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" Mikrowellenheizvorrichtung für umwälzbare Medien
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Die Erfindung betrifft eine Mikrowellenheizvorrichtung für umwälzbare,
durch Hochfrequenz aufheizbare Medien, bestehend aus einem Mikrowellensender, einem
Hohlleiter und einem Resonatorraum mit einer darin angeordneten mikrowellendurchlässigen
Leitung, die im wesentlichen in Längsrichtung durch den Resonatorraum geführt ist
und zum Transport des aufheizbaren Mediums dient, deren Iiohlleiter und Resonatorraum
einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, in Längsrichtung hintereinander angeordnet
sind, miteinander fluchten und einen Schacht bilden, der sich in Richtung der längsten
Achse bis zu einer am Ende des Schachtes befindlichen Stirnwand erstreckt, und deren
mikrowellendurchlässige Leitung durch eine im wesentlichen haarnadelförmige Leiterschleife
gebildet ist, deren offene Enden durch die Stirnwand hindurchgeführt sind, nach
Patent .................. (Patentanmeldung P 30 19720.7-34).
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Die Mikrowellenheizvorrichtung nach dem Hauptpatent (Hauptanmeldung)
hat sich in der Praxis bestens bewährt, und zwar sowohl für die Beheizung von Wohn-
und Bürogebäuden, als auch für GewerbebetriebeR wie beispielsweise Gärtnereien.
Die Fachwelt war insbesondere Von der extrem raschen bzw. verzögerungsfrcien Aufheizbarkeit
des umwälzbaren Wärmeträgers überrasche Wegen der raschen Aufheizung des Wärmeträgers
wird für Wohn- und Bürogebäude in allgemeinen ein Zweikreissystem bevorzugt D bei
dem zwischen den einzelnen Heizkörpern und der Mikrowellenheizvorrichtung ein Wärmetauscher
zwischengeschaltet ist. Der eine Kreislauf erstreckt sich dabei zwischen der Mikrowellenheizvorrichtung
und dem Wärmetauscher, der andere Kreislauf zwischen dem Wärmetauscher und den Heizkörpern.
Für andere Anwendungsfälle, beispielsweise bei sogenannten Gebläsekonvektoren, wie
sie in Gärtneibetrieben eingesetzt werden, wird ein Einkreissystem bevorzugt, bei
dem die Makrowellenheizvorrichtung unmittelbar auf die Heizkörper einwirkt.
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In dem zuletzt genannten Fall ist sichergestellt, daß die sehr rasch
gebildete Wärme auch abgeführt werden kann, was bei Raumheizkörpern, wie sie für
Wohn- und Bürogebäude verwendet werden9 regelmäßig nicht der Fall ist.
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Gerade wegen der raschen Aufheizbarkeit hat sich bei dem Gegenstand
des Hauptpatentes (der Hauptanmeldung) gezeigt, daß bei einer zu geringen Lastabnahme
gelegentlich Rückschläge auf das Magnetron auftreten, die die Gefahr einer Zerstörung
des Magnetrons zur Folge haben können, zumindest aber die Sicherung des Magnetrons
zum Ansprecnen bringen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Mikrowellenheizvorrichtung
nach dem Hauptpatent (der Hauptanmeldung) dahingehend zu verbessern, daß auch bei
verringerter Last abnahme durch das angeschlossene Heizungssystem Rückschläge auf
das Magnetron sicher vermieden werden.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen
Mikrowellenheizvorrichtung erfindungsgemäß dadurch, daß der Querschnitt des Resonatorraums
um mindestens den Faktor 1,2, vorzugsweise um mindestens den Faktor 1,5 größer ist,
als der Querschnitt des Hohlleiters, daß zwischen Hohlleiter und Resonatorraum ein
pyramidenstumpfförmiges Übergangs stück angeordnet ist und daß der Gesamtquerschnitt
beider Schenkel der Leiterschleife, bezogen auf deren Außenabmessungen, den Querschnitt
des Resonatorraums zu mindestens 50t, vorzugsweise zu mindestens 60%, ausfüllt.
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Es konnte überraschend festgestellt werden, daß bei Beachtung der
vorstehend genannten Konstruktionsvorschriften auch bei geringer Lastabnahme, d.h.
bei geringen Temperaturdifferenzen zwischen dem zugeführten und dem abgeführten
Wärmeträger (Medium) Rückschläge auf das Magnetron nicht mehr erfolgen. Dies kann
damit erklärt werden, daß durch den vergrößerten Querschnitt des Resonatorraums
im Verhältnis zum Querschnitt des Hohlleiters in Verbindung mit einem vergrößertem
Querschnitt der Leiterschleife eine größere Masse des Wärmeträgers pro Volumenelement
des Resonatorraums vorhanden ist. Dadurch erfolgt eine bessere Aufnahme der in den
Resonatorraum eingeleiteten lSochfrequenzenergie, so daß Rückschläge auf das Magnetron
wirksam verhindert werden.
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Man kann das Verhältnis des Gesamtquerschnitts der Leiterschleife
zum Innenquerschnitt des Resonatorraums auch als Füllungsgrad bezeichnen. 1)ieser
l:üllungsgrad beträgt unter Berücksichtigung der im Anspruch 6 genannten Daten ziemlich
genau 60 %. Beim Gegenstand des Hauptpatentes (der Hauptanmeldung) beträgt der Füllungsgrad
hingegen nur etwa 43 t.
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Durch die Verbindung des Hohlleiters mit dem Resonatorraum durch ein
pyramidenstumpfförmiges Ubergangsstück werden die Vorteile des hohen thermischen
Wirkungsgrades, wie er auch beim Gegenstand des Hauptpatentes (der Hauptanmeldung)
beobachtet werden konnte, nicht nur beibehalten, sondern sogar noch verbessert.
Die Endquerschnitte des Übergangs stücks entsprechen dabei den Innenquerschnitten
des Hohlleiters einerseits und des Resonatorraums andererseits, so daß keinerlei
sprunghafte Querschnittsveränderungen bzw. Stufen vorhanden sind. Der Wirkungsgrad
liegt infolgedessen oberhalb 80 °w, so daß nur noch weniger als 20% an Verlustwärme
durch die Kühlung des Magnetrons an die Umgebungsluft abzuführen sind.
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Hohlleiter, Übergangsstück und Resonatorraum lassen sich in einfacher
Weise aus abgekanteten Blechteilen herstellen.
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Im Hinblick auf eine hohe Leistungsausbeute ist es besonders vorteilhaft,
wenn der Offnungswinkel des Übergangsstücks in Richtung der längsten Querschnittsachse
höchstens 200, vorzugsweise höchstens 150, und in Richtung der kürzesten Querschnittsachse
höchstens 150, vorzugsweise höchstens 8°, beträgt. Dies bedeutet, daß das Ubergangsstück
außerordentlich schlank ausgeführt ist.
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Es ist weiterhin besonders vorteilhaft, wenn sich die Leiterschleife,
von der Stirnwand ausgehend, im wesentlichen bis zu derjenigen Anschlußebene erstreckt,
die zwischen dem Obergangsstück und dem Resonatorraum liegt. Auf diese Weise ist
gewährleistet, daß der Füllungsgrad über im wesentlichen die gesamte Länge des Resonatorraums
gleichmäßig hoch ist.
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Der Ausdruck "haarnadelförmig" im Zusammenhang mit der Leiterschleife
schließt sämtliche Formen der Leiterschleife ein, bei denen die offenen Anschlußenden
auf der gleiche Seite im wesentlichen nebeneinander liegen. Die beiden Schenkel
der Leiterschleife müssen infolgedessen nicht genau parallel verlaufen, sie können
auch in Form eines spitzen "V" zueinander angeordnet sein. Auch ist der Querschnitt
der einzelnen Schenkel nicht auf die Kreisform beschränkt, sondern es kommen auch
Vierkantrohre mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt in Frage.
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Als Werkstoffe für die lnikrowellendurchlässige Leitung werden in
besonders zweckmäßiger Weise Polypropylen oder Polytetrafluoräthylen verwendet,
die sich für diesen Zweck bestens bewährt haben. Als Heizmedium bzw. Wärmeträger
kommen praktisch alle Medien in Frage, die sich durch Hochfrequenz aufheizen lassen.
Hierfür haben sich eine Reihe organischer und anorganischer Ole sowie bestimmte-Alkoholebewährt.
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Die Bundespost hat für Hochfrequenzheizungen die Frequenz von 2450
MHz freigegeben. Für eine derartige Frequenz hat + es sich innerhalb einer Toleranzbreite
von - 50 MHz als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Hauptabmessungen
der
Vorrichtung den in Anspruch 6 angegebenen Abmessungen entsprechen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben
sich aus den übrigen Unteransprüchen.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend
anhand der Figuren 1 und 2 näher beschrieben.
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Es zeigen: Figur 1 eine perspektivische Darstellung der wesentlichen
Teile der Mikrowellenheizvorrichtung, jedoch mit ausgebauter Leiterschleife und
Figur 2 die ausgebaute Leiterschleife mit ihrer Flanschplatte in der Draufsicht.
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In Figur 1 ist eine Mikrowellenheizvorrichtung 1 dargestellt, die
einen Mikrowellensender 2 enthält, dessen wesentlichster Teil ein an sich bekanntes
Magnetron ist und von dem nur ein äußeres Gehäuse 3 sichtbar ist. Im Inneren des
Gehäuses 3 ist ein Kühlgebläse angeordnet, und eine Wand 4 ist mit entsprechenden
Luftschlitzen versehen. Vom Magnetron ragt ein sogenannter Sendekopf 5 senkrecht
in einen aus Metallblech bestehenden Schacht 6, dessen längste Achse sich vom Mikrowellensender
2 bzw. Sendekopf 5 weg bis zu einer am Ende befindlichen Stirnwand 7 erstreckt,
die durch eine in Figur 2 gezeigte Flanschplatte 8 gebildet wird. Der Schacht 6
weist im Bereich der Stirnwand 7 einen senkrecht zur Längsachse ausgerichteten Flansch
9 auf, mit dem die Flanschplatte 8 mikrowellendicht
verschraubbar
ist. Die Befestigungslöcher sind der Einfachheit halber fortgelassen.
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Gemäß Figur 2 ist mit der aus Metall bestehenden Flanschplatte 8 eine
aus Polypropylen gestehende mikrowellendurchlässige Leitung 10 flüssigkeitsdicht
verbindbar, die aus einer haarnadelförmigen Leiterschleife 11 besteht. Die Leiterschleife
11 wird durch zwei parallele Schenkel 12 und 13 gebildet, die aus Rohrstücken mit
kreisringförmigem Querschnitt bestehen. Die Schenkel sind an ihren benachbarten
Enden durch ein Joch 14 miteinander verbunden, welches aus einem Rohrstück mit gleichem
Querschnitt besteht. Die Verbindunsstellen 14a und 14b sind durch Gehrungsschnitte
hergestellt. Auf diese Weise wird ein U-förmiger Strömungskanal gebildet. Die Leiterschleife
11 besitzt offene Enden 15 und 16, die mit Anschlußstutzen 15a und 16a versehen
sind, die einen gegenüber den Schenkeln 12 und 13 verjüngten Querschnitt aufweisen.
Zu diesem Zweck sind zwischen den Anschlußstutzen 15a und 16a und den entsprechenden
Schenkeln 12 und 13 holkegelförmige Übergangsstücke 15b und 16b angeordnet.
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Wenn die Flanschplatte 8 unter Zwischenschaltung einer Dichtung mit
einer komplementären Gegen-Flanschplatte verschraubt wird, in der entsprechende
Zu- und Abfuhrleitungen angeordnet sind, entsteht ein geschlossenes System von Strömungskanälen,
durch welche ein durch Hochfrequenz aufheizbarer Wärmeträger durch die Leitung 10
hindurchführbar ist.
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Die Gegenstände nach den Figuren 1 und 2 lassen sich miteinander vereinigen,
in-dem man die Leiterschleife 11 durch den Flansch 9 hindurch in den Schacht 6 einführt,
bis die Flanschplatte 8 am Flansch 9 zur ebenen und kongruenten Anlage kommt. Hierbei
liegt die Leiterschleife 11 sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung
völlig symmetrisch innerhalb des Schachts 6.
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Der Schacht 6 ist dabei in Längsrichtung in einen Hohlleiter 18, ein
Obergangsstück 20 und einen Resonatorraum 19 unterteilt.
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Hohlleiter 18 und Resonatorraum 19 sind quaderförmig ausgebildet,
während das Obergangsstück 20 die Form eines schlanken Vierkant-Pyramidenstumpfes
besitzt, dessen planparallele Begrenzungsflächen in zwei Anschlußebenen E1 und B2
liegen, in denen die Kanten der jeweiligen Begrenzungswände aneinanderstossen. Die
Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Längsachse des Schachtes 6 durch den Schnittpunkt
derjenigen Flächendiagonalen verläuft, die in den Begrenzungsflächen des Pyramidenstumpfes
innerhalb der Anschlußebenen E1 und E2 liegen.
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Die in Figur 2 gezeigte Leiterschleife 11 ragt dabei, ausgehend von
der Stirnwand 7, im wesentlichen bis zur Anschlußebene E2 in den Resonatorraum 19
hinein und füllt hierdurch dessen Querschnitt bis zu etwa 60 % aus.
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Die Unterteilung des Schachtes 6 in Längsrichtung ist insofern etwas
willkürlich, als die Funktion des Hohlleiters 18 und des Resonatorraums 19 durch
die Wirkung des Hochfrequenzfeldes bestimmt wird. Man könnte, ohne daß sich an der
Lehre der Er-
findung etwas ändert, den gesamten Schacht 6 auch
als Hohlleiter bezeichnen. Von Bedeutung ist lediglich, daß der Schachtquerschnitt
im Bereich der Leiterschleife 11 merklich größer ist als im Bereich des Sendekopfes
5, wobei das Verhältnis der Querschnitte von 110hlleiter:Resonatorraum=1 75 betragt.
Dies ergibt sich aus den im Anspruch 6 genannten Zahlenwerten.
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In jedem Falle füllen die Schenkel 12 und 13 der Leiterschleife 11
den Innenquerschnitt des Schachtes 6 im Bereich des Resonatorraums 19 weitgehend
aus, d.h. an den Stellen größter Annäherung der Mantellinien der Leiterschleife
11 an die Wände des Resonatorraums 19 besteht nur noch ein Abstand von wenigen Millimetern.
Auch zwischen den Schenkeln der Leiterschleife selbst ist nur noch ein Abstand von
5 mm vorhanden. Es ist besonders zweckmäßig, die angegebenen Abmessungen mit einer
Toleranz von + 0,1 mm einzuhalten.
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L e e r s e i t e