微蒸烤一体机微波能效提升的研究

微蒸烤一体机微波能效提升的研究

刘存

广东美的厨房电器制造有限公司 广东佛山 528000

摘要：微蒸烤一体机，包括微波、烧烤、蒸汽三个基本功能，是目前厨房烹饪电器领域里面技术难度最高，结构最为复杂的机型之一，在有限的空间里提升微波能效是比较困难的，也是未来厨房电器研究突破的方向。因此研究如何提升微蒸烤一体机微波能效非常有实用价值，要提高微蒸烤一体机的输出效率，就要增加食物烹饪过程中有用功率，减少其他部件的能量损耗，发挥出最好的烹饪效果。

关键词：微蒸烤一体机；微波能效；提升方法

引言

1、微蒸烤一体机的发展趋势

吸油烟机、燃气灶一直是中国家庭厨房里的主角。但是，随着厨电一体化进程提速，微波炉、电烤箱、电蒸箱等此前较为“边缘”的厨电产品也成为中国老百姓厨房里的“新宠”。其中，强调整体设计的嵌入式厨电，特别是嵌入式“微烤蒸”，深受高端消费者青睐。

目前，国内嵌入式“微烤蒸”市场还处于起步阶段，企业生产的绝大多数嵌入式产品仍用于出口。在厨电一体化影响下，嵌入式“微烤蒸”的市场发展比较迅速，但这三类产品的发展也特点鲜明。根据奥维云网（AVC）全渠道推总数据显示，2020上半年台式微蒸烤全渠道零售额规模达到63.7亿元，同比增长17.9%；零售量规模达到1542万台，同比增长30.4%。其中，台式电烤箱的线上市场零售额规模更是达到了22.4亿元，同比增长了112.9%。

如今，在我国可持续发展的理念倡导下，健康生活的理念已经深入人心，“杀菌”“消毒”一度成为2020年的热门词汇，带有相关功能的家用电器市场表现也都不俗。而对于台式微蒸烤产品来说，疫情期间“怀疑钞票有病毒用微波炉加热”“微波炉可以加热口罩吗”等新闻却频频登上热搜，这也反映出了目前消费者对于微蒸烤技术的了解其实还存在提高的空间，特别是当疫情防护成为常态化，如果能够抓住消费者对于“杀菌”“消毒”等功能的热衷，做好相关知识、技术的科普和引导，进一步提升产品的国民度和认可度，便可能拥抱更广阔的市场。

2、微蒸烤一体机研究领域目前存在的问题

近年中国消费市场出现了一股‘远离传统拥抱新兴’的消费趋势，传统烟灶消厨房电器产品的销售出现了下滑，而以微蒸烤一体机、集成灶、洗碗机、集成水槽等新兴厨电产品的销售开始出现了快速增长，特别是代表了新的烹饪、饮食习性的、微蒸烤一体机更是出现了爆炸式增长势头。

然而，在我们喜收新兴厨电产品带给消费者收获美好生活享受一面的同时，市场上也出现了一些不法厂商，利用微波炉假冒微蒸烤一体机销售的‘售假’行为，不仅让消费者花了‘冤枉钱’买了个高价的‘伪劣产品’，更是给消费者的健康、美好生活增添了健康、安全隐患。有些不法商贩用混淆概念与虚假演示体验，来冒充微蒸烤一体机，目前市场畅销的微波炉，也具有智能菜谱等功能配置，外形上与微蒸烤一体机非常相似，也能够制作一些非常简单的蒸菜（主要是利用食材配置的水分进行‘蒸’），只能够做像蒸鸡蛋等简易菜肴，因为微波炉没有水箱配置，不能够实现外置水汽加热食材，也就是不能够在‘蒸’的功能演示上欺骗消费者，严重阻碍了微蒸烤一体机研究领域的良性发展。

3、微蒸烤一体机微波能效提升的研究思路概述

微波能效，通俗地讲就是微波炉用于加热食物实际使用功率和输入功率的比值。目前国际上通用的计算方法是，通过加热1000mL水的比热容计算得出微波能效。我国微波炉能耗标准规范是GB24849-2010家用和类似用途微波炉能效限定值及能效等级分为3级，其中1级能效最高，各等级产品效率值、关机功率、待机功率和烧烤能耗限定值均应该符合相关规定。

η：效率，t：加热时间，除去磁控管灯丝预热时间，单位（s）；P：微波炉输出功率，单位为瓦（W）；Win：输入能量（包括磁控管灯丝预加热的损耗），单位为瓦·秒（W·s）。注意：输入能量包括磁控管灯丝预加热的损耗。

从以上微波炉能效计算公式（1），可以得出，微波炉整机的效率跟输出功率P、输入的总电能量Win有关。传统的微波炉包含三个组成部分，微波源、波导传输系统、和谐振腔组成。蒸烤一体机里面关键器件包括：磁控管、变压器、波导、腔体、散热风扇等耗能部件。首先是微波源，不同类型的微波源会很大程度影响整机效率；其次是微波的传输结构波导管，负责将磁控管产生的微波导入到腔体里面，不同的波导管微波反射系数不一样，因此改善波导管的匹配能够提高效率是一个方向；再次，谐振腔内部不同材料涂层其介电常数不同，对微波吸收不一样，因此也会影响效率；要想提高整机能效，主要从微波源、波导匹配，腔体涂层这三个方向切入，通过试验数据找到规律。

4、微蒸烤一体机微波能效的影响因素和提升方法分析

4.1不同类型的磁控管对微波能效的影响

根据上面的分析，不同的微波源会对整机效率产生影响，下面选取了一些常见的不同类型的磁控管，对其详细参数做了测试。其中，磁控管参数主要包括：阳极电压ebm、输出功率Po、效率η、中心频率f、跳模电压Efm等。可以看到不同磁控管，其参数都在正常范围内波动。以此得出了不同类型磁控管对整机输出效率影响很明显，管1、2其输出效率要比普通管3、4高出近2个百分点，因此选择不同类型管芯对微波匹配和能效都是很重要的这一结论。值得注意的是，超高效磁控管管芯的研究也是未来突破提升能效的重要研究方向。

4.2微波阻抗匹配对能效的影响

微波炉的阻抗匹配，是指如何将磁控管产生的微波更好的输入到烹饪腔体内部，减少反射回来的量。在矢量网络分析仪连接上模拟天线头之后，冷匹配图即可通过仪器实时反馈出来，目前主要测量两种状态下的冷匹配，分别是：1000mL水负载、空载（NOLOAD）。可以通过调节波导口形状、波导管形状、天线形状以及腔体内部压型，对微波反射系数位置进行调节，不同冷匹配位置对微波能效有很大的影响。

因此，通过三个不同匹配区域对比，结果发现：1000mL水负载时候，冷匹配相位落在区域2并且驻波比VSWR＜2时候，输出和效率最高。匹配落在上面或者区域1和区域2的位置，输出和效率会偏低，跟磁控管的同等功率曲线对应吻合。

2.3腔体材质不同对微波能效的影响

常见的微波炉腔体其材质有不锈钢、镀锌板、喷粉、搪瓷、喷高温油等几种，不同工艺处理的腔体对微波能效有较大的影响。因为微波的传输在炉腔内烹饪食物是靠不停地反射从而穿透食物来加热的，腔体内壁涂层不同的材料其介特性数和损耗不一样，吸收微波能量又和介电常数相关，因此不同介电常数的涂层，微波吸收不一样会出现微波场分布变化，从而能效有高低区分。

通过不同材质腔体的测试数据对比分析，可以得出同等匹配情况下微波能效从高到低排列如下：镀锌板腔体＞不锈钢腔体＞搪瓷腔体。一方面当微波遇到金属理想导体表面会发生反射，在很多次反射之间，腔体内壁涂层会吸收部分微波能量转化为内能，从而影响微波能效；另一方面，不同材质的腔体在微波场激励下，表面电流分布不一样，表面电阻率不一样，因此微波反射性能会受到影响，消耗的微波能量不一样，从而能效会产生变化。

结束语：

本文总结了厨房烹饪电器领域微蒸烤一体机方向，提升微波加热能效的方法和途径，通过前面的试验验证，对微波源、冷匹配、腔体材质三个维度提升能效的方法进行了验证。其中改变腔体冷匹配，提升微波能效是最简单有成效的方法，不用增加额外成本，对以后的设计有一定的指导作用；同时新的材料发展，也是一个改善能效的方向，相信未来厨房电器领域会朝着绿色健康、低碳、环保高效的方向持续发展。

参考文献：

[1]刘奇,邓雁青,陈茂顺,等.微蒸烤一体机微波能效提升的研究[J].家电科技,2021(z1):165-168.

[2]电烤箱能效限定值及能效等级：QB/T5625-2021[S].2021.

[3]刘常昱,高立新.智能家电控制技术研究[J].科技经济市场,2022(8):19-21.