DE1227096B

DE1227096B - Device for heating organic substances, in particular food, in an electromagnetic radiation field

Info

Publication number: DE1227096B
Application number: DEB69347A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dieter Prause
Original assignee: PHOTOKINO GmbH; Robert Bosch Elektronik GmbH
Current assignee: PHOTOKINO GmbH; Robert Bosch Elektronik GmbH
Priority date: 1962-10-24
Filing date: 1962-10-24
Publication date: 1966-10-20

Description

Einrichtung zur Erwärmung organischer Substanzen, insbesondere von Nahrungsmitteln, in einem elektromagnetischen Strahlungsfeld Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erwärmung organischer Substanzen, insbesondere von Nahrungsmitteln, in einem elektromagnetischen Strahlungsfeld, das von einem durch einen Zentimeter- oder Dezimeterwellengenerator gespeisten Strahler in einem Garraum. erzeugt wird.Device for heating organic substances, in particular of Food, in an electromagnetic radiation field The invention relates to a device for heating organic substances, in particular food, in an electromagnetic radiation field, which is generated by a centimeter or a decimeter wave generator-fed radiator in a cooking chamber. is produced.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Energiedichte in dem Garraum und damit eine möglichst gleichmäßige Erwärmung des in dem Garraum befindlichen Gutes zu erzielen.The invention is based on the object of using simple means as even as possible distribution of the energy density in the cooking space and thus a to achieve the most uniform possible heating of the food in the cooking space.

Bekanntlich bereitet die gleichmäßige Erwärmung von Nahrungsmitteln durch ein hochfrequentes. elektromagnetisches Strahlungsfeld in einemdurch reflektierende Wände abgeschlossenen Garraum erhebliche Schwierigkeiten. Die 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 räumlich-en Lage 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.It is well known that the uniform heating of food prepares through a high frequency. electromagnetic radiation field in one through reflective Walls closed cooking space considerable difficulties. The difficulties are- in particular due to the fact that standing waves form in the cooking space, the different energy densities at the different points of the cooking space Have consequence. In addition, the warming is also due to the spatial location of the high-frequency field fed into the cooking space to the main axis of the one to be heated Good dependent. The warming of the goods is greatest when these two directions coincide.

In den meisten Fällen wird die Hochfrequenzenergie mit linearer Polarisierung, beispielsweise mittels einer Hohlleitereinkopplung oder eines strahlenden Dipols, in den Garraum eingespeist. Es hat sich aber gezeigt, daß bei derartigen Einrichtungen das Behandlungsgut zu ungleichmäßig erwärmt wird.In most cases, the radio frequency energy is linearly polarized, for example by means of a waveguide coupling or a radiating dipole, fed into the cooking space. But it has been shown that with such facilities the item to be treated is heated too unevenly.

Es sind bereits verschiedene Maßnahmen bekannt, durch die diese unerwünschten und schädlichen Erscheinungen unterdrückt oder doch wenigstens vermindert werden sollen. So kann man beispielsweise die Entstehung stehender Wellen im Garraum dadurch verhindern, daß man entweder das zu erwärmende Gut oder eine Wanddes 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. Auch ein vor der Einspeisungsstelle oder an einer sonstigen Stelle im Garraum umlaufendes Flügelrad soll eine gleichmäßigere Verteilung der Energiedichte herbeiführen.There are already various known measures by which these undesirable and harmful phenomena are suppressed or at least reduced should. For example, this can prevent standing waves from developing in the cooking space prevent that either the food to be heated or a wall of the cooking space during mechanically moved by the action of the high-frequency field on the material. The same The purpose is also through mechanical changes in the coupling of the high-frequency field or by multiple coupling in of a linearly polarized high-frequency field tried to achieve. Also one in front of the feed point or at another The rotating impeller in the cooking space should ensure a more even distribution of the Bring about energy density.

Diese IvTaßnahmen sind aber wegen der benötigten mechanischen Bewegungsvorrichtungen recht aufwendig oder erfüllen ihren Zweck nur sehr unvollkommen.However, these measures are due to the mechanical movement devices required quite complex or only very imperfectly fulfill their purpose.

Man hat ferner schon vorgeschlagen, in dem Garraum zirkular polarisierte Strahlungsfelder zu erzeugen, etwadurch Einstrahlung zweier linear polarisierter Wellenzüge, deren Polarisationsebenen einen Winkel von 9011 miteinander bilden und die eine Phasendifferenz von A14 haben, oder durch Verwendung einer Wendelantenne als Strahler.It has also already been proposed that circularly polarized ones be used in the cooking space To generate radiation fields, for example by irradiating two linearly polarized Wave trains whose planes of polarization form an angle of 9011 with each other and which have a phase difference of A14, or by using a helical antenna as a spotlight.

Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung eines zirkular polarisierten Strahlungsfeldes eine erhebliche Verbesserung mit sich bringt und das Behandlungsgut wesentlich gleichmäßiger als mit einer linear polarisierten Strahlung erwärmt wird. Schwierigkeiten bereitet aber noch die technische Verwirklichung dieser Erkenntnis. Die Verwendung einer Wendelantenne als Strahler erweist sich in der Praxis als nachteilig, weil ihre Länge in der Größenordnung der Betriebswellenlänge liegt, so daß sie verhältnismäßig große Abmessungen hat und für den Baueiner kompakten Einrichtung zu sperrig ist.It has been shown that the use of a circularly polarized Radiation field brings with it a considerable improvement and the material to be treated is heated much more evenly than with linearly polarized radiation. However, the technical realization of this knowledge still presents difficulties. The use of a helical antenna as a radiator turns out to be disadvantageous in practice, because their length is of the order of the operating wavelength, making them relatively is large in size and is too bulky to be built into a compact facility.

Durch die Erfindung sollen zwar die Vorteile der zirkular polarisierten Strahlung ausgenutzt, die Nachteile der bisherigen Einrichtungen aber umgangen werden.The invention is intended to take advantage of the circularly polarized Radiation is exploited, but the disadvantages of the previous facilities are circumvented.

Eine Einrichtung zur Erwärmung organischer Substanzen, insbesondere von Nahrungsmitteln, in einem elektromagnetischen Strahlungsfeld, das von einem durch einen Zentimeter- oder Dezimeterwellengenerator gespeisten Strahler in einem Garraum erzeugt wird, soll nun gemäß der Erfindung dadurch verbessert werden, daß der über eine Koaxialleitung mit dem Generator verbundene und im Garraum angeordnete Strahler aus mindestens zwei, vorzugsweise vier, schleifenförmig gebogenen Leitern, z. B. Drähten, Stäben, Rohren od. dgl., besteht, deren Länge etwa gleich der halben Betriebswellenlänge oder einem ganzahligen Vielfachen davon ist, die je mit ihrem einen Ende an dem Innenleiter und mit ihrem anderen Ende an dem Außenleiter der Koaxialleitung befestigt sind und die mit gleichmäßigen Winkelabständen umdie,vonder Koaxialleitung dargestellte Achse herum angeordnet sind.A device for heating organic substances, in particular food, in an electromagnetic radiation field, which is generated by a radiator fed by a centimeter or decimeter wave generator in a cooking chamber, is now to be improved according to the invention in that the via a coaxial line with the generator connected and arranged in the cooking space radiators made of at least two, preferably four, loop-shaped curved conductors, z. B. wires, rods, tubes od. The like., The length of which is approximately equal to half the operating wavelength or an integral multiple thereof, which are each attached with one end to the inner conductor and with its other end to the outer conductor of the coaxial line and which are angularly spaced around the axis represented by the coaxial line.

Die Erfindung schlägt also die Verwendung eines ganz besonderen Strahlers vor, der für die Erwärmung organischer Substanzen, insbesondere von Nahrungsmitteln in einem Garraum, sich als außerordentlich zweckmäßig erwiesen hat. Er erzeugt, ähnlich wie die Wendelantenne, ein zirkular polarisiertes Strahlungsfeld, ist aber für die der Erfindung zugrunde liegenden Einrichtungen erheblich günstiger als die Wendelantenne, da er in Strahlungsrichtung nur geringe Abmessungen hat undden Garraum nicht,unnötig vergrößert.The invention therefore proposes the use of a very special radiator before that for the heating of organic substances, especially food in a cooking space, has proven to be extremely useful. He generates but is similar to the helical antenna, a circularly polarized radiation field for the facilities underlying the invention significantly cheaper than that Helical antenna, as it has only small dimensions in the direction of radiation and the cooking space not, unnecessarily enlarged.

Der gemäß der Erfindung verwendete Strahler hat weiterhin den Vorteil, daß seine Anpassung sehr breitbandig ist und daher durch die verschiedenen zu erwärmenden Substanzen sowie durch Änderungen der elektrischen Werte der Substanzen während der Erwärmung keine störenden Fehlanpassungen auftreten können. Ferner istder Strahler mechanisch einfach und stabil herzustellen. Seine Anpassung an den Hochfrequenzgenetäto'r. bereitet keine Schwierigkeiten. Er strahlt hauptsächlich in seiner Ebene ab und eignet sich vorzüglich für eine indirekte, d. h. diffuse und gleichmäßige Energieabgabe an das zu erwärmende Gut. Durch'#,eflektierende Blenden, dieauch durch reflektierende Wandteile des Garraumes gebildet sein können, kann man die erwünschte gleichmäßige Erwärmung des Guteserzielen.The radiator used according to the invention also has the advantage that its adaptation is very broadband and therefore no disruptive mismatches can occur due to the various substances to be heated and due to changes in the electrical values of the substances during the heating. Furthermore, the radiator is mechanically simple and stable to manufacture. Its adaptation to the high frequency generator. does not cause any difficulties. It radiates mainly in its plane and is ideally suited for an indirect, i.e. H. diffuse and even energy transfer to the goods to be heated. With '#, reflective panels, which can also be formed by reflective wall parts of the cooking space, the desired uniform heating of the product can be achieved.

Für das W ' esen der Erfindung ist es von untergeordneter Bedeutun&'_aus wie vielen schleifenförmig gebogenen Leitern der Strahler besteht. In den meisten Fällen wird die ' jünstigste Ausführungsform aus vier schleifenförmig gebogenen Leitern zusammengesetzt sein, so daß der Strahler in groben Zügen etwa das Aussehen eines Kleeblattes hat. Im Bereich der Erfindung liegen aber auch Strahler, die weniger, z. B. zwei, oder auch mehr, z. B. sechs, schleifenförmig gebogene Leiter aufweisen. Die Anzahl der Leiter wird unter anderem auch von dem gewünschten Fußpunktwiderstand'des Strahlers abhängen, während die Dicke der Leiter bei der für die Anpassung wichtigen Bandbreite eine Rolle spielt.For the W 'esen of the invention is of minor Matters &' _ is how many loop-shaped bent heads of the radiator. In most cases, the 'most favorable embodiment will be composed of four loop-shaped curved conductors, so that the radiator roughly has the appearance of a clover leaf. In the scope of the invention, however, there are also emitters that have less, e.g. B. two or more, e.g. B. have six, loop-shaped curved conductors. The number of conductors will also depend, among other things, on the desired base resistance of the radiator, while the thickness of the conductors plays a role in the bandwidth that is important for the adaptation.

In Weiterbildung är Erfindung kann die Einrichtung auch so ausgebildet werden, daß der den Strahler tragende Endabschnitt der Koaxialleitung mit der übrigen Länge der'Xoaxialleitung über eine Drehkupplung verbunden ist, die einen Umlauf des Strahlers um seine Achse gestattet. Auf diese Weise läßt sich die Gleichmäßigkeit der Durchwärmung unter Umständen noch verbessern. Dadurch, daß der Strahler selbst umläuft, wird das früher vorgeschlagene, zusätzliche Flügelrad völlig überflüssig, so daß eine weitere Vereinfachung der Einrichtung eintritt. Die Drehkupplung kann beispielsweise mit an sich bekannten Schleifkontakten versehen sein, um die Speisung des Strahlers aus der Koaxialleitung sicherzustellen, jedoch kann der Stromübergang in der Drehkupplung auch kontaktlos auf kapazitivem Wege vor sich gehen. Hierdurch wird die Konstruktion der Drehkupplung beträchtlich vereinfacht.In a further development of the invention, the device can also be designed in this way that the end section of the coaxial line carrying the radiator with the rest Length of the'Xoaxialleitung is connected via a rotary coupling, which has a circulation of the radiator around its axis. In this way, the evenness the warming through may improve. Because the radiator itself rotates, the previously proposed additional impeller is completely superfluous, so that a further simplification of the device occurs. The rotary joint can for example, be provided with sliding contacts known per se to the supply ensure the radiator from the coaxial line, however, the current transfer in the rotary joint also go contactless in a capacitive way. Through this the construction of the rotary joint is considerably simplified.

Da bei der Erwärmung von Nahrungsmitteln im hochfrequenten Strahlungsfeld normalerweise keine Bräunung der Oberfläche der Nahrungsmittel eintritt, eine solche Bräunung aber meistens doch eerwünscht ist, hat man schon früher vorgeschlagen, zusätzlich zu der hochfrequenten Strahlung eine Infrarotstrahlung auf das Behandlungsgut einwirken zu lassen. Die Infrarotstrahlung wirkt sich hauptsächlich auf die Oberfläche des Gutes aus, so daß diese gebräunt wird.As when heating food in a high-frequency radiation field normally no browning of the surface of the food occurs, such However, tanning is mostly desirable, it has been suggested earlier, in addition to the high-frequency radiation, infrared radiation on the item to be treated let it take effect. The infrared radiation mainly affects the surface of the goods so that it is browned.

Auch für diesen Fall sieht die Erfindung eine nennenswerte Vereinfachung und Verbesserung vor. Diese besteht darin, daß die Leiter des Strahlers als zur Aussendung von Infrarotstrahlung geeignete Heizelemente ausgebildet sind. Dies ist etwa in der Weise möglich, daß man für die Leiter des Strahlers Rohre nimm , indie H.eiz-drähte eingelegt sind, oder daß man die Leiter unmittelbar durch einen Strom erwärmt.In this case too, the invention provides for a noticeable simplification and improvement. This consists in that the conductors of the radiator are designed as heating elements suitable for emitting infrared radiation. This is possible, for example in such a way that it take for the circuit of the radiator tubes, indie H.eiz wires are inserted, or in that heats the conductor directly by a current.

Zur weiteren Erläuterung möge die Zeichnung die neu, in der ein Ausführungsbeispiel der erfmdungsgemäßen Einrichtung dargestellt ist, und zwar zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht, F i g. 2 eine Vorderansicht des. gemäß der Erfindung verwendeten Strahlers und F i g. 3 eine schematische Gesamtdarstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung mit einem Strahler der in den F i g. 1 und 2 gezeigten Art.For further explanation, the drawing may be the new, in which an embodiment of the device according to the invention is shown, namely FIG. 1 shows a side view, FIG. 2 is a front view of the radiator used in accordance with the invention, and FIG. 3 shows a schematic overall representation of the device according to the invention with a radiator of the type shown in FIGS. 1 and 2 shown.

Der in der erfindungsgemäßen Einrichtung verwendete Strahler 4 ist an dem Ende einer ihn speisenden Koaxialleitung 5 angebracht,. die aus einem Außenleiter 6 und einem Innenleiter 7 besteht. Wie man insbesondere in F i g. 2 erkennt, besteht der eigentliche Strahler 4 aus eier schleifenförmig gebogenen Leitern 8, 9, 10 und 11. Diese vier Leiter sind mit gegenseitigen Winkelabständen von je 901 um die Achse der Koaxialleitung 5 herum angeordnet. Das eine Ende jedes der vier Leiter 8, 9, 10 und 11 ist an dem Innenleiter 7 der Koaxialleitung 5 mechanisch und elektrisch befestigt, während das andere Ende der vier Leiter in der gleichen Weise mechanisch und elektrisch am Außenleiter 6 der Koaxialleitung 5 befestigt ist. Jeder Leiter 8, 9, 10 und 11 hat zwischen seinen Enden eine Länge, die gleich der halben Betriebswellenlänge des Hochfrequenzgenerators oder einem ganzzahligen Vielfachen davon ist.The radiator 4 used in the device according to the invention is attached to the end of a coaxial line 5 feeding it. which consists of an outer conductor 6 and an inner conductor 7 . As can be seen in particular in FIG. 2 recognizes is the real emitter 4 from eggs loop-shaped bent conductors 8, 9, 10 and 11. These four conductors are disposed with mutual angular intervals of 901 around the axis of the coaxial line 5 around. One end of each of the four conductors 8, 9, 10 and 11 is mechanically and electrically attached to the inner conductor 7 of the coaxial line 5 , while the other end of the four conductors is mechanically and electrically attached to the outer conductor 6 of the coaxial line 5 in the same way. Each conductor 8, 9, 10 and 11 has a length between its ends which is equal to half the operating wavelength of the high frequency generator or an integral multiple thereof.

F i g. 3 läßt erkennen, wie der in den F i g. 1 und 2 dargestellte Strahler in einem von metallischen und die Hochfrequenzenergie reflektierenden Wänden 2 umschlossenen Garraum 1 angeordnet sein kann. Mit 3 ist eine aus einem dielektrischen Material bestehende Bodenplatte zur Aufnahme des Behandlungsgutes, also der Nahrungsmittel, bezeichnet.F i g. 3 shows how the one shown in FIGS. 1 and 2 shown radiators can be arranged in a cooking space 1 enclosed by metallic walls 2 reflecting the high frequency energy. 3 with a base plate made of a dielectric material for receiving the item to be treated, that is to say the food.

Der Strahler 4 strahlt hauptsächlich in der durch die Schleifen seiner Leiter 8, 9, 10 und 11 gegebenen Ebene, also etwa in der Achsrichtung der Koaxialleitung 5, ab. Ein kleinerer Anteil der Hochfrequenzenergie wird aber auch seitlich abgestrahlt. Durch Abschrägungen der oberen Seitenkante des Garraumes werden reflektierende Blenden 12 gebildet, die die seitliche Abstrahlung nach unten in Richtung auf das Behandlungsgut umlenken.The radiator 4 emits mainly in the plane given by the loops of its conductors 8, 9, 10 and 11 , that is to say approximately in the axial direction of the coaxial line 5 . However, a smaller proportion of the high-frequency energy is also emitted from the side. By bevelling the upper side edge of the cooking space reflective screens 12 are formed, which deflect the lateral radiation downwards in the direction of the item to be treated.

Ein in F i g. 3 unterer Abschnitt der Koaxialleitung 5, an welchem der Strahler 4 befestigt ist, kann mit der übrigen Länge der Koaxialleitung 5 über eine bereits früher erläuterte Drehkupplung verbunden sein, so daß der Strahler 4 um seine in F i g. 3 senkrechte Achse umlaufen kann. Dadurch kann in manchen Fällen die Gleichmäßigkeit der Durchwärmung des Behandlungsgutes noch weiter verbessert werden.One shown in FIG. 3, the lower section of the coaxial line 5, to which the radiator 4 is attached, can be connected to the remaining length of the coaxial line 5 via a rotary coupling already explained earlier, so that the radiator 4 can be rotated around its position shown in FIG. 3 vertical axis can rotate. In this way, the uniformity of the heating of the material to be treated can be improved even further in some cases.

Claims

Patentanspräche: 1. A device for heating -zeichnet organic substances, in particular foodstuffs, in an electromagnetic radiation field that is generated by a powered by a centimeter or decimetre wave radiator in Einein cooking chamber, #da urch d g e k hen that the above a coaxial line (5) connected to a generator and arranged in the cooking chamber (1) radiator (4) made of at least two, preferably four, loop-shaped conductors (8, 9, 10, 11), e.g. Od as wires, rods, pipes. The like., Consists of a length approximately equal to half the operating wavelength or an integer multiple thereof, Dieje with its one end to the inner conductor (7) and with its other end to the outer conductor (6) of Coaxial line (5) are attached and which are arranged at uniform angular intervals around the axis represented by the coaxial line (5).

2. Device according to claim 1, characterized in that the end portion of the coaxial line (5 ) carrying the radiator (4) is connected to the remaining length of the coaxial line via a rotary coupling which allows the radiator to revolve around its axis. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the conductors (8, 9, 10, 11) of the radiator (4) are designed as heating elements suitable for emitting infrared radiation.