DE4230522A1 - Mikrowellen-Heizgerät mit einer Heizkammer, einem Mikrowellen-Generator und einem drehbaren Reflektor für die Verteilung der Mikrowellen in der Heizkammer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mikrowellen-Heizgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 6.

Bei diesem bekannten Heizgerät ist der Reflektor ein propellerförmiges Drehteil, das im Betrieb durch einen Antrieb angetrieben wird. Die Mikrowellen-Einstrahlungsrichtung ist parallel zur Drehachse des Reflektors gerichtet, wobei die Einstrahlungsmittelachse bezüglich der Drehachse so parallel versetzt ist, daß das Mikrowellenstrahlenbündel auf die bezüglich der Drehachse schräg gestellten Radialflächen der Propellerflügel auf der betreffenden Hälfte des Propellers gerichtet ist. Bei dieser bekannten Ausgestaltung werden die Mikrowellen im Betrieb durch die Flügel des propellerförmigen Reflektors zerhackt, wobei der auf die schräg zur Drehachse gerichteten Radialflächen der Flügel auftreffenden Mikrowellen im Sinne eines stumpfen Winkels in die Heizkammer reflektiert werden, während die zwischen den Flügeln verlaufenden Mikrowellen nicht reflektiert werden. Bei dieser bekannten Ausgestaltung erfolgt die angestrebte Verteilung der Mikrowellen in der Heizkammer somit durch Störung der Mikrowelleneinstrahlung. Deshalb ist die Leistungsausnutzung bei der bekannten Ausgestaltung verhältnismäßig gering. Aufgrund der ziemlich ungleichmäßigen Verteilung der Mikrowellen in der Heizkammer erfolgt somit auch eine ungleichmäßige Mikrowellenbeaufschlagung der Heizkammer. Das bekannte Heizgerät ist deshalb insbesondere nicht für solche Anwendungszwecke geeignet, bei denen mehrere, in der Heizkammer anzuordnende Gegenstände gleichmäßig erhitzt werden sollen. Eine solche Forderung ist in der Analysentechnik beim Analysieren von Materialproben in Probenbehältern und vergleichbaren Materialbehandlungen vorgegeben.

Außerdem ist bei dem bekannten Heizgerät der eine Drehantenne bzw. einen Feldverteiler bildende Drehreflektor in der Heizkammer angeordnet. Hierdurch wird nicht nur der Heizkammerraum beeinträchtigt, sondern es ist auch die Mikrowelleneinkopplung kompliziert und erschwert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mikrowellen-Heizgerät der eingangs angegebenen Art so auszugestalten, daß zum einen eine bessere Leistungsausnutzung der Mikrowelleneinstrahlung und eine bessere Verteilung der Mikrowellen in der Heizkammer und zum anderen eine bessere Raumausnutzung bei einfacherer Ausgestaltung, Anordnung der Heizkammer einschließlich der Mikrowellen- Einkopplungsanordnung erreicht werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 6 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Mikrowellen-Heizgerät nach Anspruch 1 werden die Mikrowellen unmittelbar in den Bereich der Heizkammer, insbesondere deren Bodenbereich, reflektiert, in dem die zu erhitzenden Gegenstände angeordnet werden. D.h., im Gegensatz zur bekannten Ausgestaltung wird der Hauptteil der am Reflektor reflektierten Mikrowellen direkt und dabei bereits verteilt in die Heizkammer eingeführt, während bei der bekannten Ausgestaltung die Beaufschlagung der zu erhitzenden Gegenstände mittelbar über eine Reflektion an der Heizkammerwandung erfolgt. Somit wird bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Mikrowellen- Einstrahlungsleistung nicht nur besser ausgenützt, sondern es ist auch eine bessere und gleichmäßigere Mikrowellenverteilung in der Heizkammer möglich, wodurch die insbesondere in der Analysentechnik bzw. Probematerialaufbereitung gestellten Anforderungen vorteilhaft erfüllt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung nach Anspruch 6 ist der Reflektor außerhalb des Heizraums angeordnet. Hierdurch wird nicht nur mehr Nutzraum in der Heizkammer geschaffen, sondern es ergibt sich auch eine einfache Anordnung der die Mikrowelleneinkopplung gewährleistenden Teile, wobei mit einfachen Mitteln eine verlustarme und somit leistungsfähige Einstrahlung bzw. Einkopplung möglich ist.

Dabei lassen sich die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen in einfacher und kostengünstig herstellbarer Bauweise verwirklichen, wobei auch eine kleine und kompakte Bauweise des Heizgerätes insgesamt erreicht wird.

In den Unteransprüchen sind Weiterbildungen der Erfindung enthalten, die zur Problemlösung beitragen und außerdem zu diversen Detailverbesserungen führen.

Nachfolgend werden die Erfindung und weitere durch sie erzielbare Vorteile anhand von in einer Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Mikrowellen-Heizgerät in vereinfachter Darstellung und im vertikalen Schnitt;

Fig. 2 einen Reflektor des Mikrowellen-Heizgerätes in der Unteransicht;

Fig. 3 das Mikrowellen-Heizgerät in abgewandelter Ausgestaltung.

Die wesentlichen Hauptteile des Mikrowellen-Heizgerätes 1 sind eine von einem Gehäuse 2 umgebene Heizkammer 3, ein Mikrowellen-Generator 4 (Magnetron), ein Mikrowellen-Sender 5, ein Mikrowellen-Hohlleiter 6, und ein Mikrowellen-Reflektor 7. Der Reflektor 7 bildet in Verbindung mit einer in der Wandung des Gehäuses 2 angeordnete Blende 8 eine Einstrahlungs- bzw. Einkopplungsvorrichtung 9 zur Einstrahlung bzw. Einkopplung der Mikrowellen 11 in die Heizkammer 3. Vorzugsweise ist die Einkopplungsvorrichtung 9 mit dem ihr zugeordneten Drehantrieb 12 zentral oberhalb der Heizkammer 3 auf der vorzugsweise ebenen Deckwand 13 des Gehäuses 2 angeordnet. Die durch ein rundes Loch gebildete Blende 8 in der Deckwand 13 ist somit bezüglich der Heizkammer 3 etwa zentral angeordnet. Der Hohlleiter 6 erstreckt sich im wesentlichen gerade und bezüglich der vorzugsweise vertikalen Drehachse 14 des Reflektors 7 radial. Dabei liegt der Hohlleiter 6 auf der Deckwand 13 auf. Im das Gehäuse 2 überragenden Endbereich des Hohlleiters 6 ist der Generator 4 mit dem Sender 5 am Hohlleiter 6 angeordnet.

Die horizontale Querschnittsform des Gehäuses 2 ist vorzugsweise viereckig. Das Gehäuse 2 weist vorzugsweise frontseitig eine nicht dargestellte Beschichtungsöffnung auf, die durch eine ebenfalls nicht dargestellte Tür oder dgl. verschließbar ist. Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 1 befindet sich eine Probe oder ein Probenbehälter 15 auf dem im wesentlichen ebenen Boden 16 des Gehäuses 2 in etwa zentraler Position unter dem Reflektor 7.

Wie insbesondere Fig. 2 zeigt, weist der Reflektor 7 die Form einer Pyramide, insbesondere eines Pyramidenstumpfes auf, wobei die Grundfläche der Pyramide drei-, vier- oder auch mehreckig sein kann. Der Reflektor weist somit eine unrunde Mantelfläche 17 auf, die nach unten konvergent ist und - bei einer Pyramide mit einer viereckigen und insbesondere quadratischen Grundfläche - durch vier ebene Mantelflächenabschnitte 18 gebildet ist, von denen jeweils 2 sich in einer schrägen Seitenkante 19 schneiden.

Während des Betriebs des Heizgerätes 1 wird der Reflektor 7 vorzugsweise mit gleicher Drehzahl gedreht, wobei die durch einen resultierenden Mikrowellenstrahl 21 im Hohlleiter 6 verdeutlichten Mikrowellen im etwa mittleren Höhenbereich des Reflektors 7 auf die Mantelflächenabschnitte 18 auftreffen und reflektiert werden. Dabei ändert sich der Reflektionswinkel in Abhängigkeit von der Drehstellung des jeweiligen Mantelflächenabschnittes 18 bezüglich des Mikrowellenstrahls 21. Hierdurch wird eine diffuse bzw. gleichmäßigere Mikrowellenverteilung im Heizraum 3 erhalten. Es wird somit das Mikrowellenfeld im Heizraum bewegt. Hierdurch wird eine gleichmäßigere Beaufschlagung der Probe erreicht. Vorzugsweise ist der Neigungswinkel w der Mantelflächenabschnitte 18, daß der oder die Probenbehälter 15 sich in dem Reflektionswinkelbereich w1 befinden.

Im Rahmen der Erfindung sind auch andere Formgebungen der reflektierenden Mantelfläche 17 des Reflektors 7 möglich. Wesentlich ist, daß die Mantelfläche 17 unrund ist, wodurch sich unterschiedliche Reflektionswinkel selbsttätig ergeben. Vorzugsweise ist die Mantelfläche 17 nicht unterbrochen. Und zwar nicht so unterbrochen, daß der Mikrowellenstrahl 21 durch den Reflektor 7 hindurch gelangen kann.

Die Form der Öffnung der Blende 8 ist vorzugsweise rund und die Querschnittsabmessung der Öffnung ist insbesondere etwa gleich oder etwas kleiner als die Querschnittsabmessung des Reflektors 7, vorzugsweise etwa gleich oder etwas kleiner als die oder die kleinste Seitenlänge s des Reflektors 7. Hierdurch wird eine gute Abdichtung des Gehäuses 2 mit nur geringen Strahlenverlusten erreicht.

Der Reflektor 7 besteht aus einem für Mikrowellen undurchlässigen Material, wie Metall, insbesondere Stahl.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3, bei dem gleiche oder vergleichbare Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, unterscheidet sich vom vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch, daß mehrere Probenbehälter 15 in einem drehbaren Halter 22 vorzugsweise um eine vertikale Drehachse 23 drehbar gelagert sind. Der Halter wird im Betrieb hin und her geschwenkt oder er kann auch eine kontinuierliche Drehbewegung ausführen. Ein solcher, an sich bekannter Halter besteht aus einer vorzugsweise horizontalen Tragplatte 24 und einer Zuhaltevorrichtung 25 für die Probenbehälter 15, die durch eine Deckplatte 26 gebildet sein kann, wie es dargestellt ist. Die Probenbehälter 15 sind zwischen die Tragplatte 24 und die jeweilige Zuhaltevorrichtung 25 von der Seite her einstellbar. Die jeweilige Zuhaltevorrichtung 25 kann durch eine vertikale Druckschraube 27 in der Deckplatte 26 gebildet sein, die vorzugsweise mittels eines elastischen Druckstücks 28, insbesondere in Form einer Tellerfeder, von oben gegen einen vorzugsweise flach auf einem topfförmigen Gehäuse 29 aufliegenden Deckel 31 des Probenbehälters 15 drückt. Beim Vorhandensein eines während der Probenaufheizung entstehenden Innendrucks im Probenbehälter 15 kann der Deckel 31 gegen das elastische Druckstück 28 geringfügig vom Gehäuseteil 29 abheben, so daß eine Ventilfunktion vorgegeben ist und der erhöhte Innendruck nach außen entweichen kann. Im Gegensatz zum Gehäuse 2 bestehen der Probenbehälter 15 und der Halter 22 aus mikrowellendurchlässigem Material wie Kunststoff, insbesondere einem korrosionsbeständigen Kunststoff wie insbesondere PTFE.

Claims (10)

1. Mikrowellen-Heizgerät (1) mit einem eine Heizkammer (3) umgebenden Gehäuse (2), einem Mikrowellen-Generator (4), einem Mikrowellen-Sender (5) und einer Mikrowellen-Einkopplungsvorrichtung (9) zum Einstrahlen der Mikrowellen (21) in die Heizkammer (3) und einem mittels eines Antriebs (12) drehbaren Reflektor (7), wobei ein Hohlleiter (6) sich zwischen dem Sender (5) und dem Reflektor (7) erstreckt, dessen Mittelachse im wesentlichen rechtwinklig zur Drehachse (23) gerichtet ist, und wobei der Reflektor (7) axiale, sich in Umfangsrichtung erstreckende Flächenabschnitte (18) aufweist, die bezüglich der Drehachse (23) in der Richtung auf die Heizkammer (3) konvergieren.

2. Mikrowellen-Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenabschnitte (18) Mantelflächenabschnitte sind.

3. Mikrowellen-Heizgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelflächenabschnitte (18) in Umfangsrichtung ineinander übergehen.

4. Mikrowellen-Heizgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (7) eine unrunde Querschnittsform aufweist.

5. Mikrowellen-Heizgerät nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (7) die Form einer Pyramide oder eines Pyramidenstumpfes aufweist, wobei die Grundfläche der Pyramide dreieckig, viereckig, insbesondere quadratisch, oder auch mehr als viereckig sein kann.

6. Mikrowellen-Heizgerät (1) mit einem eine Heizkammer (3) umgebenden Gehäuse (2), einem Mikrowellen-Generator (4), einem Mikrowellen-Sender (5) und einer Mikrowellen-Einkopplungsvorrichtung (9) mit einem durch einen Antrieb (12) drehbaren Reflektor (7), oder Mikrowellen-Heizgeräte (1) nach wenigstens einem der vorigen Ansprüche, wobei der Reflektor (7) außerhalb des Gehäuses (2) angeordnet ist und ihm in der gegenüberliegenden Gehäusewand (13) eine Blende (8) vorgeordnet ist, und wobei sich zwischen dem Sender (5) und dem Reflektor (7) ein Hohlleiter (6) erstreckt.

7. Mikrowellen-Heizgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der Reflektor (7) über dem Gehäuse (2) angeordnet ist, vorzugsweise in zentraler Position.

8. Mikrowellen-Heizgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter (6) außen am Gehäuse (2) anliegt, vorzugsweise auf dessen Deckwand (13).

9. Mikrowellen-Heizgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsabmessung der vorzugsweise runden Öffnung der Blende (8) etwa gleich groß oder etwas kleiner ist als die Querschnittsabmessung des Reflektors (7), insbesondere der Seitenlänge (s) seiner Grundfläche.

10. Mikrowellen-Heizgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Heizkammer (3) ein Halter (22) für mehrere, vorzugsweise auf einen Teilkreis verteilt angeordnete Probenbehälter (15) vorgesehen ist, wobei der Halter (22) durch einen Antrieb um eine vertikale Drehachse drehbar oder hin und her schwenkbar gelagert ist.