СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНАЯ ПЕЧЬ Российский патент 1998 года по МПК H05B6/64 

Изобретение относится к технике СВЧ и может использоваться для термообработки диэлектрических материалов, например пищевых продуктов.

Достигнутый уровень техники в области разработки конструкций микроволновых печей характеризуется использованием технических решений, обеспечивающих равномерный нагрев продуктов, что позволяет получать продукцию высокого качества. Известны конструкции СВЧ-печей, в которых ввод СВЧ-энергии в резонансную камеру нагрева осуществляется снизу, при этом разогреваемые продукты размещены над излучателем. Такие СВЧ-печи имеют большие габариты, что обусловлено несколькими причинами, во-первых, нагреваемые продукты располагают на определенном расстоянии от излучателя для того, чтобы не вызвать значительных искажений электромагнитного поля в резонансной камере нагрева, во-вторых, сама резонансная камера нагрева, представляющая собой жесткую конструкцию, имеет большие размеры. Такие СВЧ-печи неудобны при транспортировке, например автомобилем или автобусом, а также при использовании в турпоходах, экспедициях и т.д.

Известна конструкция СВЧ-печи, содержащая источник СВЧ-энергии, резонансную камеру нагрева, связанные между собой посредством устройства связи, подсоединенного к излучателю, над которым расположена радиопрозрачная подставка для размещения нагреваемых изделий. Кроме того, СВЧ-печь снабжена баластной нагрузкой, расположенной вне резонансной камеры и связанной с последней дополнительным устройством связи. Резонансная камера нагрева выполнена в виде полусферического резонатора, соединенного с основанием СВЧ-печи [1].

Основным недостатком этой СВЧ-печи является то, что она имеет большие габариты и поэтому неудобна при транспортировке, например автомобилем или другими транспортными средствами, а также при использовании ее в экспедициях и пр.

Наиболее близким по технической сущности аналогом к заявляемому техническому решению является сверхвысокочастотная печь, содержащая источник СВЧ-энергии, размещенный в корпусе, и резонансную камеру нагрева, связанные между собой посредством устройства связи, выполненного в виде отрезка коаксиальной линии и подсоединенного к металлическому излучателю в форме диска, расположенному по оси сверхвысокочастотной печи, над которым установлена радиопрозрачная пластина для размещения нагреваемых изделий. Следует отметить, что сверхвысокочастотная печь дополнительно содержит нагрузку и возбудитель поверхностных волн. Устройство связи выполнено соосно с металлическим излучателем, снабженным концентрическими ребрами, на которые установлена радиопрозрачная пластина для размещения нагреваемых изделий, и последовательно соединено с первой радиальной линией, дополнительной коаксиальной линией, во внутреннем проводнике которой размещена вторая радиальная линия. Кроме того, внутренний диаметр возбудителя поверхностных волн равен диаметру радиопрозрачной пластины для размещения нагреваемых изделий; диаметр внутреннего проводника дополнительной коаксиальной линии равен диаметру металлического излучателя. Нагрузка размещена во второй радиальной линии. По оси сверхвысокочастотной печи расположен элемент связи, посредством которого металлический излучатель связан со второй радиальной линией [2].

Основным недостатком данной сверхвысокочастотной печи является то, что она характеризуется большими габаритами, что вызывает значительные неудобства при ее транспортировке в автомобиле или вынужденных переносах в турпоходах, экспедициях и пр.

Основная задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в том, чтобы обеспечить уменьшение габаритов сверхвысокочастотной печи в транспортном положении, т.е. в нерабочем состоянии при ее транспортировке или переносе за счет использования складной резонансной камеры нагрева.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в сверхвысокочастотной печи, содержащей источник СВЧ-энергии, размещенный в корпусе, и резонансную камеру нагрева, связанные между собой посредством устройства связи, выполненного в виде отрезка коаксиальной линии и подсоединенного к металлическому излучателю в форме диска, расположенному по оси сверхвысокочастотной печи, над которым установлена радиопрозрачная пластина для размещения нагреваемых изделий, согласно изобретению резонансная камера нагрева ограничена сверху крышкой корпуса, выполненной из электропроводящего материала, а снизу - основанием, связанным с регулировочными штырями с обеспечением гальванического контакта, и боковой поверхностью, выполненной из эластичного электропроводящего материала и образующей трубу, расширяющуюся по направлению от основания к крышке корпуса с наклоном 1:10, верхний конец которой закреплен на внутренней стороне крышки корпуса, края которой отогнуты в направлении расположения корпуса, а нижний конец соединен с закрепленным на корпусе фланцем, причем к последнему присоединены нижние концы фиксирующих элементов, верхние концы которых связаны с внутренней стороной крышки корпуса, а радиопрозрачная пластина для размещения нагреваемых изделий установлена на металлической подставке, выполненной в виде трубы, нижний конец которой соединен с корпусом по границе основания, а верхний конец отогнут в сторону фланца, образуя с последним дроссельное сочленение; боковая поверхность резонансной камеры нагрева выполнена ребристой с расстоянием между соседними вершинами ребер, расположенных параллельно основанию, равным λ/2 , и глубиной ребер, равно λ/8 ; фиксирующие элементы выполнены в виде стоек, нижние концы которых рашнирно соединены с фланцем, а верхние концы подвижно соединены с соответствующими направляющими, расположенными на внутренней стороне крышки корпуса, при этом регулировочные штыри расположены на взаимно перпендикулярных прямых, проходящих через середины сторон прямоугольного четырехугольника, в форме которого выполнено основание, каждый на расстоянии λ/4 от его границы, где λ - длина волны источника СВЧ-энергии.

Выполнение боковой поверхности резонансной камеры нагрева, ограниченной сверху крышкой корпуса, а снизу - основанием, из эластичного материала, равно как и выполнение фиксирующих элементов в виде стоек, нижние концы которых шарнирно соединены с фланцем, а верхние концы подвижно соединены с соответствующими направляющими, расположенными на внутренней стороне крышки корпуса, позволяет перед предстоящей транспортировкой сверхвысокочастотной печи, когда последняя находится в нерабочем состоянии, сложить ее таким образом, что эластичная боковая поверхность и стойки компактно укладываются в крышку, отогнутые края которой плотно охватывают корпус. Выполнение указанной боковой поверхности в виде трубы, расширяющейся по направлению от основания к крышке корпуса с экспериментально подобранным наклоном 1:10, позволяет более компактно сложить боковую поверхность в крышку; этому же способствует и то факт, что боковая поверхность резонансной камеры нагрева выполнена ребристой, что достигается путем использования поперечных ребер жесткости, расположенных параллельно основанию. Действительно, при складывании сверхвысокочастотной печи боковая поверхность вкладывается в крышку гармошкой, а выполнение ее расширяющейся способствует тому, что ребра жесткости укладываются не друг на друга, а в одной плоскости.

Кроме того, благодаря использованию ребристой боковой поверхности резонансной камеры нагрева с расстоянием между соседними вершинами ребер, равным λ/2 и глубиной ребер, равной λ/8 , создана такая структура поверхности камеры, которая способствует возбуждению высших типов колебаний, что повышает равномерность нагрева изделий. Выполнение металлической подставки под радиопрозрачную пластину для размещения нагреваемых изделий в виду трубы, нижний конец которой соединен с корпусом по границе основания, а верхний конец отогнут по направлению к фланцу, образуя с последним дроссельное сочленение, обеспечивает предотвращение утечки СВЧ-энергии через разъемное соединение фланец - корпус сверхвысокочастотной печи в окружающее пространство, повышая тем самым безопасность работы обслуживающего персонала с СВЧ-печью. Благодаря использованию регулировочных штырей, связанных с основанием сверхвысококочастотной печи с обеспечением гальванического контакта и расположенных на взаимно перпендикулярных прямых, проходящих через середины сторон прямоугольного четырехугольника, в форме которого выполнено основание, каждый на расстоянии λ/4 от его границы, стало возможным производить корректировку распределения электромагнитного поля, искажения которого возникают в ближней зоне излучателя вследствие близкого расположения к нему нагреваемых изделий.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена сверхвысокочастотная печь, продольный разрез.

Сверхвысокочастотная печь содержит источник СВЧ-энергии, размещенный в корпусе 1 и включающий в себя магнетрон 2 и подсоединенные к нему блок 3 питания и пульт 4 управления; резонансную камеру нагрева, ограниченную сверху крышкой 5 корпуса, выполненной из электропроводящего материала и снабженной ручкой 6, снизу - основанием 7, выполненным, например, в форме квадрата, и ребристой боковой поверхностью 8, выполненной из эластичного электропроводящего материала, например тканого материала, армированного металлической сеткой, и образующей трубу, расширяющуюся по направлению от основания 7 к крышке 5 корпуса с наклоном 1:10. Причем расстояние между соседними вершинами ребер, расположенными параллельно основанию 7, равно λ/2 , а глубина ребер равна λ/8 , где λ - длина волны источника СВЧ-энергии. Верхний конец боковой поверхности 8 закреплен, например, винтовым соединением на кронштейне 9, приваренном к крышке 5 корпуса с внутренней ее стороны, а нижний конец соединен, например, винтовым соединением, с фланцем 10. Края крышки 5 корпуса отогнуты в направлении корпуса 1. Источник СВЧ-энергии и резонансная камера нагрева связана между собой посредством устройства связи, выполненного в виде отрезка 11 коаксиальной линии и подсоединенного к металлическому излучателю 12. Последний выполнен в виде диска и расположен по оси СВЧ-печи. Над излучателем 12 установлена радиопрозрачная пластина 13 для размещения нагреваемых изделий. Она закреплена на металлической подставке 14, выполненной в виде трубы, нижний конец которой приварен к корпусу 1 по границе основания 7, а верхний конец отогнут в сторону фланца 10, образуя с ним дроссельное сочленение, предотвращающее утечку СВЧ-энергии через разъемное соединение фланец 10 - корпус 1. Таким образом, основанием 7 служит часть корпуса 1, а форма основания 7, в данном случае квадрат, определяет форму поперечного сечения подставки 14, фланца 10, а следовательно, и боковой поверхности 8 камеры нагрева. В примере конкретного выполнения корпус 1 имеет поперечное сечение в форме квадрата; для плотного охвата корпуса 1 отогнутыми краями крышки 5, последняя выполнена аналогичной с ним формы. Фланец 10 соединен с корпусом 1 с помощью фиксаторов 15. Фиксирующие элементы, выполненные, например, в виде стоек 16, предназначены для фиксации (поддержания) камеры нагрева в развернутом состоянии при проведении процесса нагрева изделий. Нижние концы указанных стоек шарнирно соединены с фланцем 10, а верхние их концы подвижно соединены с соответствующими направляющими 17, приваренными к крышке 5 корпуса с внутренней ее стороны. При необходимости фланец 10 с прикрепленной к нему боковой поверхностью 8 и крышкой 5 корпуса, а также стойками 16, отсоединяет от корпуса 1. Искажения электромагнитного поля в ближней зоне излучателя 12, вызванные близким расположением нагреваемых изделий к излучателю 12, корректируют с помощью регулировочных штырей 18. Регулировочные штыри 18, связанные с основанием 7 с обеспечением гальванического контакта, расположены на взаимно перпендикулярных прямых, проходящих через середины сторон квадрата, в форме которого выполнено основание 7, на расстоянии λ/4 от границы последнего, где λ - длина волны источника СВЧ-энергии. Благодаря настройке резонансной камеры нагрева с помощью регулировочных штырей 18 добиваются перераспределения электромагнитного поля, что способствует обеспечению равномерного нагрева обрабатываемых изделий.

Устройство работает следующим образом.

Вначале сложенную и закрытую крышкой 5 корпуса СВЧ-печь приводят в рабочее положение. Для этого с помощью ручки 6, расположенной на крышке 5 корпуса с внешней ее стороны, поднимают крышку 5 корпуса вверх до тех пор, пока стойки 16, двигаясь своими верхними концами по направляющим 17, не зафиксируют резонансную камеру нагрева и развернутом состоянии, при котором боковая поверхность 8 развернута так, что расстояние между соседними вершинами ребер равно λ/2 , а глубина ребер равна λ/8 . Затем, удалив фиксаторы 15, снимают верхнюю съемную часть СВЧ-печи: фланец 10 и связанные с ним стойки 16, боковую поверхность 8, крышку 5 корпуса. Изделия, предназначенные для нагрева, располагают на радиопрозрачной пластине 13, после чего с помощью фиксаторов 15 закрепляют верхнюю съемную часть СВЧ-печи на корпусе 1. Включают источник СВЧ-энергии, размещенный в корпусе 1 и содержащий магнетрон 2 и подсоединенные к нему блок 3 питания и пульт 4 управления. СВЧ-энергия от источника СВЧ-энергии через отрезок 11 коаксиальной линии, излучатель 12 поступает в резонансную камеру нагрева, ограниченную сверху крышкой 5 корпуса, снизу - основанием 7 и боковой поверхностью 8. Ребристая структура боковой поверхности 8 камеры нагрева способствует возбуждению высших типов колебаний, что повышает равномерность нагрева изделий. Дроссельное сочленение, которое образует вертикальная часть фланца 10 с отогнутым в его сторону верхним концом подставки 14, предотвращает утечку СВЧ-энергии в свободное пространство и способствует безопасной работе с СВЧ-печью. После нагрева изделий источник СВЧ-энергии отключают; удалив фиксаторы 15 и сняв верхнюю съемную часть СВЧ-печи, вынимают изделия. После этого с помощью фиксаторов 15 закрепляют верхнюю съемную часть СВЧ-печи на корпусе 1, который закрывает крышкой 5. Боковая поверхность 8 и стойки 16 компактно уложены в крышку 5. СВЧ-печь готова к перевозке. Она имеет малые габаритные размеры в транспортном положении.

Следует заметить, что настройку резонансной камеры нагрева производят единоразово перед использованием СВЧ-печи. Для этого при развернутой резонансной камере нагрева и без нагрузки к отрезку 11 коаксиальной линии подсоединяют автоматический измеритель коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН), работающий в полосе f_o± Δf дрейфа частоты магнетрона 2, где f₀ - центральная частота генерации магнетрона. С помощью регулировочных штырей 18 указанную камеру нагрева настраивают на минимальное значение КСВН, равное 2-2,5. Затем помещают в камеру нагрузки, например воду в количестве 0,2% 0,5 л. Измеряют КСВН; он не должен превышать значения 1,5. При большем значении КСВН настройку регулировочными штырями 18 повторяют.

Предложенная СВЧ-печь состоит из двух частей: нижней и верхней съемной части. Нижняя часть представляет собой корпус с размещенным в нем источником СВЧ-энергии, который через устройство связи, выполненное в виде отрезка коаксиальной линии, соединен с металлическим излучателем в форме диска. Часть корпуса служит основанием резонансной камеры нагрева, по границе которого к корпусу припаяна своим нижним концом металлическая подставка в виде трубы, на которой крепится радиопрозрачная пластина для размещения нагреваемых изделий. Основание имеет форму прямоугольного четырехугольника и снабжено регулировочными штырями, которые связаны с ним с обеспечением гальванического контакта и расположены на взаимно перпендикулярных прямых, проходящих через середины сторон прямоугольного четырехугольника, каждый на расстоянии от границы основания. С помощью указанных штырей производят настройку резонансной камеры нагрева. Верхняя съемная часть состоит из ребристой боковой поверхности камеры нагрева, выполненной из эластичного электропроводного материала и образующей трубу, расширяющуюся по направлению от основания к крышке корпуса с наклоном 1: 10. Верхний конец боковой поверхности закреплен винтовым соединением на кронштейне, проваренном к крышке корпуса с внутренней ее стороны, а нижний конец соединен винтовым соединением с фланцем. Фиксирующие элементы выполнены в виде стоек, нижние концы которых шарнирно соединены с фланцем, а верхние концы подвижно соединены с соответствующими направляющими, приваренными к крышке корпуса с внутренней ее стороны. Выполнение боковой поверхности камеры нагрева из эластичного электропроводящего материала и ребристой с расстоянием между соседними вершинами ребер, равным , и глубиной , а также стоек указанным образом позволяет компактно укладывать их в крышку корпуса тогда, когда печь находится в нерабочем состоянии. Нижняя и верхняя съемная части СВЧ-печи крепятся друг к другу с помощью фиксаторов. Для исключения утечки через разъемное соединение используют дроссельное сочленение, образованное отогнутой в сторону фланца верхней частью металлической подставки и фланцем. Предложенная СВЧ-печь имеет малые габаритные размеры и удобна для транспортировки автомобилем и другим средством, а также при использовании в турпоходах, экспедициях и пр. 1 ил.

1. Сверхвысокочастотная печь, содержащая источник СВЧ энергии, размещенный в корпусе, и резонансную камеру нагрева, связанные между собой посредством устройства связи, выполненного в виде отрезка коаксиальной линии и подсоединенного к металлическому излучателю в форме диска, расположенному по оси сверхвысокочастотной печи, над которым установлена радиопрозрачная пластина для размещения нагреваемых изделий, отличающаяся тем, что резонансная камера нагревания ограничена сверху крышкой корпуса, выполненной из электропроводящего материала, снизу - основанием, связанным с регулировочными штырями с обеспечением гальванического контакта, и боковой поверхностью, выполненной из эластичного электропроводящего материала и образующей трубу, расширяющуюся по направлению от основания к крышке корпуса с наклоном 1 : 10, верхний конец которой закреплен на внутренней стороне крышки корпуса, края которой отогнуты в направлении расположения корпуса, а нижний конец соединен с закрепленным на корпусе фланцем, причем к последнему присоединены нижние концы фиксирующих элементов, верхние концы которых связаны с внутренней стороной крышки корпуса, а радиопрозрачная пластина для размещения нагреваемых изделий установлена на металлической подставке, выполненной в виде трубы, нижний конец которой соединен с корпусом по границе основания, а верхний конец отогнут в сторону фланца, образуя с последним дроммельное сочленение. 2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что боковая поверхность резонансной камеры нагрева выполнена ребристой с расстоянием между соседними вершинами ребер, расположенных параллельно основанию, равным λ/2, и глубиной ребер, равной λ/8, где λ - длина волны источника СВЧ энергии. 3. Печь по п.1, отличающаяся тем, что фиксирующие элементы выполнены в виде стоек, нижние концы которых шарнирно соединены с фланцем, а верхние концы подвижно соединены с соответствующими направляющими, расположенными на внутренней стороне крышки корпуса, при этом регулировочные штыри расположены на взаимно перпендикулярных прямых, проходящих через середины сторон прямоугольного четырехугольника, в форме которого выполнено основание, каждый на расстоянии λ/4 от его границы, где λ - длина волны источника СВЧ энергии.