DE1265320B

DE1265320B - Hochfrequenzofen fuer Hochfrequenzerhitzung mit Ultrahochfrequenzschwingungen

Info

Publication number: DE1265320B
Application number: DEN21840A
Authority: DE
Inventors: Franciscus Josephus Timmermans; Jan Verstraten
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1961-07-17
Filing date: 1962-07-13
Publication date: 1968-04-04
Also published as: NL267183A; CH417798A; BE620304A; US3209113A; GB959242A; NL113972C

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H 05 b

Deutsche KL: 21 h - 36

Nummer: 1 265 320

Aktenzeichen: N 21840 VIII d/21h

Anmeldetag: 13. Juli 1962

Auslegetag: 4. April 1968

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochfrequenzofen für Hochfrequenzerhitzung mit Ultrahochfrequenzschwingungen z. B. im Dezimeter- oder Zentimeterbereich, welcher Ofen einen Ultrahochfrequenzgenerator und ein durch zwei parallele Abschlußwände begrenztes Wellenleitersystem enthält, wobei der Ausgangskreis des Ultrahochfrequenzgenerators an das Wellenleitersystem angeschlossen ist, um die Ultrahochfrequenzen nach der Austritts^- Öffnung des Wellenleitersystems zu führen, längs der die zu erhitzenden Gegenstände in einer zu den beiden parallelen Abschlußwänden des Wellenleitersystems praktisch senkrechten Richtung geführt werden.

Es ist bereits ein vorteilhafter Hochfrequenzofen erwähnter Art bekannt, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die beiden parallelen Abschlußwände auf der von der Austrittsöffnung abgewendeten Seite durch eine parabolische Zylinderfläche abgeschlossen sind, wobei im Brennpunkt der parabolischen Zylinderfläche ein Limearstrahler angeordnet ist, wobei zwischen dem Linearstrahler und der von der Parabelspitze abgewendeten Austrittsöffnung des Wellenleitersystems ein Reflektor angeordnet ist, um die direkte Strahlung des Linearstrahlers in Richtung nach der Austrittsöffnung des Wellenleitersystems zu reflektieren. Über die ganze Breite der Austrittsöffnung, die in einer praktischen Ausführungsform des Hochfrequenzofens bei einer Wellenlänge der erzeugten Schwingungen von 12 cm z. B. 120 cm beträgt, wird in dieser Vorrichtung eine gleichmäßige Erhitzung erzielt, während die aus dem Wellenleitersystem heraustretende Streustrahlung erheblich geschwächt wird.

Die bekannte Vorrichtung lieferte in der Praxis vorzügliche Ergebnisse, aber es hat sich gezeigt, daß bei Verringerung der Abmessungen des Wellenleitersystems z. B. zum Reduzieren der Abmessungen der Austrittsöffnung, um die Leistungskonzentration örtlich zu erhöhen, praktische Schwierigkeiten auftraten. Es stellte sich bei einem solchen Hochfrequenzofen heraus, daß die Vorteile der gleichmäßigen Erhitzung sowie die Schwächung der aus dem Wellenleitersystem heraustretenden Streustrahlung gestört wurden, was untersuchungsgemäß darauf zurückzuführen ist, daß die gute Wirkung des Strahlungssystems des Hochfrequenzofens, welches System aus dem Linearstrahler und dem Reflektor besteht, infolge der Reduktion der Abmessungen durch die Umgebung, insbesondere durch die zu erhitzenden Gegenstände gestört wird.

Die Erfindung bezweckt, eine andere Bauart einer Hochfrequenzofen für Hochfrequenzerhitzung
mit Ultrahochfrequenzschwingungen

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,

Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dr. H. Scholz, Patentanwalt,

2000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Jan Verstraten,

Franciscus Josephus Hendricus Timmermans,

Eindhoven (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 17. Juli 1961 (267 183)

Vorrichtung des erwähnten Typs zu schaffen, wobei unter Aufrechterhaltung der Vorteile der gleichmäßigen Erhitzung und der reduzierten Streustrahlung die Freiheit in der Wahl der Abmessungen des Hochfrequenzofens erheblich gesteigert werden kann, so daß außer einer widerstandsfähigen, mechanischen Bauart eine erhebliche Erhöhung der Leistungskonzentration an der Austrittsöffnung erhalten werden kann.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die beiden parallelen Abschlußwände des Wellenleitersystems auf der von der Austrittsöffnung abgewendeten Seite durch eine halbparabolische Zylinderfläche begrenzt sind, deren erzeugende Linien zu den parallelen Abschlußwänden senkrecht stehen, sowie durch eine Begrenzungsfläche eines neben der Austrittsöffnung des Wellenleitersystems in der Brennlinie der halbparabolischen Zylinderfläche angeordneten Wellenleiterhorns, das die von dem Ultrahochfrequenzgenerator stammenden Schwingungen nach der halbparabolischen Zylinderfläche strahlt und daß das Horn durch die parallelen Abschlußwände des Wellenleitersystems und eine nach der Austrittsöffnung führende Begrenzungsfläche gebildet ist, welche die direkte Strahlung des Wellenleiterhorns nach der Austrittsöffnung des Wellenleitersystems abfängt.

809 537/462

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Die Erfindung und ihre Vorteile werden nach- lung des Magnetrongenerators 1 am Transportband 9

stehend an Hand der Figuren näher erläutert. entlang teilweise mit absorbierendem Material 20

Fig. 1 zeigt perspektivisch eine Ausführungsform gefüllt ist (Fig. 2), so daß der Magnetrongenerator 1

eines Hochfrequenzofens nach der Erfindung; bei Abwesenheit der zu erhitzenden Gegenstände 8

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt des Hochfrequenz- 5 ausreichend belastet ist.

ofens nach Fig. 1, und In der geschilderten Vorrichtung entstehen mittels

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausbildung der Erfindung. des Linienstrahlers 15 in dem Wellenleiter 3 Wellen

Der in F i g. 1 perspektivisch dargestellte Hoch- des TE_0>„-Typs, insbesondere bei den gewählten Abfrequenzofen von z. B. 5 kW enthält einen Magne- messungen des Wellenleiters 3 des TE₀ j-Typs mit trongenerator 1 zum Erzeugen von Schwingungen mit io einer Polarisationsrichtung des elektrischen Feldeiner Wellenlänge von z. B. 12 cm. Der Ausgangs- vektors parallel zur Richtung des Linienstrahlers 15, kreis des Magnetrongenerators 1 ist über eine koaxiale welche Wellen des TE₀₁-Typs von dem Wellenleiter-Leitung 2 durch einen rechteckigen Wellenleiter 3 an horn 13 gemäß einer Strahlungskennlinie ausstrahlt, ein durch zwei parallele Abschlußwände 4 und 5 die über die gewählte Öffnung des Wellenleiterhorns begrenztes Wellenleitersystem 6 zur Führung der 15 13 in Ebenen parallel zu den Verschlußwänden 4,5 erzeugten Schwingungen ultrahoher Frequenz nach des Wellenleitersystems 6 mit guter Annäherung der Austrittsöffnung 7 des Wellenleitersystems 6 an- einen kreisförmigen Verlauf aufweist. Die Öffnung geschlossen, dessen Abschlußwände 4, 5 zum Ver- des Wellenleiterhorns 13, von der Strahlungsmünanschaulichen des Inneren des Wellenleitersystems 6 dungsmitte her gemessen, beträgt z. B. etwa 120°.
teilweise weggebrochen sind. Längs der Austritts- 20 Praktisch die ganze Strahlung des Wellenleiteröffnung 7 des Wellenleitersystems 6 werden die zu horns 13, mit dem Verlauf gemäß der beschriebenen erhitzenden Gegenstände8, z.B. tiefgefrorene Spei- Strahlungskennlinie, wird an der halbparabolischen sen, in einer zu den beiden Abschlußwänden 4, 5 Zylinderfläche 11 des Wellenleitersystems 6 in Richsenkrechten Richtung über ein Transportband 9 ge- tung der Parabelachse nach der Austrittsöffnung 7 führt, das durch in den Figuren nicht weiter dar- 35 des Wellenleitersystems 6 zurückgestrahlt, wobei an gestellte Antriebsrollen angetrieben wird. Zur Be- der Austrittsöffnung 7 in Richtungen parallel zu den lastungsanpassung des Magnetrongenerators sind an Abschlußwänden 4, 5 ein gleichphasiges elektroden rechteckigen Wellenleiter 3 Anpassungsmittel 10 magnetisches Feld konstanter Intensität erzeugt wird, angeschlossen, die auf bekannte Weise ausgebildet so daß die zu erhitzenden Gegenstände 8, die über sein können. 3° das Transportband 9 die Austrittsöffnung 7 des WeI-

Um in dem beschriebenen Hochfrequenzofen eine lenleitersystems 6 in einer zu den Abschlußwändem

gleichmäßige Erhitzung in einer Austrittsöffnung 7 4, 5 senkrechten Richtung passieren, gleichmäßig

verhältnismäßig geringer Breite mit einer hohen erhitzt werden.

Leistungskonzentration zu erzielen, sind die beiden In der beschriebenen Vorrichtung ist die Strahparallelen Abschlußwände 4,5 in der von der Aus- 35 lungsrichtung des Wellenleiterhorns 13 von der Austrittsöffnung 7 abgewendeten Fläche durch eine halb- trittsöffnung 7 abgewendet; bei der dargestellten Bauparabolische Zylinderfläche 11 begrenzt, deren erzeu- art des Hochfrequenzofens ist das Wellenleiterhofn gende Linien zu den parallelen Abschlußwänden nach der halbparabolischen Zylinderfläche hinsenkrecht sind, sowie durch die Begrenzungsfläche 12 gerichtet; es hat sich dabei ergeben, daß eine direkte eines neben der Austrittsöffnung 7 des Wellenleiter- 4° Kopplung der zu erhitzenden Gegenstände nach dem systems 6 in der Brennlinie der halbparabolischen . Wellenleiterhorn weitgehend herabgemindert ist. Zylinderfläche 11 angeordneten Wellenleiterhorns 13, Ohne Beeinträchtigung des an der Stelle der Ausdas die von dem Magnetrongenerator 1 stammenden trittsöffnung 7 auftretenden, gleichmäßigen, elektro-Schwingungen nach der halbparabolischen Zylinder- magnetischen Feldes ist es hier möglich, die Abflache strahlt, während das Wellenleiterhorn weiter 45 messungen des Wellenleitersystems 6 erheblich herabdurch die parallelen Abschlußwände 4, 5 des Wellen- zusetzen, z.B. zur Verkleinerung der Austrittsleitersystems 6 und eine nach der Austrittsöffnung Öffnung 7, um örtlich die Leistungskonzentration zu führende Begrenzungsfläche 14 begrenzt wird, welche erhöhen, was in dem Querschnitt nach F i g. 2 verdie direkte Strahlung des Wellenleiterhorns 13 nach anschaulicht ist.

der Austrittsöffnung abfängt. In der geschilderten 50 Bei dem dargestellten Hochfrequenzofen von 5 kW Vorrichtimg ist der Ausgangskreis des Magnetron- ist die Höhe des Wellenleitersystems 6 von dem generators 1 mit dem Wellenleiter 3 durch einen Transportband 9 her 30 cm und die Breite der Aus-Linienstrahler 15 gekoppelt, der parallel zur erzeu- trittsöffnung 7 beträgt 30 cm, während der Abstand genden Linie der halbparabolischen Zylinderfläche 11 zwischen den beiden Abschlußwänden 4, 5 4,3 cm und somit senkrecht zur Parabelachse angeordnet ist, 55 beträgt. Die Leistungskonzentration an der Austrittswährend der Wellenleiter 3 über ein Kopplungsstück Öffnung 7 beträgt dabei 42 W/cm².
16 an die Öffnung des Wellenleiterhorns 13 ange- Außer der widerstandsfähigen, gedrängter Bauart schlossen ist. Gegebenenfalls kann der Magnetron- und der dabei erzeugten, gleichmäßigen Erhitzung der generator 1 auch anders an den Wellenleiter 3 ge- zu erhitzenden Gegenstände hat die beschriebene koppelt werden, z. B. durch eine Schleifenkopplung. ⁶° Vorrichtung den für die Praxis wesentlichen Vorteil,

Zum Erzielen einer geschlossenen Bauart ist das daß die aus dem Hochfrequenzofen hervortretende Wellenleitersystem an einen das Transportband 9 Strahlung weitgehend verringert wird; wie vorstehend umfassenden Durchführungskanal 17 aus leitendem bereits bemerkt, ist die Richtung des elektrischen Material angeschlossen. An der Stelle der Austritts- Feldvektors E des von dem Linienstrahler 15 ausöffnung 7 des Wellenleitersystems 6 ist der Durch- 65 gestrahlten Feldes parallel zu den erzeugenden Linien führungskanal 17 in einer von dem Transportband 9 der halbparabolischen Zylinderfläche 11 und verläuft abgewendeten Richtung in Form eines rechteckigen somit an der Austrittsöffnung 7 des Wellenleiter-Kübels 18 abgebogen, der zur Absorption der Strah- systems6 in der in Fig. 1 durch den gestrichelten

Pfeil angegebenen Richtung. Der Energievektor ist senkrecht zum elektrischen Feldvektor E und hat somit praktisch keine Komponente in der Durchführungsrichtung des Transportbandes 9, wodurch aus dem Wellenleitersystem 6 lediglich Streustrahlung hervortreten kann, die zudem im Durchführungskanal 17 geschwächt wird, z. B. um einen Faktor von etwa 26 db. In der beschriebenen Ausführungsform ist die Länge des Durchführungskanals 17 28 cm und die Höhe 5 cm.

Zusammenfassend ergibt somit der Hochfrequenzofen nach der Erfindung eine widerstandsfähige mechanische Bauart und eine Abmessungsfreiheit sowie eine gleichmäßige Erhitzung und eine erhebliche Schwächung der aus dem Wellenleitersystem 6 heraustretenden Streustrahlung.

F i g. 3 zeigt eine weitere Ausbildung des Hochfrequenzofens nach der Erfindung, wobei die bereits in F i g. 1 vorhandenen Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, jedoch zusätzlich mit Akzenten versehen sind.

In dieser Vorrichtung werden die an Hand der F i g. 1 beschriebenen Eigenschaften des Hochfrequenzofens benutzt, um eine Verbesserung zu schaffen, die darin besteht, daß zwei Wellenleitersysteme 6' und 6" mit zugehörigen Magnetrongeneratoren 1', 1" an einem gemeinsamen, das Transportband 9 enthaltenden Durchführungskanal 17 aus leitendem Material angeschlossen sind. Infolge der geringen Streustrahlung in Richtung des Durchführungskanals 17 sind die Magnetrongeneratoren 1' und 1" praktisch entkoppelt, so daß keine gegenseitige Beeinflussung oder Vernichtung der Magnetrongeneratoren 1' und 1" bei veränderlichen Betriebsverhältnissen eintreten wird. Es können sogar dabei die beiden Wellenleitersysteme 6' und 6" mit den Wänden aneinander auf dem Durchführungskanal 17 angeordnet werden. Bei einer Verdopplung der Leistung des Hochfrequenzofens ergibt es sich dabei, daß bei dieser Vorrichtung die aus dem Durchführungskanal 17 heraustretende Streu strahlung praktisch gleich der der Vorrichtung nach F i g. 1 ist; bei dem dargestellten Hochfrequenzofen beträgt die Maximalleistung der außerhalb des Ofens auftretenden Streustrahlung an der Stelle des bedienenden Personals weniger als 8 mW/cm².

In der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform sind die beiden Wellenleitersysteme 6', 6" in einem gewissen Abstand voneinander angeordnet, wodurch Zeitperioden mit und ohne Hochfrequenzerhitzung sich abwechseln, was bei verschiedenen Anwendungen z. B. zum Hochfrequenzerhitzen gefrorener Speisen von —20 auf +90° C vorteilhaft ist. In der Zeitperiode ohne Erhitzung kann die in der vorhergehenden Erhitzungsperiode entwickelte Wärme sich über den zu erhitzenden Gegenstand 8 verteilen, wodurch eine gleichmäßige Erhitzung begünstigt wird, da infolge örtlicher Änderungen der dielektrischen Konstante der zu erhitzenden Gegenstände 8 örtliche Unregelmäßigkeiten in der Hochfrequenzerhitzung auftreten können. Dies erfolgt z. B. bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel an den Tauzeitpunkten der gefrorenen Speisen.

Bei der beschriebenen Vorrichtung wurde die Gleichmäßigkeit der Erhitzung noch verbessert, indem an erster Stelle die Wellenleiterhörner 13' und 13" der Wellenleitersysteme auf beiden Seiten des Durchführungskanals 17 angeordnet und weiter die beiden Wellenleitersysteme 6' und 6" in entgegengesetzten Richtungen an den gemeinsamen Durchführungskanal 17 angeschlossen wurden, welche letzte Maßnahme besonders wichtig ist, um bei geringer Eindringtiefe der Ultrahochfrequenzstrahlung die zu erhitzenden Gegenstände 8 auf zwei Seiten zu bestrahlen.

Außer der Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Erhitzung ist bei dem dargestellten Hochfrequenzofen die Erhöhung der Ausbeute wichtig; die zu erhitzenden Gegenstände 8 passieren die Austrittsöffnungen T und 7" in verschiedenen Erhitzungsstufen, welche Gegenstände somit für die Magnetrongeneratoren 1' und 1" verschiedene Belastungen bilden. Indem jeder dieser Magnetrongeneratoren 1' und 1" je durch die Einstellmittel 10' und 10" an den Gegenstand angepaßt werden, ergibt sich eine Ausbeuteerhöhung von z. B. 30%.

Zusammenfassend ergeben die Maßnahmen nach der Erfindung somit einen Hochfrequenzofen mit einer erheblichen Erhöhung der abgegebenen Leistung (10 kW) und einer erheblichen Erhöhung der Ausbeute und einer Verbesserung des Erhitzungsverfahrens bei einer minimalen Streustrahlung. Es ist auffällig, daß bei der besonders widerstandsfähigen Bauart der beschriebene 10-kw-Hochfrequenzofen nur eine Gesamtlänge von 75 cm und eine Gesamthöhe von 70 cm hat.

Claims

Patentansprüche:

1. Hochfrequenzofen für Hochfrequenzerhitzung durch Schwingungen von sehr hohen Frequenzen mit einem Ultrahochfrequenzgenerator und einem durch zwei parallele Abschlußwände begrenzten Wellenleitersystem, bei dem der Ausgangskreis des Ultrahochfrequenzgenerators an das Wellenleitersystem zum Führen der Ultrahochfrequenzschwingungen nach der Austrittsöffnung des Wellenleitersystems angeschlossen ist, längs welcher Öffnung die zu erhitzenden Gegenstände über ein Transportband in einer Richtung geführt werden, die praktisch senkrecht zu den parallelen Verschlußwänden des Wellenleitersystems ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden parallelen Abschlußwände des Wellenleitersystems auf der von der Austrittsöffnung abgewendeten Seite durch eine halbparabolische Zylinderfläche begrenzt sind, deren erzeugende Linien zu den parallelen Abschlußwänden senkrecht stehen, sowie durch eine Begrenzungsfläche eines neben der Austrittsöffnung des Wellenleitersystems in der Brennlinie der halbparabolischen Zylinderfläche angeordneten Wellenleiterhorns, das die von dem Ultrahochfrequenzgenerator stammenden Schwingungen nach der halbparabolischen Zylinderfläche strahlt und daß das Horn durch die parallelen Abschlußwände des Wellenleitersystems und eine nach der Austrittsöffnung führende Begrenzungsfläche gebildet ist, welche die direkte Strahlung des Wellenleiterhorns nach der Austrittsöffnung des Wellenleitersystems abfängt.

2. Hochfrequenzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultrahochfrequenzgenerator an das Wellenleiterhorn über einen Wellenleiter angeschlossen ist, der elektromagnetische Wellen des TE_0-1-Typs mit einer Polarisationsrichtung parallel zu den erzeugenden

Linien der halbparabolischen Zylinderfläche dem Wellenleiterhom zuführt.

3. Hochfrequenzofen nach. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultrahochfrequenzgerenator durch einen Linienstrahler in einer zu den erzeugenden Linien der halbparabolischen Zylinderfläche parallelen Richtung an den Wellenleiter angeschlossen ist.

4. Hochfrequenzofen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter über ein Kopplungsstück an das Wellenleiterhom angeschlossen ist.

5. Hochfrequenzofen nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsöffnung des Wellenleiterhoms, von der Mitte der Strahlungsmündung her gemessen, etwa 120° beträgt,

6. Hochfrequenzofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenleitersystem an einen das Transportband umfassenden Durchführungskanal aus leitendem Material angeschlossen ist, der an der Stelle der Austrittsöffnung des Wellenleitersystems die Form eines rechteckigen ausgebogenen Kübels hat, der in einer von dem Trans- as portband abgewendeten Richtung verläuft, und daß der so ausgebildete rechteckige Kübel wenigstens teilweise mit absorbierendem Material gefüllt ist.

7. Hochfrequenzofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wellenleiter mit zugehörenden Ultrahochfrequenzgeneratoren an einen gemeinsamen, das Transportband umfassenden Durchführungkanal aus leitendem Material angeschlossen sind, wobei die den verschiedenen WeUenleitersystemen zugehörenden Wellenleiterhörner auf beiden Seiten des Transportbandes angeordnet sind.

8. Hochfrequenzofen nach Anspruch?, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleitersysteme in entgegengesetzen Richtungen an den gemeinsamen Durchführungskanal angeschlossen sind.

9. Hochfrequenzofen nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der den Wellenleitersystemen zugehörenden Ultrahochfrequenzgeneratoren mit gesonderten Anpassungsmitteln versehen ist, die je für sich unabhängig voneinander auf eine optimale Belastungsanpassung eingestellt werden können.

10. Hochfrequenzofen nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleitersysteme mit den parallelen Verschlußwänden aneinander angeordnet sind.

11. Hochfrequenzofen nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Wellenleitersystemen derart gewählt ist, daß bei diesem Abstand die im vorhergehenden Wellenleitersystem entwickelte Wärme sich gleichmäßig über den zu erhitzenden Gegenstand verteilt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen