КОММЕРЧЕСКАЯ МИКРОВОЛНОВАЯ ПЕЧЬ Российский патент 2015 года по МПК H05B6/64 

Область техники

Изобретение относится к микроволновой технике, в частности к электронагревательным аппаратам, использующим энергию микроволнового поля, и может применяться для тепловой обработки продуктов на предприятиях общественного питания, в технологиях микроволновой химии и др.

Предшествующий уровень техники

Коммерческие микроволновые печи КМВП производятся рядом крупных мировых компаний - Amana, Sharp, Panasonic, СЕМ [1-3] и используются на предприятиях общественного питания, а также на фармацевтических предприятиях. Компоновка конструкций и дизайн представленных на рынке КМВП не оригинальны, они заимствованы с пионерских образцов МВП прошлого века [4]. К оригинальным можно отнести печи Amana [1]. Эта компания выпускает КМВП более 30 лет

Известна КМВП [1], содержащая прямоугольную камеру с дверцей, микроволновый генератор, расположенный в боковом отсеке и подключенный к короткозамкнутому на конце Г-образному отрезку прямоугольного волновода, на горизонтальном участке которого через отверстие в широкой стенке введен с возможностью вращения штыревой элемент связи с закрепленной на нижнем конце штыря дипольной антенной, погруженной в полость камеры. Под действием направленного потока воздуха от вентилятора антенна вращается, а микроволновая энергия, поступающая из волновода, рассеивается в полости камеры.

КМВП [1] присущ ряд существенных недостатков. В частности, эффективность η<50%, а коэффициент равномерности распределения источников микроволнового нагрева α<60% [9]. Рабочее положение печи должно быть строго горизонтальным. КМВП имеет неоправданно завышенные массу, габариты и металлоемкость из-за нерациональной компоновки конструкции, ее дизайн давно устарел.

Наиболее близкими техническими решениями к изобретению являются КМВП [5, 6]. Конструкция печи [5] состоит из двух блоков: электронного блока и камеры нагрева, образованной двумя идентичными металлическими эллипсоидальными крышками, верхняя и нижняя, соединяющимися механически и электрически с помощью замков. Внутри камеры установлены диэлектрическая полка и две идентичные двухэлементные полосковые антенны, излучающие электромагнитное поле ЭМП с круговой поляризацией и питающиеся автономно от двух микроволновых генераторов. Камера нагрева, имеющая выдвижную дверцу, разъемно механически и электрически соединяется с корпусом электронного блока по всему периметру криволинейного раскрыва корпуса и фиксируется пятью замками, при этом в торце раскрыва корпуса устанавливаются ортогонально металлический профиль - четвертьволновый дроссельный фильтр и дополнительная металлическая упругая прокладка, исключающие излучение микроволнового поля в свободное пространство.

К существенным недостаткам КМВП [5] следует отнести сложность настройки системы возбуждения ЭМП в камере нагрева в режим, соответствующий заявленному значению α и величины потерь энергии. Кроме того, для каждой новой модели печи с дизайном камеры нагрева в виде композиции криволинейных поверхностей необходимо отрабатывать индивидуально конфигурацию системы возбуждения ЭМП.

В [6] описано устройство печи с камерой нагрева сферической формы. Компоновка конструкции моноблочная, камера нагрева выполнена в виде двух раздельных металлических полусфер, верхняя и нижняя, с фланцами на торцах каждой из полусфер, предназначенными для механического и электрического соединения (или разъединения), соответственно, в рабочем и нерабочем состоянии. На каждую из полусфер камеры нагрева «одет» металлический экран - часть корпуса печи, также имеющая форму полусферы. Обе части корпуса механически и электрически соединяются с помощью фланцев по всему периметру внешней окружности. В промежутке между корпусом-полусферой и нижней полусферой камеры нагрева расположен микроволновый генератор, энергия которого с помощью укороченной рупорной антенны через отверстие связи подается в полость камеры.

Конструкция устройства [6] необоснованно сложная и металлоемкая. Формирование равномерного распределения источников микроволнового нагрева в сферической камере с помощью рупорной антенны, излучающей поле с линейной поляризацией, нереально. Не решена проблема качественного охлаждения магнетрона и, как следствие, уменьшение его ресурса и низкая эффективность работы печи.

Раскрытие изобретения

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности работы устройства, а также обоснование возможности унификации конструкций узлов и элементов системы возбуждения ЭМП в камерах нагрева в виде композиций криволинейных поверхностей, в том числе поверхностей тел вращения. Согласно изобретению компоновка КМВП, Рис. 1,а, б, выполняется из двух блоков: электронного блока в корпусе 6 и камеры нагрева с выдвижной дверцей (не показана), положение которой фиксируется рамкой 2: камера нагрева образуется двумя идентичными эллипсоидальными металлическими крышками 1 - верхняя, 3 -нижняя, соединяющимися механически и электрически с помощью замков (не показаны); внутри камеры устанавливается диэлектрическая полка 10 на четырех стойках 18 и две трубки 8 и 12 из металла с низкими омическими потерями; трубка 8 с одной стороны вставляется и фиксируется внутри отверстия в металлической втулке 11, которая через отверстие в нижней крышке 3 вводится в полость камеры нагрева и с помощью фланца жестко соединяется винтами с наружной поверхностью этой крышки, а с другой стороны во внутрь трубке 8 с цанговым разъемом на конце вставляется вывод энергии 4 магнетрона 5, при этом реализуется надежное механическое и электрическое соединение данных элементов; трубка 12 идентична по конструкции, способу установки и фиксации в камере нагрева трубке 8, она соединяется с выводом энергии магнетрона 9, который устанавливается на внешней поверхности крышки 3 конструктивно идентично установке магнетрона 5; в камере нагрева, представляющей собой электромагнитный резонатор в виде отрезка короткозамкнутой двухпроводной симметричной линии или двух однопроводных короткозамкнутых линий с эллипсоидальным экраном [7], при электрической длине проводника 13, 14 (трубка 12), меньшей на λ/4 (λ - длина волны магнетрона) электрической длины проводника 15, 16 (трубка 8), вдоль проводников формируются две стоячие волны электромагнитного поля, сдвинутые по фазе на λ/2 и перекрывающие частично одна другую в пространстве камеры, суммарным полем которых равномерно нагревается устанавливаемый на полке 10 продукт [4, 8].

Благодаря применению для возбуждения эллипсоидального резонатора - камеры нагрева КМВП двух однопроводных короткозамкнутых линий, отличающихся одна от другой по длине на λ/4 и питающихся от двух непосредственно подключенных генераторов с идентичными параметрами, в полости камеры формируется устойчивое, практически не зависящее от характеристик диэлектрической нагрузки, равномерное распределение источников микроволнового нагрева, а потери при передачи энергии от магнетрона в камеру существенно уменьшаются.

Применение в эллипсоидальной камере нагрева простой и эффективной системы возбуждения ЭМП в виде двух однопроводных короткозамкнутых линий позволяет унифицировать конструкции ее элементов и узлов, а, в перспективе, существенно уменьшить затраты на разработку микроволновых камер нагрева КМВП с дизайном в виде композиций криволинейных поверхностей, в том числе тел вращения.

Краткое описание чертежей

Компоновка и основные узлы устройства КМВП изображены на Рис. 1а и Рис.1б. Здесь: 1 - верхняя; 3 - нижняя крышки эллипсоидальной камеры; 2 - рамка выдвижной дверцы (не показана); 4 - вывод энергии магнетрона 5; 6 - корпус электронного блока; 7 - металлический экран для крепления магнетрона 5; 8 - медная трубка однопроводной линии с длиной 15, 16; 9 - магнетрон; 10 - диэлектрическая полка; 11 - металлическая втулка, обеспечивает фиксацию положения трубки 8 и ее электрическое соединение с крышкой 3; 12 - медная трубка однопроводной линии с длиной 13, 14; 17 - металлическая втулка, обеспечивающая фиксацию положения трубки 12 и ее электрическое соединение с крышкой 3; 18 - стойки (4 шт.), несущие диэлектрическую полку 10.

В корпусе 6 электронного блока устанавливаются магнетроны 5 и 9, а также блоки электропитания и управления режимом работы КМВП (не показаны). Конструкции экранов для крепления магнетронов 5 и 9 идентичны.

Лучший вариант осуществления изобретения

КМВП выполняется из двух блоков, Рис. 1, а, б: электронного блока в корпусе 6 и камеры нагрева с выдвижной дверцей (не показана), положение которой фиксируется рамкой 2; камера нагрева образуется двумя идентичными эллипсоидальными металлическими крышками 1 - верхняя, 3 - нижняя, соединяющимися механически и электрически с помощью замков (не показаны); внутри камеры устанавливаются диэлектрическая полка 10 на четырех стойках 18 и две трубки 8 и 12 из металла с низкими омическими потерями; трубка 8 с одной стороны вставляется и фиксируется внутри отверстия в металлической втулке 11, которая через отверстие в нижней крышке 3 вводится в полость камеры нагрева и с помощью фланца жестко соединяется винтами с наружной поверхностью этой крышки, а с другой стороны во внутрь трубки 8 с цанговым разъемом на конце вставляется вывод энергии 4 магнетрона 5, при этом реализуется надежное механическое и электрическое соединение данных элементов; трубка 12 идентична по конструкции, способу установки и фиксации в камере нагрева трубке 8, она соединяется с выводом энергии магнетрона 9, который устанавливается на внешней поверхности крышки 3 конструктивно идентично установке магнетрона 5; в камере нагрева, представляющей собой электромагнитный резонатор в виде отрезка короткозамкнутой двухпроводной симметричной линии или двух однопроводных линий с эллипсоидальным экраном [7], при электрической длине проводника 13, 14 (трубка 12), меньшей на λ/4 (λ - длина волны магнетрона) электрической длины проводника 15, 16 (трубка 8), вдоль проводников формируются две стоячие волны электромагнитного поля, сдвинутые по фазе на π/2 и перекрывающие частично одна другую в пространстве камеры [4, 8], суммарным полем которых равномерно нагревается устанавливаемый на полке 10 продукт. Распределение источников микроволнового нагрева определялось согласно [9].

Предлагаемая конструкция и характеристики устройства базируются на результатах проведенных исследований эллипсоидальной камеры нагрева, собранной согласно Рис. 1,а, б из двух стандартных крышек производства Commercial Metal Forming, USA. Основные размеры камеры: внутренний диаметр 450 мм, высота 360 мм, объем 34 л с цилиндрической вставкой (не показана) высотой 60 мм между крышками 1 и 3. Из геометрического построения (для частоты микроволнового генератора 2,45 ГГц) найдены значения длины однопроводной линии 13, 14 - 358 мм, длины линии 15, 16 - 390 мм и расстояния между ними - 227 мм. Над внутренней поверхностью нижней крышки линия 13, 14 располагается на высоте 82 мм, линия 15, 16 - на высоте 87 мм, диэлектрическая полка - на высоте 92 мм.

Однопроводные линии передачи 13, 14 и 15, 16 изготовлены из медной трубки с внешним диаметром 16 мм и внутренним 14 мм. В качестве источника микроволновой энергии использовались два магнетрона фирмы Galanz модель 24FA-410A с выходной мощностью 700 Вт на частоте 2,45 ГГц.

Промышленная применяемость

Предлагаемое устройство может служить прототипом при разработке ряда оригинальных по конструкции и дизайну коммерческих микроволновых печей с камерами нагрева в виде композиций криволинейных поверхностей, в том числе поверхностей вращения. Для этого могут использоваться блочный подход к компоновке печей и унифицированные конструкции систем возбуждения ЭМП в камерах нагрева, обеспечивающие уменьшение затрат в производстве изделий с разнообразными дизайном и назначением.

Источники информации

1. Commercial microwave oven RC10DS, 2012 Amana USA. vvwvv.microwavespecialties.com, 2012.

2. Commercial microwave oven Sharp, Panasonic. www.microwavespecialties.com, 2012.

3. www.cemcorporation.com, USA. 2013.

4. СВЧ-энергетика. Применение. /Под ред. Э. Окресса. Т. 2. Изд-во “Мир”, 1971.

5. Коммерческая микроволновая печь. Заявитель Жилков B.C. Заявка №2013108335(012372), ФИПС, приоритет от 25.02.2013. Дата публикации 27.06.2013. Бюл. №18.

6. Patent US 2012/03/2809A, Pub. Date Des. 13.2012. Microwave oven. Shouguo Wang and…

7. Ефимов И.Е. Радиочастотные линии передачи. Изд-во “Соврадио”, 1964.

8. Patent US №3189722, Pub. Date Oct. 1965. Microwave oven apparatus. Fritz K.

9. International Standard 60705. Edition 3.2, 2006-03.

Изобретение относится к микроволновой технике, к электронагревательным аппаратам для тепловой обработки продуктов и т.п. Микроволновая печь имеет двухблочную конструкцию, функционально объединяющую эллипсоидальную камеру нагрева (1, 3) и электронный блок, в корпусе (6) которого установлены два автономных генератора магнетронного типа (5, 9) и устройство для управления режимом работы печи. Возбуждение электромагнитного поля в камере осуществляется с помощью двух короткозамкнутых однопроводных линий, длины которых отличаются между собой на λ/4, при этом вдоль этих линий формируются две стоячие волны, сдвинутые по фазе на π/2 и перекрывающие частично одна другую в пространстве, суммарным полем которых равномерно нагревается обрабатываемый продукт. Изобретение благодаря возможности унификации конструкций элементов и узлов системы возбуждения электромагнитного поля и реализации распределения источников микроволнового нагрева обеспечивает высокую равномерность и эффективность. 2 ил.

Устройство в виде двухблочной конструкции, содержащее электронный блок и камеру нагрева с выдвижной дверцей, образованную двумя идентичными металлическими эллипсоидальными крышками, соединяющимися механически и электрически, с установленными внутри камеры диэлектрической полкой и двумя магнетронами, входящими вместе с устройствами для регулировки режима и защиты в электронный блок КМВП (коммерческая микроволновая печь), который выполняется из двух блоков - электронного блока и камеры нагрева с выдвижной дверцей, положение которой фиксируется рамкой; камера нагрева образуется двумя идентичными эллипсоидальными металлическими крышками - верхняя и нижняя, соединяющимися механически и электрически с помощью замков; внутри камеры устанавливаются диэлектрическая полка на четырех стойках и две трубки 8 и 12 из металла с низкими омическими потерями; трубка 8 с одной стороны вставляется и фиксируется внутри отверстия в металлической втулке, которая через отверстие в нижней крышке вводится в полость камеры нагрева и с помощью фланца жестко соединяется винтами с наружной поверхностью этой крышки, а с другой стороны во внутрь трубки 8 с цанговым разъемом на конце вставляется вывод энергии магнетрона 5, при этом реализуется надежное механическое и электрическое соединение данных элементов; трубка 12 идентична по конструкции, способу установки и фиксации трубке 8, она соединяется с выводом энергии магнетрона 9, который устанавливается на внешней поверхности крышки конструктивно идентично установке магнетрона 5; в камере нагрева, представляющей собой электромагнитный резонатор в виде отрезка короткозамкнутой двухпроводной симметричной линии с эллипсоидальным экраном, при электрической длине проводника (трубка 12), меньшей на λ/4 (λ - длина волны магнетрона) электрической длины проводника (трубка 8), вдоль проводников формируются две стоячие волны электромагнитного поля, сдвинутые по фазе на π/2 и перекрывающие частично одна другую в пространстве камеры, суммарным полем которых равномерно нагревается устанавливаемый на полке продукт; электрическое и механическое соединение камеры нагрева с корпусом электронного блока аналогично.