свч-конфорка
Классы МПК: | H05B6/64 нагрев с использованием СВЧ F24C7/02 с использованием высокочастотного нагрева |
Патентообладатель(и): | Головенков Вячеслав Федорович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-04-23 публикация патента:
10.03.1998 |
Сущность изобретения: изобретение относится к СВЧ-нагревательным устройствам и по своему назначению аналогично обычной бытовой СВЧ-печи, но в отличие от последней имеет рабочую камеру (контейнер) с формой и размерами, характерными для домашней кухонной кастрюли. Между источником СВЧ-энергии и контейнером вводится цепочка связанных резонаторов с числом резонаторов n. При этом конечный резонатор цепочки, связанный с контейнером через отверстие в его дне, может быть выполнен цилиндрической формы с диаметром, обеспечивающим возбуждение в нем осесимметричных видов колебаний Eопо. Применение цепочки связанных резонаторов позволяет выполнить конечные резонаторы с различающимися характеристическими сопротивлениями и тем самым обеспечить с одной стороны максимальное нагружение магнетрона. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
1. СВЧ-конфорка для варения, жарения или оттаивания пищевых продуктов или нагревания других диэлектрических материалов, содержащая металлический контейнер с формой и размерами, характерными для домашней кухонной кастрюли, предназначенный для размещения в нем продуктов и материалов или же размещения в нем, как в кожухе, проницаемой для СВЧ-энергии посуды с этими продуктами и материалами, имеющий открывающую часть (крышку) сверху для закладки и извлечении продуктов и материалов или установки и извлечения посуды с ними и отверстие снизу (со стороны дна посуды), которое предназначено для ввода СВЧ-энергии внутрь контейнера и герметично перекрыто пластиной из проницаемого для СВЧ-энергии материала или посудой, устройство ввода СВЧ-энергии внутрь контейнера через отверстие снизу и источник СВЧ-энергии, причем перечисленные контейнер с крышкой, устройство ввода СВЧ-энергии и источник СВЧ-энергии, будучи соединенными вместе, не проницаемы для СВЧ-энергии, отличающаяся тем, что устройство ввода СВЧ-энергии выполнено в виде цепочки из n![свч-конфорка, патент № 2106768](/images/patents/365/2106049/8805.gif)
![свч-конфорка, патент № 2106768](/images/patents/365/2106768/2106768-2t.gif)
где
![свч-конфорка, патент № 2106768](/images/patents/365/2106226/957.gif)
![свч-конфорка, патент № 2106768](/images/patents/365/2106050/955.gif)
причем дополнительное отверстие связи для ввода СВЧ-энергии в контейнр выполнено на торце этого цилиндра.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к СВЧ-нагревательным устройствам для домашней кухни, но, как и обычная бытовая СВЧ-печь, предполагаемое устройство может быть использовано для нагревания различных диэлектрических материалов. Более конкретно изобретение относится к СВЧ-нагревательным устройствам, в которых рабочая камера, где осуществляется взаимодействие СВЧ-поля и нагревательного продукта, имеет объем обычной кухонной посуды. В этом случае нагреваемые продукты размещаются либо в самой камере, герметично отделенной от устройств ввода в нее СВЧ-энергии, либо в проницаемой для СВЧ-энергии посуде, для которой камера является охватывающим ее кожухом. Выделенный тип СВЧ-нагревательных устройств выгодно отличается от обычных бытовых СВЧ-печей прежде всего существенно меньшими габаритами. Действительно, энергетические возможности двухфазной кухонной электросети с обычными розетками позволяют реализовать преимущества СВЧ-нагрева при приготовлении блюд для одного-двух человек и, следовательно, максимальный объем рабочей камеры, используемый как контейнер для размещения в нем приготавливаемых продуктов или посуды с этими продуктами, будет составлять 2-3 л при диаметре 200-250 мм. Для обычной бытовой СВЧ-печи объем рабочей камеры по технической необходимости составляет 20-30 л, т.е. на порядок больше. Еще одно преимущество рассматриваемых СВЧ-нагревательных устройств состоит в следующем. Использование рабочей камеры в качестве контейнера для нагревательных продуктов предполагает как наиболее удобную установку его сверху вниз на устройство ввода СВЧ-энергии в рабочую камеру. В случае использования рабочей камеры как кожуха для проницаемой для СВЧ-энергии посуды последняя также должна устанавливаться в кожух сверху вниз. Таким образом, в обоих случаях наиболее естественным и легко реализуемым является подвод СВЧ-энергии снизу и нагрев продуктов со стороны их нижних слоев. Это обстоятельство позволяет при приготовлении объемных блюд с большим содержанием воды (каши, супы) получить их привычные вкусовые качества, т.к. благодаря нагреву снизу вверх будет происходить характерное для традиционной кулинарии перемешивание внутри объема приготавливаемого блюда при закипании его снизу. Для вторых блюд, которые обычно имеют толщину, приблизительно совпадающую с глубиной проникновения СВЧ-энергии, процесс приготовления при нагреве снизу не будет отличаться от приготовления в обычной СВЧ-печи, где разогрев осуществляется преимущественно сверху. Характерное для выделенного типа СВЧ-нагревательных устройств расположение контейнера с продуктами над источником энергии для их разогрева позволяет назвать такие устройства СВЧ-конфорками по аналогии с газовыми и электроконфорками. Известны конструкции СВЧ-печей, работающих по принципу СВЧ-конфорки, например [1] - [4] . Во всех случаях устройство ввода СВЧ-энергии внутрь рабочей камеры с продуктами или с посудой с этими продуктами выполнено в виде рупорного (конического) волновода. К узкой части рупора подсоединен волновод с источником СВЧ-энергии и эта часть имеет размеры, обеспечивающие распространение только одного низшего типа волны. Для общепринятой частоты источника СВЧ-энергии в бытовых СВЧ-печах (2,45 ГГц) прямоугольный волновод, подсоединенный к узкой части рупора, будет иметь размер широкой стенки в пределах 90-110 мм, а круглый волновод должен иметь диаметр 85-90 мм, т.е. увеличение апертуры рупора до оговоренного выше диаметра контейнера будет равно 2-3. При таких параметрах рупора большая часть отраженной от нагревательного продукта мощности будет переноситься на волне H0 и будет попадать на вход источника СВЧ-энергии. Для влагосодержащих продуктов отраженная часть мощности соответствует KcmU = 7-8, что делает невозможным использование в качестве источника СВЧ-энергии обычно применяемых в бытовых печах магнетронов с f = 2,45ГГц. Эти магнетроны становятся неработоспособными и выходят из строя, начиная с KcmU = 4-5. Проблема защиты источника СВЧ-энергии от отражений в [1], [2], [3] разрешается путем размещения нагреваемых продуктов в рабочей камере большого объема. За счет переотражений и поглощений мощности непосредственно в камере часть мощности, поступающая обратно на вход источника, резко снижается. Дополнительный эффект дает использование подсогласующих устройств [1]. В [4] рабочая камера имеет размер обычной кухонной посуды и согласование источника СВЧ-энергии с нагрузкой достигается за счет перехода к рабочей частоте Fраб > 20ГГц. Для этого диапазона отражения от влагосодержащих продуктов даже больше, чем на f = 2,45 ГГц (KстU > 9). Однако рупор будет иметь перепад площадей апертур на входе и выходе не менее, чем 20-25 раз (рупор начинается прямоугольным волноводом с широкой стенкой не более 10-13 мм, а на выходе стыкуется с дном рабочей камеры, имеющей оговоренный выше диаметр 200-250 мм). Благодаря этому отраженный поток мощности в значительной степени состоит из волн высших типов, которые не попадают на вход источника СВЧ-энергии, находящегося в одноволновом волноводе, а, переотражаясь от стенок рупора, поглощаются в материале, заполняющем рабочую камеру. Надежность нагревательного устройства [4] обеспечивается также использованием в качестве источника СВЧ-энергии лампы бегущей волны (ЛБВ), которая менее чувствительна к отражениям с точки зрения потери работоспособности и выхода из строя. Нагревательное устройство [4], названное авторами "СВЧ лоток для приготовления пищи", по своему функциональному назначению и конструкции является наиболее близким к предлагаемому изобретению и выбрано в качестве прототипа. СВЧ-лоток образован горизонтальной плитой с отверстием, на которую сверху установлен металлический контейнер с размещенными в нем продуктами. Контейнер имеет прозрачное для СВЧ-энергии дно, которое совмещено с отверстием в плите. Устройство ввода СВЧ-энергии внутрь контейнера выполнено в виде рупора, широкая (излучающая) часть которого также совмещена с отверстием в плите, но со стороны ее нижней плоскости. Узкая часть рупора возбуждается с помощью ЛБВ. Соединение контейнера, плиты и рупора выполнено непроницаемым для СВЧ-энергии и искажает ее излучение во внешнее пространство. Рассматриваемое нагревательное устройство [4] обладает следующими недостатками. Необходимость использования источника энергии с частотой выше 20 ГГц сводит на нет основное преимущество СВЧ-нагрева - выделение тепла в объеме приготавливаемого продукта и обусловленное этим сокращение времени приготовления. Глубина проникновения СВЧ-поля во влагосодержащий продукт на частоте 20 ГГц составляет единицы миллиметра и разогрев продуктов за счет СВЧ со стороны дна контейнера фактически эквивалентен их разогреву в обычной кухонной посуде, нагреваемой от электрической или газовой конфорки. Таким образом, одновременно со скоростью приготовления теряются и кулинарные особенности блюд, приготовленных за счет разогрева в объеме. Еще один недостаток устройства [4] - неравномерность распределения поля в плоскости раскрыва рупора, стыкующегося через отверстие в плите с прозрачным для СВЧ-энергии дном контейнера. Эта неравномерность задается прежде всего структурой поля падающей волны (H10 при прямоугольной форме раскрыва или H11 при круговой форме раскрыва). Многоволновой характер переотраженных волн улучшает равномерность распределения. Однако переотражение высших типов при размерах раскрыва рупора, существенно превышающих рабочую длину волны, может привести к их фокусировке и соответственно к локальному перерыву и даже к выгоранию продукта. По этой причине в одном из вариантов выполнения устройства [4] предусмотрено использование поглощающей СВЧ-энергию пластины, которая перекрывает выход рупора и, нагреваясь снизу за счет СВЧ-энергии, обеспечивает на верхней плоскости при достаточной толщине и теплопроводности равномерное распределение температуры. Нагрев продуктов в этом случае осуществляется на верхней плоскости и не имеет никаких особенностей по сравнению с обычной кухонной плитой. Целью изобретения является обеспечение эффективной работоспособности источника СВЧ-энергии (преимущественно магнетрона) с частотами, обычно используемыми для нагрева пищевых продуктов (в основном 2,45 ГГц), на рабочую камеру (контейнер) с продуктами, имеющую оговоренные выше размеры, т.е. размеры, а также форму и объем, характерные для домашней кухонной кастрюли. Еще одной целью изобретения является повышение равномерности нагрева продуктов, размещенных в контейнере. Цель достигается путем замены в прототипе согласованной передающей линии с рупором для введения энергии в контейнер устройством ввода энергии, выполненным в виде цепочки связанных между собой резонаторов, при этом первый резонатор цепочки возбуждается от источника СВЧ-энергии, а в контейнер энергия СВЧ поступает из связанного с ним последнего резонатора цепочки. Для повышения равномерности нагрева последний резонатор цепочки имеет форму цилиндра с диаметром, который обеспечивает возбуждение в нем осесимметричных колебаний вида Eono, при этом связь этих колебаний с контейнером осуществляется через торец цилиндра. Введение в известную конструкцию прототипа [4] цепочки связанных резонаторов между источником СВЧ-энергии и контейнером является основным конструктивным признаком, составляющим сущность изобретения. Дополнительный признак изобретения - цилиндрическая форма и определенный диаметр связанного с контейнером последнего резонатора цепочки. Осуществление предлагаемого изобретения дает следующие технические результаты. 1. Благодаря тому, что количество резонаторов между источником СВЧ-энергии и контейнером n![свч-конфорка, патент № 2106768](/images/patents/365/2106049/8805.gif)
![свч-конфорка, патент № 2106768](/images/patents/365/2106226/957.gif)
![свч-конфорка, патент № 2106768](/images/patents/365/2106006/183.gif)
![свч-конфорка, патент № 2106768](/images/patents/365/2106050/955.gif)
![свч-конфорка, патент № 2106768](/images/patents/365/2106050/960.gif)
![свч-конфорка, патент № 2106768](/images/patents/365/2106226/957.gif)
![свч-конфорка, патент № 2106768](/images/patents/365/2106226/957.gif)
![свч-конфорка, патент № 2106768](/images/patents/365/2106226/957.gif)
![свч-конфорка, патент № 2106768](/images/patents/365/2106226/957.gif)
![свч-конфорка, патент № 2106768](/images/patents/365/2106050/955.gif)
Класс H05B6/64 нагрев с использованием СВЧ
Класс F24C7/02 с использованием высокочастотного нагрева