CN108811218A - 一种能量分布均匀的微波加热装置 - Google Patents

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王易芬
张柔佳
阎若萍
颜娟
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Abstract

本发明涉及能量分布均匀的微波加热装置，属于微波加热装置领域。一种能量分布均匀的微波加热装置，包括加热腔，在加热腔的任一壁上开有微波输入口，微波输入口与波导管一端连接，波导管另一端设置磁控管，所述磁控管产生正弦波形的微波，所述加热腔中心距微波输入口的距离小于微波波长的1.2倍，实现近场加热，所述加热腔至少有一对相平行的侧面，两个相平行的侧面之间距离为0.2～1.2倍的微波波长，实现单模加热。利用单模微波腔实现微波能量在加热腔中部的分布均匀，对不同的食物进行较均匀的加热，克服了现有微波炉加热区域在边缘过度集中，不利于对食品均匀加热的缺点。

Description

一种能量分布均匀的微波加热装置
技术领域
本发明涉及微波加热装置，尤其涉及一种能量分布均匀的微波加热装置。
背景技术
随着社会的发展，快节奏的生活方式导致消费者消费习惯逐渐改变，快速食用的方便食用逐步被大众所接收。与之快速食用相对应的传统的加热方式加热速率慢、加热时间长，已经不适合现代快节奏的生活方式。微波炉加热可以实现快速加热食品，方便实用，逐渐成为最重要的二次加热方法。
由于微波在加热腔内反射，导致在加热腔不同位置的加热温度并不均匀，家用微波炉常常采用旋转加热食物的方式，实现食物的均匀加入。但是由于磁控管微波发射的角度固定，仍然会导致食物上下层加热不均匀，上层食物过热，而下层食物不能得到充分加热，此外由于食品的介电特性与空气的介电特性之间的巨大差异，食品的边缘加热较严重。后续改进的微波炉采用转动微波反射器，实现微波的均匀散射，一定程度上缓解了加热不均匀的问题，但仍然不能够实现上下部分的均匀加加热，和解决边缘加热的难题。
并且现有微波炉对不同食物进行加热，微波分布会受到食物的影响，导致微波在区域聚集，对该区域的食物过度加热导致食物遭到破坏。有些情况下温度过高还导致食物发生爆炸、着火，进一步给日常生活带来危害。
因此解决家用微波炉加热不均匀的难题，对现代生活有着十分重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能量分布均匀的微波加热装置，解决现在微波炉不能均匀加热的问题。
技术方案
一种能量分布均匀的微波加热装置，其特征在于：包括加热腔，在加热腔的任一壁上开有微波输入口，微波输入口与波导管一端连接，波导管另一端设置磁控管，所述磁控管产生正弦波形的微波，所述加热腔中心距微波输入口的距离小于微波波长的1.2倍，实现近场加热，所述加热腔至少有一对相平行的面，两个相平行的面之间距离为0.2～1.2倍的微波波长，实现单模加热。
进一步，所述加热腔为圆柱体或长方体形，所述单个或者多个微波输入口设置于加热腔的上下两个相平行的面上。
进一步，所述加热腔中心距微波输入口的距离小于或等于微波波长。
进一步，所述微波波长为120～125mm，该波长的微波对应的频率为2400～2500MHz。
进一步，加热腔为圆柱体，圆柱体加热腔底面的直径为80～300mm，圆柱体加热腔的高度为20～140mm。
进一步，圆柱体加热腔底面的直径为160～240mm，圆柱体加热腔的高度为60～110mm。
进一步，所述圆柱体加热腔的上底面设置上开门，用于取放食物。
进一步，所述圆柱体加热腔侧壁设置弧形滑动门用于取放食物，所述圆柱体加热腔侧壁设置弧形滑动门，弧形滑动门弯曲弧度与圆柱体加热腔侧壁的弯曲弧度一致，圆柱体加热腔侧壁上下两端设置滑槽，弧形滑动门设置在滑槽之间，紧贴圆柱体加热腔侧壁滑动，实现弧形滑动门的开闭。当弧形滑动门关闭时，弧形滑动门组成圆柱体加热腔侧壁的一部分；当弧形滑动门滑开时，弧形滑动门通过滑槽滑动至侧壁上，与侧壁弯曲弧度一致，弧形滑动门紧紧贴覆在侧壁上，不额外占用空间。
进一步，加热腔为长方体形，长方体形加热腔高度为20～140mm，长方体形加热腔的宽为80～300mm，长方体形加热腔的长为80～300mm。
进一步，所述加热腔为长方体形，长方体形加热腔高度为60～110mm，长方体形加热腔的宽为160～240mm，长方体形加热腔的长为160～240mm。
进一步，所述微波的功率为100～1500W。
进一步，在加热腔内部的底面设置有加热托盘，所述加热托盘底部设置有可以驱动加热托盘转动的装置。
有益效果
本发明提供一种能量分布均匀的微波加热装置，该装置通过特定的加热腔高度、宽度或长度，将微波集中在加热腔中间的位置，使得被加热的食物边缘的微波辐射能量较低，从而降低食物边缘加热、增强食物中心加热强度。且磁控管距微波输入口限定在一个微波波长左右，使得微波能量进一步集中到加热腔中间，该结构的微波炉加热食品时形成的热形图不会受食品大小形状及波源的变化而变化，能够有效防止微波在食物作用下过度聚焦，导致区域微波能量过大，对食物造成破坏。
附图说明
图1为本发明圆柱体加热腔微波炉主视图；
图2为本发明圆柱体加热腔微波炉俯视图；
图3为Panasonic NN-SD681S型号的微波炉静止加热食物的温度分布图；
图4为Panasonic NN-SD681S型号的微波炉旋转加热食物的温度分布图；
图5为Panasonic NN-SD681S型号的微波炉静止加热食物的温度分布模拟图；
图6为Panasonic NN-SD681S型号的微波炉旋转加热食物的温度分布模拟图；
图7为本发明圆柱体加热腔微波炉加热食物的温度分布图；
图8为实施例2中圆柱体加热腔微波炉加热食物的温度分布模拟图；
图9为实施例3中圆柱体加热腔微波炉加热食物的温度分布模拟图；
图10为实施例4中长方形加热腔微波炉俯视图；
图11为实施例4中长方形加热腔微波炉正视图；
图12为实施例4中长方形加热腔微波炉加热食物的温度分布模拟图；
图13为实施例3中长方形加热腔门的结构示意图；
其中：1-磁控管，2-圆柱形波导管，3-圆柱体加热腔，4-加热托盘，5-长方体形波导管，6-长方体形加热腔，7-滑槽，8-圆柱体加热腔侧壁，9-弧形滑动门。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。
实施例1
购买市场中在售的微波炉Panasonic NN-SD681S，将尺寸为180mm*140mm*25mm的长方体形结冷胶作为模拟食物，置于所购买的微波炉中，采用固定加热方法，在1000W下加热60秒。将加热完成的结冷胶迅速取出后，采用热成像仪分别检测结冷胶上下两底面的温度分布图(如附图3中的a、c两张图所示)，然后将结冷胶从中部水平切开，采用热成像仪器、检测中部的温度分布图(如附图3中的b图所示)。
然后在与上述实验同样的实验条件下，采用转动加热的方式，对结冷胶进行转动加热，并得到上下底面大的温度分布图(如附图4中的a、c两张图所示)和中间的温度分布图(如附图4中的b图所示)。
对这种型号的微波炉(加热腔为长方体，长为351mm，宽为344mm，高为250mm，波导管为长方体，长方体形波导管的高度为80mm，上下底面为边长30mm的正方形)采用QuickWave(2016版)进行非转动式微波加热能量分布情况进行模拟，加热食物上表面、中间层和下表面模拟结果如图5所示；进行转动式微波加热能量分布情况模拟，加热食物上表面、中间层和下表面模拟结构如附图6所示。
根据图3～6所示，周围白色区域为温度较高的区域，中部黑灰色区域为低温区域。可以看出，市场出售的微波炉加热的微波能量主要集中在食物的边缘，不利于食物中部的均匀、充分加热。即使将食物进行转动，亦不能对食物内部进行均匀加热。
实施例2
所模拟的微波炉形状如图1和图2所示，加热腔为圆柱体，圆柱体加热腔3底部直径为260mm，圆柱体加热腔高度为100mm。波导管为圆柱形波导管2，设置于圆柱体加热腔上底面的中心，底部直径为80mm，高度为50mm。磁控管1产生的微波频率为2450MHz，波形为正弦图，磁控管产生的微波功率为800W。
采用计算机模拟该尺寸形状的微波炉加热结果，在2400MHz微波频率下所得到的模拟结果如附图7。附图7中的a、c两张图为模拟加热的食物上下表面的温度分布图，附图7中的b图为计算机模拟加热食物的中部温度分布图。
采用计算机模拟该尺寸形状的微波炉其它频率微波加热结果如附图8。根据图7、8所示，中部白色区域为温度较高的区域，中心颜色最白的区域为温度最高的区域，周围灰色区域为低温区域。可以看出，本实施例中的微波炉加热的微波能量主要集中在食物的中部，有利于食物中部的均匀、充分加热。
实施例3
所模拟的微波炉形状如图1和图2所示，加热腔为圆柱体，圆柱体加热腔3底部直径为200mm，圆柱体加热腔高度为100mm。波导管为圆柱形，设置于圆柱体加热腔的上底面，圆柱形波导管的底部直径为80mm，高度为50mm。磁控管产生的微波频率为2450MHz，波形为正弦图，磁控管产生的微波功率为800W。
采用计算机模拟该尺寸形状的微波炉加热结果如附图9。图9中，中部白色区域为温度较高的区域，中心颜色最白的区域为温度最高的区域，周围灰色区域为低温区域。可以看出，本实施例中的微波炉加热的微波能量主要集中在食物的中部，有利于食物中部的均匀、充分加热。
为了进一步提升微波炉的使用方便性，本发明中提供一种针对圆柱体加热腔的门，用于向加热腔中取放食物。在圆柱体加热腔侧壁8设置弧形滑动门用于取放食物，所述弧形滑动门弯曲弧度与圆柱体加热腔弯曲弧度一致，弧形滑动门上下两侧设置滑槽7，滑动门可以在沿滑槽滑动，实现弧形滑动门的开闭。当弧形滑动门关闭时，弧形滑动门组成圆柱体加热腔侧壁的一部分；当弧形滑动门滑开时，弧形滑动门9通过滑槽滑动至圆柱体加热腔侧壁上，与圆柱体加热腔侧壁弯曲弧度一致，弧形滑动门紧紧贴覆在圆柱体加热腔侧壁上，不额外占用空间。
实施例4
所模拟的微波炉形状如图10和图11所示，加热腔为长方体形加热腔6，长为200mm、宽为200mm、高为80mm。波导管为长方体形波导管5，波导管为长方体，长方体形波导管的高度为80mm，上下底面为长80mm、宽30mm的长方形。长方体形波导管设置于长方体形加热腔的上底面。磁控管产生的微波频率为2450MHz，波形为正弦图，磁控管产生的微波功率为800W。
采用计算机模拟该尺寸形状的微波炉加热结果如附图12。图12中，中部白色区域为温度较高的区域，中心颜色最白的区域为温度最高的区域，周围灰色区域为低温区域。可以看出，本实施例中的微波炉加热的微波能量主要集中在食物的中部，有利于食物中部的均匀、充分加热。
根据实施例1、2、3、4可以得出，本发明所给出的微波炉加热装置能够有效将加热能量集中在食物的中部，有效减少食物边缘过热的现象。使得食物加热均匀，口感更好。并且通过计算机模拟与食品加热实验表明，这种近场单模结构的微波炉能够有效避免微波分布受到食物的影响，使得食物加热更均匀，有效防止食物局部过热导致食物破坏，甚至是导致食物爆炸、着火，进一步提升了微波炉使用安全。

Claims (10)

1.一种能量分布均匀的微波加热装置，其特征在于：包括加热腔，在加热腔的任一壁上开有微波输入口，微波输入口与波导管一端连接，波导管另一端设置磁控管(1)，所述磁控管(1)产生正弦波形的微波，所述加热腔中心距微波输入口的距离小于微波波长的1.2倍，实现近场加热，所述加热腔至少有一对相平行的面，两个相平行的面之间距离为0.2～1.2倍的微波波长，实现单模加热。
2.如权利要求1所述的能量分布均匀的微波加热装置，其特征在于：所述加热腔为圆柱体或长方体形，所述单个或者多个微波输入口设置于加热腔的上下两个相平行的面上。
3.如权利要求1所述的能量分布均匀的微波加热装置，其特征在于：所述加热腔中心距微波输入口的距离小于或等于微波波长。
4.如权利要求1至3任一项所述的能量分布均匀的微波加热装置，其特征在于：所述微波波长为120～125mm，该波长的微波对应的频率为2400～2500MHz。
5.如权利要求4所述的能量分布均匀的微波加热装置，其特征在于：加热腔为圆柱体，圆柱体加热腔(3)底面的直径为80～300mm，圆柱体加热腔(3)的高度为20～140mm。
6.如权利要求5所述的能量分布均匀的微波加热装置，其特征在于：圆柱体加热腔(3)底面的直径为160～240mm，圆柱体加热腔(3)的高度为60～110mm。
7.如权利要求4所述的能量分布均匀的微波加热装置，其特征在于：加热腔为长方体，长方体加热腔高度为20～140mm，长方体加热腔的宽为80～300mm，长方体形加热腔的长为80～300mm。
8.如权利要求7所述的能量分布均匀的微波加热装置，其特征在于：所述加热腔为长方体，长方体加热腔高度为60～110mm，长方体形加热腔的宽为160～240mm，长方体形加热腔的长为160～240mm。
9.如权利要求1所述的能量分布均匀的微波加热装置，其特征在于：所述微波的功率为100～1500W。
10.如权利要求5或6所述的能量分布均匀的微波加热装置，其特征在于：所述圆柱体加热腔侧壁(8)设置弧形滑动门(9)，弧形滑动门(9)弯曲弧度与圆柱体加热腔侧壁(8)的弯曲弧度一致，圆柱体加热腔侧壁(8)上下两端设置滑槽(7)，弧形滑动门(9)设置在滑槽(7)之间，紧贴圆柱体加热腔侧壁(8)滑动。
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