DE1540978A1 - Hochfrequenzheizofen - Google Patents

Description

N.V· Philips'GIoeilampenfabrieken, Eindhoven/Holland

"Hochfrequenzheizofen¹¹

Die Erfindung betrifft einen Mikrowellenofen, in dem ein Heizraum von einem Magnetron über eine Wellenleiterverbindung gespeist wird, die in einer der Wände des Baumes endet.

Soll eine gute Wirkung eines solchen Mikrowellenheizofens mit einem Magnetron als Energiequelle erreicht werden, wird einerseits gefordert, daß das Magnetron derart belastet wird, daß es innerhalb eines günstigen-Arbeitsbereiches arbeiten kann, und andererseits^ daß die Energieverteilung innerhalb des Ofens .gleichmäßig sein soll«. Um die letztgenannte Forderung erfüllen zu können, ist es bekannt, im Innern des Eaumes einen sich periodisch bewegenden Körper, einen sogenannten Feldrührer anzuordnen, der den Feldraster im Saum beeinflußt. Der Feldrührer kann z„ B. aus einer oder mehreren Reflexionsflügeln bestehen, die nahe an der Einkopplungsöffnung angeordnet sind, z. B, schräg auf einer Welle sitzen und bei deren Drehung nacheinander vor die öffnung gelangen. Ein solcher Feldrührer hat einerseits den Zweck, periodisch die Abstimmung des Raumes zu ändern und andererseits die Energie

-öffnung zu reflektieren, die durch die Einkopplun^/Ln verschiedene Richtungen in den Saum eintritt} durch diese beiden Funktionen wird die Energieverteilung im Raum gleichmäßiger.

• Zweck der Erfindung ist, eine noch gleichmäßigere Energieverteilung in einem Mikrowellenofen der oben erwähnten Art

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zu schaffen, als durch die üblichen Feldrührer bisher möglioh war, was im wesentlichen dadurch bewerkstelligt wird, daß das Magnetron derart einer reflektierten Welle ausgesetzt wird, daß periodisch seine Frequenz geändert wird»

Es ist bekannt, daß eine reflektierte Welle, die in einer bestimmten Phasenlage in ein Magnetron zurückkehrt, die Ausgangsleistung des Magnetrons erhöhen und damit sich günstig auswirken kann. Die Phase der reflektierten Welle, bei welcher diese Wirkung am größten ist, wird "Sinkphase" und das entsprechende Gebiet im Generatordiagramm das ^MSink^M-Gebiet oder das Gebiet der elektronischen Instabilität genannt. Beim Betrieb im Sinkgebiet tritt noch eine andere Erscheinung auf, die bisher nicht ausgenutzt wurde, und zwar, daß dort verhältnismäßig geringe Änderungen der Phase der reflektierten Welle große Frequenzänderungen des Magnetrons bewirken. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei Verwendung eines Magnetrons als Energiequelle bei Heizöfen diese Frequenzänderungen für eine noch bessere Energieverteilung in dem Raum benutzt werden können» Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung in der Wellenleiterverbindung zwischen dem Magnetron und dem Raum in dem Ofen ein reaktives Anpassungseiement angeordnet, das mit einer sich daran anschließenden, periodisch sich ändernden Reaktanz, z. B. einen Feldrührer in Form eines oder mehrerer schräg angeordneter, reflektierender Flügel zusammenwirkt, die vor der Einkopplungsöffnung in dem Raum angeordnet sind, wobei die Größe und die lage des reaktiven Anpassungselementes bezüglich der sich periodisch ändernden Reaktanz derart gewählt sind, daß die vom Anpassungselement in Richtung auf das Magnetron reflektierte Welle zusammen mit der von der sich ändernden Reaktanz reflektierten Welle eine derartige resultierende Welle in Richtung auf das Magnetron ergibt, daß dieses im Sinkgebiet nahezu über den ganzen Bereich arbeitet, innerhalb dessen sich , die Reaktanz ändert. Auf diese

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Weise -wird nicht nur erreicht, daß die frequenz des Magnetrons sich erheblich ändert und somiii eine gleichmäßige Energieverteilung in dem Raum zustandekommt, sondern auch, daß das Magnetron stets im Gebiet hoher Ausgangsleistung arbeitet·

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Die Erfindung wird nachstehend an Hand beiliegender Zeichnung näher erläutert, in der

yig. 1a echematisch einen Mikrowellenofen nach der Erfindung,

Fig. 1b die Feldänderungen in einem Querschnitt des Wellenleiters, der hier als Hohlleiter ausgebildet ist, in einem Mikrowellenofen nach Fig. la (stehende Welle) und

Fig· 2 ein Belastungsdiagramm des Magnetrons in dem Mikrowellenofen nach .Fig· 1a zeigen.

In Fig. 1 bezeichnet 1 ein Magnetron, das durch einen Hohlleiter 2 mit dem Heizraum 3 eines Mikrowellenofens verbunden ist. In dem Hohlleiter ist ein reaktives Anpassungaelement in Form eines Stiftes 4 angeordnet, der in den Hohlleiter hineinragt und in Längsrichtung des Hohlleiters verschiebbar ist, indem er in einem langgestreckten Schlitz in der Seitenwand des Hohlleiters angebracht ist. Ein Feldrührer in Form eines drehbaren Rads 5 mit schrägen Flügeln ist in der Nähe der Einkopplungsöffnung in der Wand des Raumes angeordnet.

Infolge Reflexionen an dem reaktiven Element 4 und an dem Feldrührer 5 entsteht eine resultierende reflektierte Welle in Richtung auf das Magnetron, die zu einer stehenden Welle nach Fig. 1b führt. Die reflektierte Welle hat Einfluß auf das Magnetron, dessen Arbeitspunkt sowohl von der Phase als auch vom Betrag der reflektierten Welle abhängt. Der Betrag

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der reflektierten Welle wird gewöhnlich durch den- Welligkeitsfaktor angegeben, d. h. durch das Verhältnis "⁷J_nS_xA₁I₁J[J₁ zwischen dem Spannungsmaximum und dem Spannungsminimum der stehenden Welle (siehe Fig. 1b). Die P^ase der reflektierten Welle wird gewöhnlich durch Messung.des Abstandes zwischen Spannungsminimum der stehenden Welle und einer Bezugsfläche A-A des Magnetrons bestimmt, d. h. durch Messung des Abstandes d in Figur 1b in Bruchteilen der Wellenlänge bei der Sollfrequenz, d. h. der Frequenz im Mittelpunkt des Generator diagramm s a

Aus dem Generatordiagramm des Magnetrons naoh Fig. 2 geht hervor, daß das Magnetron in verschiedener Weise auf verschiedene Belastungen anspricht, bei denen verschiedene reflektierte Wellen auftreten. Die Eingangsveränderlichen nach Fig. 2 sind einerseits der oben erwähnte Welligkeitsfaktor und an- dererseits der Abstand zwischen dem Spannungsminimum der stehenden Welle und der Bezugsfläche, durch den die Phase der stehenden Welle definiert wird. Die geometrischen Orte der P_unkte gleichen Welligkeitsfaktors bilden in Fig. 2 konzentrische Kreise, die e geometrischen Orte der Punkte mit dem gleichen Viert des Abstandes d, d. h. gleicher Phase, radial von dem Hittelpunkt des Kreisdiagrämms aus verlaufen- * de gerade Linien. Ausgangsgrößen sind Leistung und Frequenz des Magnetrons. Die geometrischen Orte der Punkte gleicher Ausgangsleistung bilden durch Vollinien dargestellte Kurven P, die geometrischen Orte der Punkte mit gleicher"Frequenz durch gestrichelte linien dargestellte Kurven, die mit ^f bezeichnet sind. Af ist die Abweichung von der Soll frequenz'.

Weiin das' Magnetron ohne reflektierte Welle arbeitet,· d* h.- im genau angepaßten Zustand, liegt der'Arbeitspunkt Im Mittel- · f^ Kreis dl agramme s naoh' Fig.- 2. Die-Arbeitsfrequenz', · ■■ ■ xst dann gleich^: der Sollfrequenzf■ in äem dar--.

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gestellten Beispiel ist' die Ausgangsleistung gleich .2 kW. Wenn keine richtige Anpassung in der Energieleitung oder in der Belastung vorliegt und eine reflektierte Welle entsteht, kann dieser Mangel an Anpassung das Magnetron in verschiedener Weise beeinflussen, in Abhängigkeit von der Phase, unter der di^e reflektierte Wolle- wieder am Magnetron eintrifft. Wenn die reflektierte Welle "eine solche Phase hat, daß das Minimum der stehenden Welle in einem in Fig. 2 mit dem Wort "Sink" angedeuteten Abstand liegt und, wie im Beispiel dargestellt ist, etwa gleich 0,41 λ ist, wobei X die der Sollfrequenz entsprechende Yfellenlänge ist, so nimmt die Ausgangsleistung gemäß dem Diagramm mit zunehmendem Welligkeitsfaktor zu, d. h. wenn eine stärkere'Gesamtreflexion vorliegt. Wenn dagegen die Phase der reflektierten Welle in dem Beispiel derart ist, daß die stehende.Welle ihr Minimum bei etwa 0,16Ahat (durch "Antisink" bezeichnet), nimmt die Ausgangsleistung mit zunehmendem Y/elligkeitsfaktor ab. Um eine hohe Ausgangsleistung des Magnetrons zu erzielen, ist es notwendig, das Magnetron innerhalb des Sinkgebiets und nicht in dem Antisinkgebiet arbeiten zu lassen.

Aus dem Magramm ist weiter ersichtlich, daß die Frequenzkurven im Sinkgebiet einander näher liegen als im Antisinkgebieto Dies.bedeutet, daß eine kleine Änderung der Phase der reflektierten Welle im Sinkgebiet eine verhältnismäßig große Frequenzänderung des Magnetrons herbeiführt,

Nach der Erfindung wird dies ausgenützt, indem mit dem Anpassungselement 4 in. Vereinigung mit dem Feldrührer 5 bewirkt wird, daß das Magnetron innerhalb des »Sink"-Bereichs in nahezu allen Lagen des Feldrührers 5 arbeitete Im Betrieb ruft der Feldrührer die kleinen Änderungen der Phase der reflektierten Welle hervor, die notwendig sind, um die Frequenzän-

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derungen des Magnetrons und somit eine gleichmäßige Energieverteilung in dem Ofen zu erzielen» Das Anpassungselement wird während der änderung der Reaktanz 5 derart eingestellt, daß die Arbeit spunlcte des Magnetrons in den verschiedenen Lagen der Reaktanz 5 innerhalb eines Bereichs liegen, der nahe der mit "Sink¹¹ in Figo 2 bezeichneten Linie liegt. Experimente haben gezeigt, daß eine Änderung der Nutzlast im Innern des Ofens den Arbeitspunkt des Magnetrons nur in geringem Maße beeinflussen kann, so daß der erwähnte günstige Arbeitszustand bei Belastung verschiedenster Art beibehalten wird.

P at ent ansprüchei

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Claims (4)

Pat entansOrüche:

1. Hoehfrequenzheizofen, in dem ein Heizraum durch ein Magnetron /über eine Yfellenleiterverbindung gespeist wird, die in einer der Wände des Heizraumes endet, dadurch gekennzeichnet, daß ein reaktives Anpassungselement in der 7/ellenleiterverbindung angeordnet ist, das mit einer sieh daran anschließenden, sich periodisch ändernden Reaktanz zusammenwirkt, wobei die Größe und die Lage des reaktiven Anpassungselementes "bezüglich der sich periodisch ändernden Reaktanz derart gev/ählt sind, daß die vom Anpassungselement in Richtung auf das Magnetron reflektierte Welle zusammen mit der von der sich ändern— •den Reaktanz reflektierten Welle eine derartige resultierende Welle in Richtung auf das Magnetron ergibt, daß dieses im Sinkgebiet nahezu über den ganzen Bereich arbeitet, innerhalb dessen sich die Reaktanz ändert, wodurch die Reaktanzänderung eine erhebliche Frequenzänderung des ".lagnetrons und eine gleichmäßige Energieverteilung in dem Keizraum bewirkt.

2. Hochfrequenzheizofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Wellenleiter ein Hohlleiter verwendet ist.

3o Kochfrequenzheizofen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die periodisch sich ändernde Reaktanz ein periodisch bewegbarer, z, B. drehbarer Feldrührer in Form eines oder mehrerer schräg angeordneter, reflektierender Flügel i:-t, die vor der JSinkopplungsöffnung im Beizraum angeordnet sind.

4. Eociifrequenzheizcferi nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daü aas reaktive Anpassungselement ein Stift ist, der in den Wellenleiter hineinragt und in dessen Längsrichtung verschiebbar ist.

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