DE602004002912T2

DE602004002912T2 - Mikrowellenofen

Info

Publication number: DE602004002912T2
Application number: DE602004002912T
Authority: DE
Inventors: Kenneth Ian Eke; Graham Christopher Eke
Original assignee: Microwave Ovens Ltd
Current assignee: Microwave Ovens Ltd
Priority date: 2003-09-09
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2024-09-08
Also published as: EP1515591A1; ATE343916T1; DE602004002912D1; EP1515591B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf Mikrowellenöfen und insbesondere auf Öfen mit Magnetronen zum Einleiten von Mikrowellenenergie in die Garräume der Öfen und mit Drucksystemen für Heißluft zu deren Umwälzen in den Garräumen. Ein Beispiel eines solchen Ofens wird in der US-PS 5 434 391 des Erfinders beschrieben.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der Erfindung umfasst ein Mikrowellenofen ein Magnetron zum Einleiten von Mikrowellenenergie in einen Garraum des Ofens, einen drehbaren Phasenmodulator zum Verhindern des Ausbildens von stehenden Grundwellen in dem Garraum, eine Einrichtung zum Erzeugen einer erzwungenen Heißluftströmung mit elektrischen Widerstandsheizmitteln und ein drehbares Gebläse zur Zwangsführung der Luft über die elektrischen Widerstandsheizmittel und durch den Garraum, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenmodulator und das Gebläse auf einer gemeinsamen Antriebswelle montiert sind, welche durch eine Startbox durchtritt, mit welcher Mikrowellenenergie vom Magnetron dem Garraum zugeleitet wird, wobei der Phasenmodulator Schaufeln aufweist, die ausgehend von einer oder von beiden Seiten einer scheibenförmigen Platte verlaufen, welche in einer im rechten Winkel zur Drehachse der Welle stehenden Ebene angeordnet ist, und wobei die scheibenförmige Platte in einem Abstand zur Innenseite einer Außenwand der Startbox steht, der bei der Betriebsfrequenz des Magnetrons einer Viertelwellenlänge entspricht, wobei das Gebläse ebenfalls Schaufeln aufweist, die ausgehend von einer oder von beiden Seiten einer scheibenförmigen Platte verlaufen, welche in einer im rechten Winkel zur Drehachse der Welle stehenden Ebene angeordnet ist, und wobei die jeweiligen Ebenen der scheibenförmigen Platten des Modulators und des Gebläses in einem Abstand zueinander stehen, der einer Viertelwellenlän ge entspricht, wobei das Gebläse von der Außenwand der Startbox weiter entfernt ist als der Phasenmodulator.
Bei einer gegebenen Arbeitsfrequenz ist der einer Viertelwellenlänge entsprechende räumliche Abstand nicht unveränderlich, da die Länge einer vollständigen Welle von der umgebenden Struktur abhängt. Der in Millimetern gemessene Abstand zwischen der scheibenartigen Platte des Phasenmodulators und der Innenseite der Rückwand des Startkastens ist nicht notwendigerweise mit dem in Millimetern gemessenen Abstand zwischen den Platten des Phasenmodulators und dem Gebläse identisch. Tatsächlich sind diese Abmessungen in der bevorzugten Ausführungsform 36 mm bzw. 44 mm bei einer Magnetron-Arbeitsfrequenz von 2.455 MHz plus oder minus 20.
Durch Versuche wurde gefunden, dass die Stellung des Phasenmodulators und die Stellung des Gebläses zum Erreichen einer gleichmäßigen Mikrowellenenergieverteilung im Garraum kritisch waren.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die gemeinsame Antriebswelle von einem an einer Außenfläche der Außenwand des Startkastens angebrachten Elektromotor drehbar angetrieben. Der Drehzahl der Antriebswelle liegt vorzugsweise zwischen 1.500 und 2.500 U/min, ganz vorzugsweise bei etwa 2.000 U/min.
Das elektrische Widerstandsheizmittel umfasst zweckmäßig ein radial außerhalb des Gebläses angeordnetes elektrisches Widertandsheizelement und kann in dem Garraum auch weitere elektrische Widerstandsheizelemente aufweisen.
In der zu beschreibenden Ausführungsform ist eine Metallplatte in dem Garraum befestigt und dient nicht nur als Adapterplatte zum Übertragen von Mikrowellenenergie aus der Startbox zum Garraum, sondern auch als Ablenkplatte für das Heißdruckluft-Konvektionssystem in der Art und Weise, wie es in der US-PS 5 434 391 des Erfinders beschrieben wird.
Die Metallplatte kann in dem Garraum abgestützt werden, so daß eine Vorderseite der Platte in den Garraum und eine Rückseite der Platte zu einer Startfläche zeigt, wobei zwischen der Umfangskante der Platte und den Wänden des Garraums ein Abstand besteht, der teilweise durch einen Luftspalt und teilweise durch Abdichtmaterial bestimmt wird, das den Durchgang von Mikrowellenenergie zulässt, aber den Durchgang von heißer Druckluft blockiert oder verhindert. Vorzugsweise erreicht Mikrowellenenergie den Garraum über dem gesamten Umfang der Platte, die Heißdruckluft erreicht die Platte durch den Luftspalt, aber nicht durch das Abdichtmaterial. Das Abdichtmaterial weist eine niedrige thermische Leitfähigkeit auf, gestattet aber das Durchleiten von Mikrowellenenergie. Glas oder Glimmer ist ein geeignetes Material.
Die Metallplatte ist vorzugsweise mit einer Reihe von Löchern durchlöchert und das Gebläse bewirkt das Ansaugen von Luft aus dem Garraum durch die Löcher und damit das Leiten der heißen Luft durch den Luftspalt zu ihrem Zurückführen in den Garraum.
Vorzugsweise ist die Metallplatte rechteckig, wobei zwei erste, einander gegenüberliegende Seiten der Umfangskante durch den Luftspalt auf Abstand gehalten werden und das andere Paar der einander gegenüberliegenden Seiten der Umfangskante sich an die Abdichtmaterial-Streifen anschließen.
Das erste Paar der einander gegenüberliegenden Seiten wird vorzugsweise durch obere und untere Seitenkanten der Metallplatte gebildet. Dies bedeutet, daß sämtliche oder fast sämtliche heiße Luft den Garraum durch Entlangströmen an der Ober- und Unterkante der Metallplatte erreicht, und in diesem Fall weist der Garraum vorteilhafterweise Grill- bzw. Backelemente bildende obere und untere elektrische Widerstandsheizelemente auf.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein erfindungsgemäßer Mikrowellenofen wird nun als Beispiel unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Dabei ist:
1 eine isometrische Darstellung des Ofens mit Teilen in auseinandergezogener Darstellung und
2 ein Schnitt durch den Ofen entlang einer zentralen vertikalen Ebene.
Einzelbeschreibung der Zeichnungen
Der Ofen weist einen durch zwei Seitenwände 1 und 2, eine Rückwand 3, eine Bodenwand 4 und eine obere Wand 5 bestimmten Garraum auf. Die Vorderseite des Garraums ist mit einer (nicht gezeigten) angelenkten Tür verschließbar.
In dem Garraum und an der oberen Wand 5 befindet sich ein als Grillelement dienendes oberes elektrisches Widerstandsheizelement 6 von wellenförmiger Ausbildung. In einem kurzen Abstand über der Bodenwand 4 befindet sich ein als Backelement dienendes unteres elektrisches Widerstandsheizelement 7 von ähnlicher Form.
In der Rückwand 3 befindet sich eine rechteckige Ausnehmung 8. Eine vertikale Metallplatte 9 ist in dem Garraum in einem kurzen Abstand von der Rückwand 3 befestigt, und die Platte 9 überdeckt die Ausnehmung 8. Eine zentrale kreisförmige Fläche der Platte 9 weist eine Reihe von Löchern 10 auf. Die Abmessungen der metallischen Adapterplatte 9 sind so gewählt, daß eine Kantenkupplung gegenüber sämtlichen Resonanzmodi entsteht, die in dem Ofengarraum über dem Frequenzbereich von 2.455±20 MHz vorhanden sind. Ein bogenförmiges elektrisches Widerstandheizelement 12 befindet sich hinter der Platte 9 und liegt außerhalb der Ausnehmung 8.
An der Außenseite der Rückwand 3 und unter Abdeckung der Ausnehmung 8 ist eine Startbox 13 mit einer Rückwand 14 befestigt, die parallel zu der Rückwand 3 des Garraums verläuft, mit Seitenwänden, die in nach außen gekehrten Flanschen auslaufen, mit denen die Startbox (zum Beispiel mit Schrauben oder durch Schweißen) an der Rückwand 3 befestigt ist. Eine Wellenführung 15 ist an der Unterseite der Startbox 13 befestigt und leitet von einem (nicht gezeigten) Magnetron Mikrowellenenergie in die Startbox 13. Ein elektrischer Motor 16 und eine Drossel-Anordnung 17 sind an der Außenseite der Rückwand 14 der Startbox 13 befestigt, und eine Antriebswelle 18 des Elektromotors verläuft horizontal durch die Startbox und auch durch die Ausnehmung 8. Die Welle 18 trägt innerhalb der Startbox einen drehbaren Phasenmodulator 19, und am Ende der Welle ist ein drehbares Gebläse 20 befestigt, das radial innerhalb des Elements 12 liegt. Der Phasenmodulator 19 verhindert das Auftreten von stehenden Grundwellen in dem Garraum.
Der Phasenmodulator 19 weist eine zentrale scheibenartige Platte 22 mit von ihren beiden Seiten ausgehenden Schaufeln auf, und die Platte 22 ist genau in einem Abstand von 36 mm von der Rückwand 14 der Startbox befestigt. In diesem Fall entspricht dies einer Viertelwellenlänge. Das Gebläse 20 weist eine scheibenartige Platte 24 mit von ihr nach vorne verlaufenden Schaufeln auf, und die Platte 24 liegt genau in einem Abstand von 44 mm von der Ebene der Platte 22, und dieser Abstand von 44 mm entspricht in der dargestellten Lage der Viertelwellenlänge. Man erkennt aus 2, daß die Wand 14, die Platten 22 und 24, die Wand 3 und die Platte 9 parallele vertikale Ebenen einnehmen.
Als Folge davon, daß sich die Platte 9 in einem kurzen Abstand vor der Rückwand 3 befindet, sind die vier Kanten der Platte 9 von den Wänden des Garraums getrennt, und entlang den beiden Seitenkanten der Platte 9 wird diese Trennung durch Streifen 26 aus Glimmer oder einem gleichartigen Material überbrückt, das die Fortpflanzung der Mikrowellenenergie zulässt, aber den Durchtritt eines Luftstroms verhindert. Entlang der Ober- und der Unterkante der Platte 9 bildet der Abstand zwischen der Platte 9 und der Garraumwand 5 offene Schlitze 23, durch die heiße Luft den Garraum erreicht.
Im Betrieb führt das Magnetron dem Garraum Mikrowellenenergie über die Wellenführung 15, die durch die Startbox 13 bestimmte Startfläche und über sämtliche vier Kanten der Platte 9 zu. Gleichzeitig treibt der Elektromotor 16 die Welle 18 (im typischen Fall mit 2.000 U/min) an und dreht den Phasenmodulator 19 und das Konvektionsgebläse 20 bei dieser Drehzahl. Von dem Gebläse 20 bewegte Luft strömt über das Konvektionselement 12, an dem es aufgeheizt wird, und tritt dann durch die beiden Schlitze 23 entlang der Ober- und der Unterkante der Platte 9 in den Garraum ein. Diese Luft strömt über das obere und das untere Heizelement 6 und 7, bevor sie durch die zentralen Löcher 10 in der Platte 9 angesaugt wird, die damit nicht nur als Ablenkplatte für die Konvektionsluft, sondern auch als Adapterplatte für das Mikrowellensystem dient. Die Pfeile in 2 zeigen die Luftumwälzung in dem Garraum.
Die in den Zeichnungen gezeigten Bauteile stellen ein Modulsystem dar, bei dem die Bauteile an einer Rückwand beliebiger Größe eines Ofengarraums befestigt werden können, unter der Voraussetzung, daß die Platte 9 effektiv so bemessen ist, daß sie die Mikrowellenenergie an die sich fortpflanzenden und im Ofengarraum vorhandenen Modi ankuppeln kann. Bei dem in den Zeichnungen beschriebenen und dargestellten Beispiel hat der Garraum eine Tiefe von 406 mm, eine Höhe von 350 mm und eine Breite von 472 mm. Die Verwendung eines einzigen Motors 16 zum Antreiben des Phasenmodulators 19 und des Gebläses 20 bringt den Vorteil von Einfachheit und Effektivität unter der Voraussetzung, daß der Phasenmodulator 19 und das Gebläse 20 genau in der beschriebenen Weise positioniert sind.

Claims

Mikrowellenofen umfassend ein Magnetron zur Zufuhr von Mikrowellenleistung an einen Garraum des Ofens, einen drehbaren Phasenmodulator (19) zum Verhindern der Ausbildung von stehenden Grundwellen in dem Garraum, eine Einrichtung zum Erzeugen einer erzwungenen Heißluftströmung umfassend elektrische Widerstandsheizmittel (12) und ein drehbares Gebläse (20) zur Zwangsführung von Luft über die elektrischen Widerstandsheizmittel (12) und durch den Garraum, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenmodulator (19) und das Gebläse (20) auf einer gemeinsamen Antriebswelle (18) montiert sind, welche sich durch eine Startbox (13) erstreckt, mittels welcher Mikrowellenleistung von dem Magnetron dem Garraum zugeführt wird, wobei der Phasenmodulator (19) Schaufeln aufweist, die sich ausgehend von einer oder von beiden Seiten einer scheibenförmigen Platte (22) erstrecken, welche in einer im rechten Winkel zur Drehachse der Welle (18) stehenden Ebene angeordnet ist, und wobei die scheibenförmige Platte (22) in einem Abstand zur Innenfläche einer Außenwand (14) der Startbox (13) steht, der einer Viertelwellenlänge bei der Betriebsfrequenz des Magnetrons entspricht, wobei das Gebläse (20) ebenfalls Schaufeln aufweist, die sich ausgehend von einer oder von beiden Seiten einer scheibenförmigen Platte (24) erstrecken, welche in einer im rechten Winkel zur Drehachse der Welle (18) stehenden Ebene angeordnet ist, und wobei die jeweiligen Ebenen der scheibenförmigen Platten (22, 24) des Modulators und des Gebläses in einem Abstand zueinander stehen, der einer Viertelwellenlänge entspricht, wobei das Gebläse (20) von der Außenwand (14) der Startbox (13) weiter entfernt ist als der Phasenmodulator (19).
Mikrowellenofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Antriebswelle (18) von einem an einer Außenfläche der Außenwand (14) der Startbox (13) angebrachten Elektromotor (16) drehbar angetrieben ist.
Mikrowellenofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Antriebswelle (18) zwischen 1.500 und 2.500 U/min beträgt.
Mikrowellenofen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Widerstandsheizmittel ein elektrisches Widerstandsheizelement (12) umfassen, welches außen am Gebläse (20) radial angeordnet ist.
Mikrowellenofen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallplatte (9) in dem Garraum befestigt ist und nicht nur als Adapterplatte zur Übertragung von Mikrowellenleistung an den Garraum sondern auch als Ablenkplatte für das Heißluftgebläse mit erzwungener Konvektion dient.
Mikrowellenofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatte (9) in dem Garraum derart abgestützt ist, daß eine Stirnfläche der Metallplatte dem Garraum zugewandt ist und eine Rückseite der Metallplatte einer Startfläche zugewandt ist, wobei zwischen der umlaufenden Kante der Metallplatte und den Wänden des Garraums ein Abstand vorgesehen ist, wobei der Abstand teilweise durch einen Luftspalt und teilweise durch die Mikrowellenleistung durchlassendes, den Durchtritt des erzwungenen Heißluftstroms jedoch blockierendes bzw. behinderndes Abdichtmaterial (26) definiert wird.
Mikrowellenofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenleistung den Garraum über den gesamten Umfang der Metallplatte (9) erreicht, die erzwungene Heißluft aber den Garraum zwar über den Luftspalt, nicht jedoch über das Abdichtmaterial (26) erreicht.
Mikrowellenofen nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtmaterial (26) Glas oder Glimmer ist.
Mikrowellenofen nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von Löchern (10) darin vorgesehen sind und das Gebläse (20) wirksam ist, um Luft aus dem Garraum durch die Löcher (10) anzusaugen und daher die Heißluft durch den Luftspalt zu leiten, um die Luft wieder in den Garraum zurückzuführen.
Mikrowellenofen nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatte (9) rechteckig ist, wobei zwei erste einander gegenüberliegende Seiten der umlaufenden Kante durch den Luftspalt voneinander beabstandet sind und die beiden anderen einander gegenüberliegenden Seiten der umlaufenden Kante sich an Streifen des Abdichtmaterials (26) anschließen.
Mikrowellenofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten beiden einander gegenüberliegenden Seiten durch eine obere und eine untere Seitenkante der Metallplatte (9) gebildet sind, das heißt, daß die gesamte bzw. im wesentlichen die gesamte Heißluft den Garraum dadurch erreicht, daß sie an der oberen und der unteren Kante der Metallplatte (9) entlang strömt.
Mikrowellenofen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Garraum obere und untere elektrische Widerstandsheizelemente (6, 7) aufweist, welche Grill- bzw. Backelemente darstellen.