СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНАЯ ПЕЧЬ Российский патент 1998 года по МПК H05B6/64 

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

Известна конструкция сверхвысокочастотной печи, в которой камера нагрева и электронный блок, включающий в себя СВЧ-генератор, выход которого соединен с прямоугольным волноводом, открытый конец которого служит излучателем, расположены в общем металлическом корпусе /1/. Такая конструкция печи характеризуется низкой технологичностью, т.к. сборка и монтаж (или демонтаж) ее узлов выполняются на общем основании и не могут быть произведены раздельно (поблочно). Кроме того, конструкция узла ввода СВЧ-энергии в камеру нагрева не позволяет выполнить электронный блок автономным по отношению к камере. А это, в свою очередь, затрудняет замену вышедших из строя деталей, усложняет процесс регулировки.

Наиболее близким к изобретению по совокупности признаков является сверхвысокочастотная печь, содержащая камеру нагрева, электронный блок, включающий в себя СВЧ-генератор, выход которого через отрезок коаксиальной линии соединен с излучателем, выполненным в виде диска и установленным в углубление основания с возможностью обеспечения гальванического контакта между ними, с основанием соединено с возможностью обеспечения гальванического контакта кольцо, присоединенное к внешней поверхности одной из стенок камеры нагрева по периметру выполненного в ней отверстия связи для ввода СВЧ-энергии, заполненного радиопрозрачным материалом, кольцо, основание и излучатель выполнены из проводящего электромагнитные волны материала /2/. Отметим, что кольцо установлено неподвижно на внешней поверхности одной из стенок камеры нагрева, а к нему разъемно присоединено основание, в котором выполнен паз для электромагнитного уплотнения. 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. Камера нагрева, электронный блок, отрезок коаксиальной линии и излучающая система, включающая в себя дисковый излучатель, основание и кольцо, расположены в общем металлическом кожухе.

Основным недостатком известного устройства является его низкая технологичность и высокая металлоемкость. Конструкция устройства не позволяет использовать блочную схему компоновки сверхвысокочастотной печи, при которой камера нагрева с элементами управления и электронный блок с излучающей системой конструктивно разделены и легко стыкуются на последнем этапе сборки. В известной сверхвысокочастотной печи камера нагрева и электронный блок, включающий в себя СВЧ-генератор, собраны на общем основании. Такая конструкция печи характеризуется низкой технологичностью, сложностью в производстве из-за невозможности разделения процесса сборки ее механической и электронной частей. В частности, сборку и монтаж электронного блока нельзя произвести при отсутствии камеры нагрева, т.к. часть излучающей системы - кольцо установлено на внешней поверхности стенки камеры нагрева и жестко с ней соединено, а остальные ее компоненты (основание и дисковый излучатель), а также отрезок коаксиальной линии, через который к излучателю подключен СВЧ-генератор, требуют точной установки относительно центра отверстия связи, выполненного в одной из стенок камеры нагрева. Это существенно усложняет сборку и ремонт отдельных узлов сверхвысокочастотной печи. Кроме того, в конструкции печи заложен внешний металлический кожух, обеспечивающий экранирование пользователя от СВЧ-поля, излучаемого СВЧ-генератором (обычно магнетрон) и элементами микроволнового тракта. Этот кожух закрывает камеру нагрева, также изготовленную из листового металла. Двойное экранирование (металлическая камера плюс металлический кожух) увеличивают массу печи, расход металла и ее себестоимость, что весьма существенно при массовом производстве.

Основная задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении технологичности устройства и уменьшении металлоемкости, а следовательно, и его себестоимости, путем использования блочной конструкции сверхвысокочастотной печи без ухудшения ее электрогерметичности и надежности.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в сверхвысокочастотной печи, содержащей камеру нагрева, электронный блок, включающий в себя СВЧ-генератор, выход которого через отрезок коаксиальной линии соединен с излучателем, выполненным в виде диска и установленным в углубление основания с возможностью обеспечения гальванического контакта между ними, с основанием соединено с возможностью обеспечения гальванического контакта кольцо, присоединенное к внешней поверхности одной из стенок камеры нагрева по периметру выполненного в ней отверстия связи для ввода СВЧ-энергии, заполненного радиопрозрачным материалом, кольцо, основание и излучатель выполнены из проводящего электромагнитные волны материала, согласно изобретению кольцо разъемно присоединено к внешней поверхности стенки камеры нагрева и по его периметру выполнен паз для электромагнитного уплотнения, электронный блок, отрезок коаксиальной линии, основание, излучатель и кольцо расположены в отдельном от камеры нагрева корпусе электронного блока, выполненном в форме лотка, обращенного своим открытым концом к внешней поверхности стенки камеры нагрева, в которой выполнено отверстие связи, открытый конец корпуса электронного блока соединен с металлической рамкой по ее внешнему периметру, металлическая рамка разъемно присоединена с возможностью обеспечения гальванического контакта к внешней поверхности стенки камеры нагрева, в которой выполнено отверстие связи, и снабжена углублением, в котором размещено электромагнитное уплотнение, и дроссельной канавкой, выполненным по периметру указанной рамки, камера нагрева и корпус электронного блока расположены на подставке, выполненной в виде направляющих планок, причем корпус электронного блока разъемно присоединен к подставке, а камера нагрева соединена с ней неподвижно; паз в кольце выполнен глубиной λ/4 на расстоянии λ/4 от края отверстия связи; ширина металлической рамки составляет λ/4, углубление, в котором размещено электромагнитное уплотнение, выполнено на расстоянии λ/16 от внешнего края указанной рамки, который отстоит на расстоянии λ/8 от ближнего к нему края дроссельной канавки, глубина которой составляет λ/4, где λ - длина волны СВЧ-генератора.

Благодаря тому, что кольцо разъемно присоединено к внешней поверхности стенки камеры нагрева и жестко соединено с остальными элементами излучающей системы, последнюю удалось разместить в отдельном корпусе электронного блока, выполненном автономным по отношению к камере нагрева. Таким образом, электронная часть сверхвысокочастотной печи с излучающей системой и отрезком коаксиальной линии расположены отдельно от камеры нагрева. А это облегчает изготовление, монтаж, демонтаж устройства, его профилактический осмотр. Выполнение корпуса электронного блока в форме лотка, обращенного своим открытым концом к внешней поверхности стенки камеры нагрева, в которой выполнено отверстие связи, также обеспечивает доступ к электронной части при ремонте печи, профилактическом осмотре устройства. Таким образом, благодаря блочной конструкции сверхвысокочастотной печи без общего для камеры нагрева и электронного блока металлического корпуса удалось повысить ее технологичность и существенно уменьшить металлоемкость. Кроме того, облегчению процесса сборки (или демонтажа) устройства способствует использование направляющих планок для соединения и фиксации положений камеры нагрева и корпуса электронного блока.

Введение в устройство металлической рамки, соединенной по ее внешнему периметру с открытым концом корпуса электронного блока и разъемно присоединенной с возможностью обеспечения гальванического контакта к внешней поверхности стенки камеры нагрева, в которой выполнено отверстие связи, а также снабженной углублением, в котором размещено электромагнитное уплотнение, и дроссельной канавкой, выполненными по периметру указанной рамки, предотвращает утечку СВЧ-энергии из камеры нагрева, обеспечивая безопасную работу персонала. Этой цели служит и выполненный по периметру кольца паз для электромагнитного уплотнения. Экспериментальные данные показывают, что лучшие результаты достигнуты при выполнении паза глубиной λ/4 на расстоянии λ/4 от края отверстия связи, ширине металлической рамки λ/4 и выполнении углубления под уплотнение на расстоянии λ/16 от места присоединения рамки к открытому концу корпуса электронного блока, который отстоит на расстоянии λ/8 от ближнего к нему края дроссельной канавки, глубина которой составляет λ/4, где λ - длина волны СВЧ-генератора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показан общий вид сверхвысокочастотной печи.

Сверхвысокочастотная печь содержит камеру 1 нагрева, изготовленную из металла либо ударопрочной пластмассы. Во втором случае на внутреннюю поверхность указанной камеры 1 нанесен слой пищевого алюминия толщиной ~20 скинслоев, благодаря чему ослабление излучения составляет более 150 дБ. В стенке 2 камеры 1 нагрева выполнено отверстие 3 связи для ввода СВЧ-энергии, заполненное радиопрозрачным материалом. В автономном металлическом корпусе 4 электронного блока, выполненном в форме лотка, обращенного своим открытым концом к внешней поверхности стенки 2, размещен электронный блок, включающий в себя СВЧ-генератор 5, обычно магнетрон, выход которого соединен через отрезок 6 коаксиальной линии с излучающей системой 7. Она включает в себя излучатель 8, выполненный в виде диска, основание 9, в углублении которого размещен излучатель 8, соединенный с основанием 9 перемычкой 10, и кольцо 11, приваренное, например, точечной сваркой к основанию 9. В кольце 11 выполнен паз 12, предназначенный для предотвращения утечки СВЧ-энергии в открытое пространство, глубиной λ/4 на расстоянии λ/4 от края отверстия 3 связи. Излучатель 8, основание 9 и кольцо 11 выполнены из проводящего электромагнитные волны материала, например металла. СВЧ-генератор 5, отрезок 6 коаксиальной линии и излучающая система 7 закреплены на стойке 13, расположенной внутри корпуса 4. К открытому концу корпуса 4 точечной сваркой приварена металлическая рамка 14, по ее внешнему периметру, шириной λ/4. Рамка 14 крепится с помощью специальных соединений (например, приборных замков) к стенке 2 камеры 1 таким образом, что между ними обеспечен гальванический контакт. По периметру рамки 14 на расстоянии λ/16 от ее внешнего края выполнено углубление, в котором установлено на клею уплотнение 15. Оно изготовлено из композиционного материала на основе базальтовых нитей, армированного тонкими проволоками из нержавеющей стали или меди. В качестве уплотнения 15 можно использовать СВЧ-уплотнители фирмы Getelec. Кроме того, по периметру рамки 14 выполнена дроссельная канавка 16 глубиной λ/4 таким образом, что внешний край рамки 14 отстоит от ближнего к нему края дроссельной канавки 16 на λ/8. Уплотнение 15 и дроссельная канавка 16 предотвращают утечку СВЧ-энергии в открытое пространство и, тем самым, способствуют безопасной работе персонала. Камера 1 нагрева и корпус 4 электронного блока закреплены на металлических направляющих планках 17, представляющих собой соединение типа "ласточкин хвост". Причем камера 1 нагрева закреплена на планках 17 с помощью винтов неподвижно, а корпус 4 может перемещаться вдоль планок 17 для стыковки с камерой 1.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Вначале производят последнюю операцию сборки сверхвысокочастотной печи - присоединение к камере 1 электронного блока. Для этого к камере 1 нагрева, закрепленной неподвижно на планках 17, присоединяют электронный блок, находящийся в корпусе 4, перемещая его до положения, соответствующего плотному прилеганию поверхностей рамки 14 и кольца 11 с внешней поверхностью стенки 2 камеры 1 нагрева. С помощью специальных соединений (приборных замков) рамку 14 крепят к стенке 2. Таким образом, произведена сборка сверхвысокочастотной печи. Затем в нее помещают продукты, которые необходимо приготовить или разогреть. Плотно закрывают дверцу (на чертеже не показана) камеры 1, включают СВЧ-генератор 5. СВЧ-энергия через отрезок 6 коаксиальной линии, излучающую систему 7 и отверстие 3 в стенке 2 камеры 1 нагрева поступает в камеру 1. Излучающая система 7, включающая в себя излучатель 8 в виде диска, соединенный перемычкой 10 с основанием 9, снабженное пазом 12 кольцо 11, обеспечивает возбуждение в камере 1 нагрева электромагнитных волн с круговой поляризацией. Для соединения и высокого качества согласования излучателя 8 с СВЧ-генератором 5 служит отрезок 6 коаксиальной линии. Паз 12 в кольце 11, уплотнение 15 и дроссельная канавка 16, выполненные по периметру металлической рамки 14, предотвращают утечку СВЧ-энергии из камеры 1 нагрева в окружающее пространство.

Предложенная сверхвысокочастотная печь отличается высокой технологичностью благодаря использованию разъемной блочной конструкции, способствующей облегчению таких операций, как изготовление механической и электронной частей печи, монтаж, профосмотр. Снижена металлоемкость устройства, т.к. заявляемая сверхвысокочастотная печь не содержит металлического корпуса; таким образом, уменьшена масса устройства и его себестоимость по сравнению с прототипом, в котором камера нагрева и электронный блок размещены в общем корпусе, изготовленном из металла.

Сверхвысокочастотная печь содержит камеру нагрева, электронный блок с излучающей системой, включающей в себя СВЧ-генератор, дисковый излучатель, основание и кольцо и волноведущий тракт - отрезок коаксиальной линии. В конструкции СВЧ-печи использован блочный принцип компоновки: электронный блок расположен в отдельном от камеры нагрева корпусе. Технический результат: снижение металлоемкости устройства, уменьшение его массы, себестоимости, повышение технологичности. Технический результат достигается за счет исключения внешнего металлического корпуса - экрана, общего для камеры нагрева и электронного блока. Для предотвращения утечки СВЧ-энергии из камеры нагрева по периметру отверстия связи для ввода СВЧ-энергии в стенке камеры нагрева выполнено углубление, в котором размещено электромагнитное уплотнение, по периметру металлической рамки открытого конца корпуса электронного блока, обращенного к камере нагрева, выполнена дроссельная канавка, по периметру кольца, расположенного по периметру отверстия связи для ввода СВЧ-энергии, выполнен паз для электромагнитного уплотнения. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Сверхвысокочастотная печь, содержащая камеру нагрева, электронный блок, включающий в себя СВЧ-генератор, выход которого через отрезок коаксиальной линии соединен с излучателем, выполненным в виде диска и установленным в углубление основания с возможностью обеспечения гальванического контакта между ними, с основанием соединено с возможностью обеспечения гальванического контакта кольцо, присоединенное к внешней поверхности одной из стенок камеры нагрева по периметру выполненного в ней отверстия связи для ввода СВЧ-энергии, заполненного радиопрозрачным материалом, кольцо, основание и излучатель выполнены из проводящего электромагнитные волны материала, отличающаяся тем, что кольцо разъемно присоединено к внешней поверхности стенки камеры нагрева и по его периметру выполнен паз для электромагнитного уплотнения, электронный блок, отрезок коаксиальной линии, основание, излучатель и кольцо расположены в отдельном от камеры нагрева корпусе электронного блока, выполненном в форме лотка, обращенного своим открытым концом к внешней поверхности стенки камеры нагрева, в которой выполнено отверстие связи, открытый конец корпуса электронного блока соединен с металлической рамкой по ее внешнему периметру, металлическая рамка разъемно присоединена с возможностью обеспечения гальванического контакта к внешней поверхности стенки камеры нагрева, в которой выполнено отверстие связи, и снабжена углублением, в котором размещено электромагнитное уплотнение, и дроссельной канавкой, выполненными по периметру указанной рамки, камера нагрева и корпус электронного блока расположены на подставке, выполненной в виде направляющих планок, причем корпус электронного блока разъемно присоединен к подставке, а камера нагрева соединена с ней неподвижно. 2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что паз в кольце выполнен глубиной λ/4 на расстоянии λ/4 от края отверстия связи, где λ - длина волны СВЧ-генератора. 3. Печь по п.1, отличающаяся тем, что ширина металлической рамки составляет λ/4, углубление, в котором размещено электромагнитное уплотнение, выполнено на расстоянии λ/16 от внешнего края указанной рамки, который отстоит на расстоянии λ/8 от ближнего к нему края дроссельной канавки, глубина которой составляет λ/4, где λ - длина волны СВЧ-генератора.