СВЧ-ПЕЧЬ Российский патент 2008 года по МПК H05B6/64 

СВЧ-печь относится к области СВЧ-нагрева пищевых продуктов и диэлектрических материалов.

Известны устройства СВЧ-нагрева пищевых продуктов. Например, патент РФ №2141746 по заявке №98116655/09 от 1998.08.26. СВЧ-печь содержит: источник СВЧ-энергии, соединенный с рабочей камерой фидером, излучающую систему, размещенную на выходе фидера. Излучающая система включает стационарную часть и снабжена набором сменных элементов, при этом, по меньшей мере, один элемент из упомянутого набора входит в состав сменной части излучающей системы, соответствующей определенному классу продуктов. Технический результат, заключающийся в обеспечении возможности изменения распределения СВЧ-энергии в камере с учетом особенностей нагреваемого продукта, обеспечивается изменением набора сменных элементов излучающей системы.

Данное техническое решение имеет следующие недостатки: сменный элемент излучающей системы должен соответствовать определенному классу продуктов; необходимость замены сменных элементов при изменении класса продуктов.

Патент РФ №2149520 по заявке №99100884/09 от 1999.01.18. СВЧ-печь содержит: камеру нагрева, в верхней стенке которой выполнено отверстие связи для ввода СВЧ-энергии, СВЧ-генератор, отрезок волновода, устройство связи, СВЧ-излучатель, экран, выполненный в виде прямоугольной пластины, диэлектрическую подставку, регулятор наклона отрезка волновода, установленный на внешней поверхности верхней стенки камеры нагрева и жестко связанный с отрезком волновода. Устройство связи выполнено в виде отрезка коаксиальной линии, с нижним концом которой подвижно, с возможностью перемещения соединен излучатель в форме диска, а верхний конец коаксиальной линии размещен внутри отрезка волновода. Диэлектрическая подставка выполнена вращающейся.

Технический результат, заключающийся в повышении равномерности поля в камере, обеспечивается регулятором наклона отрезка волновода и вращающейся подставкой для размещения продукта.

Данное техническое решение имеет следующие недостатки: наличие вращающейся подставки снижает надежность устройства; регулятор наклона отрезка волновода является дополнительным (к общепринятым) органом управления.

Наиболее близким по основным принципам и конструкции к заявляемому устройству является патент РФ №2078403 по заявке №5063663/09 от 1992.09.29. В изобретении решается задача равномерного распределения СВЧ-энергии по объему рабочей камеры с целью получения равномерного нагрева диэлектрических материалов, в частности, пищевых продуктов. При этом используется источник СВЧ-энергии, антенная решетка последовательного питания, рабочая камера, снабженная дверцей. Антенная решетка выполнена в виде волновода прямоугольного сечения, нижняя стенка которого, образующая верхнюю стенку рабочей камеры, снабжена равномерно распределенными щелевыми отверстиями, расположенными перпендикулярно оси волновода. Наряду с несомненными достоинствами устройства, предложенного в патенте (в частности, простота изготовления устройства), оно имеет недостатки. Главными недостатками являются зависимость равномерности нагрева от характеристик нагреваемых объектов и невозможность обеспечения в процессе нагрева различных конфигураций электромагнитного поля в рабочей камере, что не позволяет обеспечить высокую степень равномерности выделения энергии в объеме нагреваемого материала (пищевого продукта) и соответственно высокую степень равномерности нагрева.

В основу предлагаемого изобретения положена задача разработки СВЧ-печи, позволяющей обеспечить высокую степень равномерности нагрева диэлектрических объектов, в частности пищевых продуктов, независимо от характеристик нагреваемых объектов.

Поставленная задача решается тем, что в СВЧ-печи, содержащей рабочую камеру, снабженную дверцей, источник СВЧ-энергии, систему управления, волноводную антенную решетку, выполненную в виде волновода прямоугольного сечения, широкая стенка которого, имеющая равномерно распределенные щелевые отверстия, образует часть верхней стенки рабочей камеры, щелевые отверстия выполнены Н-образными и снабжены двумя парами последовательно соединенных pin-диодов.

Дополнение щелевых отверстий частью, расположенной параллельно оси волновода, и снабжение отверстий двумя парами pin-диодов, переключаемых устройством управления, позволит улучшить равномерность нагрева диэлектрических материалов или пищевых продуктов за счет периодического изменения конфигурации электромагнитного поля в рабочей камере в процессе нагрева.

На фиг.1 представлена СВЧ-печь, содержащая прямоугольный волновод 1, волноводную антенную решетку 2, рабочую камеру 3, источник СВЧ-энергии - магнетрон 4, устройство управления 5. На фиг.2 представлена волноводная антенная решетка 2 с Н-образными щелевыми, равномерно распределенными отверстиями 6, пары pin-диодов 7, выводы pin-диодов 8. На фиг.3 представлена принципиальная электрическая схема СВЧ-печи, содержащая рабочую камеру 3, устройство управления 5 и пары pin-диодов 7.

Устройство работает следующим образом. Диэлектрический материал или пищевой продукт помещают в рабочую камеру 3 (фиг.1) и включают питание. При включении питания одновременно начинают работать источник СВЧ-энергии - магнетрон 4 фиг.1 и устройство управления 5 фиг.3. Устройство управления, содержащее несколько идентичных каналов, вырабатывает сигналы, управляющие парами pin-диодов 7 (фиг.2). Устройство управления и пары pin-диодов связаны с помощью выводов 8 (фиг.2). Каждая пара pin-диодов имеет два состояния, определяемые сигналом управления, и управляется одним каналом управления. Сигналы управления синхронизированы с импульсами СВЧ-мощности магнетрона таким образом, что к приходу каждого последующего импульса СВЧ-мощности состояние pin-диодов одной или нескольких пар изменяется. При изменении состояния пары (или пар) pin-диодов меняется геометрия щелевого отверстия (или щелевых отверстий) 6 (фиг.2) волноводной антенной решетки 2 (фиг.2). Следствием изменения геометрии щелевого отверстия (или щелевых отверстий) является изменение конфигурации электромагнитного поля в рабочей камере. Количество конфигураций электромагнитного поля в рабочей камере определяется количеством возможных состояний пары pin-диодов и количеством каналов управления. Количество неповторяющихся конфигураций электромагнитного поля в рабочей камере определяется соотношением:

N=2ⁿ,

где N - количество неповторяющихся конфигураций электромагнитного поля;

n - количество каналов управления;

2 - число возможных состояний пары pin-диодов.

Неповторяющиеся конфигурации электромагнитного поля в рабочей камере реализуются за один цикл управления, далее циклы управления повторяются в течение времени работы СВЧ-печи. При наличии в решетке последовательного питания восьми пар pin-диодов, управляемых восемью каналами управления, количество неповторяющихся конфигураций электромагнитного поля в рабочей камере будет равно 256.

Изменение конфигурации электромагнитного поля в рабочей камере от импульса к импульсу СВЧ-мощности в течение одного цикла управления и повторение циклов управления в течение времени работы СВЧ-печи приводит к равномерному распределению в объеме нагреваемого диэлектрического материала или пищевого продукта выделяющейся энергии и, как следствие, к равномерному нагреву.

Таким образом, предлагаемое устройство "СВЧ-печь" обеспечивает улучшение важнейшего показателя процесса СВЧ-нагрева - равномерности нагрева и претендует на обладание повышенными потребительскими свойствами.

Изобретение относится к области СВЧ-техники и может быть применено для нагрева диэлектрических объектов, в частности пищевых продуктов. СВЧ-печь содержит рабочую камеру, снабженную дверцей, источник СВЧ-энергии, систему управления, волноводную антенную решетку. Волноводная антенная решетка последовательного питания выполнена в нижней широкой стенке волновода, образующего часть верхней стенки рабочей камеры. В широкой нижней стенке волновода выполнены Н-образные щелевые отверстия связи, каждое отверстие связи снабжено двумя парами pin-диодов. Система управления вырабатывает сигналы управления парами pin-диодов. Сигналы управления синхронизированы с импульсами СВЧ-мощности магнетрона таким образом, что к приходу каждого последующего импульса СВЧ-мощности состояние pin-диодов одной или нескольких пар изменяется. При каждом изменении состояния pin-диодов происходит изменение конфигурации электромагнитного поля в рабочей камере, что приводит к равномерному выделению энергии в объеме нагреваемого материала или пищевого продукта и, как следствие, к более равномерному нагреву. Технический результат заключается в улучшении равномерности нагрева диэлектрических материалов, пищевых продуктов СВЧ-печью. 3 ил.

СВЧ-печь, содержащая рабочую камеру, снабженную дверцей, источник СВЧ-энергии, систему управления, волноводную антенную решетку, выполненную в виде волновода прямоугольного сечения, широкая стенка которого, имеющая равномерно распределенные щелевые отверстия, образует часть верхней стенки рабочей камеры, отличающаяся тем, что щелевые отверстия выполнены Н-образными и снабжены двумя парами последовательно соединенных pin-диодов.