PL233736B1 - Komora grzewcza z hybrydowym systemem podgrzewania - Google Patents

Description

Dziedzina techniki

Przedmiotem wynalazku jest komora grzewcza z hybrydowym systemem podgrzewania, zwłaszcza do automatycznych systemów przygotowywania i przetwarzania żywności. System podgrzewania stanowi kombinację różnych sposobów wymiany ciepła, przy czym bazowym źródłem podgrzewania jest promieniowanie mikrofalowe wspomagane promieniowaniem podczerwonym.

Stan techniki

Z amerykańskiego zgłoszenia patentowego nr US4803324 znane jest rozwiązanie przedstawiające mikrofalowy podgrzewacz żywności wspierany przez promiennik dalekiej podczerwieni, co zapewniać ma równomierne nagrzewanie żywności w stosunkowo krótkim czasie. Promiennik podczerwieni zbudowany z ferrytowej płytki grzejnej pokrytej ceramiczną warstwą pochłania promieniowanie mikrofalowe i daleką podczerwień. Promienniki mogą mieć kształt dopasowany na potrzeby ogniskowania wiązki ciepła na ogrzewany produkt. Ścianki komory grzewczej umożliwiają odbicie promieni mikrofalowych, tak by mogły one po odbiciu trafiać w podgrzewaną porcję. Komora grzewcza posiada także pewne elementy, które czynią z niej układ bardziej skomplikowany, a przez to bardziej podatny na usterki czy uszkodzenia. W komorze grzewczej posiłek umieszczany jest na obrotowej podstawie, co stanowi klasyczne rozwiązanie znane z kuchenek mikrofalowych. Podobnie w znanym rozwiązaniu promiennik ciepła może być podnoszony lub opuszczany względem porcji posiłku, co ma wpływać na czas ogrzewania. Także proponowany wariant grzania konwekcyjnego, z udziałem ogrzewaczy i wentylatora stanowi element, którego efektywność ma pewne ograniczenia. Dodatkową wadą jest możliwość uszkodzenia układu w efekcie dużego obciążenia eksploatacyjnego.

Z innego amerykańskiego dokumentu US4592485 znany jest automat wydający zimne i ciepłe posiłki. Komorę grzewczą stanowi klasyczna kuchenka mikrofalowa z przesuwnym, segmentowanym dnem, które stanowi jednocześnie granicę z komorą magazynową jak i narzędziem pobierającym podsuwane z dołu kolejne porcje posiłków. Część magazynowa, w której panują niskie temperatury ułatwiające przechowywanie produktów, oddzielona jest od komory grzewczej dodatkową warstwą ekranującą, uniemożliwiającą penetrację promieniowania mikrofalowego do części magazynowej. Wnętrze komory grzewczej pokryte jest warstwą absorpcyjną, co chroni magnetron przed powrotem wiązki, ale również ogranicza możliwości szybszego nagrzewania potraw w związku z czym wydłuża czas oczekiwania na przygotowanie posiłku.

Z niemieckiego dokumentu nr DE3815466 znany jest automat do wydawania posiłków z funkcją ich wstępnego ogrzewania i przechowywania w wyższej temperaturze w gotowości do wydania. Problem szybkiego wydawania posiłków zrealizowano nie poprzez zwiększenie efektywności grzania, ale poprzez dodanie możliwości wcześniejszego zamówienia potrawy, która następnie po podgrzaniu przechowywana jest w magazynie ciepłym, w którym zachowuje temperaturę i umożliwia tym samym wydanie dużej ilości porcji w krótkim czasie. Powoduje to, że rozwiązania takie sprawdzi się w jedynie miejscach, gdzie użytkownicy mają możliwość takiego zamawiania posiłków (przedsiębiorstwa pracujące w systemie zmianowym z określonymi przerwami). Pewną nowość stanowi możliwość rozdzielenia układu na osobne automaty - magazyn zimny, część grzewcza, układ ciepły i możliwość wymiany całych komponentów, jednak podnosi to cenę całego układu i komplikuje budowę poprzez wymóg właściwego ustawienia i połączenia komponentów.

Inny przykład automatu do wydawania posiłków z możliwością ich podgrzewania przedstawia chiński opis zgłoszeniowy nr CN105118156A. Komora grzania zrealizowana jest poprzez zastosowanie klasycznego piekarnika lub też poprzez promieniowanie mikrofalowe. Jest to zatem najprostsze rozwiązanie o efektywności leżącej poniżej oczekiwań.

Francuski opis wynalazku nr FR2836267A1 przedstawia rozwiązanie, według którego grzanie zrealizowane jest poprzez zastosowanie promieniowania mikrofalowego wspieranego systemem konwekcyjnym. Wydajność tego typu rozwiązania nie jest wysoka i sprzyjać będzie długiemu oczekiwaniu na wydanie posiłku. Wydajność urządzenia została zwiększona poprzez multiplikacje magnetronów, jednak takie rozwiązanie podnosi cenę urządzenia i wymaga lepszego ekranowania w celu ochrony magazynu żywności i użytkowników.

Z polskiego opisu patentowego nr PL221008B1 znana jest komora z hybrydowym systemem grzania, w której jako źródła energii zastosowano magnetron generujący mikrofale oraz emiter promieniowania podczerwonego, przy czym korzystnym jest zastosowanie jako emitera promieniowania podczerwonego w szczególności żarówki kwarcowej, lub grzałki elektrycznej, przekazującej energię drgań

PL 233 736 B1 cieplnych materii. Dodatkowo komora wyposażona jest w emiter promieniowania z zakresu ultrafioletowego, w szczególności w żarówkę kwarcową przeznaczoną do sterylizacji grzanego produktu i sterylizacji międzyoperacyjnej komory. Ściany komory wykonano z materiału pochłaniającego i odbijającego promieniowanie elektromagnetyczne z zakresu częstotliwości ultrafioletu i mikrofal, ale będącego przynajmniej częściowo przepuszczalnego dla światła widzialnego.

Streszczenie wynalazku

Celem wynalazku jest opracowanie ulepszonej komory grzewczej, która przynajmniej częściowo pozwoli wyeliminować wady rozwiązań ze stanu techniki.

Cel ten został osiągnięty przez zapewnienie komory grzewczej z hybrydowym systemem podgrzewania ze specjalnie zaprojektowanym systemem łączenia ścian komory.

Zgodnie z wynalazkiem, komora grzewcza z hybrydowym systemem podgrzewania, zwłaszcza do automatycznych systemów przygotowywania i przetwarzania żywności, posiada:

korpus składający się ze ścian, które tworzą zamkniętą przestrzeń dla ogrzewanego produktu, przy czym przynajmniej jedna ze ścian jest ruchoma lub posiada otwór do umieszczenia produktu w środku oraz jego wyciągnięcie na zewnątrz;

źródło promieniowania mikrofalowego generującego mikrofale propagujące wewnątrz komory grzewczej, korzystnie emiter mikrofal w postaci co najmniej jednego magnetronu;

źródło promieniowania podczerwonego, korzystnie co najmniej jeden promiennik podczerwieni w postaci żarówki kwarcowej lub grzałki elektrycznej, przy czym ściany komory grzewczej połączone są ze sobą za pomocą połączenia wczepowego poprzez odpowiednio ukształtowane wypusty i wpusty umieszczone zasadniczo wzdłuż krawędzi łączonych ścian, przy czym w dnie wypustów, wzdłuż poprzecznych krawędzi, znajdują się wybrania w celu ścisłego przylegania łączonych elementów. Dla zapewnienia szczelności elektromagnetycznej istotny jest najdłuższy liniowy wymiar nieszczelności - inaczej niż w przypadku szczelności hydraulicznych czy pneumatycznych, gdzie liczy się suma powierzchni nieszczelności. Rozwiązanie polegające na załamaniu prostych odcinków krawędzi łączących a jednocześnie wykorzystaniu elementów łamiących prostoliniowość krawędzi, jako elementów pozycjonujących i kształtowo łączących ściany, minimalizuje ilość operacji łączących, znacznie upraszcza konstrukcję oraz montaż, jak również praktycznie gwarantuje szczelność połączenia ścian komory.

Wybranie ma półkolisty kształt o promieniu w zakresie od 0,1 mm do 0,7 mm, korzystnie 0,2 mm. Korzystnie, magnetron połączony jest z falowodem przytwierdzonym do ściany komory grzewczej w celu doprowadzenia promieniowania mikrofalowego do komory grzewczej. Na wejściu falowodu do komory grzewczej umieszczony jest rozpraszacz mikrofal do wielokierunkowego i równomiernego rozprowadzenia mikrofal wewnątrz komory grzewczej. Rozpraszacz mikrofal ma postać sześcioramiennego mieszacza mechanicznego.

Korzystnie, wewnątrz komory grzewczej umieszczony jest promiennik podczerwieni, który oddzielony jest od części komory grzewczej, w której propagują mikrofale za pomocą perforowanej przegrody, która tworzy przestrzeń propagacji promieniowania podczerwonego, przy czym perforowana przegroda zatrzymuje promieniowanie mikrofalowe i umożliwia skuteczne przenikanie promieniowania podczerwonego do przestrzeni propagacji mikrofal.

Perforacja przegrody ma strukturę plastra miodu o największym wymiarze oczka od 2 mm do 5 mm, a korzystnie wynoszącym 3,5 mm.

Korzystne skutki

Zastosowanie połączenia wczepowego do łączenia ścian eliminuje ryzyko wycieku mikrofal przez szczeliny łączeniowe, a co za tym idzie zapobiega uszkodzeniu układów sterujących, zwiększa wydajność grzewczą układu oraz chroni użytkownika przed niekorzystnym działaniem promieniowania.

Zastosowanie mieszacza mikrofal sprawia, że posiłek w komorze grzewczej ogrzewany jest przez pole o jednorodnym rozkładzie, co wyklucza potrzebę zastosowania dodatkowych środków wpływających na ogrzewanie, takich jak obracane tacki czy bardziej skomplikowane układy przemieszczania ogrzewanego posiłku.

Krótki opis figur

Wynalazek zostanie poniżej przedstawiony w korzystnym przykładzie wykonania, z odniesieniem do załączonych rysunków, na których:

Fig. 1 - przedstawia komorę grzewczą w widoku perspektywicznym.

Fig. 2 - przedstawia komorę grzewczą w przekroju poprzecznym.

Fig. 3 - przedstawia widok wnętrza komory z innej perspektywy.

PL 233 736 B1

Fig. 4 - przedstawia sposób łączenia elementów komory za pomocą wpustów i wypustów.

Fig. 5 - przedstawia strukturę perforowanej przegrody.

Fig. 6 - przedstawia strukturę i charakterystyczne wymiary budowy wpustów i wypustów łączących elementy komory grzewczej.

Szczegółowy opis korzystnego przykładu wykonania

W jednym z korzystnym przykładów realizacji wynalazku, komora grzewcza 3 ma postać prostopadłościennego korpusu składającego się z połączonych ze sobą ścian 4. Jedna ze ścian 4, umownie nazywana frontową, wyposażona jest w drzwi 16, które umożliwiają umieszczenie produktu spożywczego w celu jego podgrzania wewnątrz komory grzewczej 3 przez otwór 17 w ścianie 4.

Drzwi 16 i otwór 17 w ścianie 4, przez który przechodzi w kierunku odbiorcy podgrzany produkt, zaprojektowane zostały w taki sposób, aby uniemożliwić wyciek promieniowania poza komorę grzewczą 3. Przesuwane wertykalnie na rolkach 18 skrzydło drzwi 16 w ostatniej fazie sterowanego automatycznie ruchu zostaje dodatkowo dociśnięte do krawędzi otworu 17 w taki sposób, by otwór został zasłonięty z marginesem bezpieczeństwa wynoszącym od 1 mm do 10 mm, korzystnie pomiędzy 2-5 mm. Takie połączenie zapewnia dodatkowo szczelność termiczną w komorze grzewczej 3, a automatyczne sterowanie nie pozwala na uruchomienie magnetronów 1 przy otwartych drzwiach 16.

Ze względu na naturę promieniowania, nawet najmniejsza nieszczelność może prowadzić do wycieku promieniowania narażając tym samym użytkownika lub pozostałe elementy systemu na uszkodzenie. Z tego też powodu elementy komory grzewczej, tj. ściany tworzące korpus komory grzewczej 3, łączone są za pomocą połączenia wczepowego, co eliminuje ryzyko wycieku mikrofal przez szczeliny łączeniowe, a co za tym idzie uniemożliwia uszkodzenie układów sterujących oraz zwiększa wydajność grzewczą układu. Ściany 4 tworzące komorę grzewczą 3 posiadają grubość większą niż 0,2 mm, a mniejszą niż 10 mm, korzystnie w zakresie 1-2 mm ze względów praktycznych. Ściany 4 łączone są ze sobą na wypusty 6 oraz wpusty 7 (lub palce), które znajdują się wzdłuż krawędzi ścian 4. Szerokość wpustu 20 lub palca 7 oraz odstęp 19 między nimi wynosi 3 mm. Na dnie wpustu 6 znajdują się półkoliste wybrania 8 materiału o niewielkim promieniu 21 (w zakresie 0,1 do 0,7 mm - korzystnie 0,2). Wybrania 8 wykonane są wzdłuż poprzecznej krawędzi, która łączy bok wpustu 6 z dnem. Rolą tego wybrania 8 jest zapewnienie ścisłego przylegania do siebie łączonych elementów.

Komora grzewcza wyposażona jest w hybrydowy system podgrzewania, który realizowany jest przynajmniej na dwa sposoby, przy czym głównym źródłem grzania jest promieniowanie mikrofalowe. W prezentowanym przykładzie zastosowano dwa magnetrony 1 umieszczone poniżej komory grzewczej 3, które połączone są z falowodami 2 umieszczonymi w otworach w dolnej ścianie 4 komory grzewczej 3. Wymiary samej komory jak i całego systemu, do którego ona przynależy, uwzględniają wymiary fali emitowanej z magnetronu 1, stanowiącego źródło promieniowania mikrofalowego oraz falowodu 2, za pomocą którego promieniowanie mikrofalowe dostarczane jest do komory grzewczej 3. Ze względu na możliwość uszkodzenia magnetronu 1 jak i możliwość poparzenia użytkownika, zastosowano izolację, która uniemożliwia powrót promieniowania mikrofalowego do magnetronu 1 oraz wyciek promieniowania poza komorę grzewczą 3. Ze względu na fakt, że promieniowanie propagując w komorze 3 może doprowadzić do powstania prądów wirowych w elementach obudowy, niezbędne jest prawidłowe doprowadzenie promieniowania mikrofalowego do komory grzewczej 3, tak by nie powodowało ono nadmiernego nagrzewania się ścian komory 4 i falowodu 2 na skutek powstania wyżej wspomnianych prądów wirowych.

Częstotliwość pracy zastosowanych magnetronów 1 (na przykładzie dostępnego komercyjnie modelu LG 2M246) zawiera się w przedziale 0,9 GHz - 5,9 GHz, korzystnie 2450-2470 MHz, co skutkuje długością fali z przedziału 121,45 mm - 122,44 mm (a dla 0,9 GHz 333,33 mm i dla 5,9 GHz 50,85 mm). Fale mikrofalowe po wyemitowaniu z dwóch magnetronów 1, przytwierdzonych do odchodzących od komory falowodów 2, propagują wzdłuż nich aż do komory grzewczej 3, gdzie zaraz na wejściu 5 falowodu 2 do komory grzewczej 3 rozpraszane są wielokierunkowo przez 6-cioramienny mechaniczny mieszacz mikrofal 10, aby ostatecznie dotrzeć do górnej części komory grzewczej 3, w której następuje podgrzewanie produktu. Wstawienie rozpraszacza mikrofal 10 eliminuje potrzebę stosowania obrotowej podstawki pod grzany produkt, co znacznie upraszcza budowę komory, redukuje jej wymiary geometryczne, a tym samym obniża koszty produkcji. Falowody 2 o rozmiarach znormalizowanych zgodnie ze standardem WR340/WG9A/R26 (EIA Standard/RSCS Standard/IEC Standard) mają wymiary poprzeczne wynoszące 3,4 (86,36 mm) x 1,7 (43,18 mm). Umieszczenie magnetronu 1 w falowodzie 2 charakteryzuje się tym, że jego antena jest odsunięta o % długości fali względem dna falowodu 11, przy całkowitej długości falowodu 2 wynoszącej jedną długość fali zastosowanego promieniowania mikrofalowego.

PL 233 736 B1

Hybrydowy system podgrzewania produktu obejmuje również drugie źródło energii w postaci promiennika podczerwonego 9, który emituje promieniowanie podczerwone, wspomagając proces podgrzewania produktu realizowany za pomocą głównego źródła grzania z magnetronów 1. Ze względu na różne moce w typoszeregu produkowanych promienników podczerwieni 9, należy uwzględnić odpowiedni dobór ich mocy, tak aby czas ogrzewania produktu pozostawał zgodny z możliwościami emitera mikrofalowego 1. Ponad komorą grzewczą 3 znajduje się dodatkowa przestrzeń 12 w postaci komory lub przedziału, zawierająca dwa promienniki 9 emitujące promieniowanie podczerwone o mocy nie mniejszej niż 30W i nie większym niż 2kW, korzystnie 375W każdy, które w celu zabezpieczenia ich przed promieniowaniem mikrofalowym oddzielono od komory grzewczej 3 perforowaną przegrodą 13. Perforowana przegroda połączona jest ze ścianami 4 komory grzewczej za pomocą wyżej opisanego połączenia wczepowego 6, 7. Przegroda 13 ma strukturę typu plaster miodu z otworami 19 o największym wymiarze oczka od 2 do 5 mm - korzystnie 3,5 mm. Rozmiar ten jest tak dobrany, aby zapobiegać dalszej propagacji promieniowania mikrofalowego, chroniąc tym samym promienniki podczerwieni 9 oraz użytkowników urządzenia, a z drugiej strony umożliwiać przechodzenie przez otwory 19 promieniowania podczerwonego w kierunku ogrzewanego produktu spożywczego, a ich kształt maksymalizuje powierzchnie przechodzenia promieniowania podczerwonego. Korzystnie powierzchnia perforacji przegrody 13 obejmującej otwory 19 jest dobrana w taki sposób, by promieniowanie podczerwone było w stanie oddziaływać na całą powierzchnię zewnętrzną podgrzewanego produktu. Rozmiary komory grzewczej, pozostające w relacji do długości fali zastosowanego promieniowania mikrofalowego, wynoszą 1,5 x 1,25 x 0,75 (dług x szer x wys) długości fali emitowanej przez magnetron.

Ponad przestrzenią 12 propagacji promienników podczerwieni 9 znajduje się wymuszacz ruchu powietrza 14, który wymusza ruch powietrza w kierunku komory grzewczej 3. Jego rolą jest kierowanie parującej z produktu wody z powrotem do komory grzewczej 3, w efekcie czego podgrzewany posiłek zachowuje w sobie odpowiedni poziom wilgoci, co korzystnie wpływa na jego parametry organoleptyczne. Dodatkowo w przestrzeni 12 propagacji promieniowania podczerwonego, ściany 4 komory grzewczej 3 zaopatrzone są w otwory odprowadzające powietrze 15, umieszczone bocznie względem promienników poczerwieni 9, które pełnią rolę wspomagającą wymianę ciepła z otoczeniem i regulują poziom lub usuwają nadmiar pary wodnej w przestrzeni 12 promienników podczerwieni 9. Wydajność tych elementów określona w ilości przepompowywanego powietrza powinna mieścić się w zakresie 10-100 m³/godz., korzystnie 61,2 m³/godz.

Zastrzeżenia patentowe

Claims (7)

1. Komora grzewcza z hybrydowym systemem podgrzewania, zwłaszcza do automatycznych systemów przygotowywania i przetwarzania żywności, posiadająca korpus składający się ze ścian, które tworzą zamkniętą przestrzeń dla ogrzewanego produktu, przy czym przynajmniej jedna ze ścian jest ruchoma lub posiada otwór, umożliwiając w ten sposób umieszczenie produktu w środku oraz jego wyciągnięcie na zewnątrz;

źródło promieniowania mikrofalowego generującego mikrofale propagujące wewnątrz komory grzewczej, korzystnie emiter mikrofal w postaci co najmniej jednego magnetronu;

źródło promieniowania podczerwonego, korzystnie co najmniej jeden promiennik podczerwieni w postaci żarówki kwarcowej lub grzałki elektrycznej, znamienna tym, że ściany (4) komory grzewczej (3) łączone są ze sobą za pomocą połączenia wczepowego (6, 7) poprzez odpowiednio ukształtowane wypusty (6) i wpusty (7) umieszczone zasadniczo wzdłuż krawędzi łączonych ścian (4), przy czym w dnie wypustów (6), wzdłuż poprzecznych krawędzi, znajdują się wybrania (8) w celu ścisłego przylegania łączonych elementów.

2. Komora grzewcza według zastrz. 1, znamienna tym, że wybranie (8) ma półkolisty kształt o promieniu w zakresie od 0,1 mm do 0, 7 mm, korzystnie 0,2 mm.

3. Komora grzewcza według zastrz. 1, znamienna tym, że magnetron (1) połączony jest z falowodem (2) przytwierdzonym do ściany (4) komory grzewczej (3) w celu doprowadzenia promieniowania mikrofalowego do komory grzewczej (3).

PL 233 736 Β1

4. Komora grzewcza według zastrz. 3, znamienna tym, że na wejściu falowodu (2) do komory grzewczej (3) umieszczony jest rozpraszacz mikrofal (10) do wielokierunkowego i równomiernego rozprowadzenia mikrofal wewnątrz komory grzewczej (3).

5. Komora grzewcza według zastrz. 4, znamienna tym, że rozpraszacz mikrofal (10) ma postać sześcioramiennego mieszacza mechanicznego.

6. Komora grzewcza według zastrz. 1, znamienna tym, że wewnątrz komory grzewczej (3) umieszczony jest promiennik podczerwieni (9), który oddzielony jest od części komory grzewczej (3), w której propagują mikrofale za pomocą perforowanej przegrody (13), która tworzy przestrzeń (12) propagacji promieniowania podczerwonego, przy czym perforowana przegroda (13) zatrzymuje promieniowanie mikrofalowe i umożliwia skuteczne przenikanie promieniowania podczerwonego do przestrzeni propagacji mikrofal.

7. Komora grzewcza według zastrz. 6, znamienna tym, że perforacja przegrody (13) ma strukturę plastra miodu o największym wymiarze oczka od 2 mm do 5 mm, a korzystnie wynoszącym 3,5 mm.

Rysunki