DE1134779B - Einrichtung zur dielektrischen Erwaermung - Google Patents

Einrichtung zur dielektrischen Erwaermung

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DE1134779B
DE1134779B DED34928A DED0034928A DE1134779B DE 1134779 B DE1134779 B DE 1134779B DE D34928 A DED34928 A DE D34928A DE D0034928 A DED0034928 A DE D0034928A DE 1134779 B DE1134779 B DE 1134779B
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DE
Germany
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microwave
generator
radiators
angle
cooking space
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Application number
DED34928A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Karl-August Heyne
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch Elektronik GmbH
Original Assignee
Robert Bosch Elektronik GmbH
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64Heating using microwaves
    • H05B6/647Aspects related to microwave heating combined with other heating techniques
    • H05B6/6482Aspects related to microwave heating combined with other heating techniques combined with radiant heating, e.g. infrared heating
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64Heating using microwaves
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
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    • H05B6/72Radiators or antennas

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Description

  • Einrichtung zur dielektrischen Erwärmung Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur dielektrischen Erwärmung eines in einem mit strahlungsreflektierenden Wänden versehenen Garraum befindlichen Gutes, insbesondere von Nahrungsmitteln, in einem durch Mikrowellenenergie erzeugten elektromagnetischen Strahlungsfeld. Durch die Erfindung soll eine gleichmäßigere Verteilung der Energiedichte des Hochfrequenzfeldes in dem Garraum, als sie mit den bisherigen dielektrischen Erwärmungseinrichtungen möglich war, und damit eine gleichmäßigere Erwärmung eines in den Garraum eingebrachten Gutes erzielt werden.
  • Bekanntlich bereitet die gleichmäßige Erwärmung von Nahrungsmitteln durch ein hochfrequentes elektromagnetisches Strahlungsfeld in einem durch reflektierende Wände abgeschlossenen Garraum erhebliche Schwierigkeiten. Diese Schwierigkeiten sind insbesondere darauf zurückzuführen, daß sich in dem Garraum stehende Wellen bilden, die unterschiedliche Energiedichten an den verschiedenen Stellen des Garraumes zur Folge haben. Außerdem ist aber auch die Erwärmung noch von der räumlichen Lage der Polarisationsrichtung des in den Garraum eingespeisten Hochfrequenzfeldes zur Hauptachse des zu erwärmenden Gutes abhängig. Die Erwärmung des Gutes ist am größten, wenn diese beiden Richtungen zusammenfallen.
  • Es sind bereits verschiedene Maßnahmen bekannt, durch die diese unerwünschten und schädlichen Erscheinungen unterdrückt oder doch wenigstens vermindert werden sollen. So ist es beispielsweise bekannt, die Entstehung von stehenden Wellen im Garraum dadurch zu verhindern, daß man entweder das zu erwärmende Gut oder eine der Wände des Garraumes während der Einwirkung des Hochfrequenzfeldes auf das Gut mechanisch bewegt. Den gleichen Zweck hat man auch durch mechanische Änderungen der Einkopplung des Hochfrequenzfeldes oder durch mehrfache Einkopplung eines linear polarisierten Hochfrequenzfeldes zu erreichen versucht. Diese Maßnahmen sind aber wegen der benötigten mechanischen Bewegungsvorrichtungen recht aufwendig oder erfüllen ihren Zweck nur sehr unvollkommen.
  • Man hat bereits vorgeschlagen, in den Garraum zwei linear polarisierte Mikrowellenzüge einzustrahlen, deren Polarisationsebenen einen Winkel von 90° miteinander bilden und die einen gegenseitigen Phasenunterschied von einer viertel Wellenlänge haben. Durch die Überlagerung dieser beiden Felder entsteht somit ein zirkular polarisiertes elektromagnetisches Strahlungsfeld. Man hatte geglaubt, daß ein solches zirkular polarisiertes Feld das in den Garraum eingebrachte Gut gleichmäßig erwärmt, jedoch hat die Erfahrung gezeigt, daß auch dieser bekannte Vorschlag noch nicht zu dem gewünschten Ergebnis führt.
  • Es wurde nämlich festgestellt, daß je nach Lage und Gestalt des zu erwärmenden Gutes das zirkular polarisierte Feld in der einen Polarisationsrichtung wesentlich stärker absorbiert wird als in der anderen, so daß schließlich doch wieder ein linear polarisiertes oder mindestens elliptisch polarisiertes Feld entsteht. Außerdem kann es vorkommen, daß bei verlustreichen Substanzen großer Abmessungen der auf das zu erwärmende Gut treffende Wellenzug schon beim ersten Durchgang von dem Gut vollständig absorbiert wird und daher keine Reflexion mehr an den Wänden des Garraumes stattfinden kann. Das Gut wird in diesem Fall nur einseitig erwärmt.
  • Alle diese Mängel werden durch die Erfindung weitgehend vermieden. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist gekennzeichnet durch mindestens zwei Mikrowellenstrahler, die zwei nichtkohärente zirkular polarisierte Wellenzüge erzeugen, deren Fortschreitungsrichtungen einen Winkel miteinander bilden.
  • Es hat sich gezeigt, daß durch die Erfindung im Garraum eine sehr gleichmäßige Energiedichte des Hochfrequenzfeldes, die von dem in den Garraum eingebrachten Gut weitgehend unabhängig ist, erzielt werden kann. Das ist darauf zurückzuführen, daß nach der Erfindung zwei Mikrowellenstrahler, die nichtkohärente zirkular polarisierte Wellenzüge erzeugen, zur Speisung des Garraumes mit Hochfrequenzenergie dienen, während man bisher zu diesem Zweck entweder zwei linear polarisierte Wellenzüge oder nur einen zirkular polarisierten Wellenzug benutzte. Von Bedeutung ist, daß die nach der- Etfinduiig zur Speisung des Garraumes benutzten zwei zirkular polarisierten Wellenzüge nichtkohärent sind und einest gewissen Winkel miteinander bilden. Dagegen ist es von untergeordneter Bedeutung, welcher Art die Mikrowellenstrahler im einzelnen sind. Für die Durchführung der Erfindung sind vielmehr grundsätzlich alle Strahler geeignet, die zirkular polarisierte Wellenzüge abstrahlen. Besonders eihfäeh und geeignet sind für diesen Zweck beispielsweise Wendelstrahler, die so angeordnet sind, daß ihre Achsen einen Winkel miteinander bilden, und die von je einem Generator, z:13. je einein Magnetrom gespeist werden. Durch die Verwendung je eines Generators für jeden Strahler ist gewährleistet, daß die Strahler nichtkohärente Wellenzüge abstrahlen.
  • Mit ähnlichem Erfolg können jedoch auch alle anderen Mikrowellenstrahler, die zirkular polarisierte Wellenzüge abstrahlen, für den Erfindungszweck herangezogen werden. Hierzu gehören beispielsweise Kreuzdipole, gekreuzte Schlitze oder sonstige Zirkularpolarisatoren.
  • Der durch die Erfindung angestrebte Zweck kann auch durch Verwendung von mehr als zwei Mikrowellenstrahlern, die nichtkohärente zirkulär polarisierte Wellenzüge erzeugen, erreicht werden.
  • Durch entsprechende Anordnung der einzelnen Strahler bzw. durch geeignete Wahl der Fortschreitungsrichtungen der von diesen Strahlern erzeugten zirkular polarisierten Wellenzügen kann man es stets so einrichten, daß auf jeden Fall ein Teil der Energie dieser Wellenzüge an den Wänden des Garraumes reflektiert wird. Dadurch kann die aus dem reflektierten Wellenzug in dem zu erwärmenden Gut absorbierte Energie ungefähr gleich der Energie gemacht werden, die das Gut aus dem primär von dem Strahler auf das Gut fallenden Wellenzug absorbiert hat.
  • Dadurch, daß zwischen den von den Strahlern ausgehenden Wellenzügen keine Kohärenz besteht, können sich auch keine stationären sekundären Felder bilden. Ferner hat sich gezeigt, daß durch die erfindungsgemäße Maßnahme auch die Rückwirkung des einen Generators auf den anderen Generator wesentlich herabgesetzt wird.
  • Eine weitere Verminderung dieser Rückwirkung des einen Generators auf den anderen und sogar eine nahezu vollständige Vermeidung dieser Rückwirkung überhaupt läßt sich nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch erreichen, daß die die zwei Mikrowellenstrahler speisenden Generatoren derart impulsmäßig abwechselnd arbeiten, daß die Arbeitszeiten des einen Generators mindestens teilweise in die Arbeitspausen des anderen Generators fallen. Dieser Vorschlag läßt sich beispielsweise so durchführen, daß man den beiden Generatoren, die z: B, je ein Magnetron enthalten können, impulsartige Anodenspannungen zuführt, und zwar derart, daß der Anodenspannungsimpuls für den einen Generator immer ganz oder mindestens teilweise in einen Impulszwischenraum des anderen Generators fällt.
  • Als Impulsspannungen kann man auch die Halbwellen einer Netzwechselspannung verwenden.. Eine besonders einfache Ausführungsform ergibt sich dadurch, daß die beiden in den Generatoren verwendeten Magnetrons als Anodenspannung in an sich bekannter Weise aus der Netzwechselspannung durch Ein- oder Doppelweggleichrichtung oder durch Selbstgleichrichtung abgeleitete, nicht geglättete Halbwellenspännungen erhalten, deren Phasen um ungefähr 90° gegeneinander verschoben sind. Eine gegenseitige Phasenverschiebung der beiden Halbwellen um 90° ist ausreichend; weil der Stromflußwinkel bei Magnetrons wegen der Threshhold-Anodenspannung nur etwa 60° beträgt. Auf diese Weise tritt zwischen den Anodenströmen der beiden Magnetrons nur eine zeitliche überschneidung von etwa 30° und dazu noch bei verminderter Leistungsabgabe ein.
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dient die nachstehend beschriebene Zeichnung. In der Zeichnung ist Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Querschnitt durch eine Einrichtung mit den Merkmalen der Erfindung und Fig. 2 eine schematische grafische Darstellung des zeitlichen Verlaufes der Anodenströme und Anodenspannurigen für die zur Speisung der Mikrowellenstrahler dienenden Magnetrons.
  • In einem Garraum 1, der ringsum von die Hochfrequenzenergie reflektierenden, metallischen Platten abgeschlossen ist, ist eine Auflageplatte 2 aus dielektrischem Material angebracht; auf die das zu erwärmende Gut 3 gestellt werden kann.
  • Zur Speisung des Garraumes 1 mit Mikrowellenenergie dienen zwei Wendelstrahler 4 und 5, deren Achsen einen Winkel miteinander bilden, der im dargestellten Fall ungefähr 90° beträgt. Die Wendelstrahler 4 und 5 erzeugen somit zirkular polarisierte Wellenzüge, deren Fortpflanzungsrichtungen einen Winkel von ungefähr 90° zwischen sich einschließen. Durch Abdeckhauben 8 und 9 aus dielektrischem Material sind die Wendelstrahler 4 und 5 gegen schädliche Einflüsse durch Dämpfe, Dünste od. dgl. aus dem Garraum geschützt.
  • Die beiden Wendelstrahler 4 und 5 werden unabhängig voneinander durch Hochfrequenzgeneratoren 6 und 7, die vorzugsweise Magnetrons sind, mit Hochfrequenzenergie versorgt. Dadurch, daß die Wendelstrahler 4 und 5 durch je ein Magnetron 6 und 7 gespeist werden, ist die Kohärenz der von den Strahlern 4 und 5 erzeugten zirkular polarisierten Wellenzüge gewährleistet.
  • Die Magnetrons 6 und 7 können ihre Anodenspannungen in bekannter Weise durch Selbstgleichrichtung aus dem Wechselstromnetz erhalten, so daß nur die positiven Halbwellen der Wechselspannung als Anoderispannung wirksam werden. Um eine gegenseitige Rückwirkung der Magnetrons 6 und 7 aufeinander möglichst weitgehend zu vermeiden, sollen gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes die beiden den Magnetrons 6 und 7 zugeführten Wechselspannungen um einen Phasenwinkel von ungefähr 901 gegeneinander verschoben sein. Damit sind auch die in den Magnetrons 6 und 7 als Anoden-Spannung wirksam werdenden positiven Halbwellen der Wechselspannung um 90° gegeneinander verschöben. Dies ist in Fig. 2 angedeutet, wo U, die beispielsweise am Magnetron 6 und U2 die beispielsweise am Magnetron 7 als Anodenspannung wirksam werdenden Halbwellen bedeuten sollen. Die Anodenspannung U1 hat dann in dem Magnetron 6 einen Anodenstrom I, zur Folge, während die Anodenspannung U2 den Anodenstrom Ih im Magnettun 7 hervorruft. Infolge des erst bei einem Mindestwert der Anodenspannung einsetzenden Anodenstromes haben die Anodenströme I, und I2 nur einen Stromflußwinkel von je ungefähr 60°, so daß sich :die beiden Anodenströme I1 und 1., nur in dem in Fig. 2 schraffiert angedeuteten Bereich überschneiden. Nur in diesem schraffierten Bereich strahlen also die beiden Mikrowellenstrahler 4 und 5 gleichzeitig Hochfrequenzenergie, allerdings bei verminderter Leistung, ab.
  • Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform beschränkt, da es auf die Ausbildung der die zirkular polarisierten Wellenzüge aussendenden Strahler und deren Anordnung im einzelnen nicht ankommt. Diese Anordnung kann je nach Gestalt und Größe des Garraumes geeignet gewählt werden. Die Erfindung ist auch nicht nur zum Erwärmen, Kochen, Braten und Backen von Speisen geeignet, sondern kann auch in industriellen Anlagen zur Erwärmung dielektrischer Güter Verwendung finden.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zur dielektrischen Erwärmung eines in einem mit strahlungsreflektierenden Wänden versehenen Garraum befindlichen Gutes, insbesondere von Nahrungsmitteln, in einem durch Mikrowellenenergie erzeugten elektromagnetischen Strahlungsfeld, gekennzeichnet durch mindestens zwei Mikrowellenstrahler, die zwei nichtkohärente zirkular polarisierte Wellenzüge .erzeugen, deren Fortschreitungsrichtungen einen Winkel miteinander bilden.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei von je einem Generator, z. B. einem Magnetron, gespeiste Wendelstrahler, deren Achsen einen Winkel miteinander bilden.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenstrahler an sich bekannte Kreuzdipole, -schlitze oder Zirkularpolarisatoren sind.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die zwei Mikrowellenstrahler speisenden Generatoren derart impulsmäßig abwechselnd arbeiten, daß die Arbeitszeiten des einen Generators mindestens teilweise in die Arbeitspausen des anderen Generators fallen.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden in den Generatoren verwendeten Magnetrons als Anodenspannung in an sich bekannter Weise aus der Netzwechselspannung durch Ein- oder Doppelweggleichrichtung oder durch Selbstgleichrichtung abgeleitete, nicht geglättete Halbwellenspannungen erhalten, deren Phasen um ungefähr 90° gegeneinander verschoben sind.
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