УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА И ОБРАБОТКИ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2003 года по МПК H05B6/64 

Изобретение относится к устройствам для нагрева и обработки продуктов и других материалов при помощи микроволнового излучения и воздействия горячего воздуха.

Традиционным способом тепловой обработки продукта при приготовлении пищи является поверхностный нагрев. Нагрев внутренних слоев осуществляется при этом за счет теплопроводности продукта. Так как величина теплопроводности большинства продуктов относительна невелика, то процесс приготовления пищи традиционным способом занимает довольно продолжительное время.

Существенное сокращение времени тепловой обработки продукта обеспечивается за счет использования в качестве теплоносителя микроволнового излучения.

Микроволновые установки (СВЧ-печи) - нагревательные устройства, в которых пищевой (или другой) продукт нагревается за счет поглощения им СВЧ-энергии. Под воздействием микроволнового излучения происходит возбуждение молекул воды, которые входят в состав любого продукта, и как следствие - значительное повышение температуры внутри его массы. При этом никакого накапливания электромагнитной энергии ни внутри продукта, ни в рабочей камере не происходит.

Нагрев в СВЧ-печах по сравнению с традиционными способами нагрева обладает рядом преимуществ (см. Рогов И.А. и др. Сверхвысокочастотный нагрев пищевых продуктов. М.: Агропромиздат, 1986, с.82-141).

- значительно снижаются непроизводительные потери теплоты, так как почти вся теплота идет на нагрев пищевого продукта;
- сокращается время тепловой обработки (на 75%);
- за счет сокращения продолжительности тепловой обработки снижаются потери массы продуктов на 10-30% при сохранении витаминов, органических, минеральных веществ и вкусовых качеств продукта;
- снижаются затраты электроэнергии (на 50-70%) по сравнению с использованием электроплит;
- обеспечиваются комфортные условия приготовления пищи (печь практически не выделяет тепла; посуда, используемая при готовке, остается холодной).

Известны бытовые (кухонные) микроволновые печи для приготовления пищи с помощью микроволновой энергии и потока горячего воздуха (см. ЕР 0248580 А2, F 24 С 7/02, 09.12.1987, ЕР 0584934 A1, F 24 С 7/02, 02.03.1994, ЕР 1045208 А2, F 24 С 7/02, 18.10.2000, DE 3839657 A1, F 24 С 7/02, 31.05.1988). Указанные плиты содержат камеру для приготовления пищи, генератор микроволновой энергии, несколько вентиляторов для подачи охлаждающего воздуха и на вентилирование камеры, нагревательные электрические элементы и системы управления ими. Эти печи используют преимущества обработки продукта одновременно микроволновой энергией и нагретым воздухом. В этих печах на поверхности кулинарных изделий можно получать привычную "аппетитную корочку". В основном они предназначены для быстрого приготовления небольшого количества пищи.

Недостатками известных микроволновых печей являются недостаточная мощность, обусловленная необходимостью обработки небольшого количества продукта - пищи, сложность и высокая стоимость, обусловленные наличием нагревательного элемента и дорогой системы управления, невозможность использования для сушки материалов или другой обработки материалов.

Известна комбинированная электро- и СВЧ-плита для домашней кухни (см. RU 2161380 С2, Н 05 В 6/64, 27.12.2000), содержащая верхнюю горизонтальную панель с одной или большим количеством нагревательных электроконфорок и встроенный в объем электроплиты источник микроволновой энергии. Известная плита сохраняет традиционную конструктивную схему кухонной электроплиты с нагревательными конфорками на верхней поверхности и духовым шкафом внутри, который работает как в режиме обычной духовки, так и в режиме СВЧ-нагрева, когда духовка представляет собой рабочую камеру СВЧ-печи.

Недостатком этой плиты являются высокая стоимость и сложность, обусловленные необходимостью обеспечения надежности и работоспособности с допустимым уровнем утечки микроволновой энергии.

Известна сушильная бытовая микроволновая печь (см. RU 2088050 C1, H 05 В 6/64, 20.08.1997), содержащая магнетрон с системой электропитания и управления, корпус с волноводом, рабочую камеру, по крайней мере одна из стенок которой выполнена с перфорацией для прохода воздуха, и вытяжной вентилятор. Бытовая печь предназначена для сушки продуктов растительного происхождения, а именно лекарственных трав, ягод, корнеплодов в личном или фермерском хозяйстве.

Недостатками известной печи являются малая мощность генератора микроволновой энергии и вентилятора, а также то, что конструкция печи не предусматривает возможности перемешивания высушиваемого продукта.

Из известных устройств наиболее близким является устройство для нагрева и обработки различных материалов с помощью микроволновой энергии и потока горячего воздуха, содержащее корпус, камеру с дверцей, средство для генерирования микроволновой энергии в виде двух магнетронов и средство направления ее на приготовляемый продукт, средство для подогрева и направления воздуха на продукт (см. RU 2122772 C1, H 05 В 6/64, 29.09.1993)
Недостатком этой печи является низкая эффективность при достаточно больших температурных зонах нагрева вследствие сильного возрастания необратимых тепловых потерь и снижения из-за этого термодинамической эффективности рабочего цикла установки.

Техническим результатом, на который направлено настоящее изобретение, является создание комбинированного устройства со сменными носителями, обеспечивающего быстрый и равномерный нагрев достаточного количества приготовляемых продуктов или обрабатываемых материалов.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для нагрева и обработки различных материалов с помощью микроволновой энергии и потока горячего воздуха, содержащем корпус, камеру с дверцей, средство для генерирования микроволновой энергии и направления ее на материал, средство для подогрева и направления воздуха на материал, камера содержит систему направляющих для установки съемных поддонов и систему установки съемного барабана, связанную с электроприводом для вращения барабана, средство для направления микроволновой энергии на материал выполнено в виде двух волноводов, расположенных по бокам камеры и разнесенными по высоте камеры, а средство для подогрева и направления воздуха выполнено в виде двух вентиляторов, обеспечивающих охлаждение магнетронов и подачу нагретого воздуха в камеру сверху, приточного и вытяжного вентиляторов, расположенных ниже камеры, с производительностью выбранной из условий гарантированного обеспечения продувки объема камеры и выноса испаренной влаги из материала, и направляющих воздух в камеру через группу отверстий, расположенных вдоль левой стенки камеры вблизи дверцы, и из камеры через группу отверстий, расположенных вдоль правой стенки камеры вдали от дверцы.

Технический результат достигается также тем, что соотношение высоты, ширины и глубины составляет 1:1:0,9, а разнесение вводов волноводов по высоте составляет около 200 мм, а расстояние от дверцы до центров групп отверстий составляет соответственно 70 и 300 мм.

Технический результат достигается также тем, что съемный барабан выполнен в виде двух боковых стенок из полисульфона и натянутой между ними сетки из диэлектрического материала.

Технический результат достигается также тем, что соотношение диаметра к высоте барабана составляет 0,6-0,8.

На фиг.1 приведен вид спереди на устройство для нагрева и обработки различных материалов, где показаны направления видов А, Б, В, Г устройства;
на фиг.2 - вид В (дверца снята);
на фиг.3 - вид Г (дверца снята);
на фиг.4 - вид А (столик снят);
на фиг.5 - вид Б (столик снят).

Устройство для нагрева и обработки различных материалов содержит корпус 1, камеру 2 с дверцей 3, панель управления 4. Сверху над камерой расположены два магнетрона 4. Сверху камеры расположены также трансформаторы 5, конденсаторы 6 и платы управления 7.

В камере установлена система направляющих для установки съемных поддонов (не показаны). На фиг. 2 и 3 показана система направляющих, содержащая две пары уголков 8. Однако, по желанию заказчика, система может включать иное количество направляющих и иную их конструкцию. В камере установлена также система установки съемного барабана. Система представляет собой опоры 9 для оси съемного барабана, которые связаны с электроприводом 10. Съемный барабан (не показан) выполнен в виде двух боковых стенок из полисульфона и натянутой между ними сетки из диэлектрического материала.

По бокам камеры расположены два волновода 11 с вводами 12, разнесенными по высоте камеры. Сверху камеры расположены два вентилятора 13, обеспечивающих охлаждение магнетронов и соответствующее нагревание воздуха, а также подачу нагретого воздуха сверху. Снизу камеры расположены приточный вентилятор 14, направляющий воздух в камеру через группу отверстий 15, расположенных вдоль левой стенки камеры вблизи дверцы, и вытяжной вентилятор 16, направляющий воздух из камеры через группу отверстий 17, расположенных вдоль правой стенки камеры вдали от дверцы.

Устройство для нагрева и обработки различных материалов работает следующим образом.

Потребитель в зависимости от требуемых задач устанавливает в камеру 2 один или два съемных поддона с приготовляемым продуктом или съемный барабан и загружает в него обрабатываемый материал. Например, в барабане можно производить сушку хлопка, овощей, фруктов, грибов и т.д. С помощью органов системы управления, расположенных на панели управления, потребитель устанавливает необходимый режим работы устройства. В случае со съемным барабаном включается электропривод 10, обеспечивающий вращение барабана и соответственно обрабатываемого материала, скорость вращения может изменяться во время обработки.

Вне зависимости от того, установлены ли в камере поддоны или барабан, микроволновая энергия, вырабатываемая магнетронами 4, равномерно распределяется посредством волноводов 11 с вводами 12, расположенными с противоположных сторон камеры и разнесенных по ее высоте.

Одновременно воздух, охлаждающий магнетроны и другое электрическое и электронное оборудование, в том числе трансформаторы 5 и платы управления 19, соответственно нагревается и подается вентиляторами 13 в камеру 2 сверху для нагрева приготовляемого продукта или обрабатываемого материала. Использование нагретого от магнетронов и другого оборудования воздуха позволяет отказаться от электрического нагревателя и значительно упростить как конструкцию устройства, так и схему управления им. Вентиляторы 13 обеспечивают нагнетание достаточного количества воздуха в камеру для дополнительного нагрева обрабатываемого материала при помощи конвективного теплообмена.

В то же время приточный вентилятор 14 направляет дополнительный поток воздуха сбоку через группу отверстий 15, расположенных вдоль камеры с правой стороны вблизи дверцы, а вытяжной вентилятор 16 направляет воздух из камеры через группу отверстий 17, расположенных вдоль камеры с левой стороны вдали от дверцы. Вентиляторы 13 и 14 обеспечивают нагнетание достаточного количества воздуха в камеру для дополнительного нагрева обрабатываемого материала при помощи конвективного теплообмена. Их производительность выбирается при поставке устройства из условий гарантированного обеспечения продувки объема камеры и выноса испаренной влаги из материала.

Опытным путем установлено, что наилучшие результаты при обработке материалов как на поддонах, так и в барабане достигаются при условии, когда соотношение высоты, ширины и глубины камеры устройства составляет 1:1:0,9, разнесение вводов волноводов по высоте составляет 200 мм, а расстояние от дверцы до центров групп отверстий составляет соответственно 70 и 300 мм, съемный барабан выполнен в виде двух боковых стенок из полисульфона и натянутой между ними сетки из диэлектрического материала, а отношение диаметра барабана к высоте составляет 0,6-0,8.

Вышеуказанные соотношения размеров камеры, разнесение вводов волноводов и соотношения размеров барабана, а также вышеуказанное расположение вводов и вывода воздуха обеспечивают необходимую закрутку потоков и их хорошее перемешивание и хороший контакт с нагреваемым обрабатываемым материалом. Выбор двух магнетронов и разнесение их вводов по высоте позволяет обеспечить не только равномерность нагрева материала, но и улучшить условия работы магнетронов.

Использование совокупности вышеуказанных признаков позволяет создать комбинированное устройство со сменными носителями, обеспечивающее быстрый и равномерный нагрев достаточного количества приготовляемых продуктов или обрабатываемых материалов.

Изобретение предназначено для использования при нагреве продуктов на предприятиях общественного питания, в гостиницах и фирмах, которые организуют питание своих сотрудников, в больницах и санаториях, в армии и на флоте, при переработке сельскохозяйственной продукции, для размораживания криоконсервированных биопродуктов и медицинских препаратов. Изобретение содержит устройство для нагрева и обработки различных материалов с помощью микроволновой энергии и потока горячего воздуха, содержащее корпус, камеру с дверцей, два магнетрона с двумя волноводами и вводами, расположенными по бокам камеры, два вентилятора, обеспечивающих охлаждение магнетронов и подачу нагретого воздуха в камеру, вытяжной вентилятор и систему направляющих для установки съемных поддонов, отличающееся тем, что камера содержит систему установки съемного барабана, связанную с электроприводом для вращения барабана и приточный вентилятор, причем вводы волноводов разнесены по высоте камеры, вентиляторы, охлаждающие магнетроны обеспечивают подачу нагретого воздуха в камеру сверху, приточный и вытяжной вентиляторы расположены ниже камеры и направляют воздух в камеру через группу отверстий, расположенных вдоль левой стенки камеры вблизи дверцы, и из камеры через группу отверстий, расположенных вдоль правой стенки камеры вдали от дверцы. Устройство характеризуется также определенными соотношениями размеров. Изобретение позволяет создать комбинированное устройство со сменными носителями, обеспечивающее быстрый и равномерный нагрев достаточного количества приготовляемых продуктов или обрабатываемых материалов. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для нагрева и обработки различных материалов с помощью микроволновой энергии и потока горячего воздуха, содержащее корпус, камеру с дверцей, два магнетрона с двумя волноводами и вводами, расположенными по бокам камеры, два вентилятора, обеспечивающих охлаждение магнетронов и подачу нагретого воздуха в камеру, вытяжной вентилятор и систему направляющих для установки съемных поддонов, отличающееся тем, что камера содержит систему установки съемного барабана, связанную с электроприводом для вращения барабана, и приточный вентилятор, причем вводы волноводов разнесены по высоте камеры, вентиляторы, охлаждающие магнетроны, обеспечивают подачу нагретого воздуха в камеру сверху, приточный и вытяжной вентиляторы расположены ниже камеры и направляют воздух в камеру через группу отверстий, расположенных вдоль левой стенки камеры вблизи дверцы, и из камеры через группу отверстий, расположенных вдоль правой стенки камеры вдали от дверцы.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соотношение высоты, ширины и глубины камеры устройства составляет 1:1:09, разнесение вводов волноводов по высоте составляет 200 мм, а расстояние от дверцы до центров групп отверстий составляет соответственно 70 и 300 мм.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что съемный барабан выполнен в виде двух боковых стенок из полисульфона и натянутой между ними сетки из диэлектрического материала.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отношение диаметра к высоте барабана составляет 0,6-0,8.