Свч-печь



Свч-печь
Свч-печь
Свч-печь

 


Владельцы патента RU 2581689:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) (RU)

Изобретение относится к области электротехники, в частности к СВЧ нагревательным установкам для нагрева диэлектрических материалов. СВЧ-печь содержит рабочую камеру с дверцей, источник СВЧ энергии с выводом и устройство распределения энергии, выполненное в виде прямоугольного волновода. При этом вывод источника СВЧ энергии расположен в устройстве распределения энергии, а часть широкой стенки волновода является частью верхней стенки рабочей камеры, в которой выполнено более двух одинаковых щелевых отверстий. Прямоугольный волновод выполнен в виде последовательно соединенных участков регулярного и нерегулярного прямоугольного волновода с плавно сужающейся узкой стенкой. При этом вывод источника СВЧ энергии расположен в участке регулярного волновода. Щелевые отверстия выполнены в широкой стенке участка нерегулярного волновода, находящейся в одной плоскости с широкой стенкой участка регулярного волновода. Поперечное сечение волновода в точке перехода от регулярного к нерегулярному участку проходит через край щелевого отверстия. Технический результат заключается в повышении равномерности нагрева диэлектрического материала. 3 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам, осуществляющим нагрев с использованием СВЧ, в частности к системам ввода и распределения электромагнитной энергии, и может быть использовано в СВЧ нагревательных установках для нагрева диэлектрических объектов, в частности пищевых продуктов.

Исторически со времен знаменитой заявки 1945 года приоритета на способ обработки пищевых продуктов с помощью электромагнитной энергии [патент US №2495429] микроволновые печи используются для нагрева диэлектрических материалов посредством СВЧ излучения. В качестве источника СВЧ используется, преимущественно, магнетрон. Для мирного использования СВЧ энергии отведено три диапазона частот: 433 МГц, 915 МГц и 2450 МГц ± 2,5%. Выбор того или иного диапазона обусловлен требованиями, предъявляемыми к СВЧ-печи. Для изготовления бытовых нагревательных установок резонаторного типа, как правило, используют диапазон 2450 МГц ± 2,5%, что обусловлено относительно невысокими массогабаритными параметрами рабочей камеры нагревательной установки в данном диапазоне и приемлемой глубиной проникновения СВЧ энергии в обрабатываемый материал. Традиционно СВЧ-печи состоят из трех ключевых компонентов: рабочей камеры, в которой размещают нагреваемый объект, источника СВЧ энергии и устройства распределения энергии, которое осуществляет передачу СВЧ излучения от источника в рабочую камеру. Когда электромагнитные волны воздействуют на нагреваемый объект, молекулы воды, содержащиеся в пищевых продуктах, начинают колебаться, и вследствие взаимного трения молекул происходит нагрев обрабатываемого материала.

Основной задачей модернизации СВЧ-печей является повышение равномерности нагрева продукта, которая достигается за счет повышения равномерности электромагнитного поля в объеме нагреваемого объекта.

Известно два пути решения данной задачи. Одним из них является механическое перемещение нагреваемого продукта посредством поворотных стоек в рабочей камере. Однако при этом возникает радиальная составляющая неоднородности напряженности электрического поля, что приводит к снижению качества термообработки различных диэлектрических материалов. Альтернативой механическому способу повышения равномерности нагрева является использование распределенной системы возбуждения электромагнитного поля посредством введения излучающих щелей. Обеспечение требуемого уровня однородности удельной плотности тепловых источников в объеме нагреваемого объекта осуществляется за счет вариации размеров, формы и расположения щелей на стенках рабочей камеры [Автореферат диссертации по теме "Повышение равномерности нагрева диэлектриков в СВЧ установках резонаторного типа с распределенными системами возбуждения". Рыбков В.С. Саратов. 2008 г.].

Известна СВЧ-печь, содержащая источник СВЧ энергии, рабочую камеру и устройство распределения энергии [патент JP №2547661]. Последнее представляет собой прямоугольный волновод, имеющий щель для распространения СВЧ энергии в рабочую камеру.

Однако из-за единичной щели равномерность нагрева является недостаточной из-за большого числа когерентных волн в падающем луче, интерференция которых не обеспечивает однородного электромагнитного поля.

Известна также СВЧ-печь [патентная заявка US №5825000], содержащая рабочую камеру, вертикальная стенка которой является смежной с устройством распределения энергии. Последнее представляет собой нерегулярный прямоугольный волновод, в котором размещен источник СВЧ энергии. Стенка волновода, смежная с рабочей камерой, выполнена с двумя щелями, а противоположная имеет сложную геометрию, составленную из двух вертикальных и двух наклонных участков в следующем порядке. Первый вертикальный участок, на котором расположен вывод источника СВЧ энергии, соединен с первым наклонным участком, начало которого расположено над первой щелью. За первым наклонным участком следует второй вертикальный участок, оканчивающийся над второй щелью и переходящий во второй наклонный участок. С помощью описанной выше конструкции авторы решают задачу повышения равномерности нагрева при минимальных потерях мощности в устройстве распределения энергии. Первое достигается за счет интерференции волн с разными фазами, образующимися в результате падения волн на первый и второй наклонные участки. Благодаря тому, что первая и вторая щели размещены ниже источника СВЧ энергии, все волны, проходящие через них, попадают напрямую на нагреваемый объект в рабочей камере, что способствует повышению интенсивности СВЧ энергии.

Однако расположение устройства распределения энергии смежным вертикальной стенке рабочей камеры предполагает использование поворотной стойки, также не обеспечивающей требуемую равномерность нагрева.

Известна также СВЧ-печь [патент RU №78390], содержащая два волновода с щелью для прохождения обрабатываемого листового диэлектрического материала. Широкая сторона каждого волновода выполнена сужающейся в направлении распространения СВЧ энергии.

Однако известное устройство предназначено для обработки листового диэлектрического материала, вследствие чего к нему предъявляются другие требования по распределению СВЧ мощности и конструкции в целом.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является СВЧ-печь согласно патенту на изобретение RU №2078403, содержащая рабочую камеру в форме параллелепипеда, источник СВЧ энергии и устройство распределения энергии. Последнее выполнено в виде многомодового волновода прямоугольного сечения, часть нижней стенки которого, образующая верхнюю стенку рабочей камеры, снабжена равномерно распределенными щелевыми отверстиями. Один из концов многомодовой системы волновода непосредственно сопряжен с источником СВЧ энергии.

Однако в описанном выше многощелевом устройстве распределения энергии в направлении распространения доминантной волны мощность, излучаемая одиночной щелью, уменьшается. Это вызвано использованием регулярного прямоугольного волновода для подвода СВЧ мощности от источника СВЧ энергии в рабочую камеру и одинаковых по форме и размерам щелей. В данной системе возбуждения излучательная способность одиночной щели однозначно зависит от уровня подводимой СВЧ мощности, которая в регулярном волноводе затухает в направлении распространения волны. Кроме того, использование многомодового волновода накладывает дополнительные трудности на его проектирование. Многомодовость означает, что по волноводу распространяется много волн разной частоты, в результате чего в рабочей камере возникает большое количество типов колебаний. Они накладываются друг на друга и образуют суммарное электромагнитное поле. Однако колебания разных типов могут сложиться таким образом, что возникнут максимумы и минимумы, то есть возникнет неравномерность электрического, а следовательно, и теплового полей. Поэтому устройство распределения энергии необходимо спроектировать таким образом, чтобы не возникало резкой неравномерности электрического поля.

Задачей заявляемого изобретения является повышение равномерности нагрева диэлектрического материала в рабочей камере.

Поставленная задача решается тем, что в СВЧ-печи, содержащей рабочую камеру, выполненную в форме параллелепипеда и снабженную дверцей, источник СВЧ энергии с выводом и устройство распределения энергии, выполненное в виде прямоугольного волновода, при этом вывод источника СВЧ энергии расположен в устройстве распределения энергии, а часть широкой стенки волновода является частью верхней стенки рабочей камеры и снабжена, по крайней мере, двумя одинаковыми по форме и размерам щелевыми отверстиями, расположенными параллельно и на одинаковом расстоянии друг от друга, определяемом соотношением L=λ/2, где λ - длина волны основного типа прямоугольного волновода, перпендикулярно направлению распространения волны в волноводе, согласно предлагаемому техническому решению устройство распределения энергии выполнено в виде последовательно соединенных участка регулярного прямоугольного волновода и участка нерегулярного прямоугольного волновода с плавно сужающейся узкой стенкой, при этом вывод источника СВЧ энергии расположен в участке регулярного волновода на расстоянии от его торцевой стенки, определяемом соотношением nλ/8, где n - нечетное число, а щелевые отверстия выполнены в широкой стенке участка нерегулярного волновода, находящейся в одной плоскости с широкой стенкой участка регулярного волновода, при этом поперечное сечение волновода в точке перехода от регулярного к нерегулярному участку проходит через край щелевого отверстия, расстояние от центра вывода источника СВЧ энергии до центра ближайшей щели выполнено кратным λ/4, расстояние от центра ближней к окончанию участка нерегулярного волновода щели до данного окончания составляет λ/4.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в получении одинакового и неизменного излучения СВЧ мощности каждой щели многощелевой системы, что и обеспечивает повышение равномерности нагрева диэлектрического материала в области дна рабочей камеры. Данный технический результат достигается за счет заявляемой формы устройства распределения энергии. Заявляемая форма образуется последовательным соединением двух участков прямоугольного волновода: регулярного и нерегулярного с плавно сужающейся узкой стенкой. В пределах регулярного волновода расположен вывод источника СВЧ энергии. На протяжении нерегулярного волновода размещена многощелевая система возбуждения. В случае наиболее близкого аналога по мере распространения электромагнитной волны по отрезку регулярного волновода происходит ее затухание, связанное с излучением электромагнитной энергии в предыдущие щели, и до каждой последующей щели доходит меньше СВЧ энергии. Для того чтобы выровнять напряженность электрического поля над каждой щелью, необходимо уменьшать один из размеров прямоугольного волновода в направлении распространения доминантной волны. Уменьшать размер широкой стенки нежелательно, так как он определяет диапазон существования только доминантного типа волны. Изменение этого размера может привести к режиму отсечки или возникновению высших типов волн, что вызовет снижение равномерности нагрева. Таким образом, компенсацию затухания электрического поля по мере распространения электромагнитной энергии от одной щели к другой обеспечивает уменьшение размера узкой стенки в направлении распространения волны, что не влияет на диапазонные свойства многощелевой системы возбуждения.

Заявляемое изобретение поясняется с помощью фиг. 1-3, на которых изображены:

на фиг. 1 - вертикальное сечение СВЧ-печи;

на фиг. 2 - вертикальное сечение устройства распределения энергии; на фиг. 3 - горизонтальный разрез устройства распределения энергии.

На фиг. 1-3 позициями 1-7 обозначены:

1 - рабочая камера;

2 - источник СВЧ энергии;

3 - вывод источника СВЧ энергии;

4 - устройство распределения энергии;

5 - участок регулярного волновода;

6 - участок нерегулярного волновода;

7 - щелевое отверстие.

СВЧ-печь состоит из рабочей камеры 1, выполненной в форме прямоугольного параллелепипеда и снабженной дверцей (не показано), источника СВЧ энергии 2, выполненным, например, в виде магнетрона, с аксиально симметричным выводом 3 (излучающим штырем) источника СВЧ энергии 2 и устройства распределения энергии 4. Устройство распределения СВЧ энергии 4 выполнено в виде последовательно соединенных отрезков регулярного волновода 5 и отрезка нерегулярного волновода 6 с плавно сужающейся по линейному закону узкой стенкой и расположено по центру рабочей камеры 1 параллельно дверце, таким образом, что часть нижней широкой стенки устройства распределения СВЧ энергии 4 является частью верхней стенки рабочей камеры 1. Аксиально симметричный вывод 3 источника СВЧ энергии 2 расположен в центре нижней широкой стенки отрезка регулярного волновода 5. Расстояние от центра вывода 3 источника СВЧ энергии 2 до ближайшего к нему края устройства распределения энергии 4 составляет nλ/8, где n - любое нечетное число, λ - длина волны основного типа в волноводе и определяет уровень поступающей в рабочую камеру 1 СВЧ мощности. В широкой стенке участка нерегулярного волновода 6, находящейся в одной плоскости с широкой стенкой участка регулярного волновода 5, расположена многощелевая система возбуждения, содержащая более двух щелей 7, например, прямоугольной формы, расположенных параллельно друг другу, при этом их центры расположены на оси симметрии волновода. Расстояние между центрами соседних прямоугольных щелей 7 составляет λ/2, где λ - длина волны основного типа прямоугольного волновода, которая одинакова как для участка регулярного 5, так и нерегулярного волновода 6, поскольку определяется размером широкой стенки волновода. Расстояние от центра ближней к окончанию участка нерегулярного волновода 6 с плавно сужающейся стенкой щели 7 к данному окончанию составляет λ/4. Место соединения участка регулярного волновода 5 и участка нерегулярного волновода 6 выполнено над ближним к выводу 3 источника СВЧ энергии 2 краем излучающей щели 7 устройства распределения энергии 4.

В частном варианте выполнения заявляемое устройство может иметь следующие относительные размеры. Расстояние от центра вывода 3 источника СВЧ энергии 2 до ближней стенки устройства распределения энергии 4 составляет λ/8, до центра ближайшей щели 7 - λ/4.

СВЧ-печь работает следующим образом.

Нагреваемый диэлектрический материал помещают в рабочую камеру 1. Электромагнитная энергия, генерируемая источником СВЧ энергии 2, вводится в устройство распределения энергии 4 посредством вывода 3 источника СВЧ энергии 2 и распространяется по участкам регулярного 5 и нерегулярного 6 волноводов. Сквозь щели 7 электромагнитная энергия поступает в рабочую камеру 1, формируя в дальней зоне возбуждения - в объеме обрабатываемого диэлектрического материала электрическое поле, что приводит к нагреву продукта. Благодаря использованию устройства распределения энергии 4 заявляемой формы происходит равномерное распределение СВЧ мощности между излучающими щелями 7, что позволяет формировать равномерное электрическое поле в дальней зоне возбуждения, обуславливая высокую равномерность нагрева. Формирование щелей 7 перпендикулярно направлению распространения волны, совпадающему в данном случае с направлением протекания токов используемого типа волны, обусловлено большей эффективностью излучения волны в рабочую камеру.

Расстояния между щелями 7, а также расстояние между центром ближайшей к выводу 3 источника СВЧ энергии 2 щели 7 и центром вывода 3 позволяют получить режим стоячей волны на протяжении всего устройства распределения энергии 4. Расстояние от центра вывода 3 источника СВЧ энергии 2 до ближнего к нему края устройства распределения энергии 4 определяет уровень поступающей в рабочую камеру 1 СВЧ мощности.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает улучшение важнейшего показателя процесса СВЧ нагрева - равномерности нагрева и претендует на обладание повышенными потребительскими свойствами.

СВЧ-печь, содержащая рабочую камеру, выполненную в форме параллелепипеда и снабженную дверцей, источник СВЧ энергии с выводом и устройство распределения энергии, выполненное в виде прямоугольного волновода, при этом вывод источника СВЧ энергии расположен в устройстве распределения энергии, а часть широкой стенки волновода является частью верхней стенки рабочей камеры, в которой выполнено более двух одинаковых по форме и размерам щелевых отверстий, расположенных параллельно и на одинаковом расстояние друг от друга, определяемом соотношением L=λ/2, где λ - длина волны основного типа прямоугольного волновода, перпендикулярно направлению распространения волны в волноводе, отличающаяся тем, что прямоугольный волновод выполнен в виде последовательно соединенных участка регулярного прямоугольного волновода и участка нерегулярного прямоугольного волновода с плавно сужающейся узкой стенкой, при этом вывод источника СВЧ энергии расположен в участке регулярного волновода на расстоянии от его торцевой стенки, определяемом соотношением nλ/8, где n - нечетное число, а щелевые отверстия выполнены в широкой стенке участка нерегулярного волновода, находящейся в одной плоскости с широкой стенкой участка регулярного волновода, при этом поперечное сечение волновода в точке перехода от регулярного к нерегулярному участку проходит через край щелевого отверстия, расстояние от центра вывода источника СВЧ энергии до центра ближайшей к нему щели выполнено кратным λ/4, расстояние от центра ближней к окончанию участка нерегулярного волновода до данного окончания составляет λ/4.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к сорбционным процессам и может быть использовано, например, для регенерации цеолита, использованного при осушке природного газа. Предложен способ регенерации сорбента, в котором сорбент помещают в емкость, нагревают СВЧ-излучением для отделения сорбата от сорбента, пропускают через емкость продувочный газ для удаления паров сорбата.

Изобретение относится к устройству для приготовления пищи и способу управления. Содержит камеру для приготовления пищи, чтобы вмещать продукты, которые должны быть приготовлены в ней, модуль микроволнового нагрева, чтобы излучать микроволны в камеру для приготовления пищи, модуль конвекционного нагрева, чтобы подавать горячий воздух в камеру для приготовления пищи, модуль гриль-нагрева, чтобы подавать излучаемое тепло в камеру для приготовления пищи, имеющую специальное покрытие тарелку, сконфигурированную, чтобы нагреваться посредством микроволн, модуль ввода, чтобы принимать пользовательскую команду обжаривания, и модуль управления.

Изобретение относится к микроволновой технике, к электронагревательным аппаратам для тепловой обработки продуктов и т.п. Микроволновая печь имеет двухблочную конструкцию, функционально объединяющую эллипсоидальную камеру нагрева (1, 3) и электронный блок, в корпусе (6) которого установлены два автономных генератора магнетронного типа (5, 9) и устройство для управления режимом работы печи.

Устройство для передачи микроволновой энергии от генератора в камеру микроволновой печи (МВП) представляет из себя сборочную единицу, состоящую из магнетронного генератора и двухэлементной полосковой антенны, установленной внутри камеры МВП и возбуждающей электромагнитное поле (ЭМП) с круговой поляризацией.

Изобретение предназначено для химической промышленности и может быть использовано при производстве гибких изделий, композитов, прокладок, уплотнений, покрытий, антифрикционных и теплозащитных материалов, сорбентов.

Изобретение относится к способу получения биологически активного кремниймодифицированного порошка гидроксиапатита с использованием СВЧ-излучения. Способ включает приготовление и перемешивание водных растворов нитрата кальция, гидрофосфата аммония и аммиака и раствора тетраэтоксисилана в этаноле с последующим воздействием СВЧ-излучения, отстаиванием, сушкой при температуре 90°С в течение 3 часов и прокаливанием при 800°С в течение 1 часа.

Изобретение относится к установкам для сушки сельскохозяйственного сырья. Сушильная бытовая СВЧ-печь включает магнетрон с системой электропитания и управления, корпус с волноводом, рабочую камеру с полками для сырья, по крайней мере одна из стенок которой выполнена с перфорацией для прохода воздуха, вытяжной вентилятор с диффузором и индивидуальным выключателем, причем большим основанием диффузор присоединен к перфорированной стенке рабочей камеры, а площадь перфорированной поверхности стенки, охватываемая диффузором, составляет 0,5-1,0 площади поперечного сечения рабочей камеры, согласно изобретению, в рабочую камеру монтируются как минимум два электрода из немагнитного металла, они крепятся посредством диэлектрических изоляторов к рабочей камере.

Изобретение относится к производству и использованию бытовых сверхвысокочастотных печей, применяемых для приготовления, переработки пищи и сушки сельскохозяйственной продукции.

Изобретение относится к СВЧ-технике, а именно к установкам, предназначенным для тепловой обработки различных сыпучих продуктов. .

Изобретение относится к оборудованию для тепловой обработки пищевых продуктов, в частности для варки сосисок и сарделек. .

Изобретение относится к системам СВЧ-обработки материалов и может быть использовано для обеззараживания осадков промышленных, бытовых и сельскохозяйственных сточных вод. Установка СВЧ-обработки осадков сточных вод содержит по меньшей мере один СВЧ-генератор 1, камеру обработки осадков 2, корпус установки 3, шлюзы загрузки 4 и выгрузки 5, выполненные в виде туннелей, закрывающихся и открывающихся с помощью заслонок 6, ленточный транспортер 7 и средство придания грузонесущей ленте 8 транспортера 7 вогнутой вниз формы в зонах шлюзов загрузки 4 и выгрузки 5 и камеры обработки 2. Заслонки 6 выполнены из эластичного материала, поглощающего СВЧ-энергию. Камера обработки осадков 2 образована снизу грузонесущей лентой 8 транспортера 7 с вогнутой вниз формой, а сверху металлическим кожухом, закрепленным на корпусе установки 3. СВЧ-генераторы 1 установлены на внешней стороне металлического кожуха, с внутренней его стороны к СВЧ-генераторам 1 подсоединены волноводные облучатели, направленные в сторону грузонесущей ленты 8 транспортера 7. Шлюз загрузки 4 включает бункер для размещения подготовленных к обработке осадков и сменный шибер, регулирующий высоту осадков на грузонесущей ленте 8 транспортера 7. Шлюз выгрузки 5 выполнен в виде металлического кожуха, примыкающего к камере обработки осадков 2 и закрепленного на корпусе установки 3. Изобретение обеспечивает возможность непрерывной обработки таких материалов, склонных к растеканию, как осадков сточных вод, обезвоженных до влажности 60-90%, при этом обеспечивается безопасность окружающего пространства от СВЧ-излучения. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к СВЧ технике и предназначено для повышения однородности СВЧ поля при нагреве, сушке и других применениях теплового воздействия электромагнитного излучения СВЧ диапазона. Резонансная камера нагрева для устройств с источником излучения СВЧ диапазона, выполненная в форме прямоугольного параллелепипеда, у которой профиль хотя бы одной из стенок содержит одну или несколько выпуклостей, причем радиусы кривизны и высота их не менее λ/10, где λ - длина волны СВЧ излучения. Технический результат заключается в снижении неоднородности электрического поля в объеме камеры. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области микроволновых технологий и может найти применение при проектировании микроволновых установок предпосевной обработки семян в диапазоне сверхвысокой частоты (СВЧ) и диапазоне крайне высокой частоты (КВЧ). В излучателе для микроволновых установок, содержащем излучатель СВЧ диапазона (1) и излучатель КВЧ диапазона (2), имеющие соответствующие элементы ввода мощности (3), излучатель СВЧ диапазона в излучающем элементе имеет сквозное отверстие, в которое помещен излучающий элемент излучателя КВЧ диапазона так, что раскрыв излучающего элемента (5) излучателя КВЧ диапазона и раскрыв излучающего элемента излучателя СВЧ диапазона находятся в одной плоскости. Изобретение обеспечивает повышение качества формирования диаграммы направленности излучателя для микроволновой установки предпосевной обработки семян. 1 ил.

Изобретение относится к технологическому оборудованию пищевого предприятия и предназначено для термообработки сырья в оболочке, например колбасных изделий в оболочках, яиц, консервов в диэлектрической банке и т.п. В сверхвысокочастотной установке для термообработки сырья на монтажном каркасе вертикально установлен цилиндрический экранирующий корпус 1, на основаниях которого имеются патрубки для загрузки 7 и выгрузки. Внутри корпуса, на боковой поверхности жестко закреплены сферические резонаторы 2. Внутри каждого резонатора 2 по горизонтальной оси расположен ячеистый дозатор 3 из неферромагнитного материала. Ячейки дозатора образованы дисковыми сегментами, покрытыми термостойким гофрированным силиконовым материалом. Вращение дозаторов обеспечивается от мотора-редуктора 5. Изобретение обеспечивает возможность варки сырья в поточном режиме. 11 ил.
Наверх