RU2000677C1 - Микроволнова печь - Google Patents

Abstract

Использование: в технике СВЧ дл  нагрева пищевых продуктов. Сущность изобретени : микроволнова  печь СВЧ-резонатора в форме пр моугольного параллелепипеда, на одной из торцевых стенок которого размещен элемент св зи, соединенный с источником энергии СВЧ, причем на одной из торцевых стенок выполнена дверца, а внутренние поверхности боковых стенок выполнены в виде Изобретение относитс  к технике СБЧ нагрева и может использоватьс  дл  нагрева пищевых продуктов. Известна конструкци  СВЧ-печи, представл юща  собой пр моугольный 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 плоскост м торцевых стенок. Параметры гребневой структуры выбраны из определенных соотношений, позвол ющих получить равномерное распределение пол  внутри СВЧ-резонатора. Источник СВЧ- энергии выполнен в виде транзисторного генератора. Элементы св зи и их конструкци  выбраны из услови  возбуждени  в резонаторе электромагнитного пол , имеющего только продольную составл ющую напр женности электрического пол . Элементы св зи 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 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 конструкци  СВЧ-уста- новки дл  нагрева прот женных изделий, выполненна  в виде отрезка пр моугольного волновода с открытыми концами, в широких стенках которого закреплены провод щие пластины высотой А/4. В данной конструкции резонатор также многомодовый и не обеспечивает равномерное поле Наиболее близким техническим решением к за вленному устройству  вл етс  микроволнова  печь, содержаща  камеру нагрева, представл ющую собой многомодовый СВЧ-резонатор в форме пр моуголь7Э с N3 О О О О 4 4 О

Description

ного параллелепипеда, на одной из торцевых стенок которого расположены элементы возбуждени  СВЧ-энергии, а на другой - дверца; в камере размещена подставка дл  нагреваемого продукта.

Равномерность распределени  СВЧ- пол  в такой печи достигаетс  возбуждением резонатора от двух или более генераторов, т.е. увеличением числа возбуждаемых видов колебаний. Однако необходимость использовани  в такой конструкции генераторов с различными частотами усложн ет задачу согласовани  камеры с источниками возбуждени , кроме того, наличие нескольких видов колебаний приводит к уменьшению КПД.

Кроме того, используемые обычно в таких печах б качестве источника СВЧ-энергии магнетроны из-за высокого напр жени  анодного питани  требуют разработки специального источника вторичного электропи- тани  и соответствующих мер по обеспечению злектробезопасности, имеют сравнительно низкий ( 1000-1500 ч) срок службы и низкую надежность; специфика работы магнетронных генераторов создает трудности в организации процесса управлени  генерируемой мощностью.

Цель изобретени  - повышение равномерности нагрева при увеличении КПД.

С этой целью в за вл емой микроволновой печи, содержащей камеру нагрева в виде СВЧ-резонатора в форме пр моугольного параллелепипеда, на одной из стенок которого раэгещен элемент св зи с источником СВЧ-энергии, который выполнен в виде транзисторного генератора, а на торцевой стенке размещена дверца, боко- выестенки пр моугольного параллелепипеда выполнены в виде гребневой структуры, направление гребней которой параллельно плоскост м торцевых стенок, при этом параметры периодической гребневой структуры выбраны из условий dy

Ч arctg Fnr-jc : d ТЈ arctgirn

Ку- VK2.Ј(ЈE)2;Kx УК2. :

К - 2 л/А , где а и b - размеры торцевых стенок, причем а Ь:

Элемент св зи может быть выполнен в виде штыр  или петлевого излучател , установленного в торцевой стенке, расположенной напротив торцевой стенки с дверцей.

Элемент св зи может быть также выполнен в виде двух пар штырей или петлевых излучателей , или щелей, размещенных попарно симметрично относительно центра торцевой стенки. Элемент св зи также может

быть выполнен в виде одной или нескольких щелей, размещенных либо на одной, либо на двух противоположных боковых стенках камеры. Штыревые излучатели запитывают- с  либо от одного генератора, либо каждый

от отдельного генератора. Дл  противофазной запитки двух пар попарно симметричных петлевых излучателей или щелей используютс  180-градусные фазовращатели .

На фиг.1 приведена конструктивна  схема микроволновой печи; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 и 5 - эпюры, по сн ющие работу устройства; на фиг.б-8 - конструкции элементов св зи; на фиг.9 и 10 - схемы запитки элемента св зи; на фиг.11 и 12 - варианты выполнени  элемента св зи; на фиг.13 - разрез В-В на фиг.11.

Микроволнова  печь содержит камеру

нагрева 1 в виде пр моугольного параллелепипеда , на торцевой стене 2 которого размещен элемент св зи 3 с источником 4 СВЧ-энергии (см. фиг.1). На другой торцевой стенке выполнена дверца (не показана).

Внутренние поверхности боковых стенок 5 и 6 выполнены в виде периодической гребневой структуры, гребни 7 которой ориентированы параллельно торцевым стенкам. Параметры периодической гребневой

структуры выбраны из соотношений

j «..

к

l-t

dy - высота гребней боковых стенок, прилегающих к сторонам торцевых стенок с размером а;

dx - высота гребней боковых стенок. прилегающих к сторонам торцевых стенок с размером Ь.

причем L Я ; I L ; где

Я - длина волны;

а и Ь - размеры торцевых стенок, причем а Ь;

dy - высота гребней боковых стенок, прилегающих к сторонам торцевых стенок с размером а;

dx - высота гребней боковых стенок, прилегающих к сторонам торцевых стенок с размером Ь;

е - относительна  диэлектрическа  проницаемость материала, заполн ющего промежутки между гребн ми;

t - толщина гребн ;

L - период гребневой структуры.

Промежутки между гребн ми 7 (см. фиг.2 и 3) заполнены диэлектриком 8 с ма- лыми потер ми, например фторопластом, что позвол ет получить внутреннюю поверхность камеры более гладкой дл  более легкого удалени  с ее стенок загр зн ющих продуктов, а также позвол ет уменьшить, где это необходимо, размеры камеры нагрева 1.

Источник СВЧ-энергии выполнен в виде одного или нескольких транзисторных генераторов.

Микроволнова  печь работает следующим образом.

При возбуждении камеры нагрева 1, представл ющей собой одномодовый резонатор , от источника 4 СВЧ-энергии полем, вектор Е которого ориентирован параллельно боковым стенкам 5 и 6 и перпендикул рно плоскост м гребней 7, в ней возникают колебани  низших типов гибридных волн ЕН, со структурой пол , близкой к структуре пол  колебаний типа Епо в обычном пр моугольном резонаторе (см. фиг.4).

Распределение амплитуды электрического пол  с колебани ми Епо вдоль осей X

и Y (см. фиг.4) подчин ютс  закону sin- x и

э

sin тг у. Этому типу колебаний соответствует

г ,.

резонансна  частота fp - ( 1 2 / J 2 t

о а v b

где С 3x10 м/с.

Амплитуда возбуждени  данного типа колебаний пропорциональна величине А

-ко, где f - частота задающего генера-

г - fp

тора.

Амплитудное распределение напр женности электрического пол  в поперечном сечении резонатора со стенками в виде периодической гребневой структуры зави- сит от высоты гребней 7 и может иметь различные зависимости (см. фиг.5).

Выбор в за вл емой микроволновой печи параметров периодической гребневой структуры из приведенных соотношений дл  dy и dx обеспечивает равномерное распределение пол  во всем объеме камеры нагрева 1. При этом при выполнении указанных условий резонансна  частота данного Ti-,na колебаний совпадает с частотой генератора и амплитуда ее возбуждени  обусловлена только качеством согласовани  элемента св зи 3 с источником 4 СВЧ- энергии.

Проведенные расчеты структуры пол  внутри резонатора показывают, что это поле не зависит от координаты X, т.е. поле однородно и имеет низший тип колебаний с продольной составл ющей напр женности электрического пол , резонансна  частота которого совпадает с частотой задающего генератора.

Конструкции элемента св зи 3 выбраны из услови  возбуждени  в рабочей камере 1 С импедансными боковыми стенками электромагнитного пол , имеющего только продольную составл ющую напр женности электрического пол  Е7.

Простейшим типом такого элемента  вл етс  штыревой излучатель, расположенный на торцевой стенке камеры 1 и возбуждаемый от источника 4 посредством коаксиального кабел  (см. фиг.1). Может быть использовано несколько штыревых излучателей , установленных на торцевой стенке , которые возбуждаютс  несколькими несинхронизированными генераторами, при этом каждый штыревой излучатель соединен со своим генератором (см. фиг.6).

Возбуждение пол  требуемой структуры может осуществл тьс  петлевым излучателем , расположенным на торцевой стенке и ориентированным в плоскости YOZ (см. фиг.7) или в плоскости XOY. При этом кроме пол  требуемой структуры, возможно возбуждение пол  резонаторной гармоники типа EIOI или Eon. Дл  подавлени  указанных гармоник используетс  пара одинаково ориентированных петлевых излучателей, расположенных на равном рассто нии от центра торцевой стенки и возбуждаемых в противофазе (см. фиг. 10) с помощью фазовращател  9

Аналогичный результат достигаетс  при использовании пары щелевых излучателей, расположенных на торцевой стенке, ориентированных вдоль оси X или Y (см. фиг.8) и возбуждаемых в противофазе (см. фиг.10). При этом кажда  пара щелевых излучателей св зана со своим генератором.

Поле требуемой структуры можно возбудить в рабочей камере 1 посредством элемента св зи (см. фиг.11). Он представл ет собой низкопрофильный волновод 9, расположенный параллельно одной из боковых стенок камеры 1 и возбуждаемый генератором . Этот волновод имеет окно св зи с одной из канавок импедансной структуры рабочей камеры 1, через которое и происходит возбуждение. При этом возможно возникновение резонаторных гармоник типа Еюо или Еою. Дл  их подавлени  используетс  элемент св зи в виде двух волноводов 10, возбуждаемых синфазно и установленных на противоположных боковых стенках, например, 5 и 6 камеры 1 (см. фиг.12),

Таким образом, предложенна  конструкци  микроволновой печи обеспечивает высокое качество нагрева за счет равномер ного распределени  пол  в камере, высокий КПД за счет обеспечени  одномодового режима возбуждаемых колебаний. Кроме того, така  конструкци  печи позвол ет примен ть низковольтные, недорогие и безопасные источники питани  (24 В) при использовании в качестве источника СВЧ- энергии транзисторного генератора, т.е. более надежную и электробезопасную конструкцию с высоким качеством нагрева и высоким сроком службы. Использование низковольтного источника электропитани  позвол ет питать микроволновую печь непосредственно от бортового источника питани  (аккумул тора) транспортного средства при установке ее на автомобиле, комбайне, локомотиве, на судах и т.д.

Поскольку рабоча  камера имеет пониженную рабочую частоту, происходит более равномерный по глубине прогрев продукта и более высокое качество приготовлени . Кроме того, при такой рабочей частоте камера имеет меньшие размеры благодар  предложенной модификации ее конструкции.

-

Фиг

Claims (1)

1. Формула изобретени  Микроволнова  печь, содержаща  камеру нагреса в виде СВЧ-резонатора в форме пр моугольного параллелепипеда, на одной из стенок которого размещен элемент св зи, соединенный с источником СВЧ-энергии, при этом в одной из торцевых стенок пр моугольного параллелепипеда выполнена дверца, отличающа с  тем, 10 что внутренние поверхности боковых стенок пр моугольного параллелепипеда выполнены в виде периодической гребневой структуры, направление гребней которой параллельно плоскост м торцевых стенок, а 15 параметры периодической гребневой структуры выбраны из соотношений

   dy arctg jL d Ъ arctg ГЛГПс

   20

   а и b - размеры торцевых стенок, при- чем а Ь;

   dg - высота гребней боковых стенок,. прилегающих к сторонам торцевых стенок с размером а.

   4

   2000677 /7-//

   Б-Б

   Ul

   Фиъ.Ъ

   Фи. 2

   гтъ

   Фиг. 4

   К

   .i

   А

   V

   ft

   Риг. в

   «r

   Фиг. 5

   Л Я

   Я Я

   Фиг. 6

   /

   6

   $/

   Фиг. 7

   I I

   I 1

   rfl

   7

   Фиг 9

   Фиг. (4

   Фи-г. 0

   (Ри2. /3