Einrichtung zur homogenen Erwärmung organischer Substanzen mittels eines elektrischen Nlikrowellenfeldes in einem Hohlraum Im allgemeinen treten in einem Arbeitsraum bei Einstrahlung von elektrischer MikrowellTenenergie 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 Wellenlängen in cm-Bereich. Bei Be- dämpfung dieses Arbeitsraumes mittels eines zu erwärmenden Objektes werden diese Extrema zwar in Abhängigkeit von der Dämpfuno, stark eingeebnet, bei der üblichen Einspeisung macht sich jedoch am Objekt ungleichmässige Erwärmung bemerkbar, die darauf beruht, dass die Primäreinstrahlung örtlich ungleichmässig eingestrahlt wird.
Erfindungsgemäss wird die Mikrowellenenergie nicht wie bisher durch eine oder wenige Einstrahl- öffnungen in den Arbeitsraum eingestrahlt, sondern über einen Hohlleiter, der sich über mindestens über 4/# der einen Abmessung einer Wand des Arbeits raumes erstreckt, wobei mindestens fünf 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 Schlitz antennen die Feldverteilung den Erfordernissen an zupassen, z. B. diese homogen oder definiert inhomo- gen zu machen. Die Länge der Schlitze muss bekannt lich etwa 2/2 betragen.
Versuche haben weiter ergeben, dass die Feld verteilung in der Nähe der Wände des Arbeitsraumes noch homogener gemacht werden kann, wenn bei einem Ausführungsbeispiel die die Schlitze tragende Wand des Zuführungshohlleiters von den senkrecht zu ihr stehenden Wänden durch einen ringsum lau- fenden Schlitz getrennt ist. Man erreicht so einen gegenüber der sich unbeeinflusst einstellenden pri mären Feldverteilung einen rascheren Anstieg der Feldstärke, die an den (metallischen) Wänden selbst Null ist.
Die Trennwand zwischen Zuführungshohl- leiter und Arbeitsraum wird durch diese Massnahme umgewandelt in eine frei aufgehängte Platte mit einer Schlitzanordnung.
Die homogene Erwärmung des Objektes lässt sich, wenn die zuvor beschriebenen Massnahmen noch nicht befriedigen, weiter dadurch verbessern, dass diese Schlitzplatte um eine in ihrer Ebene liegende Achse pendelnd gelagert ist. Die Wirkung dieser Pendel- oder Wippbewegung beruht auf mehreren Einflüssen: <B>1.</B> Ständige Änderung der Polarisationsrichtung des primären Feldes irn Arbeitsraum parallel zur kleineren Schlitzachse<B>11.</B>
2. Ständige Änderung der Abstrahlrichtung senk recht zu den Schlitzen in der Platte.
<B>3.</B> 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 lau fenden Schlitze 12 zwischen der Platte und den senk rechten Wänden des Arbeitsraumes in Lage, Breite und kapazitiver Belastung.
<B>5.</B> Weichenwirkung des Plattenendes vor der öff- nung des Zuführungshohlleiters, indem die Mikro wellenenergie 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 darnit die Erwärmung der Objekte gleichmässiger wird, wenn die Periode der Bewegung der Schlitzplatte klein ist (z. B.<B>1/10)</B> gegen über der Erwännun-sdauer der Objekte.
Die wippende Schlitzplatte kann nun bei Einrich tungen, die mit Infrarotstrahlem zur oberflächlichen Erwärmung des Objektes ausgerüstet sind, mit Vorteil gleichzeitig als beweglicher Reflektor für den oder die darunter fest angeordneten Strahlern dienen. Die sorgt so für eine, gleichmässige Oberflächenerwärmung durch die für Grillzwecke benötigte Infrarotstrahlungen.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand von- vier Ausführungsbeispielen erläutert, die in der Zeich nung durch die Fig. <B>1</B> bis 4 im Schnitt (la bis 4a) und in der Draufsicht (Fig. lb bis 4b) schematisch dar gestellt sind. In den Figuren ist mit<B>1</B> der Zuführungs- hohlleiter für die Mikrowellenenergie bezeichnet, der vom Sender 2 gespeist wird und in den Arbeitsraum 4 mit seinen Wänden<B>3</B> einkoppelt. Teil<B>5</B> ist ein Unter satz, auf dem das Objekt<B>6</B> steht.
Teil<B>7</B> ist die Ein- fülltür, <B>8</B> ein gegebenenfalls zusätzlicher Infrarot strahler,<B>9</B> sind Schlitze in der gemeinsamen Wand<B>10</B> von Arbeitsraum und Zuführungshohlleiter. Diese Schlitze sind über eine ganze Wand<B>10</B> des Arbeits raumes 4 verteilt und übernehmen die Speisung des Arbeitsraumes. Fig. <B>1 b</B> zeigt ein Beispiel einer Schlitz anordnung zur Erzielung einer homogenen primären Feldverteilung. Die Schlitze, werden hier mit steigender Entfernung vom Koppelstutzen breiter, damit die -nach unten ausgestrahlte Leistung gleich bleibt, denn im Zuführungshohlleiter nehmen die Wandströme bei jedem Schlitz ab.
Die Schlitze haben einen gegen seitigen Abstand von 2/2 bei einer seitlichen Ver setzung von ebenfalls<B>A/,.</B>
Um die Feldstärke in der Nähe der senkrechten Begrenzungswände<B>3</B> 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 als Schlitz entsteht. Bei gleichmässiger Breite dieses Streifens würde an den Stirnseiten<B>13</B> die Ausstrahlung zu stark werden. Die Streifen können daher hier verschmälert werden und sind vorzugsweise mit einer kapazitiven Beschwerung 14 versehen, mit deren Grösse die Feld- stärkenverteilung eingestellt wird.
Es sind hier nur fünf Schlitze<B>9,</B> 12 vorhanden.
In Fig. <B>3</B> ist die mit Schlitzen versehene Platte<B>10</B> an einer Achse<B>15</B> aufgehängt und führt Wipp- bewegungen um<B> 10</B> bis<B>151></B> gegen die Horizontale aus. Das bei ruhender Platte vorhandene Feldbild wird hierdurch in vertikaler Richtung verzerrt, und zwar abwechselnd zusammengedrückt und gedehnt. Da diese vertikale Verzerrung an der Bodenwandung des Arbeitsraumes endet, auf der normalerweise das Objekt steht, würde dieses nicht mehr wesentlich von der Feldbrwegung erfasst werden.
Man muss also dafür sorgen, dass das Objekt nicht direkt auf dem Boden des Arbeitsraumes steht, sondern erhöht darüber an- gebracht wird. Das kann in bekannter Weise durch eine Unterlag ,e als Objektträger geschehen. Hier ist jedoch die Bodenwandung in Form einer mehr als )'/4 tiefen Wanne<B>16</B> ausgeführt, während das Objekt <B>6</B> auf einer einteiligen oder vorzugsweise mehrteiligen Platte<B>17</B> aus beispielsweise schlichtlosem Opal- Sicherheitsglas ruht.
Der Zuführungshohlleiter <B>1</B> ist in bekannter Weise mechanisch mit einer Platte<B>18</B> abgeschlossen, die aus wenig absorbiertem und kaum reflektierendem di- elektrischem Material besteht. Die bewirkt einen Schutz des Magnetron-Auskoppelstutzens gegen über mässige Erwännung und Spritzer sowie Beschlagen mit Kondenswasser. Als geeignet haben sich beispiels weise keramische Platten mit kleiner Dielektrizitäts- konstante und kleinem Verlustwinkel sowie Platten aus Sinterglas und schichtlosem Sicherheitsglas her ausgestellt.
Zur weiteren Homogenisierung der Leistungsauf nahme durch das<B>Objekt</B> wird an einer senkrechten Wand gemäss Fig. <B>3</B> eine wannenartige Ausbuchtung <B>19</B> vorgesehen, die sich vorzugsweise über die ganze Wandbreite erstreckt. Sie ist durch eine um eine bei spielsweise horizontale Achse 20 schwenkbare Klappe 21 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 beiden beweglichen Organe zu einem winkelartigen Stück 22 vereinigt und im Punkt<B>23</B> kippbar gelagert. Die Zuführungen für den oder die Infrarotstrahler<B>8</B> führen durch Schlitze 24 im vertikalen Teil des winkelartigen Stückes hindurch. Die Wirkungsweise ist im Prinzip die gleiche geblieben, wie bei einzeln angebrachter Schlitzplatte und Klappe.
Device for homogeneous heating of organic substances by means of an electric microwave field in a cavity In general, when electric microwave energy is irradiated from a waveguide in a work room, pronounced maxima and minima of the field strength occur due to interference of the waves reflected on the walls.
Microwaves are electromagnetic high-frequency waves of very short wavelengths in the cm range. When this work space is damped by an object to be heated, these extremes are leveled out strongly depending on the damping, but with the usual infeed, uneven heating becomes noticeable on the object, which is due to the fact that the primary radiation is irradiated locally unevenly.
According to the invention, the microwave energy is not radiated into the work area through one or a few irradiation openings as before, but via a waveguide that extends over at least 4 / # of one dimension of a wall of the work area, with at least five slots over the entire area the partition are distributed.
As a result, you now have it in hand, by choosing the number, position and width of this slot antennas to adapt the field distribution to the requirements, for. B. to make them homogeneous or defined inhomogeneous. As is known, the length of the slots must be about 2/2.
Tests have also shown that the field distribution near the walls of the working space can be made even more homogeneous if, in one embodiment, the wall of the feed waveguide carrying the slots is separated from the walls perpendicular to it by a slot running all around. Compared to the unaffected setting of the primary field distribution, a more rapid increase in the field strength is achieved, which is zero at the (metallic) walls themselves.
This measure converts the partition between the supply waveguide and the working space into a freely suspended plate with a slot arrangement.
If the measures described above are not yet satisfactory, the homogeneous heating of the object can be further improved by the fact that this slotted plate is pivoted about an axis lying in its plane. The effect of this pendulum or rocking movement is based on several influences: <B> 1. </B> Constant change in the polarization direction of the primary field in the working space parallel to the smaller slot axis <B> 11. </B>
2. Constant change in the direction of radiation perpendicular to the slots in the plate.
<B> 3. </B> Constant change in the angle of the reflective surface of the plate relative to the horizontal for the waves already reflected from the opposite wall.
4. Change in the radiation at the ends of the plate by constantly changing the all around running slots 12 between the plate and the vertical right walls of the work space in position, width and capacitive load.
<B> 5. </B> Switching effect of the plate end in front of the opening of the feed waveguide, in that the microwave energy temporarily reaches the work area directly via reflection on the underside of the plate and sometimes has to make the detour via the slots. The combination of these factors causes the mean field strength and thus the heating of the objects to be more even if the period of movement of the slotted plate is small (e.g. <B> 1/10) </B> compared to the heating period of the objects.
The rocking slotted plate can now be used with Einrich lines that are equipped with infrared radiators for superficial heating of the object, at the same time with advantage as a movable reflector for the or the fixed radiators below. This ensures uniform surface heating through the infrared radiation required for grilling purposes.
In the following, the invention is explained on the basis of four exemplary embodiments, which are shown in the drawing by FIGS. 1 to 4 in section (la to 4a) and in plan view (FIGS. 1b to 4b) are shown schematically. In the figures, <B> 1 </B> denotes the supply waveguide for the microwave energy, which is fed by the transmitter 2 and is coupled into the working space 4 with its walls <B> 3 </B>. Part <B> 5 </B> is a subset on which the object <B> 6 </B> is placed.
Part <B> 7 </B> is the loading door, <B> 8 </B> an additional infrared emitter if necessary, <B> 9 </B> are slots in the common wall <B> 10 </ B > of work area and feed waveguide. These slots are distributed over an entire wall <B> 10 </B> of the working space 4 and supply the working space. Fig. 1b shows an example of a slot arrangement for achieving a homogeneous primary field distribution. The slots become wider with increasing distance from the coupling socket, so that the power radiated downwards remains the same, because in the feed waveguide the wall currents decrease with each slot.
The slots have a mutual distance of 2/2 with a lateral offset of <B> A /,. </B>
In order to increase the field strength in the vicinity of the vertical delimitation walls <B> 3 </B> of the work space, the partition between the feed waveguide and work space is not carried out as far as these vertical delimitation walls, but shortened so that, according to FIG. 2, an open strip 12 as Slit is created. With a uniform width of this stripe, the charisma would be too strong on the front sides <B> 13 </B>. The strips can therefore be narrowed here and are preferably provided with a capacitive weighting 14, the size of which is used to set the field strength distribution.
There are only five slots <B> 9, </B> 12 here.
In FIG. 3, the slotted plate <B> 10 </B> is suspended on an axis <B> 15 </B> and carries out rocking movements by <B> 10 </ B > to <B> 151> </B> against the horizontal. The field image present when the plate is at rest is thereby distorted in the vertical direction, namely alternately compressed and stretched. Since this vertical distortion ends at the bottom wall of the work space on which the object normally stands, it would no longer be significantly affected by the field movement.
So you have to make sure that the object does not stand directly on the floor of the work space, but is raised above it. This can be done in a known manner using a support, e as a slide. Here, however, the bottom wall is in the form of a more than 1/4 deep trough <B> 16 </B>, while the object <B> 6 </B> is on a one-part or preferably multi-part plate <B> 17 </ B> rests, for example, from plain opal safety glass.
The supply waveguide <B> 1 </B> is mechanically closed in a known manner with a plate <B> 18 </B>, which consists of little absorbed and hardly reflective dielectric material. This protects the magnetron decoupling socket against excessive heat, splashes and fogging with condensation. Ceramic plates with a small dielectric constant and a small loss angle as well as plates made of sintered glass and non-laminated safety glass have proven to be suitable, for example.
To further homogenize the power consumption by the <B> object </B>, a trough-like bulge <B> 19 </B> is provided on a vertical wall according to FIG. 3, which preferably extends over the extends the entire width of the wall. It is closed by a flap 21 pivotable about a horizontal axis 20, for example. The effect of the oscillating flap is that the field is distorted in the manner already described above, but this time essentially only in the horizontal direction.
A combination of slotted plate and flap is shown in FIG. 4, for example. Here the two movable organs are combined to form an angled piece 22 and mounted tiltably at point 23. The feeds for the infrared radiator (s) 8 lead through slots 24 in the vertical part of the angular piece. The principle of operation has remained the same as with the individually attached slotted plate and flap.