Микроволновая печь с "мягким" нагревом
Изобретение относится к микроволновой технике. Микроволновая печь содержит полосковую антенну кругополяризованного поля, установленную внутри камеры нагрева, и микроволновый генератор, расположенный в имеющем общую стенку с камерой нагрева корпусе электронного блока, а также коаксиальную поворотную секцию и электропривод, соединенный с ее внешним проводником. Коаксиальный вход полосковой антенны кругополяризованного поля установлен с возможностью осевого поворота в отверстии, выполненном в общей с корпусом электронного блока стенке камеры нагрева. При этом внешний проводник коаксиальной поворотной секции соединен с внешним проводником коаксиального выхода микроволнового генератора посредством фланцевого соединения с возможностью осевого поворота и жестко соединен с внешним проводником входа полосковой антенны кругополяризованного поля. Центральный проводник коаксиальной поворотной секции жестко соединен с центральным проводником коаксиального входа полосковой антенны кругополяризованного поля и центральным проводником коаксиального выхода микроволнового генератора и имеет средний гибкий участок, выполненный с возможностью кручения, который соединен с жесткими концевыми участками, каждый из которых жестко закреплен в отверстии диэлектрической шайбы. Техническим результатом является повышение эффективности работы микроволновой печи за счет увеличения равномерности нагрева энергией микроволнового поля обрабатываемого продукта, обеспечение "мягкого" режима тепловой обработки и его стабильности, увеличение коэффициента полезного действия, уменьшение потребления электроэнергии от сети. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
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 нагрева продуктов энергией микроволнового поля, содержащее камеру нагрева, в одной из боковых стенок которой выполнено отверстие для ввода микроволновой энергии, микроволновый генератор, выход которого присоединен к камере нагрева посредством отрезка прямоугольного волновода, а также вращающуюся платформу для размещения продуктов питания. В качестве возбудителя электромагнитного поля в камере нагрева использована рупорная антенна, жестко закрепленная на внешней стороне боковой стенки камеры. Камера снабжена дверкой, установленной на петлях (см., например, Microwave Oven M245, Owner's Instruction Code №6861707 A, 1998).
Основным недостатком известного устройства является его низкая эффективность в эксплуатации. В частности, коэффициент равномерности нагрева продуктов в камере энергией микроволнового поля составляет не более 55%, эффективность (коэффициент полезного действия) меньше 48%. Изменение режима нагрева продуктов скачкообразное. Это является причиной неравномерного нагрева (по объему и по поверхности) продуктов питания, ухудшения качества приготовления блюд, увеличения потребления электроэнергии от сети.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является микроволновая печь, представляющая собой устройство для нагрева продуктов энергией микроволнового поля, содержащее камеру нагрева, снабженную дверкой, микроволновый генератор, расположенный в имеющем общую стенку с камерой нагрева съемном корпусе электронного блока, и модуль возбуждения, установленный в выполненном в общей стенке камеры нагрева отверстии связи для ввода микроволновой энергии. Отверстие связи закрыто радиопрозрачным диэлектриком. Модуль возбуждения, представляющий собой полосковую антенну кругополяризованного поля, через отрезок коаксиальной линии подключен к микроволновому генератору, жестко закрепленному на стойке и расположенному в корпусе электронного блока (вне камеры нагрева), выполненного в виде лотка, обращенного своим открытым концом к внешней поверхности стенки камеры нагрева. Открытый конец корпуса электронного блока неразъемно, с хорошим гальваническим контактом соединен с металлической рамкой по ее внешнему периметру. Металлическая рамка - дроссельный фланец разъемно присоединена к внешней поверхности боковой стенки камеры нагрева. Дроссельный фланец и электромагнитная прокладка по всему периметру лотка обеспечивают экранирование микроволнового излучения. Устройство не содержит вращающейся платформы (патент Российской Федерации №2124278, кл. Н 05 В 6/64, 1998 г.).
Основным недостатком этого устройства является его низкая эффективность, обусловленная неравномерностью нагрева продуктов энергией микроволнового поля в камере. Как показали измерения, величина коэффициента равномерности нагрева не более 40-48%, значение коэффициента полезного действия (эффективности) меньше 50%. Изменение режима нагрева продуктов скачкообразное. Это приводит к неравномерному нагреву (по объему и по поверхности) продуктов, низкому качеству их обработки, увеличенному потреблению электроэнергии от сети.
Раскрытие изобретения
Основной технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности работы микроволновой печи за счет увеличения равномерности нагрева энергией микроволнового поля обрабатываемого продукта, обеспечение "мягкого" режима тепловой обработки и его стабильности, увеличения коэффициента полезного действия, уменьшения потребления электроэнергии от сети.
Для решения поставленной технической задачи в микроволновую печь, содержащую полосковую антенну кругополяризованного поля, установленную внутри камеры нагрева, и микроволновый генератор, расположенный в имеющем общую стенку с камерой нагрева корпусе электронного блока, при этом коаксиальный вход полосковой антенны кругополяризованного поля установлен в отверстии, выполненном в общей с корпусом электронного блока стенке камеры нагрева, согласно изобретению введены коаксиальная поворотная секция и электропривод, соединенный с ее внешним проводником. Внешний проводник коаксиальной поворотной секции соединен с внешним проводником коаксиального выхода микроволнового генератора посредством фланцевого соединения с возможностью осевого поворота и жестко соединен с внешним проводником коаксиального входа полосковой антенны кругополяризованного поля. Коаксиальный вход полосковой антенны кругополяризованного поля установлен с возможностью осевого поворота. Центральный проводник коаксиальной поворотной секции жестко соединен с центральным проводником коаксиального входа полосковой антенны кругополяризованного поля и центральным проводником коаксиального выхода микроволнового генератора. Центральный проводник коаксиальной поворотной секции имеет средний гибкий участок, выполненный с возможностью кручения, который соединен с жесткими концевыми участками, каждый из которых жестко закреплен в отверстии диэлектрической шайбы.
Рекомендуется чтобы во фланце коаксиальной поворотной секции были выполнены дугообразные сквозные прорези для штифтов, жестко закрепленных во фланце коаксиального выхода микроволнового генератора.
Целесообразно чтобы центральный проводник коаксиальной поворотной секции был выполнен в виде гибкой тонкостенной металлической трубки, концы которой жестко соединены с металлическими штырями.
Предпочтительно чтобы диэлектрическая шайба на входе коаксиальной поворотной секции имела на поверхности, обращенной к внутренней поверхности внешнего проводника коаксиальной поворотной секции, канавку, в которой были бы расположены штифты, жестко закрепленные в отверстиях внешнего проводника коаксиальной поворотной секции, а диэлектрическая шайба на выходе коаксиальной поворотной секции была жестко соединена с внешним проводником коаксиальной поворотной секции.
Электропривод может содержать электродвигатель постоянного тока со шкивом на валу, соединенным посредством ременной передачи с внешним проводником коаксиальной поворотной секции, на наружной поверхности которого была выполнена канавка для ременной передачи.
И, наконец, коаксиальный вход полосковой антенны кругополяризованного поля может представлять собой отрезок коаксиальной линии, который установлен с возможностью осевого поворота в отверстии, выполненном в общей с корпусом электронного блока стенке камеры нагрева и закреплен съемным металлическим пружинным кольцом, которое охватывает внешний проводник коаксиального входа полосковой антенны кругополяризованного поля.
В результате экспериментальных исследований и тестирования по методике Samsung Electroniks /Home Appliaces макета микроволновой печи без вращающейся платформы, рабочая камера (камера нагрева) которой имела размеры 206×300×284 мм3 (объем 17 л), были получены значения коэффициента равномерности нагрева микроволновой энергией 92%, эффективности 56% при повороте полосковой антенны в секторе 96° с угловой скоростью 12°/сек. В качестве источника микроволновой энергии использовался магнетрон М-107 с коаксиальным выходом и рабочей частотой 2,45 ГГц.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 схематически изображена микроволновая печь с "мягким" нагревом; на фиг.2 и фиг.3 показаны осевое сечение коаксиальной поворотной секции и осевое сечение коаксиального выхода микроволнового генератора, соответственно.
Лучший вариант осуществления изобретения
Микроволновая печь с "мягким" нагревом (см. фиг.1) выполнена в виде двух разъемных блоков: камеры 1 нагрева с выдвижной дверкой (на фиг.1 не показана), внутри которой установлена с возможностью поворота полосковая антенна 2 кругополяризованного поля, и корпуса 3 электронного блока, в котором расположены микроволновый генератор 4, который жестко закреплен на металлической подставке (не показана), коаксиальная поворотная секция 5, электродвигатель 6 постоянного тока и не показанное на чертежах электронное устройство для обеспечения заданных значений параметров поворота антенны 2.
Корпус 3 выполнен в виде лотка, обращенного своим открытым концом к внешней поверхности боковой стенки камеры 1 нагрева, причем открытый конец корпуса 3 соединен с металлической рамкой 7 по ее внешнему периметру неразъемно, с хорошим гальваническим контактом. По внешнему периметру рамки 7 выполнена канавка для электромагнитной прокладки (не показаны). Рамка 7 присоединена с возможностью демонтажа к внешней поверхности общей с корпусом 3 стенки камеры 1 нагрева.
Коаксиальный вход 8 антенны 2, который представляет собой отрезок коаксиальной линии, установлен с возможностью осевого поворота в отверстии, выполненном в общей с корпусом 3 стенке камеры 1, например, на расстоянии 138 мм от задней стенки камеры 1 и 72 мм от ее нижней стенки. Коаксиальный вход 8 антенны 2 закреплен съемным металлическим пружинным кольцом 9, которое охватывает внешний проводник антенны 2. К коаксиальному входу 8 антенны 2 жестко с хорошим гальваническим контактом и с возможностью демонтажа присоединен выход коаксиальной поворотной секции 5, вход которой соединен с коаксиальным выходом 10 микроволнового генератора 4.
Коаксиальная поворотная секция 5 (см. фиг.2) содержит внешний проводник 11, центральный проводник 12, и диэлектрические шайбы 13 и 14, установленные на входе и выходе коаксиальной поворотной секции 5 соответственно. Центральный проводник 12 имеет средний гибкий участок, выполненный с возможностью кручения, который соединен с жесткими концевыми участками, каждый из которых жестко закреплен в отверстии соответствующей диэлектрической шайбы. При этом средний гибкий участок центрального проводника 12 коаксиальной поворотной секции 5 может быть выполнен в виде гибкой тонкостенной металлической трубки, например из оплетки экранированного провода, длиной 32 мм. Концы среднего гибкого участка центрального проводника 12 жестко (пайкой или сваркой) с хорошим гальваническим контактом соединены с металлическими штырями 15, которые жестко закреплены в отверстиях шайб 13 и 14 соответственно. Диэлектрическая шайба 13 на входе коаксиальной поворотной секции свободно прилегает к внутренней поверхности внешнего проводника 11 коаксиальной поворотной секции 5. На наружной поверхности шайбы 13 выполнена канавка 16 для размещения штифтов 17, которые установлены в отверстиях внешнего проводника 11 и жестко закреплены в последних. Диэлектрическая шайба 14 на выходе коаксиальной поворотной секции 5 жестко неподвижно относительно ее внешнего проводника 11 закреплена металлическими стопорными винтами 18, установленными в сквозных резьбовых отверстиях внешнего проводника 11.
Коаксиальная поворотная секция 5 соединена посредством ременной передачи 19 со шкивом 20 на валу электродвигателя 6 постоянного тока (см. фиг.1). На наружной поверхности внешнего проводника коаксиальной поворотной секции 5 выполнена канавка 21 для ременной передачи (см. фиг.1 и 2).
Коаксиальный выход 10 микроволнового генератора 4 имеет внешний проводник 22, центральный проводник 23 и диэлектрическую шайбу 24, служащую для фиксации положения центрального проводника 23 относительно внешнего проводника 22.
Внешний проводник 11 секции 5 соединен с внешним проводником 22 генератора 4 посредством фланцевого соединения 25 с возможностью осевого поворота, а их центральные проводники 12 и 23 соответственно соединены жестко - посредством цангового соединения 26. Во фланце 25 коаксиальной поворотной секции 5 выполнены дугообразные сквозные прорези для штифтов 27, жестко закрепленных во фланце 25 коаксиального выхода 10 микроволнового генератора 4. В наружном проводнике 22 коаксиального выхода 10 микроволнового генератора 4 выполнена кольцевая полость 28, образующая четвертьволновой дроссель.
Электронное устройство (на чертежах не представлено) может быть выполнено с двумя светодиодными датчиками.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
При включении микроволнового генератора 4 энергия электромагнитного поля передается в камеру 1 нагрева по тракту: коаксиальный выход 10 микроволнового генератора 4, коаксиальная поворотная секция 5, коаксиальный вход 8 антенны 2 и излучается полосковой антенной 2. Одновременно включается электродвигатель 6, который посредством шкива 20 и ременной передачи 19 производит поворот секции 5 вокруг ее продольной оси вправо или влево. Оптимальными параметрами угловых перемещений полосковой антенны 2 являются: величина угла между двумя крайними положениями полосковой антенны 2 относительно боковой стенки камеры 96°, время перемещения из крайнего левого (правого) в крайнее правое (левое) положение - 16 с. При этом в устройстве исключены продольные перемещения центрального проводника 12 секции 5 за счет размещения штифтов 17 в канавке 16 шайбы 13 и обеспечен поворот внешнего проводника 11 секции 5. Поворот секции 5 обеспечивает соответствующий поворот антенны 2 вправо и влево, в результате чего происходит "качание" потока микроволновой поля, облучающего обрабатываемый продукт и его "мягкий" нагрев.
Источники информации
1. Microwave oven. M 245. №68-61707 А, 1998.
2. РФ, патент №2124278, кл. Н 05 В 6/64, 1998.
3. Ю.В.Шубарин. Антенны сверхвысоких частот. Издательство Харьковского госуниверситета, 1960.
4. А.Ф.Харвей. Техника сверхвысоких частот. М.: Советское радио, 1965.
5. И.Е.Ефимов. Радиочастотные линии передачи. М.: Советское радио, 1964.
1. Микроволновая печь, представляющая собой устройство для нагрева продуктов энергией микроволнового поля, содержащее камеру нагрева, снабженную дверкой, микроволновый генератор, расположенный в имеющем общую стенку с камерой нагрева съемном корпусе электронного блока, выполненным в виде лотка, обращенного своим открытым концом к внешней поверхности боковой стенки камеры нагрева; открытый конец корпуса электронного блока неразъемно, с хорошим гальваническим контактом соединен с металлической рамкой по ее внешнему периметру, металлическая рамка - дроссельный фланец, снаружи которого имеется канавка с электромагнитной прокладкой по всему периметру, разъемно присоединена к внешней поверхности боковой стенки камеры нагрева, отличающаяся тем, что в нем используется поворотная полосковая антенна кругополяризованного поля, установленная внутри камеры нагрева на ее боковой стенке, вход полосковой антенны - отрезок коаксиальной линии закреплен съемным круглым металлическим пружинным кольцом, охватывающим внешний проводник и фиксирующим в отверстии в боковой стенке камеры нагрева положение полосковой антенны; к коаксиальному входу антенны разъемно, жестко и с хорошим гальваническим контактом присоединена коаксиальная поворотная секция, вход которой присоединен к коаксиальному выходу генератора микроволновой энергии, жестко закрепленному на металлической подставке внутри корпуса электронного блока; внешний проводник коаксиальной поворотной секции и внешний проводник коаксиального выхода генератора микроволновой энергии соединены посредством дроссельного фланца, соединение центральных проводников выполнено в виде цангового разъема с механически жестким, стабильным электрическим контактом; центральный проводник коаксиальной поворотной секции выполнен из отрезка гибкого полого тонкостенного с высокой проводимостью металла, неразъемно с хорошим гальваническим контактом соединенного с металлическими штырями, жестко закрепленными в осевых отверстиях диэлектрических шайб, установленных на входе и выходе коаксиальной поворотной секции; диэлектрическая шайба на выходе коаксиальной поворотной секции жестко неподвижно относительно внешнего проводника закреплена металлическими стопорными винтами, установленными в сквозных отверстиях с резьбой в стенке внешнего проводника, диэлектрическая шайба на входе коаксиальной поворотной секции свободно прилегает к внутренней поверхности внешнего проводника; канавка по периметру центральной окружности шайбы и стопорные винты, введенные через отверстия во внешнем проводнике коаксиальной поворотной секции, исключают продольные перемещения шайбы и центрального проводника и допускают поворот внешнего проводника; шкив-канавка на наружной поверхности внешнего проводника коаксиальной поворотной секции, связанный ременной передачей со шкивом на валу электродвигателя, обеспечивают повороты влево-вправо полосковой антенны в камере с параметрами, задаваемыми электронным устройством.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что координаты центра отверстия в боковой стенке камеры нагрева, в котором установлена поворотная полосковая антенна кругополяризованного поля, составляют: расстояние от задней стенки камеры до центра 138 мм, расстояние от нижней стенки камеры до центра 72 мм.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптимальными параметрами угловых перемещений поворотной полосковой антенны кругополяризованного поля являются величина угла между двумя крайними положениями полосковой антенны относительно боковой стенки камеры 96°, время перемещения из крайнего левого (правого) в крайнее правое (левое) положение 16 с.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что длина гибкого отрезка центрального проводника коаксиальной поворотной секции (стандартные размеры коаксиальной линии D=16 мм, d=7 мм) составляет 32 мм.
