МИКРОВОЛНОВАЯ ПЕЧЬ Российский патент 2006 года по МПК H05B6/64 

Область техники

Изобретение относится к микроволновой технике, в частности к электронагревательным аппаратам, использующим энергию микроволнового поля, и предназначено для тепловой обработки пищевых продуктов.

Предшествующий уровень техники

Известна микроволновая печь, представляющая собой устройство для тепловой обработки пищевых продуктов энергией микроволнового поля, содержащая камеру нагрева, в одной из боковых стенок которой выполнено отверстие для ввода микроволновой энергии, микроволновый генератор, выход которого подсоединен к камере нагрева через отрезок волновода, а также вращающуюся платформу для размещения продуктов, выполненную из диэлектрического материала. В камере возбуждается электромагнитное поле с линейной поляризацией рупорной антенной сложного профиля. Дверка камеры закреплена на петлях /см., например, Microwave Oven M 245. Owner's Instruction Code №68-61707A, 1998, производство Samsung Electronics/. (Микроволновый блок /камера нагрева, генератор, резонаторно-волноводный переход, возбудитель электромагнитного поля в камере/ печи М 245-типовой, уже много лет применяется в изделиях SE. Большинство производителей микроволновых печей используют подобные блоки.)

Основными недостатками известного устройства являются: существенно неравномерное распределение энергии микроволнового поля /коэффициент равномерности α не более 40% при неподвижной платформе и 56% при подвижной/ и зависимость его от объема и месторасположения продукта в камере; низкая эффективность /коэффициент полезного действия/ η, не более 50%. В эксплуатации устройство не обеспечивает равномерный тепловой режим обработки продуктов и характеризуется неоправданно большим потреблением электроэнергии от сети.

Как показали экспериментальные исследования, эти недостатки известного устройства вызваны сильной зависимостью коэффициента передачи микроволновой мощности из рупора в камеру /представляющую собой резонатор с переменной нагрузкой/ от объема и месторасположения обрабатываемого в ней продукта. Таким образом, несовершенство рупорной антенны как возбудителя электромагнитного поля с линейной поляризацией в камере с переменной нагрузкой является основной причиной неэффективной эксплуатации известного устройства.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является микроволновая печь, представляющая собой устройство для нагрева продуктов энергией микроволнового поля, содержащее камеру нагрева, снабженную дверкой, вращающуюся платформу и съемный электронный блок, в корпусе которого, имеющем форму параллелепипеда, расположены генератор с источником электропитания, коаксиальная линия передачи микроволновой энергии и модуль возбуждения электромагнитного поля в камере, представляющий собой полосковую антенну кругополяризованного поля с излучателем в виде круглого металлического диска, расположенным в отверстии связи в боковой стенке камеры, состыкованной с корпусом электронного блока /см., например, пат. РФ №2124278, М.кл. 8 Н 05 В 6/64 от 1998/.

Основным недостатком этого устройства является низкая эффективность в эксплуатации, обусловленная существенно неравномерным распределением энергии микроволнового поля внутри камеры /коэффициент равномерности α не более 60%/. Как следствие - неравномерный нагрев продуктов, низкое качество их обработки. Коэффициент полезного действия устройства чуть более 50%, что приводит к излишнему потреблению электроэнергии от сети.

Раскрытие изобретения

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности эксплуатации устройства за счет формирования равномерного распределения энергии микроволнового поля в камере и обеспечения режима согласования полных сопротивлений при работе микроволнового блока, включающего в себя камеру нагрева /нагруженный резонатор/, полосковую антенну, отрезок коаксиальной линии, генератор. Это достигается за счет того, что микроволновая печь, представляющая собой устройство для нагрева продуктов энергией микроволнового поля, содержащее камеру нагрева, снабженную дверкой, вращающуюся платформу и съемный электронный блок, в корпусе которого, имеющем форму параллелепипеда, расположены генератор с источником электропитания, коаксиальная линия передачи микроволновой энергии и модуль возбуждения электромагнитного поля в камере, представляющий собой полосковую антенну кругополяризованного поля с излучателем в виде круглого металлического диска, расположенным в отверстии связи в боковой стенке камеры, состыкованной с корпусом электронного блока, согласно изобретению устройство для нагрева продуктов энергией микроволнового поля снабжено подвижной боковой стенкой камеры нагрева, выполненной в форме параллелепипеда из листового с большой электропроводностью металла, содержащего четвертьволновую канавку по всему периметру узкой стенки - дроссельный фильтр, обеспечивающий режим короткого замыкания в любом допустимом положении подвижной стенки, закрытой диэлектрической крышкой из радиопрозрачного диэлектрика, перемещающейся поступательно с помощью шестеренчатого механизма за счет вращения ведущей шестерни, установленной на центральном валу, связанной зацеплением с верхней шестерней, установленной на верхнем валу, и с нижней шестерней, установленной на нижнем валу, изменяя объем полости камеры нагрева, на верхней стенке которой в отверстиях связи установлены три термопреобразователя в вершинах равностороннего треугольника с длиной стороны 12,8 см, центр симметрии которого совпадает с центром симметрии верхней стенки камеры нагрева, суммарный сигнал которых в зависимости от положения короткозамыкающей плоскости подвижной стенки камеры характеризует интегральное распределение микроволновой энергии в камере нагрева.

Благодаря использованию подвижной боковой стенки, перемещением которой осуществляется настройка режима роботы камеры с обрабатываемым продуктом, и трех последовательно соединенных термопреобразователей с индикатором, фиксирующим распределение микроволновой энергии, удалось реализовать практически равномерный режим нагрева /α не менее 98% для разных по объему продуктов/ с эффективностью η не менее 58%/.

Краткое описание фигур чертежей

На чертеже показан общий вид микроволновой печи с подвижной стенкой.

Лучший вариант осуществления изобретения

Микроволновая печь, представляющая собой устройство для тепловой обработки пищевых продуктов энергией микроволнового поля, содержит камеру нагрева 4 с дверкой и вращающейся платформой /не показаны/, съемный электронный блок, смонтированный в корпусе 10, имеющем форму параллелепипеда, в боковой стенке которого, состыкованной с боковой стенкой камеры 4, по всему периметру выполнена четвертьволновая канавка - дроссельный фильтр 12. В корпусе 10 расположены генератор с источником электропитания /не показан/, коаксиальная линия передачи микроволновой энергии /не показана/ и модуль возбуждения электромагнитного поля в камере, закрытый диэлектрическим стаканом 5 из радиопрозрачного диэлектрика, представляющий собой полосковую антенну кругополяризованного поля с излучателем в виде круглого металлического диска 11, расположенным в отверстии связи в боковой стенке камеры. Излучатель 11 подключен с помощью металлической стойки 8 к центральному проводнику коаксиального отрезка 7, а с помощью металлической стойки 9 - к металлическому экрану 6, жестко с хорошим электрическим контактом установленному на внешнем проводнике коаксиального отрезка 7. Подвижная боковая стенка 1 камеры 4 выполнена в форме параллелепипеда из листового металла с большой электропроводностью, содержащего четвертьволновую канавку по всему периметру узкой стенки - дроссельный фильтр 2, обеспечивающий режим короткого замыкания в любом допустимом положении подвижной стенки 1, закрытой диэлектрической крышкой 3 из радиопрозрачного диэлектрика. Поступательное перемещение подвижной стенки 1 возникает при вращении ведущей шестерни 19, установленной на центральном валу 18, имеющем гладкую поверхность и закрепленном в отверстии съемной стенки 13 и во втулке 23, связанной зацеплением с верхней шестерней 20, установленной на верхнем валу 21, имеющем наружную резьбу на правой части, соединенной со втулкой 22 с резьбой, жестко установленной снаружи внешней стенки 17, и гладкую поверхность на левой части, закрепленной в отверстии съемной стенки 13, и с нижней шестерней 14, установленной на нижнем валу 15, имеющем резьбу на правой части, соединенной с втулкой 24 с резьбой, жестко установленной снаружи внешней стенки 17, и гладкую поверхность на левой части, закрепленной в отверстии съемной стенки 13.

Термопреобразователи 25, 26, 27 с одинаковой чувствительностью установлены на верхней стенке камеры нагрева 4 в отверстиях связи в вершинах равностороннего треугольника с длиной стороны 12,8 см, центр симметрии которого совпадает с центром симметрии верхней стенки камеры 4, последовательно соединены и подключены к индикатору распределения микроволновой энергии внутри камеры /не показан/.

Устройство работает следующим образом. Вначале выполняют операцию сборки. На камере 4 нагрева монтируют термопреобразователи 25, 26, 27 и индикатор распределения микроволновой энергии /не показан/. Производят сборку электронного блока, подключив к генератору коаксиальную линию передачи и полосковую антенну кругополяризованного поля, после чего механически и электрически соединяют электронный блок с камерой 4 нагрева. Затем устанавливают шестеренчатый механизм, образованный ведущей шестерней 19 и ведомыми шестернями 14 и 20, на внешней стенке 17 подвижной стенки 1 камеры 4, вводят подвижную стенку 1 с шестеренчатым механизмом в полость камеры 4, закрывают ее съемной крышкой 13, совмещая валы 15, 18, 21 с соответствующими установочными отверстиями в съемной крышке 13, жестко соединяют съемную крышку 13 и камеру 4 нагрева. Микроволновая печь готова к работе.

В процессе эксплуатации микроволновой печи пользователь поворотом ведущей шестерни 19, частично выведенной через прорезь на панели управления /не показаны/ режимом, добивается наибольшего показания индикатора равномерности распределения микроволновой энергии в камере 4 с обрабатываемым продуктом, что соответствует наилучшим условиям приготовления пищи. После этого включается таймер.

Промышленная применимость

Проведенные испытания опытного образца микроволновой печи, изготовленной по изобретению, включающие тестирование согласно методике Международной электротехнической комиссии при непрерывной работе в течение 8-ми часов, показали ее высокую эффективность по сравнению с известными образцами. В частности, коэффициент равномерности распределения микроволновой энергии α составил 97÷99%, а эффективность η - не менее 56%.

Микроволновая печь (МВП) содержит камеру нагрева (КН) с дверкой, вращающейся платформой и съемный блок, в корпусе которого расположены генератор с источником электропитания, коаксиальная линия передачи микроволновой энергии и модуль возбуждения электромагнитного поля в КН, представляющий собой полосковую антенну кругополяризованного поля с излучателем в виде круглого металлического диска, расположенным в отверстии связи в боковой стенке КН. Противоположная боковая стенка КН подвижная, поступательное перемещение этой стенки обеспечивается шестеренчатым механизмом, ведущая шестерня которого частично выступает в прорези в панели управления МВП и доступна потребителю. Наиболее эффективный режим эксплуатации МВП достигается перемещением подвижной стенки КН, по сути представляющим собой настройку объемного резонатора с нагрузкой по показаниям индикатора на базе трех термопреобразователей, установленных в отверстиях связи в верхней стенке КН в вершинах равностороннего треугольника с длиной стороны 12,8 см, центр симметрии которого совпадает с центром симметрии верхней стенки КН. В микроволновом блоке МВП реализованы основные требования, предъявляемые к такому типу устройств: а) высококачественное согласование генератора с нагрузкой, которой является соединенные коаксиальный тракт, полосковая антенна и КН с обрабатываемым продуктом /нагруженный резонатор/; б) отсутствие заметной реакции на генератор изменения объема и массы обрабатываемого продукта. Благодаря этому достигнуты следующие значения эксплуатационных параметров: коэффициент равномерности распределения микроволновой энергии α не менее 98%, эффективность η - не менее 56%. 1 ил.

Микроволновая печь, представляющая собой устройство для нагрева продуктов энергией микроволнового поля, содержащее камеру нагрева, снабженную дверкой, вращающуюся платформу и съемный электронный блок, в корпусе которого, имеющем форму параллелепипеда, расположены генератор с источником электропитания, коаксиальная линия передачи микроволновой энергии и модуль возбуждения электромагнитного поля в камере, представляющий собой полосковую антенну кругополяризованного поля с излучателем в виде круглого металлического диска, расположенным в отверстии связи в боковой стенке камеры, состыкованной с корпусом электронного блока, отличающаяся тем, что она снабжена подвижной боковой стенкой камеры нагрева, выполненной в форме параллелепипеда из листового с большой электропроводностью металла, содержащего четвертьволновую канавку по всему периметру узкой стенки - дроссельный фильтр, обеспечивающий режим короткого замыкания в любом допустимом положении подвижной стенки, закрытой диэлектрической крышкой из радиопрозрачного диэлектрика, перемещающейся поступательно с помощью шестеренчатого механизма за счет вращения ведущей шестерни, установленной на центральном валу, связанной зацеплением с верхней шестерней, установленной на верхнем валу, и с нижней шестерней, установленной на нижнем валу, изменяя объем полости камеры нагрева, на верхней стенке которой в отверстиях связи установлены три термопреобразователя в вершинах равностороннего треугольника с длиной стороны 12,8 см, центр симметрии которого совпадает с центром симметрии верхней стенки камеры нагрева; суммарный сигнал последовательно включенных термопреобразователей в зависимости от положения короткозамыкающей плоскости подвижной стенки характеризует интегральное распределение микроволновой энергии в камере нагрева.