Микроволновая печь
Использование: в технике СВЧ для нагрева пищевых продуктов. Сущность изобретения: микроволновая печь СВЧ-резонатора в форме прямоугольного параллелепипеда, на одной из торцевых стенок которого размещен элемент связи, соединенный с источником энергии СВЧ, причем на одной из торцевых стенок выполнена дверца, а внутренние поверхности боковых стенок выполнены в виде Изобретение относится к технике СБЧ нагрева и может использоваться для нагрева пищевых продуктов. Известна конструкция СВЧ-печи, представляющая собой прямоугольный объемный резонатор, линейные размеры которого в 5-6 раз превышают длину волны генератора . В таком резонаторе может существовать несколько типов колебаний. Однако вследствие интерференции полей различных видов колебаний суммарное поле в резонаторе может быть существенно неоднородно. периодической гребневой структуры, направление гребней которой параллельно плоскостям торцевых стенок. Параметры гребневой структуры выбраны из определенных соотношений, позволяющих получить равномерное распределение поля внутри СВЧ-резонатора. Источник СВЧ- энергии выполнен в виде транзисторного генератора. Элементы связи и их конструкция выбраны из условия возбуждения в резонаторе электромагнитного поля, имеющего только продольную составляющую напряженности электрического поля. Элементы связи выполнены либо в виде одного или нескольких штыревых или петлевых излучателей, размещенных на торцевой стенке, либо в виде одной или нескольких пар щелевых или петлевых излучателей, размещенных наторцевой стенке, либо в виде одной щели на одной из боковых стенок , либо в виде двух щелей, размещенных на противоположных боковых стенках, либо в виде одной или нескольких пар щелей на противоположных боковых стенках 13 ил Известна также конструкция СВЧ-установки для нагрева протяженных изделий, выполненная в виде отрезка прямоугольного волновода с открытыми концами, в широких стенках которого закреплены проводящие пластины высотой А/4. В данной конструкции резонатор также многомодовый и не обеспечивает равномерное поле Наиболее близким техническим решением к заявленному устройству является микроволновая печь, содержащая камеру нагрева, представляющую собой многомодовый СВЧ-резонатор в форме прямоуголь7Э с N3 О О О О 4 4 О
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ IN3 СЭ И 4 ,.Г) ! Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5034768/09 (22) 30.03.92 (46) 07.09.93. Бюл, М 33-36 (76) Гостюхин В.Л., Климачев К.Г., Космаков В.В. (56) Пчельников Ю.Н., Свиридов В.Т. Электроника сверхвысоких частот. — М„Радио и связь, 1981. с.50. Патент Великобритании N. 1291763, кл. Н 5 Н, опублик. 1972. Пчельников Ю.Н., Свиридов В.Т. Электроника сверхвысоких частот. — М.; Радио и связь, 1981, с.50, рис.34. (54) МИКРОВОЛ НОВАЯ ПЕЧЬ (57) Использование: в технике СВЧ для нагрева пищевых продуктов. Сущность изобретения: микроволновая печь СВЧ-резонатора в форме прямоугольного параллелепипеда. на одной из торцевых стенок которого размещен элемент связи, соединенный с источником энергии СВЧ, причем на одной из торцевых стенок выполнена дверца, а внутренние поверхности боковых стенок выполнены в виде Изобретение относится к технике СВЧ нагрева и может использоваться для нагрева пищевых продуктов. Известна конструкция СВЧ-печи, представляющая собой прямоугольный объемный резонатор, линейные размеры которого в 5-6 раэ превышают длину волны генератора. В таком резонаторе может существовать несколько типов колебаний, Однако вследствие интерференции полей различных видов колебаний суммарное поле в резонаторе может быть существенно неоднородно. „„К U „„2000677 С периодической гребневой структуры, направление гребней которой параллельно плоскостям торцевых стенок. Параметры гребневой структуры выбраны из определенных соотношений, позволяющих получить равномерное распределение поля внутри СВ -резонатора. Источник СВЧэнергии выполнен в виде транзисторного генератора, Элементы связи и их конструкция выбраны иэ условия возбуждения в резонаторе электромагнитного поля, имеющего только продольную составляющую напряженности электрического поля, Элементы связи выполнены либо в виде одного или нескольких штыревых или петлевых излучателей, размещенных на торцевой стенке, либо в виде одной или нескольких пар щелевых или петлевых излучателей, размещенных на торцевой стенке, либо в виде одной щели на одной иэ боковых стенок, либо в виде двух щелей, раэл1ещенных на противоположных боковых стенках, либо в виде одной или нескольких пар щелей на противоположных боковых стенках. 13 ил. Известна также конструкция СВЧ-установки для нагрева протяженных иэделий, выполненная в виде отрезка прямоугольного волновода с открытыми концами, в широких стенках которого закреплены проводящие пластины высотой Я/4. В данной конструкции резонатор также многомолооый и не обеспечивает равномерное поле. Наиболее близким техническим решением к эаявленнол1у устройству является микроволновая печь, содержащая камеру нагрева, представляющую собой многомодовый СВЧ-резонатор в форл1е прял оуголь2000677 ного параллелепипеда, на одной из торцевых стенок которого расположены элементы возбуждения СВЧ-энергии, а на другой— дверца; в камере размещена подставка для нагреваемого продукта. Равномерность распределения СВЧполя в такой печи достигается возбуждением резонатора от двух или более генераторов, т.е. увеличением числа возбуждаемых видов колебаний. Однако необходимость использования в такой конструкции генераторов с различными частотами усложняет задачу согласования камеры с источниками возбуждения, кроме того, наличие нескольких видов колебаний приводит к уменьшению КПД. Кроме того, используемые обычно в таких печах в качестве источника СВЧ-энергии магнетроны иэ-за высокого напряжения анодного питания требуют разработки специального источника вторичного электропитания и соответствующих мер по обеспечению электробезопасности, имеют сравнительно низкий (1000-1500 ч) срок службы и низкую надежность; специфика работы магнетронных генераторов создает трудности в организации процесса управления генерируемой мощностью, Цель изобретения — повышение равномерности нагрева при увеличении КПД. С этой целью в заявляемой микроволновой печи, содержащей камеру нагрева в виде СВЧ-резонатора в форме прямоугольного параллелепипеда, на одной иэ стенок которого раз ещен элемент связи с источником СВЧ-энергии, который выполнен в виде транзисторного генератора, а на торцевой стенке размещена дверца, боковые стенки прямоугольного параллелепипеда выполнены в виде гребневой структуры, направление гребней которой параллельно плоскостям торцевых стенок, при этом параметры периодической гребневой структуры выбраны из условий dy 1 2, 1 2 arctg: d> - — arctg Ку Ь r. Кх а .К к .,т-.—. —; „-, т.— К е () К с () К 2ztlk, где а и Ь вЂ” размеры торцевых стенок, причем а > b; l — i к= — — dу — высота гребней боковых стенок, прилегающих к сторонам торцевых стенок с размером а; 4х — высота гребней боковых стенок. прилегающих к сторонам торцевых стенок с размером b, 45 где К„= vy . я а Кх = — ) К = 2 т/А — t IC = — (—— н причем L < <А;! < L; где!=1л; Х вЂ” длина волны; а и b — размеры торцевых стенок, причема> Ь; d — высота гребней боковых стенок, прилегающих к сторонам торцевых стенок с размером а; Элемент связи может быть выполнен в виде штыря или петлевого излучателя, установленного в торцевой стенке, расположенной напротив торцевой стенки с дверцей. Элемент связи может быть также выполнен в виде двух.пар штырей или петлевых излучателей, или щелей, размещенных попарно симметрично относительно центра торцевой стенки. Элемент связи также может быть выполнен в виде одной или нескольких щелей, размещенных либо на одной, либо на двух противоположных боковых стенках камеры. Штыревые излучатели запитываются либо от одного генератора, либо каждый 15 от отдельного генератора. Для противофазной эапитки двух пар попарно симметричных петлевых излучателей или щелей используются 180-градусные фазовращатели. 20 На фиг.1 приведена конструктивная схема микроволновой печи; на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 — разрез Ь вЂ” Б на фиг.1; на фиг.4 и 5 — эпюры, поясняющие работу устройства; на фиг.6-8 — конструк25 ции элементов связи; на фиг.9 и 10 — схемы эапитки элемента связи; на фиг.11 и 12— варианты выполнения элемента связи; на фиг.13 — разрез  — В на фиг.11. Микроволновая печь содержит камеру 30 нагрева 1 в виде прямоугольного параллелепипеда, на торцевой стене 2 которого размещен элемент связи 3 с источником 4 СВЧ-энергии (см. фиг,1). На другой торцевой стенке выполнена дверца (не показана). 35 Внутренние поверхности боковых стенок 5 и 6 выполнены в виде периодической гребневой структуры, гребни 7 которой ориентированы параллельно торцевым стенкам. Параметры периодической гребневой 40 структуры выбраны из соотношений 1, 2 dy = — arctg К Ь К к 1 2 4» - — агсщ Kõ,а К к 2000677 10 25 е dx — высота гребней боковых стенок, прилегающих к сторонам торцевых стенок с размером b; e — относительная диэлектрическая проницаемость материала, заполняющего промежутки между гребнями; t — толщина гребня; L — период гребневой структуры. Промежутки между гребнями 7 (см, фиг.2 и 3) заполнены диэлектриком 8 с малыми потерями, например фторопластом, что позволяет получить внутреннюю поверхность камеры более гладкой для более легкого удаления с ее стенок загрязняющих продуктов, а также позволяет уменьшить, где это необходимо, размеры камеры нагрева 1, Источник СВЧ-энергии выполнен в виде одного или нескольких транзисторных генераторов, Микроволновая печь работает следующим образом, При возбуждении камеры нагрева 1, представляющей собой одномодовый резонатор, от источника 4 СВЧ-энергии полем, вектор Е которого ориентирован параллельно боковым стенкам 5 и б и перпендикулярно плоскостям гребней 7, в ней возникают колебания низших типов гибридных волн ЕН, со структурой поля, близкой к структуре поля колебаний типа Е11о в обычном прямоугольном резонаторе (см. фиг.4). Распределение амплитуды электрического поля с колебаниями Е1ю вдоль осей X и Y (см. фиг.4) подчиняются закону sin — х и Л а JZ sin б- у, Этому типу колебаний соответствует резонансная частота 1р - — ()2 + ()2, С а Ь где С - Зх10 м/с, Амплитуда возбуждения данного типа колебаний пропорциональна величине А1, где f — частота задающего генераf — fp тора. Амплитудное распределение напряженности электрического поля в поперечном сечении резонатора со стенками в виде периодической гребневой структуры зависит от высоты гребней У и может иметь различные зависимости (см. фиг.5). Выбор в заявляемой микроволновой печи параметров периодической гребневой структуры из приведенных соотношений для dy и бх обеспечивает равномерное распределение поля во всем обьеме камеры нагрева 1. При этом при выполнении укаэанных условий резонансная частота данного т;;пп колебаний совпадает с частотой генератора и амплитуда ее возбуждения обусловлена только качеством согласования 3лемента связи 3 с источником 4 СВЧэнергии. Проведенные расчеты структуры поля внутри резонатора показывают, что это f10ле не зависит от координаты Х, т.е. поле однородно и имеет низший тип колебаний с продольной составляющей напряженности электри еского полл, резонансная частота которого совпадает с частотой задающего генератора. Конструкции элемента связи 3 выбраны из успсвия возбуждения в рабо ей камере 1 с импедансными боковыми стенками электромагнитного поля, имеющего только продольную составляющую напряженности электрического поля Е,. Простейшим типом такого элемента является штыревой излучатель, расположенный на торцевой стенке камеры 1 и возбу>кдаемый от источника 4 посредством коакгиапьного кабеля (см. фиг.1), Может быть использовано несколько штыревых излучатепей, установленных на торцевой стенке, которые возбуждаются несколькими несинхропизированными генераторами. при этом каждый штыревой излучатель соединен со своим генератором (chf. фиг.б). Возбу>кдение поля требуемой структуры может осуществляться петлевым излучателем, распопо>кенным на торцевой стенке и ориентированным в плоскости YOZ (см. фиг.7) ипи в плоскости XOY. При этом кроме поля требуемой структуры, возможно возбуждение поля резонаторной гармоники типа Ею1ипи Eol .Для подавления указанных гармоник используется пара одинаково ориентированных петпевых излучателей, расположенных HB p3BHGM расстоянии от центра торцевой стенки и возбуждаемых в противофазе (см. фиг.10) с помощью фазовращатспя 9 Аналогичный результат достигается при использовании пары щепевых излучателей, располо>кенных на торцевой стенке, ориентированных вдоль оси X или У (см, фиг,8) и возбу>кдэемых в противофазе (cM, фиг.10). При этом ка>кдая пара щепевых излучателей связана со своим генератором. Поле требуемой структуры можно возбудить в рабочей камере 1 посредством элемента связи (см. фиг.11). Он представляет собой низкопрофильный волновод 9, расположенный параллельно одной из боковых стенок камеры 1 и возбуждаемый генератором. Этот вопновод имеет окно связи с одной из канавок импедансной структуры рабочей камеры 1, через которое и происхо2000677 дит возбуждение, При этом возможно возникновение резонаторных гармоник типа Е1оо или Eoio. Для их подавления используется элемент связи в виде двух волноводов 10, возбуждаемых синфазно и установленных на противоположных боковых стенках, например, 5 и 6 камеры 1 (см. фиг.12), Таким образом, предложенная конструкция микроволновой печи обеспечивает высокое качество нагрева за счет равномерного распределения поля в камере, высокий КПД за счет обеспечения одномодового режима возбуждаемых колебаний. Кроме того, такая конструкция печи позволяет применять низковольтные, недорогие и безопасные источники питания (24 В) при использовании в качестве источника СВЧэнергии транзисторного генератора, т,е. более надежную и электробезопасную конструкцию с высоким качеством нагрева и высоким сроком службы. Использование низковольтного источника электропитания позволяет питать микроволновую печь непосредственно от бортового источника питания (аккумулятора) транспортного средства при установке ее на автомобиле, комбайне, локомотиве, на судах и т.д. Поскольку рабочая камера имеет пониженную рабочую частоту, происходит более равномерный по глубине прогрев продукта и более высокое качество приготовления, Кроме того, при такой рабочей частоте камера имеет меньшие размеры благодаря предложенной модификации ее конструкции Формула изобретения Микроволновая печь, содержащая камеру нагрева в виде СВЧ-резонатора в форме прямоугольного параллелепипеда, на 5 одной из стенок которого размещен элемент связи, соединенный с источником СВЧ-энергии, при этом в одной из торцевых стенок прямоугольного параллелепипеда выполнена дверца, отличающаяся тем, 10 что внутренние поверхности боковых стенок прямоугольного параллелепипеда выполнены в виде периодической гребневой структуры, направление гребней которой параллельно плоскостям торцевых стенок, в 15 параметры периодической гребневой структуры выбраны из соотношений 1 2 dy = †3ICtg —Ky b К к 20 1 2 dx = — агс1ц Кх а К к rye К = .2 qЛ 2 а к, = .,: ) Б к= (I-t)L; К = 2 л/Л, 25 а и Ь вЂ” размеры торцевых стенок, приЗ0 чема>Ь; dg — высота гребней боковых стенок, прилегающих к сторонам торцевых стенок с размером а. 2000677 ,4- / 2000677 Фиг. б 2000677 9Ъ2 И Составитель Е.Адамова Техред М.Моргентал Корректор М.Самборская Редактор А,Купрякова Тираж Подписное HllO "Поиск " Роспатента 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Заказ 3082 Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
