-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
GEBIET DER
ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Erwärmungsvorrichtung und ein Verfahren
zum Erwärmen,
gemäß den Oberbegriffen
der Ansprüche 1
und 5, von im Inneren eines Herds befindlichen Gegenständen unter
Verwendung von Mikrowellen, um ein Trocknen, Erwärmen, Auftauen, Kochen, Rösten, Sterilisieren,
Konzentrieren und dgl. auszuführen.
-
BESCHREIBUNG
DES STANDS DER TECHNIK
-
In
dem Fall, wo Gegenstände
mit Mikrowellen erwärmt
werden, bildet, wenn von einem Magnetron ausgesendete Mikrowellen
durch einen Wellenleiter geschickt und in das Innere eines Behälters eingebracht
werden, ein Teil dieser eingebrachten Mikrowellen reflektierte Wellen,
die in die Gegenrichtung wandern und zum Magnetron zurückkehren, wodurch
sich auf Grund der durch solche reflektierte Mikrowellen entstandenen
Wärme ein
Energieverlust ergibt und das Magnetron beschädigt wird. Eine zum Stand der
Technik gehörende
Technologie zur Verhinderung dieses Umstands umfasst, auf halber
Länge des
Wellenleiters eine Abstimmvorrichtung einzubauen, um die Mikrowellen
zur Reduzierung von reflektierten Wellen abzustimmen, und nahe des
Mikrowellengenerators einen Isolator einzubauen, um reflektierte
Wellen zu absorbieren und eliminieren.
-
Darüber hinaus
ist im Inneren des Herds im Allgemeinen eine Rührvorrichtung eingebaut, um
die Mikrowellen zur Erzielung einer Abstimmung zu streuen.
-
Überdies
sind in dem Fall, wo im Herd mehrere Mikrowellen-Einlassanschlüsse vorgesehen sind,
diese Mikrowellen-Einlassschlüsse
abseits von einander gegenüberliegenden
Positionen angeordnet, um vermehrte reflektierte Wellen und eine
gegenseitige Überlagerung
der durch diese Einlassanschlüsse
eingebrachten Mikrowellen zu verhindern, und bei rechteckigen Mikrowellen-Einlassanschlüssen kann,
wenn auf einer Seite eine horizontale Anordnung verwendet wird,
an der gegenüberliegenden Seite
abseits von gegenüberliegenden
Positionen eine vertikale Anordnung verwendet werden.
-
Der
Isolator und die Abstimmvorrichtung, die im Stand der Technik verwendet
werden, sind jedoch extrem kostspielig und bilden den Hauptgrund
für hohe
Kosten, die anfallen, wenn der Mikrowellengenerator für eine Vielzahl
von industriellen Anwendungen verwendet werden soll; aus diesem
Grund blieb der Einsatz solcher hochgradig wertschöpfenden
Mikrowellen beschränkt.
-
Darüber hinaus
ist zur Erzielung einer gleichmäßigen Erwärmung im
Allgemeinen ein Rührorgan vorgesehen,
um die Mikrowellen im Inneren des Herds zu streuen, aber weil dies
zur Halterung der Drehachse für
den Rotor und des für
das Rührorgan erforderlichen
Motors einen beträchtlichen
Einbauraum erfordert, kann keine große Anzahl von Mikrowellen-Einlassanschlüssen vorgesehen
werden, und dies erschwert das Erreichen einer gleichmäßigen Erwärmung mittels
mehrerer Mikrowellen-Einlasseinschlüsse. Weil darüber hinaus
die einfallenden Wellen sich einander überlagern und gestreut werden, während sich
das Rührorgan
dreht, tritt in der Regel eine fluktuierende Zu- und Abnahme bei
den reflektierten Wellen auf, was die Erzielung einer stabilen Reduzierung
der reflektierten Wellen erschwert hat.
-
Außerdem können, wenn
mehrere Mikrowellen-Einlassanschlüsse im Herd vorgesehen und
diese an Positionen angeordnet sind, die sich abseits von gegenüberliegenden
Positionen befinden, kleinste Änderungen
in der Position feine, nachteilige Effekte auf die gleichmäßige Erwärmung und
die Abstimmung haben, wobei dies Probleme bezüglich der Wärmeanpassung geschaffen hat
und es unmöglich gemacht
hat, eine ausreichende Reduzierung der reflektierten Wellen zu erreichen.
Dieses Problem schlägt
insbesondere dann durch, wenn das zu erwärmende Objekt seine Lage nicht
verändert
bzw. ortsfest ist.
-
Die
gattungsgemäße
US 5 961 871 A richtet sich
auf eine Mikrowellen-Erwärmungsvorrichtung, die
bei verschiedenen Frequenzen arbeitet. Ein Richtungskoppler ist
vorgesehen, um reflektierte Mikrowellen von der Verstärkeranordnung
weg zu lenken. Zwischen dem Hohlraum und dem Richtungskoppler ist
ein sich verjüngender
Wellenleiter angeordnet.
-
EP 0 967 841 A zeigt
eine Mikrowellen-Trocknungsvorrichtung, die mit einem kegelförmigen,
metallischen Diffusor im Hohlraum versehen ist. Der Diffusor dient
auch als Schutz gegenüber
einer rückreflektierten
Mikrowellenstrahlung.
-
DE 31 46 377 A stellt
eine auf Mikrowellen beruhende Heizvorrichtung dar. Zwischen einem Wellenleiter
und dem Hohlraum ist ein Übertragungsteil
angeordnet, dessen Querschnittsfläche in Form einer gekappten
Pyramide vom Wellenreiter in Richtung zum Hohlraum zunimmt, um eine
Rückreflexion von
Mikrowellenstrahlung zum Magnetron zu verhindern.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
Erfindung stellt die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 5 bereit.
-
Erstens
ist der an den Herd angeschlossene Wellenleiter so geformt, dass
er die Fortpflanzung von in Richtung auf den Herd einfallenden Mikrowellen
nicht behindert; und zwar ist der Wellenleiter so geformt, dass
die Querschnittsfläche
des Anschlussabschnitts des Wellenleiters herdseitig größer ist
als die Querschnittsfläche
auf der Seite des Mikrowellengenerators. Die Querschnittsfläche des
Wellenleiters nimmt nämlich
von der Seite des Mikrowellengenerators zur Seite des Herds hin
allmählich
zu, um dem Wellenleiter eine hornartige Form zu verleihen, und an
einer vorgeschriebenen Position innerhalb des Wellenleiters ist
eine kegelförmige,
pyramidenförmige,
glockenförmige,
oder andere, ähnlich
geformte Reflektorvorrichtung vorgeschriebener Größe vorgesehen,
wobei der Boden der Reflektorvorrichtung zur Seite des Herds hin
gewandt ist, um einen Aufbau zu bilden, der die Fortpflanzung von
vom Mikrowellengenerator in Richtung auf den Herd einfallenden Mikrowellen
nicht behindert. Bei diesem Aufbau wird ein Großteil der vom Herd reflektierten
Mikrowellen mit Richtung auf den Wellenleiter wieder durch den Boden
der Reflektorvorrichtung reflektiert und in das Innere des Herds
zurückgeschickt,
wobei dies die reflektierten Mikrowellen, die zurück zum Mikrowellengenerator
laufen, in erheblichen Maße
reduziert.
-
Wenn
darüber
hinaus ein gerades Rohr aus Metall zwischen dem Wellenleiter und
dem Mikrowellen-Einlassanschluss des Herds vorgesehen ist, ist es
durch die einfallenden, das gerade Rohr durchlaufenden Mikrowellen
möglich,
die Wärmeanpassung zu
verbessern, wobei dies die reflektierten Mikrowellen noch weiter
reduziert. In diesem Fall hat das gerade Rohr eine vorgeschriebene
Länge und
beide Anschlüsse
von ihm haben dieselbe Größe und Form wie
der herdseitige Anschlussabschnitt des Wellenleiters.
-
Wenn
dann das Rührorgan
aus dem Stand der Technik durch eine feststehende, metallische Reflexionsstreuungsvorrichtung
ersetzt wird, die im Herd an einer Position vor dem Mikrowellen-Einlassanschluss
des Herds unter einem vorgeschriebenen Abstand zum Mikrowellen-Einlassanschluss
vorgesehen ist, machen die in den Herd einfallenden Mikrowellen
eine Reflexionsstreuung durch, und dies macht es möglich, eine
hochgradig gleichmäßige Erwärmung zu
erzielen. Auch werden durch die Verwendung einer in der Größe entsprechend
bemessenen Reflexionsstreuungsvorrichtung an einer geeigneten Position
die Wärmeanpassung
erleichtert und reflektierte Wellen reduziert. Weil darüber hinaus
die Reflexionsstreuungsvorrichtung kompakt ist, wird es durch deren
Einsatz möglich,
viele Mikrowellen-Einlassanschlüsse vorzusehen,
wodurch die Wärmeanpassung
verbessert werden kann. Außerdem
verhindert der Einsatz der Reflexionsstreuungsvorrichtung die Fluktuationen
reflektierter Energie, die bei der auf einer Drehung beruhenden,
von einem Rührorgan ausgeführten Streuung
auftreten, wobei dies zur Reduzierung reflektierter Wellen beiträgt.
-
Indem
darüber
hinaus der Herd mit mehreren, an gegenüberliegenden Positionen angeordneten
Mikrowellen-Einlassanschlüssen
versehen wird, ist es möglich,
eine Feinabstimmung vorzunehmen und eine hochgenaue gleichmäßige Erwärmung zu erzielen.
In dem Fall, wo die Mikrowellen-Einlassanschlüsse an gegenüberliegenden
Positionen angeordnet sind, besteht im Allgemeinen eine Zunahme der
reflektierten Wellen, was zu einem Verlust bei der Wärmeanpassung
führt,
weil sich die Mikrowellen in Richtung zu den jeweils gegenüberliegenden
Mikrowellen-Einlassanschlüssen
fortpflanzen.
-
Und
zwar umfasst das Verfahren zum Erwärmen von Gegenständen mit
Mikrowellen gemäß der vorliegenden
Erfindung den Schritt, die von einem Mikrowellengenerator ausgesendete
Mikrowellen zu einem Herd über
einen Ausbreitungspfad zu leiten, der so geformt ist, dass die Ausbreitung
von in Richtung auf den Herd einfallenden Mikrowellen nicht behindert
ist, und so geformt ist, dass die Querschnittsfläche des herdseitigen Anschlussabschnitt
des Ausbreitungspfads größer ausgelegt
ist als die Querschnittsfläche
des auf der Seite des Mikrowellengenerators liegenden Anschlussabschnitts
des Ausbreitungspfads, wobei eine Mikrowellenreflektorvorrichtung
an einer vorgeschriebenen Position innerhalb des Ausbreitungspfads
vorgesehen ist, um einen Großteil
der vom Herd reflektierten Mikrowellen mit Richtung auf den Mikrowellengenerator
zurück
in den Herd zu reflektieren, um reflektierte Wellen zu reduzieren
und eine Wärmeanpassung
zu ermöglichen.
-
Darüber hinaus
kann das Mikrowellenerwärmungsverfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung des Weiteren den Schritt umfassen, die in Richtung auf
den Herd einfallenden Mikrowellen durch ein gerades Metallrohr zu
leiten, das eine vorgeschriebene Länge und Anschlussabschnitte
mit derselben Größe und Form
wie der herdseitige Anschlussabschnitt des Ausbreitungspfads hat,
um reflektierte Wellen zu reduzieren und eine Wärmeanpassung zu ermöglichen.
-
Ein
weiteres Verfahren zum Erwärmen
von Gegenständen
mit Mikrowellen gemäß der vorliegenden
Erfindung beinhaltet den Schritt, vom Mikrowellengenerator ausgesendete
Mikrowellen durch einen Mikrowellen-Einlassanschluss in den Herd zu leiten, der
mit einer metallischen Reflexionsstreuungsvorrichtung versehen ist,
die an einer vorgeschriebenen Position vor dem Mikrowellen-Einlassanschluss
unter einem vorgeschriebenen Abstand zu diesem angeordnet ist, wodurch
ein vorgeschriebener Anteil der in den Herd einfallenden Mikrowellen
eine Reflexionsstreuung durchmacht, wobei der Hauptanteil der durch
Reflexion gestreuten Mikrowellen von der Position der Reflexionsstreuungsvorrichtung
weg zum Inneren des Herds gerichtet wird, um reflektierte Wellen
zu reduzieren und eine Wärmeanpassung
zu ermöglichen.
-
Bei
allen diesen Verfahren kann der Herd mit mehreren Mikrowellen-Einlassanschlüssen versehen sein,
die zur Ermöglichung
einer gleichmäßigen Erwärmung an
den gegenüberliegenden
Positionen angeordnet sind, um reflektierte Wellen zu reduzieren und
eine Wärmeanpassung
zu ermöglichen.
-
Eine
Vorrichtung zum Erwärmen
von Gegenständen
mit Mikrowellen gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung umfasst einen Mikrowellengenerator; einen
Herd; und einen Wellenleiter, von dem ein Anschlussabschnitt an
den Mikrowellengenerator und ein Anschlussabschnitt an den Herd
angeschlossen ist, wobei der Wellenleiter so geformt ist, dass die
Ausbreitung von in Richtung auf den Herd einfallenden Mikrowellen
nicht behindert ist, und so geformt ist, dass die Querschnittsfläche des herdseitigen
Anschlussabschnitts des Wellenleiters größer ausgelegt ist als die Querschnittsfläche des auf
der Seite des Mikrowellengenerators liegenden Anschlussabschnitts
des Wellenleiters; und eine Mikrowellenreflektorvorrichtung, die
innerhalb des Wellenleiters an einer vorgeschriebenen Position vorgesehen
ist, um einen Großteil
der vom Herd reflektierten Mikrowellen mit Richtung auf den Mikrowellengenerator
zurück
in den Herd zu reflektieren, wobei der Mikrowellenreflektor in Form
eines Kegels, einer Pyramide, Glocke oder anderen ähnlichen
Form mit vorgeschriebener Größe gebildet
ist, dessen bzw. deren Basis dem Herd zugewandt angeordnet ist,
damit die Ausbreitung von in Richtung auf den Herd einfallenden
Mikrowellen nicht behindert ist.
-
Die
Mikrowellenerwärmungsvorrichtung kann
darüber
hinaus einen im Herd ausgebildeten Mikrowellen-Einlassanschluss
umfassen; und ein gerades Metallrohr mit einer vorgeschriebenen
Länge und
Anschlussabschnitten mit derselben Größe und Form wie der herdseitige
Anschlussabschnitt des Wellenleiters, wobei das gerade Metallrohr
an den Mikrowellen-Einlassanschluss des Herds angeschlossen ist.
-
Das
gerade Metallrohr der Mikrowellenerwärmungsvorrichtung kann darüber hinaus
einstückig
mit dem Mikrowellen-Einlassanschluss des Herds ausgebildet sein.
-
Eine
weitere Vorrichtung zum Erwärmen
von Gegenständen
mit Mikrowellen gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung umfasst einen Mikrowellengenerator in
einem Herd; einem im Herd ausgebildeten Mikrowellen-Einlassanschluss;
und eine feststehende, metallische Reflexionsstreuungsvorrichtung,
die im Herd an einer vorgeschriebenen Position vor dem Mikrowellen-Einlassanschluss
unter einem vorgeschriebenen Abstand zu diesem angeordnet ist, wodurch
ein vorgeschriebener Anteil der in den Herd einfallenden Mikrowellen
eine Reflexionsstreuung durchmacht, wobei der Hauptanteil der durch
Reflexion gestreuten Mikrowellen von der Position der Reflexionsstreuungsvorrichtung
weg zum Inneren des Herds gerichtet ist.
-
Um
ein Beispiel zu nennen, kann die feststehende, metallische Reflexionsstreuungsvorrichtung mehrere
V-förmige
oder U-förmige
Lamellen vorgeschriebener Länge
und Breite haben, die sich von einem zentralen Abschnitt strahlenförmig nach
außen erstrecken,
wobei die Reflexionsstreuungsvorrichtung so angeordnet ist, dass
die Scheitellinienseite der Lamellen dem Mikrowellen-Einlassanschluss
des Herds zugewandt ist.
-
Als
weiteres Beispiel kann die feststehende, metallische Reflexionsstreuungsvorrichtung
als Kegel, Glocke, Pyramide oder ähnliche Form mit vorgeschriebener
Größe gebildet
sein, wobei die Reflexionsstreuungsvorrichtung so angeordnet ist,
dass deren Scheitelseite dem Mikrowellen-Einlassanschluss des Herds
zugewandt ist.
-
Darüber hinaus
kann jede dieser Mikrowellenerwärmungsvorrichtungen
mehrere Mikrowellen-Einlassanschlüsse umfassen, die im Herd an
entgegengesetzten Positionen ausgebildet sind, um eine gleichmäßige Erwärmung hervorzubringen.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1(a) ist eine erläuternde Umrisszeichnung, die
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung für
den Fall zeigt, wo im Inneren des Wellenleiters eine Reflektorvorrichtung
vorgesehen ist, 1(b) und 1(c) zeigen den Fall, wo der Wellenleiter
mit einem geraden Rohr versehen ist, und 1(d) ist
eine erläuternde
Umrisszeichnung, die den Fall zeigt, wo das gerade Rohr als einstückiges Teil
des Herds ausgebildet ist.
-
2(a) ist eine Vorderansicht, die eine
beispielhafte Wellenleiterform und eine beispielhafte Anordnung
einer innerhalb des Wellenleiters vorgesehenen Reflektorvorrichtung
zeigt, 2(b) ist eine quergeschnittene
Seitenansicht des in 2(a) gezeigten
Beispiels, 2(c) ist eine Vorderansicht,
die eine weitere beispielhafte Wellenleiterform und eine weitere
beispielhafte Anordnung einer innerhalb des Wellenleiters vorgesehenen
Reflektorvorrichtung zeigt, und 2(d) ist
eine quergeschnittene Seitenansicht des in 2(c) gezeigten
Beispiels.
-
3(a) ist eine Umrissvorderansicht einer beispielhaften
Form der innerhalb des Wellenleiters vorgesehenen Reflektorvorrichtung, 3(b) ist eine Umrissseitenansicht des
in 3(a) gezeigten Beispiels, 3(c) ist eine Umrissvorderansicht einer weiteren
beispielhaften Form der innerhalb des Wellenleiters vorgesehenen
Reflektorvorrichtung, und 3(d) ist
eine Umrissseitenansicht des in 3(c) gezeigten
Beispiels.
-
4 ist
eine erläuternde
Umrisszeichnung, die eine beispielhafte Anordnung einer feststehenden,
metallischen Mikrowellenreflexionsstreuungsvorrichtung zeigt, die
im Herd vorgesehen ist.
-
5(a) ist eine Umrissvorderansicht, die ein
Beispiel einer lamellenartigen Reflexionsstreuungsvorrichtung zeigt, 5(b) ist eine Umrissseitenansicht des
in 5(a) gezeigten Beispiels, und 5(c) ist eine teilweise perspektivische
Ansicht der lamellenartigen Reflexionsstreuungsvorrichtung.
-
6(a) ist eine erläuternde Umrisszeichnung, die
ein Beispiel einer kegelartigen Reflexionsstreuungsvorrichtung zeigt, 6(b) ist eine erläuternde Umrisszeichnung, die
ein Beispiel einer glockenartigen Reflexionsstreuungsvorrichtung
zeigt, und 6(c) ist eine erläuternde
Umrisszeichnung, die ein Beispiel einer pyramidenartigen Reflexionsstreuungsvorrichtung
zeigt.
-
7(a) ist eine Vorderansicht, die eine
beispielhafte Anordnung zeigt, bei der mehrere Mikrowellen-Einlassanschlüsse an gegenüberliegenden Positionen
im Herd vorgesehen sind, 7(b) ist eine
Seitenansicht des in 7(a) gezeigten
Beispiels, und 7(c) ist eine Seitenansicht
des in 7(a) gezeigten Beispiels.
-
8 ist
eine erläuternde
Umrisszeichnung, die ein Beispiel eines zusammengebauten Aufbaus zeigt.
-
- 1
- Herd
- 1a
- Herd,
einschließlich
Flansch für
den Einlassanschluss
- 1b
- Herd,
einschließlich
des geraden Rohrs für den
Einlassanschluss
- 2
- Feststehende
Mikrowellenreflexionsstreuungsvorrichtung, im Herd vorgesehen
- 3
- Mikrowellen-Einlassanschluss
- 4
- Wellenleiter,
an den Mikrowellen-Einlassanschluss (oder an das gerade Rohr von
Anspruch 9) angeschlossen
- 5
- Mikrowellenreflektorvorrichtung,
an der vorgeschriebenen Position innerhalb des Wellenleiters 4 vorgesehen
- 6
- Wellenleiter
- 7
- Mikrowellengenerator
- 8
- Anschlussflansch
- 9
- Gerades
Rohr, an den Mikrowellen-Einlassanschluss und den Wellenleiter 4 angeschlossen.
-
AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
FUNKTIONSWEISE
-
Ein
Großteil
der reflektierten Wellen, die zu einem Mikrowellen-Energieverlust
führen,
entstehen im Inneren des Wellenleiters, oder durch in den Herd eingebrachte
Mikrowellen, die von einem Mikrowellen-Einlassanschluss zurück in den
Wellenleiter strömen.
Dieses Problem tritt dann auf, wenn der an den Herd angeschlossene
Wellenleiter einen Aufbau hat, der reflektierte Wellen erzeugt,
oder einen Aufbau, der es den Mikrowellen erleichtert, vom Herd
in den Wellenleiter zurückzuströmen, oder
wenn die Gesamtabstimmung des Erwärmungssystems schlecht ist.
Demzufolge muss, um annähernd
alle Mikrowellen in den Herd leiten zu können, der an den Herd angeschlossene
Wellenleiter zumindest über
einen Aufbau verfügen,
der den Strom von Mikrowellen in den Herd nicht behindert. Darüber hinaus
muss ein Mechanismus vorgesehen werden, der die Funktion einer Rückflusssperre
beinhaltet, um zu verhindern, dass im Herd reflektierte Mikrowellen
zurück
in den Wellenleiter strömen,
und gleichzeitig muss die Wärmeanpassung
entscheidend verbessert werden, die den bedeutsamsten Faktor darstellt.
-
Es
wurde experimentell herausgefunden, dass, damit ein Großteil der
vom Mikrowellengenerator erzeugten Mikrowellen in den Herd strömen kann, es
wichtig ist, die Entstehung von reflektierten Wellen im Inneren
des an den Herd angeschlossenen Wellenleiters zu verhindern. Darüber hinaus
kam bei Untersuchungen der Querschnittsflächen des Wellenleiters bis
zum Mikrowellen-Einlassanschluss
im Herd bei einem Vergleich aller Punkte entlang des Wellenleiters
heraus, dass die Querschnittsfläche
des Wellenleiters an Positionen zur Seite des Herdes hin nicht kleiner
sein darf als die Querschnittsfläche
des Wellenleiters an Positionen in Richtung zur Seite des Mikrowellengenerators.
Darüber
hinaus wurde bestätigt,
dass, solange die Querschnittsfläche
des Wellenleiters an Positionen zur Seite des Herds hin größer oder
gleich der Querschnittsfläche
des Wellenleiters an Positionen zur Seite des Mikrowellengenerators
hin ist, durch die Form des Wellenleiters keine Entstehung von reflektierten
Wellen verursacht wird. Dementsprechend kann der an den Herd angeschlossene
Wellenleiter eine Form haben, die sich vom Mikrowellengenerator
bis zum Herd nicht verändert,
oder eine Form, die eine sich erweiternde Querschnittsfläche nahe
des Herdes hat. Dadurch kann jedoch nicht verhindert werden, dass
reflektierte Mikrowellen vom Herd zurück in den Wellenleiter strömen.
-
Als
Antwort darauf ist der an den Herd angeschlossene Wellenleiter wie
ein Horn oder dergleichen geformt, indem man die Querschnittsfläche des Anschlussabschnitts
herdseitig größer macht
als die Querschnittsfläche
des Anschlussabschnitts auf der Seite des Mikrowellengenerators,
und im Inneren des Wellenleiters wird eine aus Metall hergestellte
Reflektorvorrichtung vorgesehen, die eine Kegelform, Pyramidenform,
Glockenform oder eine andere ähnliche
Form hat, wobei der Boden der Reflektorvorrichtung zur Seite des
Herds hin gewandt ist, um als Rückflusssperre
zu fungieren, die verhindert, dass reflektierte Mikrowellen vom
Herd in den Wellenleiter eintreten.
-
Um
eine Behinderung der Strömung
von Mikrowellen vom Mikrowellengenerator in den Herd zu vermeiden,
muss die Beziehung zwischen der im Wellenleiter vorgesehenen Reflektorvorrichtung
und der Form und Größe des Wellenleiters
sorgfältig
betrachtet werden, weil es durch jede unangemessene Kombination
unmöglich
wird, reflektierte Wellen zu reduzieren. Beispielsweise in dem Fall,
wo die Reflektorvorrichtung eine ungeeignete Größe, Form oder Einbauposition
hat, oder für
den Fall, wo der Wellenleiter eine ungeeignete Größe oder
Form im Hinblick auf die Beziehung zur Reflektorvorrichtung hat,
tritt in den Mikrowellen eine Konvergenz auf, was dazu führt, dass
im Bereich der Reflektorvorrichtung reflektierte Wellen erzeugt
werden.
-
Wurde
dagegen für
die Reflektorvorrichtung eine geeignete Größe, Form und Einbauposition
gewählt,
konnte durch eine Leistungsüberwachung
bestätigt
werden, dass die Reflektorvorrichtung als Rückflusssperre fungierte, dergestalt,
dass sie den Rückstrom
von Mikrowellen vom Herd in den Wellenleiter verhinderte. In dieser
Hinsicht werden die vom Herd reflektierten Mikrowellen ausreichend
reflektiert, selbst wenn der Boden der Reflektorvorrichtung flach
oder hohl ist, und solange der Boden der Reflektorvorrichtung so
gebildet ist, dass Mikrowellen zur erneuten Anwendung zurückgeworfen
werden, gibt es keine Beschränkungen
bezüglich
der Form.
-
Aus
den Ergebnissen durchgeführter
Experimente wurde das bevorzugte Gleichgewicht zwischen dem am Herd
angeschlossenen Wellenleiter und der innerhalb des Wellenleiters
vorgesehenen Reflektorvorrichtung erhalten, und es wurde bestimmt,
das es möglich
war, eine merkliche Reduzierung der reflektierten Wellen zu erreichen.
Darüber hinaus
wurde anhand von Experimenten, bei denen Erwärmungswirkungsgrade verglichen
wurden, festgestellt, dass mit dem Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung
eine signifikante Verbesserung bei der Wärmeanpassung erreicht wurde.
-
Des
Weiteren wurde für
den Fall, dass zwischen dem Herd und dem Wellenleiter ein gerades Rohr
eines Wellenleiters der vorliegenden Erfindung vorgesehen war, das
so geformt ist, dass die Querschnittsfläche des herdseitigen Abschnitts
des Ausbreitungspfads größer ist
als die Querschnittsfläche des
auf der Seite des Mikrowellengenerators liegenden Anschlussabschnitts
des Ausbreitungspfads, durch Messungen des Erwärmungswirkungsgrads eine weitere
Verbesserung bei der Wärmeanpassung bestätigt. Der
Grund dafür
liegt darin, dass das gerade Rohr als Abstimmvorrichtung wirkt,
und dies verbessert die Abstimmung der vom Mikrowellengenerator
durch den Wellenleiter in den Herd strömenden Mikrowellen sowie die
reflektierten Wellen vom Herd, die durch die Reflektorvorrichtung
erneut reflektiert werden. Das gerade Rohr kann als einstückiger Abschnitt
des Wellenleiters oder als einstückiger
Abschnitt des Herds ausgebildet sein. In jedem Fall muss das gerade
Rohr im Ausbreitungspfad vorgesehen sein, entlang dem sich die Mikrowellen
vom Mikrowellengenerator zum Herd ausbreiten.
-
Nun
wird im Stand der Technik im Allgemeinen ein Rührorgan als Mikrowellenstreuungsvorrichtung
verwendet, wobei aber mit einer solchen, auf Rotation beruhenden
Streuung nicht notwendigerweise eine ausreichende Verbesserung bei
der Wärmeanpassung
erzielt wird. Insbesondere ist anhand von Experimenten festgestellt
worden, dass selbst dann, wenn mit einem Rührorgan eine Rotationsstreuung
ausgeführt
wird, an bestimmten Stellen Verbrennungen auftreten können, was
darauf zurückzuführen ist,
dass so eine Streuung nicht zufallsgesteuert ausgeführt wird.
Eine derartige auf Rotation beruhende Streuung erzeugt nämlich nur
einen feststehenden Strom von Mikrowellen. Außerdem wurden am Rührorgan
Fluktuationen bezüglich
des Betrags der Energie sowohl der einfallenden Wellen als auch der
reflektierten Wellen beobachtet, und dies hatte einen Effekt auf
die Wärmefeinanpassung.
Weil das Rührorgan
viel Platz im Inneren des Herds zur Halterung einer Drehvorrichtung
benötigt,
gibt es darüber hinaus
viele Fälle,
wo durch den Einsatz eines Rührorgans
die Fähigkeit
zur Erzielung einer Wärmeanpassung
durch das Vorsehen vieler Mikrowellen-Einlassanschlüsse behindert
wird.
-
In
diesem Zusammenhang wurde eine Reflexionsstreuungsvorrichtung erfunden,
um das Rührorgan
zu ersetzen. Die Reflexionsstreuungsvorrichtung besteht aus Metall
und ist feststehend. Diese Reflexionsstreuungsvorrichtung ist so
geformt, dass ermöglicht
wird, dass ein vorgeschriebener Anteil der in den Herd einfallenden
Mikrowellen eine Reflektionsstreuung im Inneren des Herds durchmacht.
Weil die Reflektionsstreuungsvorrichtung so geformt ist, dass der
Hauptanteil der reflexionsgestreuten Mikrowellen ausgehend von der
Position der Reflexionsstreuungsvorrichtung im Herd zum Inneren
des Herds hin gelenkt werden kann, ist die Reflexionsstreuungsvorrichtung
darüber
hinaus an einer Position vor dem Mikrowellen-Einlassanschluss unter
einem vorgeschriebenen Abstand zu diesem vorgesehen. In diesem Zusammenhang
wurden wiederholt Experimente durchgeführt, um den Abstand vom Mikrowellen-Einlassanschluss,
den Anteil der gestreuten einfallenden Mikrowellen, und die Form
der Reflexionsstreuungsvorrichtung zu bestimmen, und aus den Ergebnissen
solcher Experimente wurden Reflexionsstreuungsvorrichtungen in Windmühlenform,
Kegelform, Glockenform, Pyramidenform und anderen ähnlichen
Formen entwickelt.
-
Darüber hinaus
wurde in einem Herd mit einem vorgeschriebenen geeigneten Abstand
vom Mikrowellen-Einlassanschluss eine feststehende Reflexionsstreuungsvorrichtung
mit einem vorgeschriebenen Reflexionsstreuungsverhältnis in
Bezug auf die einfallenden Mikrowellen vorgesehen, und dann wurde
anhand von Experimenten mit dieser Anordnung bestimmt, dass dabei
eine erhebliche Reduzierung der reflektierten Wellen bestand und
die Mikrowellenerwärmung
keine Verbrennungen am erwärmten
Gegenstand verursachte. Anders ausgedrückt, diese Experimente zeigten,
dass die durch die Reflexionsstreuungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung erreichte Verbesserung der Wärmeanpassung größer war
als die mit einem Rührorgan
erhaltene. Darüber
hinaus konnten bei einer feststehenden Reflexionsstreuungsvorrichtung
keine Schwankungen bei der Menge an Energie sowohl der einfallenden Mikrowellen
als auch der reflektierten Mikrowellen beobachtet werden; dies trug
zur Verbesserung der Wärmeanpassung
bei.
-
Weil
ferner die Reflexionsstreuungsvorrichtung klein ist, wird sie nicht
zu einem Hindernis für den
Fall, dass die Wärmeanpassung
durch das Vorsehen vieler Mikrowellen-Einlassanschlüsse durchzuführen ist.
-
Nun
wird für
den Fall, dass mehrere Mikrowellen-Einlassanschlüsse im Herd vorgesehen sind, selbst
wenn sie an gegenüberliegenden
Positionen vorgesehen sind, weil innerhalb jedes an den Herd angeschlossenen
Wellenreiters eine Reflektorvorrichtung vorgesehen ist, durch die
zwischen einander zugewandten Mikrowellen-Einlassanschlüssen erzeugte
Interferenz eine Erhöhung
der reflektierten Wellen verhindern. Auch wurde in Form eines Vergleichs
bestätigt,
dass bei Mikrowellen-Einlassanschlüssen, die an gegenüberliegenden
Positionen vorgesehen waren, eine höhere Wärmeanpassung erreicht wurde
als für
den Fall, wo die Mikrowellen-Einlassanschlüsse an einander nicht zugewandten
Positionen vorgesehen waren.
-
Es
wurden darüber
hinaus Untersuchungen von reflektierten Wellen und der Wärmeanpassung an
einem System angestellt, in dem der Gegenstand der vorliegenden
Erfindung enthalten war, wobei die folgenden Ergebnisse erhalten
wurden. Zuerst wurde anhand eines Erwärmungsexperiments, das unter Einsatz
eines Rührorgans
in einem System aus der Stand der Technik durchgeführt wurde,
das Auftreten reflektierter Mikrowellen mit der hohen Rate von 25% bezüglich der
einfallenden Wellen verzeichnet. Im Gegensatz dazu wurde durch Experimente
offenbar, dass die Systeme des ursprünglichen Anspruchs 5 und ursprünglichen
Anspruchs 14 eine Bestandsrate von 8% zeigten, und die Systeme des
ursprünglichen Anspruchs
6 und ursprünglichen
Anspruchs 15 eine Bestandsrate von 3% zeigten. Darüber hinaus
konnte man mit den Systemen gemäß der vorliegenden Erfindung
eine bestimmte Temperatur in einer kürzeren Erwärmungszeit erreichen, wobei
dies eine Verbesserung bei der Wärmeanpassung
zeigt. Außerdem
ermöglicht
es die vorliegende Erfindung im Falle der Erwärmung zum Zwecke des Trocknens,
das Anbrennen des sich erwärmenden
Gegenstands zu verhindern, was bei Systemen aus dem Stand der Technik
aufgrund der ungleichmäßigen Erwärmung auftritt,
und im Falle der Erwärmung
zum Zwecke des Auftauens ermöglicht
es die vorliegende Erfindung, eine Tropfenbildung zu verhindern,
was bei Auftausystemen aus dem Stand der Technik wegen der ungleichmäßigen Erwärmung auftritt.
-
SPEZIFISCHE AUSFÜHRUNGSFORM
1
-
Es
wurden zwei Herde mit einer Breite von 500 mm, eine Höhe von 500
mm und einer Tiefe von 600 mm vorbereitet, und dann wurden verschiedene Vergleiche
gezogen, ohne für
die beiden Herde eine Abstimmvorrichtung zu verwenden. Zuerst wurde
unter Verwendung einer Mikrowellen-Leistungsüberwachung zur Ausführung von
Messungen ein Vergleich gezogen zwischen den reflektierten Wellen
für den Fall,
dass an den Herd ohne Veränderung
ein quadratischer Wellenleiter angeschlossen war, und den reflektierten
Wellen für
den Fall, dass dem an den Herd angeschlossenen Wellenleiter eine
hornartige Form verliehen war, und es war eine konische, metallische
Reflektorvorrichtung mit Kegelform (mit einem Basisdurchmesser von
75 mm und einer Höhe
von 80 mm) herdseitig vom Anschlussabschnitt 8 mm entfernt im Inneren
des Wellenleiters vorgesehen, welche Kegelform der Form im Inneren
des Wellenleiters auf der Seite des Herds entsprach, wobei der Boden
der Kegelform der Seite des Herds zugewandt war. Dabei hatte der
quadratische Wellenleiter, der verwendet wurde, einen Anschlussabschnitt
mit den Maßen
55 mm auf 110 mm, und der herdseitige Anschlussabschnitt des hornförmigen Wellenleiters
war kreisförmig
mit einem Durchmesser von 130 mm. Dabei wurde der vorstehend beschriebene,
quadratische Wellenleiter an den hornförmigen Wellenleiter auf der
Seite des Mikrowellengenerators angeschlossen. Bei der Durchführung von
Tests wurde für
den Mikrowellengenerator zum Betreiben des Systems als Trocknungsvorrichtung
eine Ausgangsleistung von 1,5 kW verwendet, und als zu trocknende
Gegenstände
wurden 2 kg Handtücher
verwendet, deren Wassergehalt auf 75% eingestellt war. In diesem Fall
war in beiden Herden ein Rührorgan
vorgesehen. Zuerst wurden für
den Fall, dass der quadratische Wellenleiter ohne Abänderung
an einem der Herde angeschlossen war, für die Mikrowellen-Ausgangsleistung
in Höhe
von 1,5 kW reflektierte Wellen mit einem Leistungspegel von 0,40
bis 0,45 kW gemessen. Im Gegensatz dazu wurden für den Fall, dass der an den
anderen Herd angeschlossene Wellenleiter wie zuvor beschrieben eine
Hornform hatte, mit einer innerhalb des hornförmigen Wellenleiters vorgesehenen
kegelförmigen
Reflektorvorrichtung für
die Mikrowellenausgangsleistung in Höhe von 1,5 kW reflektierte
Wellen bei einem Leistungspegel von 0,15 bis 0,25 kW gemessen.
-
SPEZIFISCHE AUSFÜHRUNGSFORM
2
-
Als
Nächstes
wurden unter denselben Bedingungen wie die für die spezifische Ausführungsform
1 beschriebenen, reflektierte Wellen für den Fall untersucht, bei
dem zwischen den Herd und dem in der spezifischen Ausführungsform
1 beschriebenen hornförmigen
Wellenleiter ein gerades Rohr angeschlossen war. Die Ergebnisse
dieser Untersuchung bestätigten
eine Reduzierung der reflektierten Wellen auf einen Leistungspegel
von 0,12 bis 0,15 kW. Darüber
hinaus wurde für
den Fall ein Experiment durchgeführt,
dass der Mikrowellen-Einlassanschluss des Herds die Form eines regelmäßigen Achtecks
hatte, wobei der herdseitige Anschlussabschnitt des hornförmigen Wellenleiters
dieselbe regelmäßige Achteckform
wie der achteckige Mikrowellen-Einlassanschluss
hatte, und wobei an derselben Position wie der in der spezifischen
Ausführungsform
1 beschriebenen innerhalb des Wellenleiters eine regelmäßige achtseitige
pyramidenförmige
Reflektorvorrichtung vorgesehen war; die gemessenen reflektierten
Wellen zeigten, dass ungefähr
dieselben Ergebnisse erhalten wurden, die vorstehend beschrieben
sind.
-
SPEZIFISCHE AUSFÜHRUNGSFORM
3
-
Unter
denselben Bedingungen wie sie in der spezifischen Ausführungsform
2 beschrieben sind, wurde im Herd anstelle des Rührorgans eine windmühlenförmige Reflexionsstreuungsvorrichtung
vorgesehen. Diese windmühlenförmige Reflexionsstreuungsvorrichtung
hatte 8 Flügel
mit einer Länge
von 240 mm und in V-Form, wobei die Basis des V eine Breite von
20 mm hatte, der Winkel des V 90° betrug und
die Scheitellinie des V zum Mikrowellen-Einlassabschnitt hin gewandt war, unter
einem Abstand von 80 mm zu diesem. Wenn während der Erwärmung Messungen
bezüglich
der reflektierten Mikrowellen durchgeführt wurden, wurde ein Reflexionswellengrad
von 0,05 kW verzeichnet. Dies entspricht einem Rückstrahlungsgrad von ungefähr 3% für den Fall, dass
die einfallende Welle einen Ausgangsleistungspegel von 1,5 kW hat.
Weil der Rückstrahlungsgrad als
Mikrowellenverlustverhältnis
bezeichnet werden kann, zeigen Ergebnisse in dieser Hinsicht an,
dass eine extrem effiziente Wärmeanpassung
erreicht wurde. Zum Vergleich wäre
festzuhalten, dass bei dem Experiment, wo an den Herd der hornförmige Wellenleiter
der spezifischen Ausführungsform
1 angeschlossen war, der Reflexionsgrad nicht auf unter 4% gedrückt werden
konnte, selbst wenn nahe des Mikrowellengenerators eine Abstimmvorrichtung
vorgesehen war. Als Nächstes
wurde unter denselben Bedingungen ein Experiment ausgeführt, um
die reflektierten Mikrowellen für
den Fall zu messen, dass im Herd eine glockenförmige Reflexionsstreuungsvorrichtung
angeordnet war, wobei der Scheitel zum Mikrowellenanschluss gewandt
war. Diese glockenförmige
Reflexionsstreuungsvorrichtung hatte einen Boden mit 80 mm Durchmesser
und eine Höhe
von 60 mm, und Messungen verzeichneten reflektierte Wellen bei einem
Leistungspegel von 0,07 kW.
-
SPEZIFISCHE AUSFÜHRUNGSFORM
4
-
Mit
denselben Bedingungen, wie sie in der spezifischen Ausführungsform
3 beschrieben sind, wurden Messungen an reflektierten Wellen für den Fall
durchgeführt,
wo zwei Mikrowellen-Einlassanschlüsse an gegenüberliegenden
Positionen im Herd vorgesehen waren. In diesen Fall waren die reflektierten
Mikrowellen noch weiter auf einen Leistungspegel von 0,02 kW reduziert.
Diese Ergebnisse zeigen an, dass bei einer Anordnung, bei der Mikrowellen
mit einer Ausgangsleistungshöhe
von 1,5 kW durch einen verzweigten Wellenleiter zur Einbringung in
den Herd über
zwei Mikrowellen-Einlassanschlüsse
eingebracht werden, es möglich
ist, weitere Verbesserungen bei der Wärmeanpassung zu erzielen. Darüber hinaus
wurde für
den Fall, dass zwei Mikrowellen-Einlassanschlüsse vorhanden
waren, eine kürzere
Trocknungszeit für
die Handtücher
festgestellt. Außerdem
zeigte eine Untersuchung der Wärmemesswerte,
die an verschiedenen Punkten innerhalb der trocknenden Gegenstände abgenommen wurden,
dass die höchste
Abweichung bezüglich
der durch Erwärmen
erzielten Temperatur lediglich 3°C betrug.
Dementsprechend ist durch diese Ergebnisse bestätigt, dass eine hochgenaue,
gleichmäßige Erwärmung durchgeführt werden
kann, ohne dass man eine Abstimmvorrichtung vorzusehen braucht,
und weil ein sehr niedriger Leistungspegel reflektierter Wellen
besteht, braucht auch kein Isolator vorgesehen werden.
-
EFFEKT DER
VORLIEGENDEN ERFINDUNG
-
Bisher
haben sich Vorrichtungen (außer
Mikrowellenherden), bei denen Mikrowellen verwendet werden, nur
langsam bei industriellen Anwendungen ausgebreitet. Einer der Hauptgründe dafür ist in
den enormen Kosten der Bereitstellung eines Isolators und einer
Abstimmvorrichtung zu sehen. Im Stand der Technik sind nämlich ein
Isolator und eine Abstimmvorrichtung erforderlich, um einen hohen
Erwärmungswirkungsgrad
zu erzielen, ohne das Magnetron zu beschädigen. Als Antwort auf dieses
Problem ermöglicht
es die vorliegende Erfindung, die Konstruktionskosten der Vorrichtung
stark zu senken, und dabei wird durch den hohen Grad der Wärmeanpassung,
der durch die vorliegende Erfindung erzielt wird, die Herstellung
von qualitativ hochwertigen Produkten bei niedrigen Kosten ermöglicht.
-
In
der vorliegenden Erfindung ist es möglich, bei Einschalten der
Vorrichtung sofort irgendwelche Vorgänge anlaufen zu lassen, und
beim Ausschalten der Vorrichtung sofort die Vorgänge zu unterbrechen, und weil
das Innere von Gegenständen
wirksam erwärmt
werden kann, ermöglicht
es solch ein effizienter Einsatz von Energie, die vorliegende Erfindung auf
eine große
Auswahl industrieller Einsatzgebiete anzuwenden, einschließlich der
Gebiete des Trocknens, Konzentrierens, Sterilisierens, Röstens, Auftauens
und dgl.