DE974237C

DE974237C - Device for the heat treatment of organic substances in an electromagnetic radiation field

Info

Publication number: DE974237C
Application number: DEB26226A
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Fritz
Original assignee: Deutsche Elektronik GmbH
Current assignee: Deutsche Elektronik GmbH
Priority date: 1953-06-28
Filing date: 1953-06-28
Publication date: 1960-10-27

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Wärmebehandlung organischer Substanzen im elektromagnetischen Strahlungsfeld, bei der das Behandlungsgut in einem Hohlraum einer gerichteten, von unten in den Hohlraum eintretenden Strahlung ausgesetzt und unterhalb des Behandlungsgutes eine Anpassungsschicht aus dielektrischem Material angeordnet ist, deren Dielektrizitätskonstante zwischen den Dielektrizitätskonstanten der darüber und darunter befindlichen Medien liegt und die gleich einem Viertel der in ihr wirksamen Wellenlänge dick ist. Die Anpassungsschicht hat den Zweck, Energieverluste durch Reflexionen an den unvermeidlichen Trennflächen zu vermeiden. Durch die Erfindung soll die praktische Ausführung der Anpassungsschicht so verbessert werden, daß die im Betrieb häufig wechselnden Verhältnisse leicht berücksichtigt werden können.The invention relates to a device for the heat treatment of organic substances in electromagnetic Radiation field in which the material to be treated is directed from below in a cavity exposed to radiation entering the cavity and an adaptation layer made of dielectric material is arranged below the item to be treated, their dielectric constant between the dielectric constants of those above and below Media and which is equal to a quarter of the effective wavelength in it thick. The purpose of the adaptation layer is to prevent energy losses due to reflections to avoid at the unavoidable interfaces. The invention is intended to be practical Execution of the adaptation layer can be improved so that the frequently changing conditions during operation can easily be taken into account.

Es ist bekannt, das Behandlungsgut in einem Hohlraumresonator dem von oben eintretenden elektromagnetischen Feld auszusetzen, wobei die Auflage oder der Behälter für das Gut als Reflektor ausgebildet ist.It is known that the material to be treated in a cavity resonator is the electromagnetic entering from above Suspend the field, the support or the container designed as a reflector for the goods is.

Es ist auch eine Einrichtung bekannt, bei der die elektromagnetische Strahlung z. B. aus einem Topfoder Hornstrahler von unten in das in einem Hohlraum untergebrachte Behandlungsgut eintritt undThere is also known a device in which the electromagnetic radiation z. B. from a pot or Horn antenna enters the material to be treated, which is accommodated in a cavity, from below and

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dabei einen für sie durchlässigen Boden der Auflage und/oder der Aufbewahrungsvorrichtung für das Gut durchdringt. Eine solche Anordnung empfiehlt sich besonders für empfindliche Güter, z. B. für Einrichtungen zur Zubereitung von Nahrungsmitteln, weil sie die freie Beobachtung von oben während des Behandlungsprozesses erlaubt, wenn die Wandung des Hohlraumes in an sich bekannter Weise optisch durchlässig gemacht wird, ohne ihre elektrische Schirmwirkung zu beeinträchtigen.thereby a permeable bottom of the support and / or the storage device for the goods penetrates. Such an arrangement is particularly recommended for sensitive goods, e.g. B. for institutions for food preparation because it allows free observation from above during the treatment process allowed if the wall of the cavity is optically transparent in a manner known per se is made without affecting their electrical shielding effect.

Bei einer solchen Anordnung besteht nun die Aufgabe, das im Hohlraum im Nahfeld des Strahlers liegende Behandlungsgut elektrisch anzupassen, um Rückwirkungen über den Strahler auf den Hochfrequenzgenerator zu vermeiden oder möglichst klein zu halten. Infolge der bei der Anordnung notwendigen Auflage und Aufbewahrungsvorrichtung für das Gut liegt ein senkrecht zur Strahlungsrichtung geschichtetes Dielektrikum vor. Es ist nun bekannt, die Anpassung durch einen im Hohlraum verschiebbaren Abstimmkolben vorzunehmen, d. h. den Hohlraum mit dem Gut anzupassen. Diese Hohlraumabstimmung macht es jedoch unmöglich, den oberen Teil des Hohlraumes durchsichtig zu gestalten, um einen Einblick in den Hohlraum und die Beobachtung des Gutes zu ermöglichen. Sie verzögert auch mit der Abstimmung den Behandlungsvorgang und gefährdet unter Umständen Gut und Oszillatorröhre bei der Bedienung durch ungeschultes Personal.With such an arrangement, the task now exists in the cavity in the near field of the radiator Electrically adjust lying items to be treated in order to avoid feedback from the radiator on the high-frequency generator to be avoided or to be kept as small as possible. As a result of the necessary in the arrangement The support and storage device for the goods is layered perpendicular to the direction of radiation Dielectric before. It is now known, the adaptation by a displaceable in the cavity Make the tuning piston, d. H. to adapt the cavity with the good. This cavity tuning however, makes it impossible to make the upper part of the cavity transparent to allow a view in the cavity and to allow observation of the property. She also delayed voting the treatment process and may endanger the goods and the oscillator tube during operation by untrained staff.

Eine günstigere Lösung ergibt sich dagegen, wenn man eine aus der Hochfrequenznachrichtentechnik bekannte Theorie anwendet. Diese Theorie sieht für Antennen unter anderem zur Vermeidung von Reflexionen beim Übergang von einem Medium in ein anderes eine Anpassungsschicht vor, welche eine Stärke von einem Viertel der in diesem Medium wirksamen Wellenlänge besitzt, und schreibt außerdem eine möglichst große Dielektrizitätskonstante für dieses Medium vor. Außerdem ist es bekannt, den Übergang von einem Medium in ein anderes Medium dadurch zu verbessern, daß man eine inhomogene Übergangsschicht mit fortlaufend abnehmender Dielektrizitätskonstante zu dem Medium mit kleiner Dielektrizitätskonstante hin vorsieht.On the other hand, a cheaper solution is found if one from high-frequency communications technology is used applies known theory. This theory looks for antennas, among other things, to avoid reflections at the transition from one medium to another there is an adaptation layer, which is a Has a strength of a quarter of the effective wavelength in this medium, and also writes as large a dielectric constant as possible for this medium. It is also known to the To improve the transition from one medium to another medium by creating an inhomogeneous Transition layer with continuously decreasing dielectric constant to the medium with smaller Dielectric constant provides.

Dementsprechend kann es als naheliegend angesehen werden, in Anwendung dieser bekannten Theorie auf die geschilderten Einrichtungen zur hochfrequenten Wärmebehandlung unterhalb des Behandlungsgutes eine Anpassungsschicht aus dielektrischem Material anzuordnen, deren Dielektrizitätskonstante zwischen den Dielektrizitätskonstanten der darüber und darunter befindlichen Medien liegt und die gleich einem Viertel der in ihr wirksamen Wellenlänge dick ist.Accordingly, it can be seen as obvious in application of this well-known theory on the described facilities for high-frequency heat treatment below the item to be treated to arrange a matching layer of dielectric material, whose dielectric constant between the dielectric constants of the media above and below is and the same a quarter of the effective wavelength in it is thick.

Hier ergibt sich aber im praktischen Betrieb der Einrichtung eine erhebliche Schwierigkeit, weil das Behandlungsgut, an das angepaßt werden soll, und damit dessen Dielektrizitätskonstante dauernd wechselt, so daß auch die Anpassungsschicht häufig verändert werden muß. Eine fest in die Einrichtung eingebaute Anpassungsschicht kann daher ihren Zweck nur schlecht erfüllen, weil die Anpassung durch das dauernd wechselnde Behandlungsgut sowie durch die das Behandlungsgut aufnehmenden Behälter, wie Teller, Töpfe, Schüsseln od. dgl., immer wieder gestört würde.However, this results in a considerable difficulty in the practical operation of the device, because that Material to be treated, to which it is to be adapted, and thus whose dielectric constant changes continuously, so that the adaptation layer also has to be changed frequently. One built into the facility The adaptation layer can therefore only poorly fulfill its purpose because the adaptation by the constantly changing items to be treated as well as by the containers receiving the items, such as Plates, pots, bowls or the like, would be disturbed again and again.

Diese Schwierigkeit wird nun von der Erfindung dadurch aus dem Wege geräumt, daß der Boden einer das Behandlungsgut aufnehmenden Aufbewahrungsvorrichtung, wie Teller, Schüssel, Topf, Trog od. dgl., mindestens einen Teil der Anpassungsschicht ausmacht. This difficulty is now removed by the invention out of the way that the bottom of a the storage device receiving the item to be treated, such as plates, bowls, pots, troughs or the like., makes up at least part of the adaptation layer.

Dadurch, daß das Material und Dicke des Bodens der Aufbewahrungsvorrichtung auf das darin befindliche Behandlungsgut in geeigneter Weise abgestimmt sind, ergibt sich beim Aufsetzen auf die Herdplatte stets selbsttätig die richtige Dimensionierung der Anpassungsschicht, die sich aus Herdplatte und Boden der Aufbewahrungsvorrichtung zusammensetzt.By the fact that the material and thickness of the bottom of the storage device on that located in it Items to be treated are matched in a suitable manner, results when they are placed on the stove top always automatically the correct dimensioning of the adaptation layer, which consists of the stove top and floor composed of the storage device.

Diese Lösung ist deshalb so vorteilhaft, weil sie ermöglicht, das Gerät aus dem Bereich des Hochfrequenzfachmannes heraus in den praktischen Betrieb, in die Fabrik oder die Küche und in die Hand eines technisch nicht vorgebildeten Personals zu geben, da keinerlei Abstimmung mehr erforderlich ist.This solution is so advantageous because it enables the device to be removed from the field of the high-frequency specialist to hand over to the practical operation, the factory or the kitchen and into the hands of technically untrained staff, since there is no longer any need for coordination.

Selbstverständlich kann auch der Boden der Aufbewahrungsvorrichtung allein die Anpassungsschicht bilden. In diesem Fall wird man in der zum Halten der Aufbewahrungsvorrichtung dienenden Herdplatte einen entsprechenden Ausschnitt vorsehen. Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist es jedoch zweckmäßig, daß eine in der Einrichtung feste Herdplatte einen Ausschnitt von der Größe der Öffnung des Strahlers besitzt, in die auswechselbare Scheiben mit in einer Reihe abgestuften Dielektrizitätskonstanten und der in ihnen wirksamen Wellenlänge angepaßten Dicken zur Anpassung an unterschiedliche Behandlungsgüter nach Bedarf einsetzbar sind.Of course, the bottom of the storage device can also alone form the adaptation layer. In this case, one becomes in the stove top serving to hold the storage device provide a corresponding cutout. According to a further embodiment of the invention, however, it is expedient that a fixed hotplate in the device has a section the size of the opening of the radiator, in the interchangeable panes with a series of graded dielectric constants and the thicknesses that are effective in them, for adaptation to different ones Treatments can be used as required.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann weiter dahin ausgestaltet werden, daß mindestens eine der Zwischenschichten örtlich verschiedene Dicke erhält in Abhängigkeit vom Radius oder Winkel, je nach der Art des als Strahler gewählten Hohlleiters, um die Energieverteilung über den Querschnitt der Strahleröffnung, der im allgemeinen nicht gleichmäßig mit Hochfrequenzenergie belegt ist, auszugleichen. Umgekehrt läßt sich auf entsprechende Weise eine Linsenwirkung erzielen.The arrangement according to the invention can also be designed in such a way that at least one of the intermediate layers locally different thickness is given depending on the radius or angle, depending on the Type of waveguide selected as the radiator in order to ensure the energy distribution over the cross-section of the radiator opening, which is generally not evenly occupied with high-frequency energy. Vice versa a lens effect can be achieved in a corresponding manner.

Schließlich kann die erfindungsgemäße Einrichtung noch in der Weise verbessert werden, daß die Wandung des zur Aufnahme des Gutes bestimmten Hohlraumes mindestens teilweise optisch durchlässig ist, ohne Beeinträchtigung der Abschirmwirkung, z. B. aus einem in ein durchsichtiges Material eingebetteten Maschengitter besteht, dessen Maschengröße so gewählt ist, daß die elektromagnetische Strahlung nicht hindurchtreten kann.Finally, the device according to the invention can be improved in such a way that the wall the cavity intended for receiving the goods is at least partially optically transparent without impairment the shielding effect, e.g. B. from a mesh screen embedded in a transparent material exists, the mesh size of which is chosen so that the electromagnetic radiation does not pass through can.

Weitere Einzelheiten werden sich aus der Beschreibung eines Ausführungbeispiels der Erfindung in Form eines mit sehr kurzen elektromagnetischen Wellen betriebenen Herdes zur Zubereitung von Nahrungsmitteln ergeben. In der Zeichnung ist ein schematischer Längsschnitt dieser Einrichtung dargestellt. Das Koch- oder Bratgut 6 ruht unter einer Haube 7 in der Schüssel 5 aus einem elektrisch mögliehst verlustfreien Werkstoff auf der Platte 4 aus demFurther details will become apparent from the description of an exemplary embodiment of the invention in FIG Form of a stove operated with very short electromagnetic waves for the preparation of Surrender to food. The drawing shows a schematic longitudinal section of this device. The food to be cooked or roasted 6 rests under a hood 7 in the bowl 5 from an electrically possible manner lossless material on the plate 4 from the

gleichen oder einem ähnlichen Material. Unter der Herdplatte ist der Strahler 3 angeordnet, der über einen Zwischenkreis 2 zur Blindkompensation an einen Ultrahochfrequenzgenerator 1, z. B. eineMagnetronröhre, angekoppelt ist.same or similar material. The radiator 3 is arranged under the hotplate, which is above an intermediate circuit 2 for reactive compensation to an ultra-high frequency generator 1, z. B. a magnetron tube, is coupled.

Sind Schüssel und Herdplatte aus demselben Werkstoff hergestellt, so wird dessen Dielektrizitätskonstante erfindungsgemäß gleich dem geometrischen Mittel der in dem Topf strahler 3, also in Luft, und der im Gut 6 herrschenden Dielektrizitätskonstante und die Dicke beider Schichten zusammen gleich einem Viertel der in dem betreffenden Werkstoff herrschenden Wellenlänge λ gewählt. Ein eventuell verbleibender Luftspalt zwischen beiden Schichten soll tunlichst kleiner als ¹J₁₀₀ Wellenlänge sein. Werden für das Geschirr und die Platte verschiedene Werkstoffe, z. B. Hartglas und Keramik, verwendet, so spielen geringe Unterschiede in den Dielektrizitätskonstanten keine Rolle. Es wurde gefunden, daß beiIf the bowl and hotplate are made of the same material, its dielectric constant is, according to the invention, equal to the geometric mean of the radiator in the pot 3, i.e. in air, and the dielectric constant and the thickness of both layers together equal to a quarter of that in the material in question prevailing wavelength λ selected. Any remaining air gap between the two layers should, if possible, be less than ¹ J ₁₀₀ wavelength. Are different materials for the dishes and the plate, for. B. hard glass and ceramics are used, small differences in the dielectric constants are irrelevant. It has been found that

ao der Zubereitung von frischem Fleisch unter Anwendung einer Wellenlänge λ = I2,5 cm ein dicker Porzellanteller von 10 bis 15 mm Bodenstärke eine höhere Leistung in das Bratgut gelangen ließ als ein dünner Teller, der den obigen Vorschriften nicht entsprach.ao the preparation of fresh meat using a wavelength λ = I2.5 cm, a thick porcelain plate with a base thickness of 10 to 15 mm allowed a higher output to reach the roast than a thin plate that did not meet the above regulations.

Bei einem anderen Gut, das weniger Wassergehalt hat und/oder dessen Dielektrizitätskonstante niedriger ist, ergeben sich andere Werte. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn nicht, wie in dem angeführten Beispiel, der Teller oder die Schüssel über einen Ausschnitt in der Herdplatte direkt über den Strahler gesetzt wird, in eine Öffnung in der Herdplatte Scheiben aus Materialien mit unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante einzusetzen, um in Übereinstimmung mit dem jeweils verwendeten Behältermaterial die günstigste Anpassung an das jeweilige Kochgut zu erzielen. Ein solches Vorgehen entspricht dem der Hausfrau, die je nach Größe und Inhalt des Topfes und der Heizkraft des Herdes verschieden große Ringe in die Feuerstelle einlegt.For another good that has less water content and / or whose dielectric constant is lower, other values result. Therefore it is advantageous if not, as in the example given, the Plate or bowl is placed in via a cutout in the hotplate directly above the heater an opening in the hotplate washers made of materials with different dielectric constants to be used in order to find the most favorable adaptation in accordance with the respective container material used to achieve the respective food. Such an approach corresponds to that of the housewife who Depending on the size and content of the pot and the heating power of the stove, rings of different sizes in the fireplace inserts.

Der Herd ist, wie in der Zeichnung angedeutet, zur Abschirmung der nicht verbrauchten und seitlich an dem Kochgut vorbeitretenden Strahlung mit einer Haube 7 versehen, die z. B. aus einem Gitter bestehen kann, dessen Maschengröße so gewählt ist, daß die Strahlung nicht hindurchtreten kann. Auf diese Weise bleibt ausreichende Möglichkeit, die Speisen während der Zubereitung zu beobachten. Dieses Maschengitter kann in ein durchsichtiges Material eingebettet sein, so daß sich eine dampfdichte Haube ergibt. Bekanntlieh sind Maßnahmen gegen das Entweichen des Dampfes dem gleichmäßigen Ablauf des Prozesses sehr förderlich. Wenn diese Haube abgedichtet auf die Herdplatte 4 gesetzt und befestigt wird, so können auch Überdrücke nach Art des Papinschen Topfes angewendet werden. In diesem Falle besitzt natürlich die Herdplatte 4 die beschriebene Öffnung für eine einzulegende Scheibe nicht.The stove is, as indicated in the drawing, to shield the unused and on the side the food passing by radiation provided with a hood 7, the z. B. consist of a grid can, the mesh size of which is chosen so that the radiation can not pass through. In this way there is still sufficient opportunity to observe the food as it is being prepared. This mesh screen can be embedded in a transparent material, so that a vapor-tight hood results. Known are measures against the escape of steam and the smooth running of the process very beneficial. If this hood is placed on the hotplate 4 in a sealed manner and fastened, so can overpressures in the manner of the Papin pot can also be used. In this case, of course, owns the hotplate 4 does not have the described opening for a disc to be inserted.

Unabhängig von dem als Ausführungsbeispiel beschriebenen Herd kann die Erfindung auch für technische Zwecke angewendet werden, gleichgültig, ob es sich um feste Körper oder in einem Behälter aufbewahrtes Schüttgut oder Flüssigkeiten handelt.Regardless of the stove described as an embodiment, the invention can also be used for technical Purposes, regardless of whether they are solid or stored in a container In bulk or liquids.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Device for the heat treatment of organic substances in an electromagnetic radiation field, in which the material to be treated is exposed in a cavity to directed radiation entering the cavity from below and an adaptation layer of dielectric material is arranged below the material to be treated, the dielectric constant of which is between the dielectric constants of the above and below located media and which is equal to a quarter of the effective wavelength in it, characterized in that the bottom of a storage device (5) receiving the material to be treated (6), such as a plate, bowl, pot, trough or the like, at least part the adaptation layer.

2. Device according to claim 1, characterized in that that a fixed hotplate (4) in the device has a cutout the size of the opening of the radiator (3) into which it can be replaced Disks with dielectric constants graded in a series and that in them effective wavelength adapted thicknesses for adaptation to different items to be treated can be used as required.

3. Device according to claim 2, characterized in that individual discs for concentration the radiation energy or to compensate for the uneven radiation over the radiator opening Energy distribution are designed as continuous or stepped lenses.

4. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that that the wall of the cavity intended for receiving the goods is at least partially is optically transparent without affecting the shielding effect, e.g. B. from one to a transparent one There is material embedded mesh, the mesh size of which is selected so that the electromagnetic radiation cannot pass through.

Considered publications:
German Patent No. 581 840;
British Patent No. 570,038;
U.S. Patent No. 2,627,571.

1 sheet of drawings