<Desc/Clms Page number 1>
Einrichtung zur homogenen Erwärmung organischer Substanzen mittels eines definierten primären Mikrowellenfeldes in einem
Hohlraum
Im allgemeinen treten in einem Arbeitsraum bei Einstrahlung von Mikrowellenenergie aus einem
Hohlleiter durch Interferenz der an den Wänden reflektierten Wellen ausgeprägte Maxima und Minima der Feldstärke auf. Dabei versteht man unter Mikrowellen elektromagnetische Hochfrequenzwellen sehr kurzer Wellenlänge im cm-Bereich.
Bei Bedämpfung dieses Arbeitsraumes mittels eines zu erwärmenden Objektes werden diese Extrema zwar in Abhängigkeit von der Dämpfung stark eingeebnet, bei der übli- chen Einspeisung aus einem Hohlleiter durch eine oder wenige Einstrahlöffnungen macht sich jedoch am Objekt ungleichmässige Erwärmung bemerkbar, die darauf beruht, dass die Primäreinstrahlung örtlich ungleichmässig eingestrahlt wird.
Es ist wohl bekannt, den Arbeitsraum über eine konzentrische Leitung und einen Dipol zu speisen.
Die Feldverteilung im Arbeitsraum wird dabei aber nur durch dessen Abmessungen im Verhältnis zur Wellenlänge der Hochfrequenz bestimmt und kann durch den Dipol in keiner Weise beeinflusst werden. Daran ändert auch eine Unterteilung des Arbeitsraumes durch eine dielektrische Platte nichts, mit der ein Aufziehen der Kochdünste verhindert werden soll.
Es ist ferner bekannt, dem Arbeitsraum, in welchem sich die zu erwärmende Substanz befindet, Mikrowellenenergie durch Schlitze in einer Wand aus einem Hohlrohrleiter zuzuführen. Der Hohlrohrleiter erstreckt sich hiebei nur übereinen Bruchteil der Wand des Arbeitsraumes (etwa ein Drittel) und die Schlitze liegen nur auf einem Teil der Trennwand zwischen dem Hohlrohrleiter und dem Arbeitsraum (s. die USA-Patentschrift Nr. 2, 704. 802).
Die Einrichtung nach der Erfindung besitzt ebenfalls einen Arbeitsraum und einen Zuführungshohlleiter und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleiter sich über mindestens 4/5 einer Wandfläche des Raumes erstreckt, und dass die in der zwischen Hohlleiter und Arbeitsraum befindlichen Wand angeordneten Schlitze über die ganze Fläche der Trennwand verteilt sind. Dadurch hat man es nunmehr in der Hand, durch die Wahl der Zahl, Lage und Breite dieser Schlitzantennen die Feldverteilung den Erfordernissen anzupassen, z. B. diese homogen oder definiert inhomogen zu machen, und somit eine gleichmässige Erwärmung zu erzielen. Die Länge der Schlitze muss bekanntlich etwa R/2 betragen.
Versuche haben weiter ergeben, dass die Feldverteilung in der Nähe der Wände des Arbeitsraumes noch homogener gemacht werden kann, wenn gemäss weiterer Erfindung die die Schlitze tragende Trennwand zwischen Zufühmngshohlleiter und Arbeitsraum von den senkrecht zu ihr stehenden Wänden durch einen ringsum laufenden Schlitz getrennt ist. Man erreicht so einen gegenüber der sich unbeeinflusst einstellenden primären Feldverteilung einen rascheren Anstieg der Feldstärke, die an den (metallischen) Wänden selbst Null ist. Die Trennwand zwischen Zuführungshohlleiter und Arbeitsraum wird durch diese Massnahme als eine frei aufgehängte Platte mit einer Schlitzanordnung ausgebildet.
Die homogene Erwärmung des Objektes lässt sich, wenn die zuvor beschriebenen Massnahmen noch nicht befriedigen, weiter dadurch verbessern, dass die die Schlitze tragende Trennwand um eine in ihrer Ebene liegende Achse pendelnd gelagert ist. Die Wirkung dieser Pendel- oder Wippbewegung beruht auf mehreren Einflüssen :
1. Ständige Änderung der Polarisationsrichtung des primären Feldes im Arbeitsraum parallel zur klei- o. eren SchIitzachse 11 (Fig. 3).
<Desc/Clms Page number 2>
2. Ständige Änderung der Abstrahlrichtung senkrecht zu den Schlitzen in der Platte.
3. Ständige Winkeländerung der Reflexionsfläche der Platte gegen die Horizontale für die bereits von der gegenüberliegenden Wand reflektierten Wellen.
4. Änderung der Abstrahlung an den Enden der Platte durch ständige Änderung der ringsum laufenden Schlitze 12 zwischen der Platte und den senkrechten Wänden des Arbeitsraumes in Lage, Breite und kapazitiver Belastung.
5. Weichenwirkung des Plattenendes vor der Öffnung des Zuftihrungshohlleiters, indem die Mikrowellenenergie zeitweise direkt über Reflexion an der Unterseite der Platte in den Arbeitsraum gelangt und zeitweise den Umweg über die Schlitze machen muss.
Die Kombination dieser Faktoren bewirkt, dass die mittlere Feldstärke und damit die Erwärmung der Objekte gleichmässig wird, wenn die Periode der Bewegung der Schlitzplatte klein ist (z. B. 1/10) gegen- über der Erwännungsdauer der Objekte.
Die wippende Schlitzplatte kann nun bei Einrichtungen, die mit Infrarotstrahlern zur oberflächlichen Erwärmung des Objektes ausgerüstet sind, mit Vorteil gleichzeitig als beweglicher Reflektor für den oder die darunter fest angeordneten Strahler dienen. Sie sorgt so für eine gleichmässige Oberflächenerwär- mung durch die für Grillzwecke benötigte Infrarotstrahlung.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele erläutert, die in der Zeichnung im Schnitt und in der Ansicht schematisch dargestellt sind. In den Figuren ist mit 1 der Zuführungshohlleiter für die Mikrowellenenergie bezeichnet, der vom Sender 2 gespeist wird und in den Arbeitsraum 4 mit seinen Wänden3einkoppelt. Teil 5 ist ein Untersatz, auf dem das Objektiv 6 steht. Teil 7 ist die Ein- fülltür, 8 ein gegebenenfalls zusätzlicher Infrarotstrahler, 9 sind Schlitze in der gemeinsamen Wand 10 von Arbeitsraum und Zuführungshohlleiter. Diese Schlitze sind annähernd über eine ganze Wand des Arbeitsraumes verteilt und übernehmen die Speisung des Arbeitsraumes. Fig. lb zeigt ein Beispiel einer Schlitzanordnung zur Erzielung einer homogenen primären Feldverteilung.
Die Schlitze werden hier mit steigender Entfernung vom Koppelstutzen breiter, damit die nach unten ausgestrahlte Leistung gleich bleibt, jennim Zuführungshohlleiter nehmendie Wandströme bei jedem Schlitz ab. Die Schlitze haben einen gegenseitigen Abstand von \/2 bei einer seitlichen Versetzung von ebenfalls À/2.
Um die Feldstärke in der Nähe der senkrechten Begrenzungswände 3 des Arbeitsraumes anzuheben, wird die. Trennwand zwischen Zuführungshohlleiter und Arbeitsraum nicht bis zu diesen senkrechten Begrenzungswänden durchgeführt, sondern verkürzt, so dass nach Fig. 2 ein offener Streifen 12 entsteht. Bei gleichmässiger Breite dieses Streifens würde an den Stirnseiten 13 die Ausstrahlung zu stark werden. Die Streifen sind daher hier verschmälert und vorzugsweise mit einer kapazitiven Beschwerung 14 versehen, mit deren Grösse die Feldstärkenverteilung eingestellt wird.
In Fig. 3 ist die mit Schlitzen versehene Platte 10 an einer Achse 15 aufgehängt und führt Wippbewegungen um : t 10 bis 150 gegen die Horizontale aus. Das bei ruhender Platte vorhandene Feldbild wird hiedurch in vertikaler Richtung verzerrt, u. zw. abwechselnd zusammengedrückt und gedehnt. Da diese ver- : ikale Verzerrung an der Bodenwandung des Arbeitsraumes endet, auf der normalerweise das Objekt steht, würde dieses nicht mehr wesentlich von der Feldbewegung erfasst werden. Man muss also dafür sorgen, dass das Objekt nicht direkt auf dem Boden des Arbeitsraumes steht, sondern erhöht darüber angebracht wird.
Das kann in bekannter Weise durch eine Unterlage als Objektträger geschehen. Erfindungsgemäss wird das Objekt ebenfalls in einem Abstand von etwas mehr als À/4 über dem Boden des Arbeitsraumes gehalten, jedoch in der Weise, dass die Bodenwandung in Form einer mehr als X/4 tiefen Wanne ausgeführt und mit aines einteiligen oder vorzugsweise mehrteiligen Platte 17 aus beispielsweise schichtlosem Opal-Sicherheitsglas abgedeckt ist, auf der das Objekt 6 ruht.
Der Zuführungshoh1leiter 1 ist in bekannter Weise mechanisch mit einer Platte 18 abgeschlossen, die aus wenig absorbierendem und kaum reflektierendem dielektrischem Material besteht. Sie bewirkt einen Schutz des Magnetron-Auskoppelstutzens gegen übermässige Erwärmung und Spritzer sowie Beschlagen mit Kondenswasser. Als geeignet haben sich beispielsweise keramische Platten mit kleiner Dielektrizitätskontante und kleinem Verlustwinkel sowie Platten aus Sinterglas und schichtlosem Sicherheitsglas herausgeteilt.
Zur weiteren Homogenisierung der Leistungsaufnahme durch das Objekt wird an einer senkrechten Wand gemäss Fig. 3 eine wannenartige Ausbuchtung 19 vorgesehen, die sich vorzugsweise über die ganze Wandbreite erstreckt. Sie ist durch eine um eine beispielsweise horizontale Achse 20 schwenkbare Klappe M verschlossen. Die Wirkung der pendelnden Klappe besteht darin, dass sich das Feld in der oben bereits beschriebenen Weise verzerrt, diesmal jedoch im wesentlichen nur in horizontaler Richtung.
Eine Kombination von Schlitzplatte und Klappe ist beispielsweise in Fig. 4 dargestellt. Hier sind die
<Desc/Clms Page number 3>
beiden beweglichen Organe zu einem winkelartigen Stück 22 vereinigt und im Punkt 23 kippbar gelagert.
Die Zuführungen für den oder die Infrarotstrahler 8 führen durch Schlitze 24 im vertikalen Teil des win- kelartigen Stuckes hindurch. Die Wirkungsweise ist im Prinzip die gleiche geblieben wie bei einzeln angebrachter Schlitzplatte und Klappe.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur homogenen Erwärmung organischer Substanzen mittels einer definierten primären Feldverteilung in einem Hohlraum, in welchen durch Schlitze in einer Wand aus einem Zuführungshohl- leiter Mikrowellenenergie eingekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleiter (1) sich mindestens über 4/5 einer Wandfläche (10) des Arbeitsraumes (4) erstreckt, und dass die in der zwischen Hohlleiter und Arbeitsraum befindlichen Trennwand angeordneten Schlitze (9) über die ganze Fläche der Trennwand verteilt sind.