МИКРОВОЛНОВАЯ ПЕЧЬ
MICROWAVE OVEN

Изобретение относится к бытовой электронагревательной технике, а более конкретно к приборам для разогрева и приготовления преимущественно продуктов питания с использованием источника энергии сверхвысоких частот (СВЧ), и может быть использовано в производстве микроволновых печей.
Из уровня техники известна микроволновая печь, содержащая экранирующий корпус, состоящий из крышки и основания, образующих варочную камеру, магнетрон с излучающим волноводом, выполненным в виде двух поверхностей тел вращения с образующими в форме экспонент, обращенных выпуклостями друг к другу, при этом центр излучающего волновода совпадает с центром варочной камеры, см. заявку на изобретение RU, кл. Н05В 6/64, №94029963, опубликована 20.06.1996. Конструкция характеризуется улучшенными массогабаритными характеристиками. Недостатками известного устройства являются специфическая форма рабочей камеры печи, ограничивающая возможности ее использования.
Известна микроволновая печь, содержащая магнетрон для генерации энергии электромагнитной волны, волновод для управления и направления энергии электромагнитной волны в полый корпус, образующий камеру для приготовления пищи, и антенну для излучения энергии электромагнитной волны, генерируемой магнетроном в волновод, который имеет окна для рассеяния энергии электромагнитной волны в камеру для приготовления пищи, при этом окна выполнены с возможностью генерации круговой поляризации с требуемыми характеристиками, см. пат. RU, кл. Н05В 6/64, №2215380, опубликован 27.10.2003. Указанный известный объект принят в качестве прототипа как наиболее близкий по назначению, технической сущности и достигаемому результату аналог. Устройство согласно прототипу повышает равномерность нагрева в камере для приготовления пищи за счет создания волноводом вращающейся волны.
Недостатком прототипа является обязательное присутствие в конструкции печи волновода, который в силу своей протяженности обладает волновым сопротивлением и возвратным отражающим эффектом магнетрона, что снижает мощность микроволновой энергии, направленной в камеру для нагрева материалов и продуктов. Кроме того, наличие волновода увеличивает габариты корпуса микроволновой печи. Указанные недостатки прототипа существенно снижают его экономические показатели и ограничивают эффективность его применения.
Изобретение направлено на достижение технического результата, который выражается в упрощении конструкции микроволновой печи за счет оптимизации параметров электромагнитного поля сверхвысокой частоты, генерируемого магнетроном, и отказа от использования громоздких волноводов. Кроме того, улучшается защита магнетрона и панели управления микроволновой печи от обратного излучения. В конечном итоге указанный технический результат позволяет повысить КПД микроволновой печи, уменьшить ее габариты и улучшить экономические и потребительские свойства. В микроволновой печи максимально сохранены все положительные свойства прототипа, наиболее важными из которых являются повышение равномерности нагрева в камере.
Положительный результат достигается тем, что микроволновая печь, включающая магнетрон с ярмом для генерации энергии электромагнитной волны, волновод для направления энергии электромагнитной волны в полый корпус, образующий камеру для приготовления пищи, и антенну для излучения энергии электромагнитной волны, генерируемой магнетроном в волновод, отличается от прототипа тем, что она снабжена уплотнительной кольцевой прокладкой с дисперсионным кольцом. Уплотнительная кольцевая прокладка выполнена сетчатой и смонтирована между ярмом и антенной. Дисперсионное кольцо представляет собой шайбу с, по меньшей мере, одним дисперсионным элементом, выполненным в виде полосы, расположенной радиально по отношению к шайбе, при этом дисперсионное кольцо смонтировано на уплотнительной кольцевой прокладке таким образом, что шайба расположена соосно между уплотнительной кольцевой прокладкой и магнетроном, а каждый дисперсионный элемент загнут с возможностью охвата уплотнительной кольцевой прокладки со стороны камеры.
Оптимальным с точки зрения достижения указанного технического результата является выполнение кольцевой прокладки из металлической, преимущественно медной, проволочной сетки, с возможностью упругого деформирования, при этом ее внутренний диаметр соответствует диаметру антенны, а наружный - превышает диаметр соответствующего отверстия ярма. Предпочтительно выполнение дисперсионных элементов расположенными попарно и диаметрально по отношению друг к другу и выбранными из следующего ряда материалов: золото, серебро, медь, железо, алюминий, олово, цинк, или их сочетания, или их сочетания с другими металлами. Во всех исполнениях дисперсионного кольца длину участков его дисперсионных элементов, расположенных со стороны камеры, целесообразно принимать в диапазоне 3-8 мм.
Исследования показывают, что основной проблемой, возникающей в камере микроволновых печей, является неравномерность нагревания продукта и несогласованность нагрузки магнетрона. Для обеспечения равномерного проникновения энергии поля сверхвысокой частоты в продукт необходимо волны, идущие по разным направлениям, разделить во времени и направлению. Эту функцию в микроволновой печи выполняют разнообразные технические средства, диссекторы, волноводы, вращающийся столик и т.п. В современных микроволновых печах, не оснащенных специальными волноводами, структура поля сверхвысокой частоты практически правильной сферичной формы. Происходит это благодаря симметричной форме уплотнительной кольцевой прокладки верхней части корпуса магнетрона. В результате силовые линии электромагнитного поля расположены равномерно вокруг антенны между антенной и корпусом.
В основу изобретения положено оригинальное техническое решение, заключающееся в изменении структуры и формы поля сверхвысокой частоты, создаваемого магнетроном путем конструктивного усовершенствования последнего посредством специального дисперсионного кольца, расположенного между антенной и ярмом магнетрона.
Поле сверхвысокой частоты, создаваемое магнетроном, благодаря наличию в конструкции микроволновой печи дисперсионного кольца деформируется по форме и напряжению. Поле сверхвысокой частоты изменяется от правильной сферичной формы на выпуклую, в зоне расположения токопроводящих дисперсионных элементов. Проникая в рабочую камеру для приготовления пищи, поле сверхвысокой частоты приобретает чередующуюся структуру, параметры которой зависят от длины волны, эффекта отражения от стенок рабочей камеры, а также от степени поглощения энергии приготавливаемым (разогреваемым) продуктом. Таким образом, рассматриваемая структура поля сверхвысокой частоты в объеме рабочей камеры в фиксированный момент времени характеризуется благодаря применению дисперсионного кольца и эффективному распределению мощности СВЧ наличием участков с повышенной дивергенцией напряженности. Приготовление или разогрев продуктов в таком поле происходит быстрее, чем в поле с плавными спадами плотности энергии СВЧ в микроволновых печах без дисперсионного кольца.
Конструкция магнетрона, оснащенного дисперсионным кольцом, обладает высокой надежностью и долговечностью, может быть рекомендована к бессрочному безопасному применению в любых климатических зонах без ограничения по температуре и влажности.
Таким образом, все отличительные от прототипа признаки микроволновой печи направлены на получение технического результата, а именно оптимизацию параметров электромагнитного поля сверхвысокой частоты, повышение КПД микроволновой печи и упрощение конструкции волновода.
Микроволновая печь, характеризующаяся описанной совокупностью существенных признаков, является новой, промышленно применимой и обладает изобретательским уровнем.
Техническое решение иллюстрировано чертежами.
На фиг.1 изображен общий вид микроволновой печи с разрезом; фиг.2 - узел I на фиг.1 с увеличением; фиг.3 - схема установки дисперсионного кольца в магнетрон.
Микроволновая печь состоит из корпуса 1, образующего камеру 2 для приготовления пищи. В боковой стенке камеры 2 посредством короткого волновода 3 смонтирован магнетрон 4, генерирующий энергию электромагнитной волны. Выходное окно волновода 3 перекрыто СВЧ прозрачной перегородкой 5. Магнетрон 4 содержит ярмо 6 и антенну 7 для излучения энергии электромагнитной волны. Между ярмом 6 и антенной 7 смонтирована уплотнительная кольцевая прокладка 8 с дисперсионным кольцом 9. Уплотнительная кольцевая прокладка 8 выполнена преимущественно из проволочной металлической медной сетки. Дисперсионное кольцо 9 представляет собой шайбу с дисперсионными элементами 10. Принципиально дисперсионное кольцо 9 может иметь различные размеры и быть изготовлено из различного материала, а его дисперсионные элементы 10 могут иметь различную форму и их количество может быть любым. На фигуре 3 шайба дисперсионного кольца 9 имеет внутренний диаметр, близкий к диаметру антенны 7, наружный диаметр, близкий к диаметру уплотнительной кольцевой прокладки 8, а два дисперсионных элемента 10 расположены диаметрально и выполнены в виде радиальных полос, которые загнуты к антенне 7 и охватывают уплотнительную кольцевую прокладку 8.
Дисперсионное кольцо 9 может быть изготовлено как из токопроводящего материала, так и частично проводящего или поглощающего энергию электромагнитной волны. В самых простых случаях это могут быть сплавы на основе металлов (золото, серебро, медь, железо, алюминий, олово, цинк), или их сочетания между собой, или сочетания с другими металлами. Возможно применение также материалов на основе ферромагнетиков и графита, или им подобных с подобными свойствами. Размеры дисперсионных элементов 10 определяются их количеством, а для поглощающих материалов еще и рассеиваемой мощностью. Длина участков дисперсионных элементов 10, расположенных со стороны камеры 2, зависит от конструкции и места монтажа магнетрона 4 и составляет преимущественно 3-8 мм. Ширина участков дисперсионных элементов 10 определяется их числом и рабочей частотой магнетрона 4.
Оптимум величины и распределения магнитного поля подбирается во время динамических испытаний магнетрона 4 путем вращения дисперсионного кольца 9, после чего положение дисперсионного кольца 9 фиксируется. Оптимальное положение дисперсионного кольца 9 определяется по результатам измерения электрических параметров и по максимальному КПД магнетрона 4.
Принципиально дисперсионное кольцо 9 описанной конструкции может быть использовано в любой бытовой микроволновой печи, с любым вариантом установки магнетрона 4 и с любой конструкцией волновода 3. Эксплуатация такой микроволновой печи экономически и технически не сопряжена с какими бы то ни было дополнительными затратами.
Возможность реализации микроволновой печи подтверждена примером.
Были проведены сравнительные исследования двух микроволновых печей. В первом случае испытанию подвергалась обычная бытовая СВЧ-печь с внутренним объемом 17 литров и с магнетроном без дисперсионного кольца. Для нагревания использовалась вода объемом 0,2 литра с начальной температурой 22°С. Во время работы СВЧ-печи потребляемая мощность составила 1134 Вт и за время 80 с температура воды достигла 58°С.
Во втором случае испытанию подвергалась такая же бытовая СВЧ-печь с внутренним объемом 17 литров с тем же магнетроном, но содержащим дисперсионное кольцо. Дисперсионное кольцо содержало два дисперсионных элемента, расположенных диаметрально и выполненных в виде радиальных полос, которые загнуты к антенне и охватывают уплотнительную кольцевую прокладку. Прямая линия, проведенная через два дисперсионных элемента, составляла параллель в волноводе по направлению излучения. Размеры дисперсионных элементов, видимых со стороны излучателя магнетрона, составили: ширина 8 мм и длина 7 мм. Материал дисперсионного кольца - луженая жесть толщиной 0,3 мм. Для нагревания использовалась вода объемом 0,2 литра с начальной температурой 22°С. Во время работы СВЧ-печи потребляемая мощность составила 1057 Вт и за время 80 с температура воды достигла 64°С. Таким образом, за счет использования дисперсионного кольца экономия мощности составила более 6%, а скорость нагрева воды возросла более чем на 14%. Представленный пример наглядно иллюстрирует возможность реализации изобретения с достижением заявляемого технического результата.
Описанные выше примеры осуществления микроволновой печи не являются исчерпывающими и приведены только с целью пояснения изобретения и подтверждения его промышленной применимости. Специалисты в данной области могут улучшить его и(или) осуществить альтернативные варианты в пределах сущности данного изобретения, отраженной в описании и чертежах.