стенок камеры нагрева, одна из которых прилегает к стенке камеры с отверстием связи, а другая расположена напротив отверстия связи, выполнены ребристыми, они рассеивают падающие электромагнитные волны, изменяя их направление и способствуя более равномерному распределению энергии электромагнитного поля. При этом экспериментально установлено, что максимальный эффект достигается тогда, когда ребра в поперечном сечении имеют форму треугольника высотой l/8, расстояние между гребнями ребер, образованными вершинами треугольников, составляет λ/4, а гребни ребер параллельны плоскости стенки камеры нагрева, в которой выполнено отверстие связи.

Предложенная конструкция излучающей системы, включающей в себя кольцо, основание с пазом, излучатель в виде диска, снабженный перемычкой, и камеры нагрева обеспечивает достаточно высокое качество согласования излучающей системы и нагрузки в камере нагрева при вариации количества нагреваемых продуктов или их расположения внутри камеры, а также при рабочих уходах частоты СВЧ-генератора. Экпериментально подтверждено, что минимальная величина коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) в рабочем режиме и с различной нагрузкой достигается при смещении центра отверстия связи относительно центра стенки в сторону двери камеры нагрева на расстояние, равное λ/2.
Выполнение по периметру основания паза для электромагнитного уплотнения предотвращает утечку СВЧ-энергии из камеры нагрева. Лучшие результаты получены при выполнении паза глубиной λ/4 на расстоянии λ/4 от края отверстия связи.

Использование отрезка коаксиальной линии для присоединения излучателя предложенной конструкции к СВЧ-генератору обеспечивает оптимальное их согласование в рабочих режимах генератора.

Таким образом, конструкция сверхвысокочастотной печи по изобретению обеспечивает равномерный нагрев по всему объему камеры и, соответственно, высокое качество обрабатываемых продуктов.

Кроме того, выполнение конструкции излучающей системы лекгосъемной в виде отдельного модуля, обеспечивает облегчение профилактического осмотра и ремонта серхвысокочастотной печи, что способствует увеличению срока ее службы, а предложенная конструкция электромагнитного уплотнения в основании обеспечивает безопасную работу персонала.

На чертеже показан общий вид свехвысокчастотной печи.

Сверхвысокочастотная печь содержит СВЧ-генератор 1, обычно магнетрон, выход которого соединен через отрезок коаксиальной линии 2 с излучающей системой 3, связанной с камерой 4 нагрева. В стенке 5 камеры 4 нагрева выполнено отверстие 6 связи для ввода СВЧ-энергии, заполненное радио-прозрачным материалом. Центр отверстия 6 связи смещен относительно центра стенки 5 в сторону двери 7 камеры 4 нагрева на расстояние, равное λ/2. На внешней поверхности стенки 5 по периметру отверстия 6 установлено с возможностью обеспечения гальванического контакта кольцо 8, к которому разъемно, например, с помощью винтового соединения присоединено с возможностью обеспечения гальванического контакта основание 9. В нем выполнен паз 10 глубиной λ/4 на расстоянии λ/4 от края отверстия 6 связи, предназначенный для предотвращения утечки СВЧ-энергии из камеры 4 нагрева. В основании 9 выполнено углубление, в котором установлен излучатель 11, выполненный в виде диска, соединенного перемычкой 12 с основанием 9. Кольцо 8, основание 9 и излучатель 11 выполнены из проводящего электромагнитные волны материала. В камере 4 нагрева внутренние поверхности стенки 13, расположенной напротив отверстия 6 связи и стенки 14, прилегающей к стенке 5 камеры 4 с отверстием 6 связи, выполнены ребристыми. Ребра 15 в поперечном сечении имеют форму треугольника высотой λ/8, расстояние между гребнями ребер, образованными вершинами треугольников, составляет λ/4, при этом гребни ребер 15 параллельны плоскости стенки 5 камеры 4 нагрева, в которой выполнено отверстие 6 связи.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В сверхвысокочастотную печь помещают продукты, которые необходимо приготовить или разогреть. Плотно закрывают двери 7 камеры 4 нагрева. Включают СВЧ-генератор 1. СВЧ-энергия с выхода СВЧ-генератора 1 через отрезок коаксиальной линии 2, излучающую систем 3 и отверстие 6 связи в стенке 5 камеры нагрева поступает в камеру 4 нагрева и заполняет ее объем. Излучающая система 3, включающая в себя кольцо 8, основание 9 с пазом 10, излучатель 11 в виде диска, снабженный перемычкой 12, обеспечивает возбуждение в камере 4 нагрева электромагнитных волн с круговой поляризацией различных направлений. Электромагнитные волны, отражаясь от ребер 15, образующих ребристую внутреннюю поверхность стенок 13 и 14, распределяются внутри камеры 4 нагрева таким образом, что обеспечивается равномерный нагрев по всему объему камеры. Для соединения и высокого качества согласования излучателя 11 с СВЧ-генератором 1 служит отрезок коаксиальной линии 2. Паз 10 предотвращает утечку СВЧ-энергии из камеры 4 нагрева в окружающее пространство. При изменении нагрузки в пределах 0,2-3 л и уходе рабочей частоты СВЧ-генератора в полосе ±50 МГц в сверхвысокочастотной печи по изобретению достигнута величина КСВН не хуже 1,5-1,8, а в полосе ±25 МГц КСВН менее 1,4.

Сверхвысокочастотная печь содержит камеру нагрева, СВЧ-генератор, выход которого через отрезок коаксиальной линии соединен с излучающей системой, включающей в себя излучатель, выполненный в виде диска, основание и кольцо. Излучающая система выполнена в виде отдельного модуля и установлена вне камеры нагрева следующим образом. В одной из стенок камеры нагрева выполнено отверстие связи для ввода СВЧ-энергии, заполненное радиопрозрачным материалом. По периметру этого отверстия, на внешней поверхности указанной стенки камеры нагрева, установлено с возможностью обеспечения гальванического контакта кольцо. К нему разъемно присоединено с возможностью обеспечения гальванического контакта основание, по периметру которого выполнен паз для электромагнитного уплотнения. В основании выполнено углубление, в котором установлен излучатель. Кольцо, основание и излучатель выполнены из проводящего электромагнитные волны материала. Кроме того, внутренние поверхности двух стенок, одна их которых прилегает к стенке камеры с отверстием связи, а другая расположена напротив отверстия связи, выполнены ребристыми. Конструкция сверхвысокочастотной печи обеспечивает равномерный нагрев продукта, в том числе при различной массе и изменении его расположения внутри камеры нагрева, за счет равномерного распределения электромагнитного поля. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Сверхвысокочастотная печь, содержащая камеру нагрева, СВЧ-генератор, выход которого соединен с отрезком линии передачи, и излучатель, отличающаяся тем, что в одной из стенок камеры нагрева выполнено отверстие связи для ввода СВЧ-энергии, заполненное радиопрозрачным материалом, по периметру которого, на внешней поверхности указанной стенки камеры нагрева, установлено с возможностью обеспечения гальванического контакта кольцо, к которому разъемно присоединено с возможностью обеспечения гальванического контакта основание, при этом по периметру основания выполнен паз для электромагнитного уплотнения, в основании выполнено углубление, в котором установлен излучатель, короткозамкнутый на основание, отрезок линии передачи выполнен в виде отрезка коаксиальной линии и соединены с излучателем, выполненным в виде диска, кольцо, основание и излучатель выполнены из проводящего электромагнитные волны материала, кроме того, внутренние поверхности двух стенок камеры нагрева, одна из которых прилегает к стенке камеры нагрева с отверстием связи, а другая расположена напротив отверстия связи, выполнены ребристыми. 2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что центр отверстия связи смещен относительно центра стенки в сторону двери камеры на расстояние λ/2 где λ - длина волны СВЧ-генератора. 3. Печь по п.1, отличающаяся тем, что паз в основании выполнен глубиной λ/4 на расстоянии λ/4 от края отверстия связи. 4. Печь по п.1, отличающаяся тем, что ребра в поперечном сечении имеют форму треугольника высотой λ/8, расстояние между гребнями ребер, образованными вершинами треугольников, составляет λ/4, при этом гребни ребер параллельны плоскости стенки камеры нагрева, в которой выполнено отверстие связи.