DE2436120A1

DE2436120A1 - MICROWAVE HEATING DEVICE

Info

Publication number: DE2436120A1
Application number: DE2436120A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Whiting Dudley; George Harvey Macmaster
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1973-07-30
Filing date: 1974-07-26
Publication date: 1975-02-20
Also published as: BE817938A; SE393509B; NL7408847A; CA1008136A; GB1470408A; FR2239837B1; FR2239837A1; ZA743916B; CH577777A5; SE7409379L; JPS5043544A; AU7037474A; IT1016329B

Description

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München, den 19. Juli 1974 Anwaltsaktenz.: 27 - Pat. 89Munich, July 19, 1974 Lawyer files .: 27 - Pat. 89

Raytheon Company, 141 Spring Street, Lexington, Massachusetts Ö2173, Vereinigte Staaten von Amerika.Raytheon Company, 141 Spring Street, Lexington, Massachusetts Ö2173, United States of America.

Mi krowe11en-Erhi t zungs e inri chtungMicro-height back-up facility

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mikrowellen-Erhitzungseinrichtung mit einer Mikrowellenquelle zur Abgabe von elektromagnetischer Energie an einen zu erhitzenden Gegenstand.The invention relates to a microwave heating device with a microwave source for delivering electromagnetic energy to an object to be heated.

Die dielektrische Erhitzung beruht auf der Absorption von Mikrowellenenergie und auf hochfrequenten Schwingbewegungen der Moleküle innerhalb einer Belastung oder eines zu erhitzenden Gegenstandes auf Grund einer Wechselwirkung mit den zusammen auftretenden elektrischen und magnetischen Feldern der betreffenden elektromagnetischen Energie, so daß es zu einem raschen Temperaturanstieg auf Grund der molekularen Reibung kommt. Unterschiedliche Werkstoffe besitzen voneinander verschiedene Werte der Dielektrizitätskonstanten und des Verlustwinkels, weshalb auch die Geschwindigkeit der Erwärmung verschieden ist. Bekannte Mikrowellen-Erhitzungseinrichtungen enthalten eine Mikrowellenquelle, beispielsweise einen Magnetrongenerator, welcher mit einer hohen Gleichspannung betrieben wird. Die hochfrequente Energie wird über eine Übertragungswellenleitung in einen als Hohlraumresonator wirkenden, leitfähigen Ofenmantel abgestrahlt und wird beispielsweise mittels eines Flügelrades in vielfältigen Schwingungszuständen in dem Innenraum verteilt. Der Ofenmantel ist charakteristischerweise so bemessen, daß bei der Betriebsfrequenz des betreffenden The dielectric heating is based on the absorption of microwave energy and on high-frequency oscillating movements of the molecules within a load or an object to be heated due to an interaction with the electrical and magnetic fields of the electromagnetic energy in question, so that there is a rapid rise in temperature due to the molecular friction comes from. Different materials have different values of the dielectric constant and the loss angle, which is why the speed of heating is different. Known microwave heating devices contain a microwave source, for example a magnetron generator, which is operated with a high DC voltage. The high-frequency energy is radiated via a transmission wave line into a conductive furnace jacket that acts as a cavity resonator and is distributed in the interior in a variety of vibration states, for example by means of an impeller. The furnace jacket is characteristically dimensioned so that at the operating frequency of the relevant

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Gerätes in dem Innenramn mehrere Wellenlängen bezogen auf die Schwingungen im freien Raum Platz finden. Für den Betrieb der Einrichtungen dieser Art sind bestimmte, von den zuständigen Behörden zugewiesene Frequenzen vorgesehen, welche im industriellen, wissenschaftlichen und medizinischen Spektrumsbereich#des elektromagnetischen Energiespektrums beispielsweise die Frequenzen, von 915- 13 MHz und 2 450 £ 50 MUz enthalten« Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung ist unter den Ausdruck "Mikrowellen" elektromagnetische Energiestrahlung mit Wellenlängen der Größenordnung von Im bis lmm und Frequenzen in der Größenordnung von 300 MHz bis 300 GHz zu verstehen.Device in the Innenramn several wavelengths based on the Find a place for vibrations in free space. For the operation of the facilities of this kind are certain, by the competent authorities assigned frequencies are provided, which are in the industrial, scientific and medical spectrum range # des electromagnetic energy spectrum, for example, the frequencies from 915-13 MHz and 2 450 £ 50 MUz included «For the For the purposes of the present description, the term "microwaves" includes electromagnetic energy radiation with wavelengths on the order of 1 m to 1 mm and frequencies in the To understand the order of magnitude from 300 MHz to 300 GHz.

Wird eine Belastung oder ein zu erhitzender Gegenstand in den Ofenmantel oder den Ofen-Innenraum eines bekannten Gerätes gesetzt, so absorbiert die Belastung bzw. der Gegenstand Strahlungsenergie, welche von den leitfähigen Wänden des Ofenmantels reflektiert wird und es erfolgt eine Erwärmung in dem gewünschten Maße auf Grund der dielektrischen Erhitzung. Die Die Eindringtiefe und die Oberflächenfärbung ändert sich entsprechend den jeweils unterschiedlichen dielektrischen Eigenschaften. Wünscht man eine gebräunte oder überkrustete Oberfläche, beispielsweise bei der Bereitung von Braten, Steaks, Geflügel und dergleichen, so wird auf die Oberfläche ein bestimmter Nahrungsmittelzusatz aufgebracht, bevor das zu erhitzende Gut der Strahlungsenergie ausgesetzt wird, um auf Grund der größeren Verluste in den aufgebrachten Zusätzen eine stärkere Energieabsorption an der Oberfläche des zu erhitzenden Gutes oder Gegenstandes zu erreichen. Die Gegenstände, welche erhitzt werden sollen, sind in Gelassen oder Behältnissen angeordnet, die aus Werkstoffen bestehen, welche gegenüber der Mikrowellenenergie gleichsam transparent oder durchlässig sind, ^-- um die von den leitfähigen Wänden des Ofenmantels reflektierte > Strahlung mit gutem Wirkungsgrad an das zu erhitzende Gut ankoppeln zu können. Auch finden bei bekannten Geräten vielerlei teilweise leitfähige und teilweise durchlässige Werkstoffe oder Vorrichtungen gegebenenfalls in Verbindung mit elektrisch oder mittels Gas betriebenen, thermischen Bratvorrichtungen Verwendung, um den gewünschten Zustand der Außenfläche des zu erhitzenden Gegenstandes zu erreichen.If a load or an object to be heated is placed in the furnace jacket or the furnace interior of a known device, the load or the object is absorbed Radiant energy, which is reflected from the conductive walls of the furnace shell and there is a heating in the desired dimensions due to dielectric heating. The penetration depth and the surface color change according to the different dielectric properties. If you want a browned or encrusted surface, for example when preparing roasts, steaks, Poultry and the like, a certain food additive is applied to the surface before the material to be heated is exposed to the radiant energy to cause the greater losses in the additives applied result in greater energy absorption on the surface of the material to be heated To achieve good or object. The objects that are to be heated are arranged in containers or containers made of materials that are opposite to the Microwave energy are as it were transparent or permeable, ^ - around those reflected from the conductive walls of the furnace shell> To be able to couple radiation with good efficiency to the material to be heated. Also found in known devices in many ways partially conductive and partially permeable materials or devices, possibly in connection with electrical or Use gas-fired, thermal fryers to create the desired condition of the outer surface of the food to be heated To reach the object.

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Bei sämtlichen bekannten Mikrowellen-Erhitzungsverfahren oder -einrichtungen erfolgt die Erhitzung unter Ausnützung der Reflexion der Mikrowellen an den leitfähigen Wänden eines Gerätegehäusgs, wobei die zur Erhitzung führenden Felder eine zyklische Veränderung erfahren, um heiße Punkte in dem zu erhitzenden Gegenstand oder Gut zu vermeiden,.With all known microwave heating methods or -The heating takes place using the reflection of the microwaves on the conductive walls of a device Device housing, the fields leading to the heating being a experience cyclical change in order to avoid hot spots in the object or good to be heated.

Außerdem sei bemerkt, daß bereits Festkörper-Energiegeneratoren zur Verfugung stehen, welche mit niedrigerer Spannung betrieben werden können und Wirkungsgrade besitzen, die mit denjenigen von Röhrenoszillatoren vergleichbar sind, doch haben solche Festkörper-Generatoren für Mikrowelleri-Erhitzungsgeräte bisher nicht in wesentlichem Maße Verwendung gefunden.It should also be noted that solid-state energy generators are already available which operate at lower voltages and have efficiencies comparable to those of tube oscillators, but such solid-state generators have for microwave heating devices has not yet been used to any significant extent.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, Mikrowellen-Erhitzungseinrichtungen derart auszugestalten^ daß bei verbessertem Wirkungsgrad und gegebenenfalls aurh niedrigeren Betriebsspannungen mit möglichst geringen ί. . ·ne Verbesserung des Erhitzungsvorganges erzielt werden kann.The object of the invention is to be achieved, microwave heating devices to be designed in such a way that with improved efficiency and possibly aurh lower Operating voltages with the lowest possible ί. . · An improvement the heating process can be achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß prinzipiell dadurch gelöst, daß eine unmittelbar an das Material des zu erhitzenden Gegenstandes angrenzende Koppelvorrichtung zum Einkoppeln mindestens des größten Teiles der elektromagnetischen Energie in das Innere des Gegenstandes vorgesehen ist.According to the invention, this object is achieved in principle by that a coupling device directly adjacent to the material of the object to be heated for coupling at least Most of the electromagnetic energy is provided in the interior of the object.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und W eiterbildungen einer solchermaßen aufgebauten Mikrowellen-Erhitzungseinrichtung bilden Gegenstand der anliegenden Patentansprüche, auf welche zur Vereinfachung und Verkürzung der Beschreibung hiermit ausdrücklich hingewiesen wird..Appropriate refinements and developments of such a way Form built microwave heating device Subject of the attached claims to which Simplification and abbreviation of the description hereby expressly is pointed out ..

Ein Gerätegehäuse oder Ofengehäuse der hier;vorgeschlagenen Mikrowellen-Erhitzungseinrichtung braucht nicht entsprechend der Betriebsfrequenz als Resonanzhohlraum für die von der Energiequelle außerhalb des Gehäuses abgestrahlte Energie ausgebildet zu sein. Der größte Teil der Mikrowellenenergie wird, unmittelbar in den zu erhitzenden Gegenstand eingekoppelt oder kommt in. unmittelbarer Nähe des Gegenstandes zur Wirkung.A device housing or furnace housing of the one proposed here; Microwave heating device does not need a resonance cavity for the energy source according to the operating frequency to be formed outside the housing radiated energy. Most of the microwave energy is, immediately coupled into the object to be heated or comes in. immediate proximity of the object to the effect.

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Bei einer Ausführungsiorm ist eine plattenartige Halte- oder Abstützeinrichtung für den zu erhitzenden Gegenstand vorgesehen, wobei die Mikrowellenenergie von einem Ende der Einrichtung her eingekoppelt wird und eine Verteilung elektrischer Randfelder durch eine periodische Schlitzanordnung erzeugt wird, so daß unmittelbar nahe der Plattenoberfläche eine Verteilung im JT"" -Modus entsteht. Eine zu bratende oder zu kochende Speise, beispielsweise Schinken, Hacksteaks, Steaks und dergleichen, wird unmittelbar auf den plattenartigen Träger gelegt und die in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des Trägers zur Verfügung stehende Energie konzentriert sich in einer bestimmten Verteilung auf den zu erhitzenden Gegenstand, so daß die gewünschte Bräunung oder Überkrustung erreicht wird.In one embodiment, a plate-like holding or Supporting device provided for the object to be heated, the microwave energy coming from one end of the device is coupled and a distribution of electrical fringing fields is generated by a periodic slot arrangement, so that a distribution in the JT "" immediately close to the plate surface Mode is created. A food to be fried or cooked, for example ham, minced steaks, steaks and the like, is placed directly on the plate-like carrier and is available in the immediate vicinity of the surface of the carrier standing energy is concentrated in a certain distribution on the object to be heated, so that the desired Browning or encrustation is achieved.

Bei einer anderen Ausführungsform sind für den plattenartigen Träger als Strahlungsorgane dielektrisch belastete Schlitz·» antennen oder Spiralantennen, vorgesehen, welch© mit Pestkörper-Mi krowellengeneratoren, etwa Silieium-Transistoroszillatoren, zusammen wirken, die durch lichtempfindlioii© Dioden oder durch äußere Schaltnaittel gesteuert werden können, diean di© Festkörper-Schaltungselemente angeschlossen. sind«In another embodiment are for the plate-like Carriers as radiation organs dielectrically loaded slot antennas or spiral antennas, provided, which © with Pestkörper-Mi microwave generators, such as silicon transistor oscillators, work together, through light-sensitive diodes or through external switching means can be controlled which are connected to the solid-state circuit elements connected. are"

Eine andere Ausführungsiorm ist nach Art eines Grills ausgebildet und enthält ©ine drehbare Stange ©der einen Spieß, welcher den zu erhitzenden Gegenstand trägt sowie Einrichtungen zum Einkoppeln der Mikrowellenenergie fön dem entfernt angeordneten Magnetrongenerator in das lauere cüee Gegenstandes. Die Außenflächen des drehbar gehalterten, ^u erhitzenden Gegenstandes oder Gutes werden durch eine elektrisch oder mit Gas betriebene Strahlangs- Erhitzung^einrichtung übertraten oder gebräunt. Bei wiederum anderen Ausführ^ngsformen ist eine Sonde vorgesehen, die in dae Innere ties zu erhitzenden Gegenstandes oder Gutes eingebracht wird «ad welehe mittels eines Magnetrongenerators oder eines Festkörpergeneratoire gespeist wird. Die Wärmeabfuhr von den Festk.urpergeneratoren iß der Sonde liefert zusätzliche Wärme, die zusammen 'mit der Mikr©wellenenergie zur inneren Erwärmung des betreffenden Gegenstandes oder der Speise dient. Sonden dieser Art können ϋΐΐΐ Spannungen vös ■beispielsweise 28 Volt oder auch mit üblichen Nötsapanauagea von IlOVoltAnother embodiment is designed in the manner of a grill and contains a rotatable rod of a skewer which carries the object to be heated and devices for coupling the microwave energy for the remotely arranged magnetron generator into the lukewarm cüee object. The outer surfaces of the rotatably mounted, heated object or goods are traversed or browned by an electrically or gas-operated beam heating device. In yet other embodiments, a probe is provided which is introduced into the interior of the object or goods to be heated and which is fed by means of a magnetron generator or a solid-state generator. The heat dissipation from the solid-state generators in the probe provides additional heat which, together with the microwave energy, serves to internally heat the object or food in question. Probes of this type can ϋΐΐΐ voltages ■ for example 28 volts or with the usual Nötsapanauagea from IlOVolt

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betrieben werden.operate.

Bei der hier angegebenen Mikrowellen-Erhitzungseinrichtung entstehen sehr starke elektrische Randfelder oder Streufelder, die in das Innere des zu erhitzenden Gegenstandes eindringen, so daß sich ein hoher Wirkungsgrad der Ankopplung ergibt. Der aufgezeigte Konstruktionsgedanke läßt sich auch auf die Mikrowellenerhitzung mittels Strahlungsorganen zur Bräunung oder Röstung anwenden. Aufgrund der neuartigen Übertragung der Mikrowellenenergie auf das zu erhitzende Gut lassen sioh die Geräte mit Ofenräumen in Form von Resonanzhohlräumen sowie mit Flügelrädern zur Veränderung der Schwingungsmoden beträchtlich verbessern.In the case of the microwave heating device specified here, very strong electrical fringing fields or stray fields that penetrate the interior of the object to be heated, so that there is a high efficiency of the coupling. The design concept shown can also be applied to microwave heating Apply by means of radiation organs for browning or roasting. Due to the novel transmission of the Microwave energy on the material to be heated sioh leave the devices with oven spaces in the form of resonance cavities as well as with Impellers to change the vibration modes considerably to enhance.

Gebräuchliche, mit elektrischem Strom oder mit Gas betriebene Elektrowärmegeräte können nach Wunsch leicht so umgerüstet werden, daß sie auch die vorteilhafte Mikrowellenerhitzung ermöglichen. Die Verwendung von Hochleistungs-Festkörper-Mikrowellengeneratoren gestattet ferner die Verwendung niedrigerer Betriebsspannungen anstelle der Gleichspannungen von 3 000 Volt bis 6 000 Volt zum Betrieb des Magnetrons, Die Merkmale der hier vorgeschlagenen Einrichtung lassen sich in vielfältiger Weise auch in Verbindung mit bekannten Kochgeräten verwenden. Dabei sei nochmals auf die Bedeutung der Erzeugung von Mikrowellenenergie mittels Festkörper-Energiequellen hingewiesen.Conventional electrical heating devices that run on electricity or gas can easily be retrofitted as required, that they also allow advantageous microwave heating. The use of high power solid state microwave generators also allows the use of lower operating voltages instead of the 3,000 volt DC voltages up to 6,000 volts to operate the magnetron, the features of the proposed device can be varied Way to use in conjunction with known cooking appliances. Let me reiterate the importance of the generation of microwave energy indicated by means of solid-state energy sources.

Nachfolgend werden einige Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:Below are some embodiments with reference to FIG the drawing explained in more detail. They represent:

Figur 1 eine perspektivische, teilweise aufgebrochenFigure 1 is a perspective, partially broken away

dargestellte Abbildung einer Mikrowellen-Erhitzungseinrichtung, shown illustration of a microwave heating device,

Figur 2 eine Teilansiciit entsprechend dem in Figur 1FIG. 2 shows a partial view corresponding to that in FIG. 1

Bilged eut et en Aussohnitt 2-2-,Bilged eut et en Ausohnitt 2-2-,

Figur 3 ©ine pgrspektivisoh© Ansieht einer Mikrowellen-Erhitzungseinrichtuag in Scmd-exiform,Figure 3 © ine pgrspektivisoh © View of a microwave heating device in Scmd-exiform,

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Figur h einen Vertikalschnitt durch eine Mikrowellen-Erhitzungseinrichtung bekannter Art,Figure h shows a vertical section through a microwave heating device of known type,

Figur 5 eine perspektivische Ansicht einer Einrichtung
mit einem Träger für den zu erhitzenden Gegenstand, wobei die Mikrowellenenergie an einem
Ende des Trägers eingekoppelt wird und eine gebräuchliche Grilleinrichtung vorgesehen ist,Figure 5 is a perspective view of a device
with a support for the object to be heated, wherein the microwave energy at a
The end of the carrier is coupled and a common grill device is provided,

Figur 6 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform mit einer Erhitzungseinrichtung in
Sondenform in Verbindung mit einer Grilleinrichtung undFIG. 6 shows a perspective view of a further embodiment with a heating device in FIG
Probe shape in connection with a grill device and

Figur 7 eine Aufsicht auf eine weitere AusführungsformFIG. 7 shows a plan view of a further embodiment

mit einem plattenartigea Träger für den zu erhitzenden Gegenstand, wobei spiralförmige Antennenorgane zusammen mit Hochleistungs-Festkörper-Oszillatoren Verwendung finden, die von Schaltmitteln gesteuert sind.with a plate-like support for the one to be heated Subject, being spiral antenna organs together with high power solid state oscillators Find use that are controlled by switching means.

Figur h zeigt ein Mikrowellen-Erhitzungsgerät bisher bekannter Bauart mit einem innerhalb eines Ofenmantels befindlichen Resomanzhohiraum, in welchen von einer Magnetron-Energisquelle aus Mikrowellenenergie übertragen wird. Leitfähige Boden- und Deckenwände 2 sowie Seitenwände h bilden einen Ofenmantel 6, welcher bestimmte Abmessungen besitzt, so daß darin eine Mehrzahl von Wellenlängen bezogen auf die Ausbreitung im freien Raum bei der Betriebsfrequenz des Magnetrons Platz finden. Auf der Vorderseite ä®@ Ofenaantels 6 ist eine Zugangsöffnung vorgesehen,
welche mittels einer Tür© verschlossen werden kann, wobei als Dichtung in allgemeinen ©ine Droaselmnordnung vorgesehen ist." Ein Gehäiag)© 8 umgibt den Ofenmantel und weist an aeirnsr Vorderseite eiß© Schalt- Hßd Bediennagstafel iO auf, an welcher 30™ SGlnmd@El·= unu ^«Sekimden-Schaltuhren 12 Tbzw. 14 zusammen mitFigure h shows a microwave heating device of a previously known type with a resonance cavity located within an oven jacket, into which microwave energy is transmitted from a magnetron energy source. Conductive bottom and top walls 2 and side walls h form a furnace jacket 6 which has certain dimensions so that there is room therein for a plurality of wavelengths based on the propagation in free space at the operating frequency of the magnetron. An access opening is provided on the front side ä® @ Ofenaantels 6,
which can be closed by a door ©, wherein it is provided as a seal in general © ine Droaselmnordnung. "A Gehäiag) © 8 surrounds the furnace shell and instructs aeirnsr front hite © switching HSSD Bediennagstafel iO on to which 30 ™ SGlnmd @ El · = Unu ^ «Secimden time switches 12 or 14 together with

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Die Mikrowellenquelle 20 befindet sich hinter der Schalt- und Bedienungstafel 10 und ist ein bekannter Magnetron-Generator, v/elcher von der Haushalt-Netzspannung aus nach Gleichrichtung mit etwa 3 000 Volt bis 6 000 Volt betrieben wird. Die elektrischen Schaltungen sowie Einzelheiten der Mikrowellenquelle sind an sich bekannt und brauchen daher nicht dargestellt zu werden. Die Mikrowellenenergie wird von der äußeren Mikrowellenquelle über eine Antennensonde 22 in den von dem Ofenraantel 6 umschlossenen Resonanzhohlraum eingekoppelt, wobei die Antennensonde von einer dielektrischen Kappe 2k dicht umschlossen ist, welche in einen im Querschnitt rechteckigen Abgabe-Wellenleiterabschnitt 26 hineinragt. Der Abgabe-Wellenleiterabschnitt ist an einem Ende durch eine Wand 28 abgeschlossen, die sich in einem Abstand von annähernd einem Viertel einer Wellenlänge von der Antennensonde 22 befindet, während das gegenüberliegende Ende des Abgabe-Wellenleiterabschnittes, wie in Figur 4 bei 3o gezeigt, offen ist, um die Mikrowellenenergie in den Innenraum des Mikrowellenofens abstrahlen zu können. Die abgegebene Energie, welche durch die Linien 32 deutlich gemacht ist, wird in vielerlei Schwingungszuständen zyklisch durch an eich bekannte Einrichtungen in dem Innenraum des Ofens verteilt, etwa mittels eines Rührers oder Flügelrades 34, welches eine Anzahl von Flügeln 36 aufweist, die mittels eines Motors 38 in Umdrehung versetzt werden.The microwave source 20 is located behind the switch and control panel 10 and is a known magnetron generator, which is operated from the household mains voltage after rectification with approximately 3,000 volts to 6,000 volts. The electrical circuits and details of the microwave source are known per se and therefore do not need to be shown. The microwave energy is coupled from the external microwave source via an antenna probe 22 in the space enclosed by the Ofenraantel 6 resonant cavity, wherein the antenna probe is tightly surrounded by a dielectric cap 2k, which projects into a rectangular in cross-section delivery waveguide section 26th The delivery waveguide section is terminated at one end by a wall 28 which is approximately a quarter of a wavelength from the antenna probe 22, while the opposite end of the delivery waveguide section is open as shown in Figure 4 at 3o in order to be able to radiate the microwave energy into the interior of the microwave oven. The energy emitted, which is made clear by the lines 32, is cyclically distributed in various oscillation states by means of devices known in the art in the interior of the furnace, for example by means of a stirrer or impeller 34, which has a number of blades 36, which by means of a motor 38 can be set in rotation.

Die Wellen 32 der Mikrowellenenergie werden von den metallischen Wänden des den Resonanzhohlraum bildenden Ofenmantels 6 umschlossen. Das zu erhitzende Material, beispielsweise ein Gegenstand oder eine Speise 40, befindet sich in einem für Mikrowellenenergie durchlässigen Behältnis 42, das auf eine dielektrische Platte kk gestellt ist, die ebenfalls für die von dem Boden des Ofenmantels reflektierte Mikrowellenenergi® durchlässig ist. Die Verteilung und die Reflexion der Mikrowellen 32 und die zyklische Veränderung der Schwingungsmoden durch den Rührer oder das Flügelrad 3k bewirkt, daß das zu behandelnde Material von der Hochfrequenzenergie vollständig umgeben wird, wodurch sich eine im wesentlichen gleichförmige Absorption durch das zu erhitzende Gut ergibt. Die absorbierte Mikrowellenenergie erzeugt ein Hin- und Herschwingen der Moleküle innerhalb des zu erhitzenden Gegenstandes, soThe waves 32 of the microwave energy are enclosed by the metallic walls of the furnace jacket 6 which forms the resonance cavity. The material to be heated, for example an object or food 40, is located in a container 42 which is permeable to microwave energy and which is placed on a dielectric plate kk , which is also permeable to the microwave energy reflected from the bottom of the oven shell. The distribution and reflection of the microwaves 32 and the cyclical change in the oscillation modes by the stirrer or the impeller 3k have the effect that the material to be treated is completely surrounded by the high-frequency energy, which results in a substantially uniform absorption by the material to be heated. The absorbed microwave energy causes the molecules to oscillate back and forth within the object to be heated, see above

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daß sich die Moleküle aneinander reiben und sich der betreffendem Gegenstand oder das betreffende Gut erhitzt. Die Garung oder Erhitzung schreitet von der Außenfläche in das Innere des Gegenstandes fort. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Verteilung der Mikrowellenenergie für viele Gegenstände genau eingestellt werden muß, um heiße Punkte und nicht heiß werdende Bereiche in den zu erhitzenden Gegenständen zu vermeiden. Bei Speisen oder Gegenständen, die eine gebräunte oder geröstete Oberfläche erhalten sollen, beispielsweise bei Braten, Steaks", Geflügel oder Gegenständen verhältnismäßig großer Masse, führt die Behandlung mit -Mikrowellenenergie über längere Zeiten zum Erreichen der gewünschten Oberflächenfärbung dazu, daß das Innere zu stark gar wird und dabei seinen Nährwert verliert. Das Fehlen der gewünschten Färbung oder des gewünschten Aussehens der Außenfläche und die zu starke Garung im Inneren läßt die fertige Speise überdies weniger ansprechend erscheinen.that the molecules rub against each other and the affected The object or the good in question is heated. Cooking or heating steps from the outer surface into the interior of the object away. However, it has been shown that the distribution of Microwave energy needs to be precisely tuned for many objects to avoid hot spots and non-hot areas in the avoid objects to be heated. For food or objects, which should have a browned or roasted surface, for example for roasts, steaks, poultry or other objects relatively large mass, the treatment with microwave energy leads Over longer times to achieve the desired surface color, the inside becomes too cooked and thereby loses its nutritional value. The lack of what you want Coloring or the desired appearance of the outer surface and the excessive cooking inside also leaves the finished meal appear less appealing.

Die vorstehend angedeuteten Nachteile bekannter Einrichtungen werden mit einer Mikrowellen-Erhitzungseinrichtung der hier vorgeschlagenen Art vermieden, wie anhand der Figuren 1 und 2 aufgezeigt werden soll. Die Mikrowellen-Erhitzungseinrichtung ist in Figur 1 mit 50 bezeichnet, wobei die an der Vorderseite des Gerätes angeordnete Türe weggelassen ist, so daß der Ofenmantel 52 sichtbar wird, der nun beliebige Größe besitzen kann und nicht sorgfältig so bemessen werden muß, daß eine bestimmte Anzahl von Wellenlängen der Mikrowellenenergie im freien Raum Platz findet, um eine gleichförmige Erwärmung zu erreichen. Eine Trägerplatte 54 besitzt eine Anzahl in regelmäßigen Abständen angeordneter Schlitze 56, welche Bereiche von maximaler und minimaler elektrischer Streufeldstärke oder Randfeldstärke vorzugsweise im 5Γ- Übertragungsmodus ausbilden. Der Aufbau hat gewisse Ähnlichkeit mit einer leiterartigen periodischen Verzögerungsleitung, wie sie bei Mikrowellenröhren im Wechselwirkungsraum für die Elektronenwanderwellen verwendet wird. Die Anordnung der Schlitze 56 bewirkt, daß die elektrischen Streufelder oder Randfelder nahe an der Plattenoberfläche vorherrschen, um einen Gegenstand, beispielsweise ein Geflügel, das an einem durch den Gegenstand gesteckten Spieß 58 gedreht wird, zu brau-The above-indicated disadvantages of known devices are achieved with a microwave heating device of the here proposed type avoided, as is to be shown with reference to Figures 1 and 2. The microwave heating device is designated in Figure 1 with 50, with the on the front of the device arranged door is omitted, so that the furnace jacket 52 is visible, which can now have any size and does not have to be carefully measured so that a certain Number of wavelengths of microwave energy in free space finds place in order to achieve uniform heating. One Carrier plate 54 has a number at regular intervals arranged slots 56, which areas of maximum and minimum electrical stray field strength or edge field strength preferably train in 5Γ transmission mode. The structure has certain things Similarity to a ladder-like periodic delay line, as it is in microwave tubes in the interaction space is used for the electron traveling waves. The arrangement of the slots 56 causes the stray electrical fields or fringing fields close to the surface of the plate predominate around an object, for example a poultry, which is attached to a is rotated through the object inserted spit 58, to brew

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nen öder zu gären*to ferment a desolate *

An einem oberen Wandungsteil sind in Sera Gerät §0 freitschalt« uhren ttnd Betätigungstasten angeordnet, welche mit gleichen B#» zugs zahl en versehen sind, wie die entsprechenden Teile in Figur 4» Ein MikröWellengenerätor 20 ist aiit einer Antennensönde 2§ und einer umgebenden Röhre oder Rappe 2k versehen, die in einen Äbgäbe-Wellenleiteräbsehnitt 60 hineinragt, der längs einer Seitenwand des Gehäuses angeordnet sein kann. Eine zweite Äntennensonde 62 ist an einem Ende eines Stabes $8 befestigt, wodurch MikröWellenenergie in das Innere des zu erhitzenden Gegenstandes 40 eingekoppelt oder eingeleitet wird* Sei der gezeigten Aus« führungsform kann der Stab oder Spieß 58 von einer Metallischen Koaxialleitung gebildet sein, bei welcher der innerhalb ties zu erhitzenden Gegenstandes kö gelegene und diesen berührende Teil geschlitzt ist, um eine Abstrahlung von MikröWellenenergie zu ermöglichen, Zusätzlich kann auch der plattenförmige Träger 54 über ein Koaxialkabel 6V, das zwischen der Antennensonde 62 und einem Ende des plattenförmigen Trägers 5^ Verläuft, an die von dem Mikrowellengenerator 20 abgegebene elektromagnetische Energie angekoppelt werden» Der plattenförmige Träger 5k bewirkt eine Äbstrahlung von Mikrowellenenergie von dem Mikrowellengenerator über die Schlitze 56, so daß die Außenseite des zu erhitzenden Gegenstandes gleichförmig erhitzt wird, während die inneren Bereiche mittels der über den Spieß oder Stab 58 zugeführten Ener-· gie erwärmt werden. Eine thermische Strahlungsheizeinrichtung 66 üblicher Bauart und aus bekannten Ferkstoffen ist nahe der Decke des Innenraumes des Ofenmantels 52 befestigt. Diese thermische Strahltmgsheizeinrichtttng wird in bekannter ¥eise betrieben und ermöglicht eine zusätzliche Bräunung oder Röstung der Oberfläche des an dem Stab oder Spieß 58 rotierenden, zu erhitzenden Gegenstandes. On an upper part of the wall there are activation buttons in Sera device §0, which are provided with the same numbers as the corresponding parts in FIG Rappe 2k is provided, which protrudes into an Äbgäbe-Wellenleiteräbsehnitt 60, which can be arranged along a side wall of the housing. A second antenna probe 62 is attached to one end of a rod 8 , whereby micro wave energy is coupled or introduced into the interior of the object 40 to be heated within ties object to be heated kö preferred and this contacting member is slotted to allow radiation from MikröWellenenergie, in addition, also the plate-shaped carrier 54 via a coaxial cable 6V, which between the antenna probe 62 and one end of the plate-shaped carrier 5 ^ Runs at the electromagnetic energy emitted by the microwave generator 20 are coupled »The plate-shaped carrier 5k causes a radiation of microwave energy from the microwave generator via the slots 56, so that the outside of the object to be heated is heated uniformly, while the inner areas by means of the over the Sp The energy supplied to the rod 58 or to the rod 58 can be heated. A thermal radiant heater 66 of conventional design and made of known pigments is attached near the ceiling of the interior of the furnace shell 52. This thermal radiant heating device is operated in a known manner and enables additional browning or roasting of the surface of the object to be heated that is rotating on the rod or skewer 58.

In Figur 3 ist eine andere Ausführungsform gezeigt, welche eine Sonde 68 enthält, die mit einer Spitze ?0 versehen ist, so daß sie leicht in den zu behandelnden Gegenstand oder das zu erhit*- zende Gut eingestochen oder eingeführt werden kann. Der hinter der Spitze gelegene,zylindrische Teil 72 ist mit einer AnzahlIn Figure 3, another embodiment is shown, which one Contains probe 68 which is tipped? 0 so that it is easy to get into the object to be treated or that * - end well can be pierced or inserted. The behind the tip, cylindrical portion 72 is with a number

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itt regelmäöigea Abständen Angeordneter Schlitze lh versehen, die mit elften Dielektrikum belastet bzw, ausgefüllt sind. Innerhalb des zylindrischen Teiles 72 befinden sich Festkörper-Mikrowellenquellen, beispielsweise in Form Von Siliziumtransistoren* Ein Rohr 76 bildet eine Hülle zur Durchführung der elektrischen Leitungen zu den Transistoren von einer geeigneten Crleiehspaniiungswelle 78 aus, welche entweder 110 Volt oder 28 Volt lieiern kann und mit einem Transformator versehen ist. Ein geeignetes dielektrisches Material zur Belastung oder Ausfüllung der Schlitze 7h, welches auch eine leichte Sauberhaltung der Sonden ermöglicht, ist das im Handel ohne weiteres erhältliche Tetrafluoräthylen. Die metallischen Teile der Sonde 68 können aus rostfreiem Stahl bestehen, aus einem Werkstoff also, der auch zur Herstellung der leitfähigen Wände des Ofenmantels zu verwenden ist.itt regular intervals of arranged slots lh provided, which are loaded or filled with eleventh dielectric. Inside the cylindrical part 72 there are solid-state microwave sources, for example in the form of silicon transistors Transformer is provided. A suitable dielectric material for loading or filling the slots 7h, which also makes it easy to keep the probes clean, is tetrafluoroethylene, which is readily available commercially. The metallic parts of the probe 68 can consist of stainless steel, that is to say of a material which is also to be used for the production of the conductive walls of the furnace shell.

Soll die Sonde zur Mikrowellenerhitzung nicht mit Fcstkörper-Mikrowellenquellen betrieben werden, so kann, wie in Figur 6 gezeigt ist, der Mikrowellengenerator über ein Koaxialkabel 82 an die Sonde 80 zur Mikrowellenerhitzung angeschlossen werden, ähnlich, wie dies für die Trägerplatte 5^ und das Koaxialkabel ßk gemäß Figur 1 vorstehend beschrieben wurde. An den einander gegenüberliegenden Seitenwandungen des Ofenmantels sind bei der Attsführungsform nach Figur β Lasehen 8h befestigt, welche es gestatten, beispielsweise einen Braten 86, der sich in einer Raine oder einem Behältnis 88 befindet, in einer gewünschten Höhe mit Bezug auf eine zur Bräunung oder Röstung dienende Strahlungsheizeinrichtung 66 anzuordnen. Die Sonde 80 zur Mikrowellen- ©rhitzumg bewirkt die Einleitung der Energie in das Innere, während die Lage des Behältnisses oder der Raine 88 gegenüber der Strahlungsheizeinrichtung 66 den gewünschten Bräunung s" Vorgang an der Oberfläche des zu erhitzenden Gegenstandes bestimmt.If the probe for microwave heating is not to be operated with fiber body microwave sources, the microwave generator can be connected to the probe 80 for microwave heating via a coaxial cable 82, as shown in FIG ßk according to Figure 1 was described above. On the opposing side walls of the oven shell in the Attsführungform according to Figure β lasehen 8h are attached, which allow, for example, a roast 86, which is in a rack or a container 88, at a desired height with respect to a browning or roasting serving radiation heater 66 to be arranged. The probe 80 for microwave heating causes the energy to be introduced into the interior, while the position of the container or the rail 88 in relation to the radiant heater 66 determines the desired browning process on the surface of the object to be heated.

Figur 5 zeigt wieder "eine andere Ausführuu^sforia, bei der in den plattenförmigen Träger 5'* "von -eine.? Seite her über ein Koaxialkabel 6% 'Mikrewellenenergie eingekoppelt wird. Auch hier sind Laschea"84 an den Seitenwänden des Ofeömantels vorgesehen,-ua den plattenförmigen Träger 54 in der gewünschten' Höhe 'einschieben zu können und damit die gewünschte Bräunung oder Röstung 'desFigure 5 shows again "another embodiment, in which in the plate-shaped carrier 5 '*" of -eine.? Side 6% microwave energy is coupled in via a coaxial cable. Here, too, brackets 84 are provided on the side walls of the oven jacket so that the plate-shaped support 54 can be pushed in at the desired 'height' and thus the desired browning or roasting

toto

zu behandelnden Gutes, beispielsweise eines Steaks 90, welches auf dem plattenförmigen Träger 5k angeordnet ist, zu erzielen. Auf diese Weise läßt sich sowohl die innere als auch die äußere Wärmebehandlung, letztere vermittels der Strahlungsheizeinrichtung 66_? regulieren.goods to be treated, for example a steak 90 which is arranged on the plate-shaped carrier 5k . In this way, both the internal and the external heat treatment, the latter by means of the radiant heating device 66 _? regulate.

Figur 7 zeigt wiederum eine andere Ausführungsform, bei welcher ein plattenförmiger Träger 92 eine,Anzahl im Abstand voneinander angeordneter, mit Spiralantennenelementen versehender Strahlungselemente. 9k aufweist, die jeweils Leiterwindungen $6 enthalten, die innerhalb oder auf einem dielektrischen, kreisscheibenförmigen Körper 98 angeordnet sind. Jedes Spiralantennenelement 9k strahlt Mikrowellenenergie ab, die von einer Hochleistungs-Festkörper-Mikrowellenquelle an die jeweilige Antenne abgegeben wird. Die Einrichtung läßt sich mittels mehrerer, außerhalb des plattenförmigen Trägers 92 angeordneter Schalter 100 steuern, die in einem Schaltkasten 102 untergebracht sind und über ein Kabel 10k mit den Festkörper-Mikrowellenquellen in Verbindung stehen. Anstelle der äußeren Schalter kann bei der vorliegenden Ausführungsform und auch bei anderen Ausführungsformen mit Festkörper-Mikrowellenquellen, beispielsweise in Verbindung mit den Sonden 58 und 68 nach den Figuren 1 und 3 eine Einschaltung der Festkörper- Mikrowellenquellen durch lichtempfindliche Dioden durchgeführt werden, wie sie im Handel erhältlich sind und welche die Oszillatoren in Betrieb setzen, so-bald die Antennenelemente von dem zu erhitzenden Material verdeckt werden. "^FIG. 7 shows yet another embodiment in which a plate-shaped carrier 92 has a number of radiating elements arranged at a distance from one another and provided with spiral antenna elements. 9k , each of which contains conductor turns $ 6 which are arranged within or on a dielectric, circular disk-shaped body 98. Each spiral antenna element 9k radiates microwave energy, which is emitted from a high-power solid-state microwave source to the respective antenna. The device can be controlled by means of a plurality of switches 100 which are arranged outside the plate-shaped carrier 92 and are accommodated in a switch box 102 and are connected to the solid-state microwave sources via a cable 10k. Instead of the external switch, in the present embodiment and also in other embodiments with solid-state microwave sources, for example in connection with the probes 58 and 68 according to FIGS are available and which put the oscillators into operation as soon as the antenna elements are covered by the material to be heated. "^

Bei Mikrowellen-Erhitzungseinrichtungen der hier vorgeschlagenen Art ist es also nicht von besonderer Wichtigkeit, einen Resonanzhohlraum innerhalb des Ofenmantels zu schaffen, um eine wirksame Verteilung der Mikrowellenenergie zu erreichen. Die vorgeschlagenen Einrichtungen geben die Möglichkeit, die Mikrowellenerhitzung zusammen mit der normalen thermischen Erwärmung anzuwenden. Es können Mikrowellenherde geschaffen werden, bei denen gleichzeitig eine einstechbare oder einsetzbare Einrichtung, etwa in Form einer Mikrowellensonde, eine Halte- oder Abstützvorrichtung und auch ein Grill vorgesehen sind. Der Ofenmantel oder das Rohr kann auch für Koch- oder Bratvorgänge be-In microwave heating devices of the type proposed here, it is therefore not of particular importance to have a resonant cavity to create inside the oven shell in order to achieve an effective distribution of the microwave energy. the proposed devices give the possibility of microwave heating together with normal thermal heating apply. Microwave ovens can be created, which at the same time have a pierceable or insertable device, for example in the form of a microwave probe, a holding or supporting device and also a grill are provided. The furnace jacket or the tube can also be used for cooking or roasting.

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kannter Art, etwa .zum Backen, verwendet werden,, indem am Boden und an der Decke thermische StrahlHngstieiaeinrieniungen montiert werden«, Bedeutsam ist ferner die Erzeugung der Miferowellenenergie mittels Festkörper-Mikrowellenquellen, welche den Vorteil haben, daß die Speisespannungen niedriger sind, daß sich geringere Kosten ergeben, daß sie größere Zuverlässigkeit besitzen und daß die Gefahren elektrischer Unfälle geringer sind. Die Einleitung der Mikrowellenenergie unmittelbar in den zu erhitzenden Gegenstand oder die Zuleitung in unmittelbare Nähe des Gegenstandes durch elektrische Streufelder, welche durch Abstrahlung periodischer Wellenleiterkonstrulctionen erzeugt" werden, läßt neuartige Koch- oder Bratvorgänge zu, wobei die Mikrowellenerhitzung und das übliche Braten und Kochen kombiniert werden können.known type, for example for baking, by installing thermal radiation hangers on the floor and ceiling. Also important is the generation of miferowave energy by means of solid-state microwave sources, which have the advantage that the supply voltages are lower lower costs mean that they have greater reliability and that the risk of electrical accidents is reduced. The introduction of microwave energy directly into the object to be heated or the supply line in the immediate vicinity of the object through electrical stray fields, which are generated by emitting periodic waveguide constrictions, allows novel cooking or frying processes, with microwave heating and the usual frying and boiling being combined can.

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Claims

Microwave heating device with a microwave source for delivering electromagnetic energy to a person to be heated Object, characterized in that a coupling device directly adjoining the material of the object in question (58 or 54 or 72 or 80 or 92, 94) for coupling at least the largest part of the electromagnetic Energy is provided in the interior of the object.

2. Device according to claim 1, characterized in that the coupling device is formed by a holding or supporting device (58 or 5k or 72 or 80 or 92, 94) for the object to be heated, which is connected to the microwave source (20 ) is coupled.

3. Device according to claim 2, characterized in that means the holding and supporting device in the immediate vicinity of the object to be heated strong electrical edge fields can be generated are.

4. Device according to claim 2 or 3 »characterized in that the holding or supporting device is in the form of a support rod (58 or 72) for the particularly rotatable mounting of the object to be heated.

5. Device according to claim 2 or 3, characterized in that that the holding or supporting device is in the form of a plate-like carrier (54 or 92) for the object to be heated Has.

6 "Device according to claim 4 or 5, characterized in that that the electromagnetic energy is coupled into the carrier from one end (58, or 5'4 or 72 or 80) and that the carrier ic is in particular arranged at regular intervals Has radiator organs (56 or 7'4 or «, 94).

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7 «device according to claim 6, characterized in that the Radiator organs have the shape of slots (56 or 72).

8. Device according to claim 5 and 6, characterized in that the radiator elements loaded the shape of dielectrically or spiral antenna elements filled with dielectric (9A) to have"

9 * Device according to one of claims 2 to 8, characterized in that that the holding or supporting device for the object to be heated together with a thermal radiant heater (66) is located in an oven housing (52).

10. Device according to one of claims 2 bfs 9, characterized in that « draws that the .Halte ™ or support device as a microwave source a magnetron oscillator (20) or © ine 'semiconductor solid-state oscillator arrangement is coupled.

11, device according to one of claims i to ic, characterized in that that the coupling device contains a rod-like line piece (58), which at one end with the Mikro ™ wave source (20) cooperating Kopp ©! organ (62) carries.

12 »Device according to claim 11, characterized in that the coupling element is surrounded by a dielectric cap Having antenna probe '(62).

13. Device according to claim 1, characterized in that «You coupling device (6'8), which with radiation elements (7 ^) stranding is in the sw heating object © insetsbsr «,

Ik, device according to claim 13, d.edur@h characterized that the Kopp ©! Device <3i® form a transmission made of conductor material to © - s dividing en ρ provided with a number of protectors (7h)

Eiarioiitmag after claim Ih ₉ daöureto gQk®ma.% <BX <slniQt ₀ isß 8 © ϊι1ίΐζ © (7 ^) nit öieleistrisefitü ¥ @ r-feat © f £ atisge-iüllen siad,

16. Device according to one of claims 13 to 15, characterized in that the coupling device is connected to a magnetron generator.

17. Device according to one of claims 13 to 15, characterized in that the coupling device includes a microwave source semiconductor solid oscillators which beiinden within the coupling device.

18. Device according to claim Θ, characterized in that semiconductor solid-state oscillators coupled to the spiral antenna elements (9h) are arranged as the microwave source within the plate-shaped carrier (92).

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