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Die Erfindung betrifft ein Elektrowärmegerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es wird vorteilhaft zur Erwärmung von Speisen genutzt.
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Es sind Elektrowärmegeräte als Kombinationsgeräte bekannt, welche mittels zweier voneinander unabhängiger Strahlungsquellen Speisen erwärmen können, beispielsweise zum Braten oder Backen. In einer typischen Ausführung handelt es sich bei der ersten Strahlungsquelle um eine Infrarotstrahlungsquelle, insbesondere sogenannte Strahlungsheizer, und bei der zweiten Strahlungsquelle um eine Mikrowellenstrahlungsquelle. Somit kann ein solches Elektrowärmegerät zur Erwärmung von Speisen Infrarotstrahlen oder Mikrowellenstrahlen verwenden, je nach Wunsch einer Bedienperson bzw. je nach Anforderung.
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Bekannte derartige Systeme weisen beispielsweise einen Rohrheizkörper als Infrarotstrahlungsquelle auf, während ein Klystron als Mikrowellenstrahlungsquelle zum Einsatz kommt. Diese sind als getrennte Bauteile ausgeführt, was zu einer erhöhten Komplexität des Systems führt.
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Aufgabe und Lösung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein im Vergleich zum Stand der Technik verbessertes, beispielsweise einfacher ausgeführtes Elektrowärmegerät vorzusehen, mit dem Speisen bzw. Lebensmittel und andere Stoffe vorteilhaft erwärmt werden können, und insbesondere vielfältigere Möglichkeiten der Zubereitung bzw. Erwärmung erreicht werden.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Elektrowärmegerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Das Elektrowärmegerät zum Erwärmen von Speisen bzw. Lebensmitteln und anderen Stoffen bzw. das Elektrokochgerät weist eine erste Strahlungsquelle auf, welche bei Anregung eine erste Strahlung einer ersten Wellenlänge bzw. mit einer ersten Wellenlängenverteilung emittiert. Die erste Strahlungsquelle ist dazu ausgebildet, elektrisch angeregt bzw. betrieben zu werden. Das Elektrowärmegerät weist ferner eine zweite Strahlungsquelle auf, welche bei Anregung eine zweite Strahlung einer zweiten Wellenlänge emittiert, wobei die zweite Wellenlänge größer ist als die erste Wellenlänge. Diese erste Wellenlängenverteilung sollte recht eng sein, also ein recht schmales Spektrum aufweisen, so dass beispielsweise die vorgenannte erste Wellenlänge das Maximum der Strahlungsenergie angibt. Die Wellenlängenverteilung kann dann so sein, dass mindestens 50%, vorteilhaft 70% bis 90%, der Strahlungsenergie in einem Wellenlängenbereich von ±20% oder sogar ±10% des Maximums bzw. der ersten Wellenlänge liegen.
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Erfindungsgemäß ist die zweite Strahlungsquelle dazu ausgebildet, von der ersten Strahlung mit der ersten Wellenlänge bzw. der ersten Wellenlängenverteilung angeregt zu werden. Mittels der erfindungsgemäßen Ausführung ist es möglich, ein Elektrowärmegerät mit geringerer Komplexität im Vergleich zum Stand der Technik vorzusehen. Insbesondere muss lediglich die erste Strahlungsquelle elektrisch angeregt oder betrieben werden, während die zweite Strahlungsquelle von der Strahlung angeregt wird, welche von der ersten Strahlungsquelle emittiert wird. Damit entfällt die Notwendigkeit einer zusätzlichen Leistungsversorgung und Steuerung der zweiten Strahlungsquelle. Es sind also beide Strahlungsquellen gleichzeitig bzw. gemeinsam in Betrieb. Die Infrarotstrahlung kann dabei zu einer als angenehm empfundenen Bräunung von Lebensmitteln führen, während die Mikrowellenstrahlung insbesondere Vorteile bei der gezielten energiesparenden Erwärmung von Wassermolekülen hat bzw. Speisen von innen her erwärmen kann. So können Speisen bzw. Lebensmittel und auch andere Stoffe sowohl von innen her erwärmt oder erhitzt als auch von außen her erwärmt oder erhitzt werden, insbesondere mit der Möglichkeit zum Bräunen bzw. Rösten, wobei höhere Temperaturen als bei der Erwärmung von innen her erreichbar sind.
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Die erste Wellenlänge liegt bevorzugt im Spektralbereich zwischen 0,1 µm und 20 µm. Dies ist die typische Wellenlänge von Infrarotstrahlung und sichtbarem Licht. Besonders bevorzugt beträgt die erste Wellenlänge einige µm und liegt somit im infraroten Bereich. Vorteilhaft ist die erste Strahlungsquelle eine Infrarotstrahlungsquelle. Eine solche Infrarotstrahlungsquelle kann beispielsweise als Lampe bzw. Halogenlampe, als Glüh- oder als Rohrheizkörper ausgeführt sein. Die Wellenlängenverteilung kann eben so sein, dass mindestens 50%, vorteilhaft 70% bis 90%, der Strahlungsenergie in einem Wellenlängenbereich von ±10% oder sogar ±5% des Maximums bzw. der ersten Wellenlänge liegen.
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Die zweite Wellenlänge liegt bevorzugt zwischen 8 cm und 25 cm. Dies ist ein typischer Bereich von Wellenlängen einer Mikrowellenstrahlung mit den eingangs genannten Vorteilen. Gemäß einer bevorzugten Ausführung beträgt die zweite Wellenlänge etwa 12 cm, was einer für Haushaltsmikrowellengeräte üblichen Wellenlänge entspricht. Gemäß einer alternativen Ausführung beträgt die zweite Wellenlänge etwa 20 cm bei einer Frequenz von 1,45 GHz, was insbesondere deshalb bevorzugt ist, weil für eine solche Wellenlänge besonders geeignete Materialien für eine entsprechende Anregung zur Verfügung stehen. Diese werden weiter unten ausführlich beschrieben.
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Bei der zweiten Strahlungsquelle handelt es sich bevorzugt um eine Mikrowellenstrahlungsquelle. Eine solche wird jedoch erfindungsgemäß zumindest nicht insofern auf bekannte Art und Weise ausgeführt, dass sie ausschließlich elektrisch angeregt bzw. betrieben werden kann. Vielmehr ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die zweite Strahlungsquelle zumindest teilweise durch die erste Strahlung angeregt werden kann. Dies schließt nicht aus, dass die zweite Strahlungsquelle zusätzlich auch elektrisch angeregt oder betrieben werden kann, oder dass zusätzlich zur zweiten Strahlungsquelle, welche von der ersten Strahlung angeregt werden kann, noch eine weitere Strahlungsquelle mit ähnlicher oder identischer Wellenlänge wie bei der zweiten Strahlungsquelle vorhanden ist, welche elektrisch angeregt oder betrieben werden kann. Anders ausgedrückt kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die zweite Strahlungsquelle von der ersten Strahlung angeregt wird, und noch eine zusätzliche dritte Strahlungsquelle vorhanden ist, welche eine ähnliche Wellenlänge emittiert wie die zweite Strahlungsquelle, jedoch elektrisch betrieben wird. Damit kann beispielsweise die Wirkung der zweiten Strahlung verstärkt werden, wenn die Anregung durch die erste Strahlung nicht für eine gewünschte Leistung ausreicht.
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Bevorzugt ist die zweite Strahlungsquelle ausgebildet zur Erzeugung einer Besetzungsinversion bei Anregung durch die erste Strahlung. Damit kann eine ähnliche Funktionsweise wie bei einem Laser erreicht werden, wobei aufgrund der Anregung eine Vielzahl von Elektronen höhere Energieniveaus einnehmen als in ihrem Grundzustand, und wobei die derart gespeicherte Energie zur Erzeugung einer zu emittierenden Strahlung, hier der zweiten Strahlung, verwendet wird. Damit kann eine kohärente, gleichmäßige Strahlung erreicht werden.
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Bevorzugt weist die zweite Strahlungsquelle ein Maser-Material auf. Der Begriff „Maser“ ist eine Abkürzung für „Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation“, also Mikrowellenverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung. Damit werden Materialien bezeichnet, welche bei Anregung Mikrowellen emittieren.
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Insbesondere ist ein Maser-Material von Vorteil, welches mehrere Phenyl-Gruppen aufweist und/oder damit dotiert ist. Derartige Materialien haben sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen.
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Besonders bevorzugt kann es sich bei dem Maser-Material um p-Terphenyl handeln. Dieses hat sich für die Erzeugung von Mikrowellen mittels einer durch Infrarotstrahlung induzierten Besetzungsinversion als besonders geeignet herausgestellt.
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Weiter bevorzugt ist das Maser-Material mit einem polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoff dotiert. Besonders bevorzugt wird hierfür Pentazen verwendet. Insbesondere die Kombination aus dem Material p-Terphenyl und dem Dotierstoff Pentazen hat sich für die Erzeugung von Mikrowellen als besonders vorteilhaft herausgestellt.
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Eine andere Möglichkeit sind nicht-metallische IR-Strahler wie beispielsweise
- a) Kohlenstoffleiter, -vlies, oder -gewebe in einem luftdichten, temperaturbeständigen Gehäuse, beispielsweise aus Glas, Quarz, Keramik, odgl., evtl. auch mit Carbon-Nanotubes
- b) Keramische Infrarot-Strahler, beispielsweise aus MoSi2 oder SiC, evtl. auch dotiert. Eine Bezugsquelle ist beispielsweise Kanthal.
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Der Hintergrund für eine Verwendung von nicht-metallischen IR-Strahlern ist, dass es bei metallischen Heizern unter Umständen elektrische Lichtbögen geben könnte, beispielsweise wie bei metallischem Geschirr in einer Mikrowelle.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist das Elektrowärmegerät einen Innenraum auf, welcher gegen einen Austritt der zweiten Strahlung abgeschirmt ist. Die erste und die zweite Strahlungsquelle sind dabei derart angeordnet, dass sie die erste und die zweite Strahlung in den Innenraum emittieren. Dies entspricht einer Ausführung als eigenständiges, abgeschlossenes Gerät, wie es beispielsweise von Haushaltsmikrowellengeräten oder Kombigeräten bekannt ist. Die Abschirmung gegen den Austritt der zweiten Strahlung ist vorteilhaft, weil die zweite Strahlung typischerweise im Spektralbereich von Mikrowellen liegt und beim Austritt in einen umgebenen Raum eine gesundheitsschädliche Wirkung aufweisen kann.
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Gemäß einer alternativen Ausführung befindet sich das Elektrowärmegerät in einem abgeschlossenen Raum, welcher vorzugsweise gegen einen Austritt der zweiten Strahlung abgeschirmt ist. Eine solche Ausführung kann beispielsweise verwendet werden, wenn das Elektrowärmegerät in einer größeren Produktionsstraße zum Einsatz kommen soll, die für die industrielle Herstellung von Lebensmitteln ausgelegt ist. In diesem Fall genügt es, wenn der abgeschlossene Raum, welcher auch noch mehr Komponenten wie beispielsweise Förderbänder oder andere Wärmegeräte beinhalten kann, gegen den Austritt der zweiten Strahlung abgeschirmt ist, sofern sich während des Betriebs des Elektrowärmegeräts keine Personen in dem abgeschlossenen Raum aufhalten.
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Bevorzugt ist die zweite Strahlungsquelle benachbart zur ersten Strahlungsquelle angeordnet. Damit kann eine direkte Anregung der zweiten Strahlungsquelle bei möglichst geringem Energieverlust durch die erste Strahlung erreicht werden. Vorzugsweise ist die zweite Strahlungsquelle als Beschichtung odgl. unmittelbar auf der ersten Strahlungsquelle angeordnet bzw. aufgebracht. Damit kann der Abstand zwischen erster und zweiter Strahlungsquelle minimiert werden.
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Alternativ dazu kann die zweite Strahlungsquelle beispielsweise flächig auf einer oder mehreren Wänden des Elektrowärmegeräts angeordnet sein, insbesondere als Beschichtung odgl.. Damit kann eine gleichmäßige Verteilung der zweiten Strahlungsquelle sowie der Erzeugung der zweiten Strahlung erreicht werden, was zu einer entsprechend gleichmäßigen Ausbreitung der zweiten Strahlung und einer homogenen Erwärmung von zu erwärmenden Speisen führt.
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Weiter bevorzugt weist die zweite Strahlungsquelle eine Kühleinrichtung auf. Damit kann die zweite Strahlungsquelle auf einer gewünschten Temperatur gehalten werden. Insbesondere bei der Verwendung des oben beschriebenen Maser-Materials, welches Pentazen-dotiertes p-Terphenyl ist, ist eine Kühleinrichtung insofern vorteilhaft, weil die Strahlungsleistung dieses Materials bei Raumtemperatur besonders gut ist. Während des Betriebs könnte sich das Material auf Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur aufheizen, wodurch dessen Leistung bzw. Wirkungsgrad beeinträchtigt werden kann. Eine Kühleinrichtung kann deshalb bevorzugt dafür sorgen, dass das Material auf einer guten bzw. der bestmöglichen Temperatur gehalten wird, beispielsweise Raumtemperatur von etwa 20° C.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird für zumindest eine der beiden Strahlungsquellen, bevorzugt für die erste Strahlungsquelle, eine Strahlungsquelle verwendet, welche zumindest teilweise sichtbares Licht emittiert. Bei vielen Infrarotstrahlungsquellen kann beispielsweise der Betrieb mit bloßem Auge erkannt werden, da im emittierten Spektrum auch Komponenten des sichtbaren Spektrums enthalten sind. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass das emittierte sichtbare Licht auch von außerhalb des Elektrowärmegeräts aus wahrgenommen werden kann. So kann die entsprechende Strahlungsquelle auch eine Beleuchtungsfunktion und/oder eine Anzeigefunktion übernehmen. Eine solche Anzeigefunktion kann sich beispielsweise auf den Betrieb des Elektrowärmegerätes beziehen. Anders ausgedrückt erkennt ein Benutzer an dem sichtbaren Licht, welches beispielsweise an einer bestimmten Stelle mittels eines Lichtleiters nach außen geführt werden kann oder durch ein Fenster sichtbar ist, dass das Elektrowärmegerät in Betrieb ist. Durch geeignetes Unterbrechen dieses Lichts, beispielsweise mittels einer Blende, kann eine weitergehende Anzeigefunktion erreicht werden.
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Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in Zwischen-Überschriften und einzelne Abschnitte beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung kann der Fachmann den nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen entnehmen. Hierbei zeigen:
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1 bis 3 drei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Elektro wärmegeräts
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Elektrowärmegeräts 10. Dieses ist abgeschlossen ausgeführt, also ähnlich einem üblichen Haushaltsmikrowellengerät oder einem entsprechenden Kombinationsgerät. Das Elektrowärmegerät 10 weist ein Gehäuse 12 auf, das thermisch isolierend und gegenüber Mikrowellenstrahlung abschirmend ausgebildet ist. Dies ermöglicht die Verwendung des Elektrowärmegeräts 10 in üblichen Haushaltsumgebungen, da die erzeugte Wärme innerhalb des Elektrowärmegeräts 10 gehalten wird und das Ausdringen von Mikrowellenstrahlung verhindert wird, welche möglicherweise gesundheitsgefährdende Wirkung hätte.
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Innerhalb des Elektrowärmegeräts 10 ist ein Teller 14 mit einem darauf liegenden Lebensmittel 16 angeordnet. Das Lebensmittel 16 soll mittels des Elektrowärmegeräts 10 erwärmt werden. Innerhalb des Elektrowärmegeräts 10 ist auch eine erste Strahlungsquelle 20 angeordnet. Diese ist als Lampe ausgeführt, welche derart ausgebildet ist, dass sie Infrarotstrahlung abgibt. Somit handelt es sich bei der ersten Strahlungsquelle 20 um eine Infrarotstrahlungsquelle. Die erste Strahlungsquelle 20 wird dabei mittels einer nicht dargestellten Energieversorgungseinrichtung mit elektrischer Energie versorgt, wodurch sie angeregt bzw. betrieben werden kann. Anders ausgedrückt emittiert die erste Strahlungsquelle 20 bei Versorgung mit elektrischer Energie Infrarotstrahlung in den Innenraum des Elektrowärmegeräts 10.
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Unmittelbar auf der ersten Strahlungsquelle 20 ist eine zweite Strahlungsquelle 22 aufgebracht, welche vorliegend als Beschichtung der ersten Strahlungsquelle 20 ausgebildet ist. Die erste Strahlungsquelle 20 ist dabei lediglich teilweise mit der zweiten Strahlungsquelle 22 beschichtet, um auch den Austritt von ebenfalls im Innenraum des Elektrowärmegeräts 10 erwünschter Infrarotstrahlung zur äußeren Erwärmung bzw. Bräunung zu gewährleisten.
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Bei der zweiten Strahlungsquelle 22 handelt es sich vorliegend um Pentazen-dotiertes p-Terphenyl, welches für den vorliegenden Zweck besonders geeignet ist. Bei Anregung durch Infrarotstrahlen emittiert dieses Material Mikrowellen mit einer Frequenz von 1,45 GHz, was einer Wellenlänge von etwa 20 cm entspricht. Damit können Wassermoleküle angeregt werden für eine Erwärmung von innen heraus, ähnlich wie dies von normalen Haushaltsmikrowellengeräten bekannt ist.
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Durch Betrieb der ersten Strahlungsquelle 20 wird somit nicht nur Infrarotstrahlung bzw. Wärmestrahlung mit oben genannter Wellenlänge in den Innenraum des Elektrowärmegeräts 10 emittiert, sondern es wird gleichzeitig auch die zweite Strahlungsquelle 22 angeregt, welche aufgrund der Anregung ihrerseits wiederum Mikrowellenstrahlung emittiert. Auf das Vorsehen einer zweiten Energieversorgungseinrichtung zur Ansteuerung bzw. Versorgung der zweiten Strahlungsquelle 22 mit elektrischer Energie kann somit verzichtet werden.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Elektrowärmegeräts 10, welches im Vergleich zu dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel etwas abgewandelt ist. Dabei soll nachfolgend lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden.
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Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist bei dem in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel die zweite Strahlungsquelle 22 flächig an einer Decke des Gehäuses 12 ausgebildet. Sie ist somit nicht unmittelbar benachbart zur ersten Strahlungsquelle 20 angeordnet. Bei Anregung durch die von der ersten Strahlungsquelle 20 emittierte Infrarotstrahlung emittiert sie ebenfalls Mikrowellenstrahlung, dabei ist jedoch die Fläche, über welche emittiert wird, gleichmäßig über die gesamte Decke des Gehäuses 12 verteilt. Damit wird eine besonders gleichmäßige Verteilung der Mikrowellenstrahlung im Innenraum des Elektrowärmegeräts 10 erreicht.
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3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Elektrowärmegeräts 10. Im Unterschied zu den anderen Ausführungsbeispielen ist das Elektrowärmegerät 10 dabei in einem abgeschlossenen Raum 5 angeordnet, in welchem sich nicht nur das Elektrowärmegerät 10 befindet, sondern in welchem sich auch weitere Komponenten einer industriellen Fertigungsstraße zur Herstellung bzw. Behandlung von Lebensmitteln befinden.
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Der Raum 5 wird durch Wände 6 begrenzt, welche gegen den Austritt von Mikrowellenstrahlung abschirmend ausgebildet sind. Somit können sich Personen außerhalb des Raums 5 aufhalten. Während des Betriebs des Elektrowärmegeräts 10 sollen sie sich jedoch nicht innerhalb des Raums 5 aufhalten, da dies gesundheitsgefährdend sein könnte. Innerhalb des Raums 5 ist ein Förderband 7 angeordnet, welches eine Vielzahl von Lebensmitteln 16 transportiert, welche jeweils als einzelne Portionen ausgeführt sind.
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Das Elektrowärmegerät 10 ist dabei derart ausgebildet, dass es von einer Decke des Raums 5 herabhängt und über dem Förderband 7 angeordnet ist. Dabei ist die erste Strahlungsquelle 20 oberhalb der zweiten Strahlungsquelle 22 angeordnet. Die erste Strahlungsquelle 20 ist dabei so ausgeführt, dass sie nach unten Infrarotstrahlung abstrahlt. Die zweite Strahlungsquelle 22 ist als Beschichtung der ersten Strahlungsquelle 20 ausgebildet, wobei ebenso wie bereits mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel erläutert wurde die zweite Strahlungsquelle 22 die erste Strahlungsquelle 20 nur teilweise überdeckt. Dies ermöglicht, dass von der ersten Strahlungsquelle 20 emittierte Infrarotstrahlung teilweise austritt und auf die Lebensmittel 16 trifft, andererseits aber auch teilweise die zweite Strahlungsquelle 22 anregt, so dass diese wiederum Mikrowellenstrahlung emittiert. Auch im dritten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der dritten Strahlungsquelle vorteilhaft um das bereits mit Bezug auf 1 beschriebene Pentazen-dotierte p-Terphenyl.
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Die zweite Strahlungsquelle 22 weist im dritten Ausführungsbeispiel eine Kühleinrichtung 24 auf, welche vorliegend als umlaufende Kühlwendel ausgeführt ist. Durch die Kühlwendel kann Wasser geleitet werden. Damit kann die zweite Strahlungsquelle 22 auch bei der im industriellen Bereich typischerweise erforderlichen hohen Leistung der beiden Strahlungsquellen 20, 22 auf Raumtemperatur gehalten werden, so dass die zweite Strahlungsquelle 22 bei derjenigen Temperatur betrieben wird, bei welcher sie optimal emittiert.
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Zusätzlich zu dem Elektrowärmegerät 10 ist innerhalb des Raums 5 noch eine Sprühdüse 8 angeordnet, welche eine Flüssigkeit 9 über die Lebensmittel 16 verteilt. Damit kann beispielsweise ein Lebensmittelzusatzstoff über die Lebensmittel 16 verteilt werden, welcher den aufgrund der Erwärmung durch das Elektrowärmegerät 10 ausgelösten Backvorgang der Lebensmittel 16 unterstützt.
