ES2237785T3 - APPARATUS AND PROCEDURE FOR HEATING OBJECTS WITH MICROWAVES. - Google Patents

APPARATUS AND PROCEDURE FOR HEATING OBJECTS WITH MICROWAVES.

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ES2237785T3
ES2237785T3 ES97300635T ES97300635T ES2237785T3 ES 2237785 T3 ES2237785 T3 ES 2237785T3 ES 97300635 T ES97300635 T ES 97300635T ES 97300635 T ES97300635 T ES 97300635T ES 2237785 T3 ES2237785 T3 ES 2237785T3
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microwave
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microwaves
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heating
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Lawrence Barratt
John Richard Bows
James Thomas Mullin
Renoo Avinash Blindt
James Francis Crilly
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Unilever NV
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Abstract

SE PRESENTA UN METODO PARA CALENTAR OBJETOS PLANOS Y NO PLANOS UTILIZANDO MICROONDAS, EL METODO COMPRENDE: EL SUMINISTRO DE AL MENOS DOS RAYOS DE MICROONDAS EN MOVIMIENTO DESDE UNA FUENTE DE MICROONDAS COHERENTE (4); EL DIRECCIONAMIENTO DE CADA RAYO DE MICROONDAS EN MOVIMIENTO EN BRAZOS SEPARADOS (8,10) DE UNA GUIA DE ONDAS (6); EL AISLAMIENTO DEL RAYO DE MICROONDAS EN MOVIMIENTO EN CADA BRAZO UTILIZANDO UN CIRCULADOR DE MICROONDAS (12); LA FORMACION DE UNA ONDA ESTACIONARIA A PARTIR DE LAS ONDAS EN MOVIMIENTO EN EL AREA DE TRABAJO (14) DONDE SE ENCUENTRAN LOS BRAZOS; Y LA VARIACION EN FASE DE AL MENOS UN RAYO DE MICROONDAS EN MOVIMIENTO MEDIANTE LA ALTERACION DE LA LONGITUD DE LA TRAYECTORIA DE LAS MICROONDAS EN LA GUIA DE ONDAS PARA MOVER LA ONDA ESTACIONARIA. UN OBJETO QUE PASA A TRAVES DEL AREA DE TRABAJO ES IRRADIADO POR LAS MICROONDAS, GENERANDO DE ESTA FORMA MODELOS DE INTERFERENCIA COMPLEJOS EN EL OBJETO. EL CONTROL CAMBIA A LAS FASES DE LOS CAMBIOS DE LAS MICROONDAS INCIDENTES Y CONTROLA LA SUPERPOSICION DE TIEMPO COMPENSADA DE LOS MODELOS DE INTERFERENCIA, FACILITANDO EL CALENTAMIENTO VOLUMETRICO EFECTIVO DEL OBJETO.A METHOD IS PRESENTED TO HEAT FLAT AND NON-FLAT OBJECTS USING MICROWAVE, THE METHOD INCLUDES: THE SUPPLY OF AT LEAST TWO RAYS OF MOVING MICROWAVES FROM A COHERENT MICROWAVE SOURCE (4); THE ADDRESS OF EACH RAY OF MICROWAVES IN MOVEMENT IN SEPARATE ARMS (8,10) OF A WAVE GUIDE (6); THE ISOLATION OF THE MOVING MICROWAVE RAY IN EACH ARM USING A MICROWAVE CIRCULATOR (12); THE FORMATION OF A SEASONAL WAVE FROM THE MOVING WAVES IN THE WORK AREA (14) WHERE THE ARMS ARE FOUND; AND THE VARIATION IN PHASE OF AT LEAST A RAY OF MICROWAVES IN MOVEMENT THROUGH THE ALTERATION OF THE LENGTH OF THE MICROWAVE TRAJECTORY IN THE WAVE GUIDE TO MOVE THE STATIONARY WAVE. AN OBJECT THAT PASSES THROUGH THE WORK AREA IS IRRADIATED BY THE MICROWAVES, GENERATING IN THIS FORM COMPLEX INTERFERENCE MODELS ON THE OBJECT. THE CONTROL CHANGES TO THE PHASES OF THE CHANGES OF THE INCIDENT MICROWAVES AND CONTROLS THE COMPOSED TIME SUPERPOSITION OF THE INTERFERENCE MODELS, FACILITATING THE EFFECTIVE VOLUMETRIC HEATING OF THE OBJECT.

Description

Aparato y procedimiento para calentar objetos con microondas.Apparatus and procedure for heating objects with microwave.

Campo de la invenciónField of the Invention

La presente invención se refiere a un aparato y a un procedimiento para calentar objetos, tales como productos alimentarios, con microondas.The present invention relates to an apparatus and to a procedure for heating objects, such as products Food, with microwave.

Técnica anteriorPrior art

Es bien conocido emplear radiación de microondas con propósitos de calefacción. Un problema que viene de largo ha sido la distribución espacial no uniforme de la energía de microondas en una cavidad de calefacción, que ocasiona puntos calientes y fríos en diferentes lugares en la cavidad. Procedimientos conocidos para eliminar estos puntos calientes y fríos incluyen el uso de un agitador en modo onda electromagnética para cambiar los patrones de reflexión de la radiación y/o colocar el objeto a ser calentado sobre una mesa giratoria en la cavidad, pasando ostensiblemente el objeto a través de los puntos calientes y fríos. La calefacción no uniforme también puede deberse a las propiedades dieléctricas y térmicas del objeto a calentar, junto con su tamaño y geometría.It is well known to use microwave radiation for heating purposes. A problem that comes long has been the non-uniform spatial distribution of the energy of microwave in a heating cavity, which causes points Hot and cold in different places in the cavity. Known procedures to remove these hot spots and Colds include the use of an agitator in electromagnetic wave mode to change the radiation reflection patterns and / or place the object to be heated on a rotary table in the cavity, ostensibly passing the object through the hot spots and cold Non-uniform heating may also be due to dielectric and thermal properties of the object to be heated, together with Its size and geometry.

El documento US 4464554 (General Electric Co.) describe un sistema de excitación para un horno microondas; se facilitan medios para cambiar la fase de un patrón de campo de onda estacionaria en una guía de ondas entre una primera relación de fases y una segunda relación de fases, mejorando, de este modo, la uniformidad de una distribución de energía promediada en el tiempo en la cavidad del horno.US 4464554 (General Electric Co.) describes an excitation system for a microwave oven; be facilitate means to change the phase of a wavefield pattern stationary in a waveguide between a first relationship of phases and a second phase relationship, thereby improving the uniformity of a distribution of energy averaged over time in the oven cavity.

Los documentos EP 136453, US 4775770, US 4866233 y US 4952763 (Snowdrift Corp.) proporcionan procedimientos para la calefacción controlada con microondas de objetos en paquetes sellados; las microondas emanan bien de un emisor de microondas subdividido en dos, bien, preferiblemente, de dos emisores de microondas. Los dos distribuidores de energía resultantes se superponen en un campo suma, al menos cuando el tiempo promediado y el objeto se coloca en una región de máxima intensidad de campo del campo suma de microondas, consiguiendo, de este modo, una distribución predeterminada de temperatura en el objeto, siendo la distribución una suma escalar de dos o más campos independientes de temperatura.EP 136453, US 4775770, US 4866233 and US 4952763 (Snowdrift Corp.) provide procedures for the microwave controlled heating of packaged objects sealed; microwaves emanate well from a microwave emitter subdivided into two, well, preferably, of two emitters of microwave. The two resulting energy distributors are overlap in a sum field, at least when the averaged time and the object is placed in a region of maximum field strength of the microwave sum field, thus achieving a default temperature distribution in the object, the distribution a scalar sum of two or more independent fields of temperature.

El documento FR 2523797 (Centre National de la Recherche Scientifique) describe medios para calentar objetos con grandes relaciones de esbeltez, tales como papel, donde el objeto pasa consecutivamente a través de ranuras en dos brazos guías de onda. Los campos guía de ondas en los brazos son ondas estacionarias desplazadas transversalmente respecto de la dirección de propagación del objeto por la longitud de la guía de ondas dividida por cuatro. Los documentos EP 446114 y US 5278375 (Microondes Energie Systemes) describen medios similares para calentar objetos en forma de hoja pasados a través de ranuras en una guía de ondas.Document FR 2523797 ( Center National de la Recherche Scientifique ) describes means for heating objects with large slenderness ratios, such as paper, where the object passes consecutively through grooves in two waveguide arms. The waveguide fields in the arms are standing waves displaced transversely with respect to the direction of propagation of the object by the length of the waveguide divided by four. EP 446114 and US 5278375 ( Microondes Energie Systemes ) describe similar means for heating sheet-shaped objects passed through grooves in a waveguide.

Mexatas, A. C. & Meredith, R. J. (1983) en "Industrial Microwave Heating", publicado por Peter Peregrinus Ltd., Londres, RU (reimpreso en 1993) pp. 170-1 trata el desplazamiento de cuarto de onda entre campos eléctricos en dos cavidades para calentar uniformemente un objeto plano. Afirman que este procedimiento únicamente se puede usar para calentar materiales en forma de hoja, allí donde el grosor es una pequeña fracción de la anchura, pues en caso contrario el material experimenta grandes variaciones de campo a lo largo de su longitud.Mexatas, AC & Meredith, RJ (1983) in " Industrial Microwave Heating ", published by Peter Peregrinus Ltd., London, UK (reprinted in 1993) pp. 170-1 treats the quarter-wave displacement between electric fields in two cavities to uniformly heat a flat object. They affirm that this procedure can only be used to heat sheet-shaped materials, where the thickness is a small fraction of the width, otherwise the material experiences large field variations along its length.

En el documento US 4 378 806 (Henley - Cohn), se describe un aparato y un procedimiento para elevar la temperatura de un tumor por hipertermia sin calentar indebidamente tejido sano que rodea el tejido que contiene el tumor.In US 4 378 806 (Henley-Cohn), describes an apparatus and a procedure for raising the temperature of a tumor due to hyperthermia without unduly heating healthy tissue that surrounds the tissue that contains the tumor.

El documento FR 2 128 936 (Thomson - CSF) describe mejoras en los dispositivos de calefacción de alta frecuencia para materiales dieléctricos en forma de hojas delgadas.Document FR 2 128 936 (Thomson - CSF) describes improvements in high heating devices frequency for sheet-shaped dielectric materials thin

Estos conocidos procedimientos de calefacción de objetos que usan microondas, se basan en la superposición promediada a lo largo del tiempo de patrones escalares de calefacción. Esto se traduce en un cierto número de restricciones durante el uso, tales como una distancia limitada sobre la cual se puede aplicar el procedimiento de calefacción para obtener una calefacción uniforme, un control limitado de la distribución del patrón de calefacción y calefacción eficaz únicamente con objetos que tienen grandes relaciones de esbeltez, tales como objetivos planos, por ejemplo papel o galletas, (pues el procedimiento de la superposición promediada en el tiempo de patrones escalares de calefacción no se puede usar para producir calefacción uniforme tridimensional en objetos que no son planos).These known heating procedures of Microwave objects are based on averaged overlay over time of scalar heating patterns. This is translates into a certain number of restrictions during use, such as a limited distance over which the heating procedure to obtain uniform heating, limited control of the distribution of the heating pattern and effective heating only with objects that have large slenderness relationships, such as flat goals, for example paper or cookies, (as the overlay procedure averaged over time of scalar heating patterns is not can use to produce three-dimensional uniform heating in objects that are not flat).

La presente invención busca proporcionar un aparato y un procedimiento mejorados para calentar objetos usando microondas.The present invention seeks to provide a improved apparatus and procedure for heating objects using microwave.

Sumario de la invenciónSummary of the invention

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un aparato para calentar objetos usando microondas, comprendiendo el aparato:In accordance with the present invention, provides an apparatus for heating objects using microwaves, comprising the device:

una zona de trabajo para colocar un objeto;a work area to place an object;

miembros alargados de transmisión de microondas primero y segundo, teniendo cada uno un extremo situado en la zona de trabajo;elongated microwave transmission members first and second, each having an end located in the area of work;

una sola fuente de microondas o una pluralidad de fuentes de microondas coherentes;a single microwave source or a plurality of coherent microwave sources;

un medio para proporcionar un primer haz de microondas y un segundo haz de microondas a partir de la energía de las microondas de salida de la fuente o fuentes de microondas;a means to provide a first beam of microwave and a second microwave beam from the energy of microwave output from the source or microwave sources;

un medio para acoplar el primer haz de microondas al extremo del primer miembro de transmisión de microondas alejado de la zona de trabajo y un medio para acoplar el segundo haz de microondas al extremo de la segunda transmisión de microondas alejada de la zona de trabajo; ya means to couple the first microwave beam to the end of the first remote microwave transmission member of the work area and a means to couple the second beam of microwave at the end of the second microwave transmission away from the work area; Y

un medio para variar la fase de microondas en el miembro de transmisión de microondas primero y/o segundo;a means to vary the microwave phase in the first and / or second microwave transmission member;

en el cual el aparato está dispuesto de tal modo que el primer haz de microondas entra en la zona de trabajo según una primera dirección, y el segundo haz de microondas entra en la zona de trabajo según una segunda dirección, y el ángulo entre las direcciones primera y segunda no es ortogonal;in which the apparatus is arranged in such a way that the first microwave beam enters the work zone according to a first direction, and the second microwave beam enters the work area according to a second direction, and the angle between First and second directions is not orthogonal;

caracterizado porque el aparato comprende, además, un medio asociado con cada miembro de transmisión de microondas para aislar en su interior las microondas para impedir, de este modo, la diafonía sustancial.characterized in that the apparatus comprises, in addition, a medium associated with each transmission member of microwave to insulate the microwave inside to prevent, in this way, substantial crosstalk.

Las microondas que se propagan en cada miembro de transmisión de microondas, desde la fuente o fuentes de microondas, se reúnen en la zona de trabajo. Las microondas que se propagan en el primer miembro de transmisión de microondas y las microondas que se propagan en el segundo miembro de transmisión de microondas son coherentes y mutuamente excluyentes. Por ello, la suma vectorial de los campos eléctricos de microondas se producen para formar un patrón de interferencia, u onda estacionaria, en la zona de trabajo. Cuando en la zona de trabajo no hay presente ningún objeto, el patrón de interferencia tiene una forma simple sinusoidal. La fase de esta onda estacionaria se puede variar. Esto se denomina control por fase.The microwaves that propagate in each member of microwave transmission, from the microwave source or sources, They meet in the work area. The microwaves that spread in the first microwave transmission member and the microwaves that propagate in the second microwave transmission member are consistent and mutually exclusive. Therefore, the vector sum of microwave electric fields are produced to form a interference pattern, or standing wave, in the work area. When no object is present in the work area, the interference pattern has a simple sinusoidal shape. The phase This standing wave can be varied. This is called control. per phase

Por contra, en la técnica anterior, las microondas usadas no son coherentes y mutuamente excluyentes; por ello, se produce la suma escalar (en lugar de la suma vectorial) de los campos eléctricos de microondas para formar una onda estacionaria escalar en la zona de trabajo. La fase de esta onda estacionaria varía continuamente, por lo que no se puede controlar.In contrast, in the prior art, the Used microwaves are not consistent and mutually exclusive; by this produces the scalar sum (instead of the vector sum) of microwave electric fields to form a wave stationary climb in the work area. The phase of this wave stationary varies continuously, so you cannot control.

En la presente invención, cuando un objeto está parcial o completamente presente en la zona de trabajo, tal como cuando el objeto se hace pasar a través de la zona de trabajo, el objeto se irradia por las microondas que se propagan en cada miembro de transmisión de microondas. Se genera un nuevo patrón de interferencia complejo dentro del objeto por suma vectorial de los campos eléctricos incidentes de microonda.In the present invention, when an object is partially or completely present in the work area, such as when the object is passed through the work area, the object is irradiated by microwaves that propagate in each microwave transmission member. A new pattern of complex interference within the object by vector sum of the Microwave incident electric fields.

La fase inicial de las microondas es importante, y puede variar de acuerdo con el objeto.The initial phase of microwaves is important, and may vary according to the object.

La fase de las microondas en al menos uno de los miembros de transmisión de microondas se puede variar, generando, por lo tanto, diferentes patrones de interferencia en el objeto (en relación con la distribución espacial del campo de microondas). La superposición promediada a lo largo del tiempo de los patrones de interferencia dentro del objeto pueden traducirse en un calentamiento rápido, promediado a lo largo del tiempo, del objeto hasta en tres dimensiones; los puntos fríos y calientes se pueden eliminar eficazmente.The microwave phase in at least one of the microwave transmission members can be varied, generating, therefore, different interference patterns in the object (in relationship with the spatial distribution of the microwave field). The overlap averaged over time of the patterns of interference within the object can result in a rapid heating, averaged over time, of the object up to three dimensions; hot and cold spots can be remove effectively.

La profundidad de calentamiento también se puede controlar usando control por fase para seleccionar patrones de interferencia que, por ejemplo, dirigen la energía de microondas lejos de las superficies incidentes. Esto únicamente es posible cuando las microondas en cada miembro de transmisión son coherentes y mutuamente excluyentes (es decir, cuando la diafonía entre las microondas en cada miembro de transmisión se evita sustancialmente para mantener la coherencia promediada a lo largo del tiempo) de tal forma que se pueden generar patrones de interferencia a partir de interferencia destructiva y constructiva de las microondas.The heating depth can also be control using phase control to select patterns of interference that, for example, direct microwave energy away from incident surfaces. This is only possible. when the microwaves in each transmission member are consistent and mutually exclusive (that is, when the crosstalk between microwave in each transmission member is substantially avoided to maintain the average consistency over time) of such so that interference patterns can be generated from destructive and constructive microwave interference.

Por contra, en la técnica anterior, no puede producirse interferencia destructiva y constructiva pues tanto sin microondas coherentes ni mutuamente excluyentes, únicamente es posible la suma escalar de las distribuciones de energía, y no la suma vectorial de campos eléctricos como en la invención actual. Por lo tanto, en la técnica anterior, las microondas también se añaden allí donde se reúnen en el objeto; esto es contrario a la presente invención, donde las zonas seleccionadas del objeto se pueden tomar como blanco para no realizar ningún calentamiento, sea cual sea.On the other hand, in the prior art, you cannot destructive and constructive interference occur because both without microwave coherent or mutually exclusive, it is only possible the scalar sum of energy distributions, and not the vector sum of electric fields as in the current invention. Therefore, in the prior art, microwaves are also they add where they meet in the object; this is contrary to the present invention, where the selected areas of the object are they can take as target to not make any warming, be which is.

Es bien conocido que la potencia absorbida por un material dieléctrico es proporcional al cuadrado del campo eléctrico. En el caso de señales de microondas coherentes y mutuamente excluyentes de igual amplitud, como en la presente invención, se añaden campos eléctricos de forma que la distribución de potencia resultante es proporcional a cuatro veces la amplitud de cualquiera de las dos señales de microondas. En la suma escalar, se añade la distribución de potencia configurada por cada campo eléctrico, no por el propio campo eléctrico, de forma que la distribución del campo resultante es proporcional a dos veces la amplitud de una cualquiera de las dos señales de microondas (los campos eléctricos interfieren continua, constructiva y destructivamente sobre escalas de tiempo en nanosegundos, de forma que la distribución de energía promediada a lo largo del tiempo es sencillamente la intensidad media del campo eléctrico en el objeto, que es dos veces la amplitud de cualquiera de las dos señales de microonda). Por lo tanto, una ventaja adicional de la invención actual es que es posible un calentamiento más intenso desde la misma fuente de potencia.It is well known that the power absorbed by a dielectric material is proportional to the square of the field electric. In the case of coherent microwave signals and mutually exclusive of equal breadth, as in the present invention, electric fields are added so that the distribution of resulting power is proportional to four times the amplitude of either of the two microwave signals. In the scalar sum, it add the power distribution configured by each field electric, not by the electric field itself, so that the distribution of the resulting field is proportional to twice the amplitude of any one of the two microwave signals (the electrical fields interfere continuously, constructively and destructively on time scales in nanoseconds, so that the distribution of energy averaged over time is simply the average intensity of the electric field in the object, which is twice the amplitude of any of the two signals of microwave). Therefore, an additional advantage of the invention current is that more intense heating is possible from it power source

Además, se puede aumentar la profundidad eficaz de calefacción con el uso del control por fase. Al seleccionar patrones de interferencia que toman como blanco la energía en el centro (o en cualquier otra posición predeterminada) dentro de un objeto, y explotar la intensidad aumentada de calefacción que es posible, como se explicó en lo que antecede, se puede poner a disposición a mayores profundidades más energía no absorbida de microondas, comparadas con procedimientos durante la técnica anterior, para la calefacción significativa.In addition, the effective depth can be increased heating with the use of phase control. When selecting interference patterns that target the energy in the center (or any other predetermined position) within a object, and exploit the increased heating intensity that is possible, as explained above, can be set to readiness at greater depths more energy not absorbed from microwaves, compared with procedures during the technique above, for significant heating.

De este modo el aparato y el procedimiento de la presente invención proporcionan control por fase que, en la dirección del control por fase, puede variar y seleccionar patrones de calefacción para la calefacción dirigida o uniforme de un objeto promediada a lo largo del tiempo. La profundidad eficaz y la intensidad de la calefacción dirigida o uniforme también se puede aumentar.In this way the apparatus and the procedure of the present invention provide control per phase which, in the control direction per phase, can vary and select patterns heating for directed or uniform heating of an object averaged over time. The effective depth and directed or uniform heating intensity can also be increase.

El control por fase se puede aplicar en una, dos o tres dimensiones con el fin de conseguir la calefacción uniforme promediada a lo largo del tiempo en una, dos o tres dimensiones, respectivamente. Alternativamente, si se aplica el control por fase en una dimensión, se pueden emplear otros medios para conseguir la calefacción uniforme promediada a lo largo del tiempo en otra dimensión; por ejemplo, el objeto a calentar se desplaza en una dirección que es perpendicular a la dirección de control por fase, o la zona de trabajo se altera al tener paredes entalladas, revestidas con dieléctrico o estrechas.The control per phase can be applied in one, two or three dimensions in order to achieve uniform heating averaged over time in one, two or three dimensions, respectively. Alternatively, if phase control is applied in one dimension, other means can be used to achieve the uniform heating averaged over time in another dimension; for example, the object to be heated moves in a address that is perpendicular to the control direction per phase, or the work area is altered by having fitted walls, coated with dielectric or narrow.

En los procedimientos de la técnica anterior, únicamente es posible la superposición promediada a lo largo del tiempo de patrones escalares de calefacción, pues las fuentes de microondas ni son coherentes ni mutuamente excluyentes.In prior art procedures, only averaged overlap is possible along the time of scalar heating patterns, as the sources of Microwaves are neither coherent nor mutually exclusive.

Proporcionar un cierto número de haces de microondas desde una única fuente de microondas asegura que los haces son coherentes. Una pluralidad de fuentes de microondas con bloqueo de fase también son coherentes.Provide a certain number of beams of microwave from a single microwave source ensures that Beams are consistent. A plurality of microwave sources with Phase lock are also consistent.

El ángulo entre las direcciones correspondientes de los haces primero y segundo es, preferiblemente, de 0 a 30, 150 a 210 ó 330 a 360 grados. Preferiblemente, el ángulo es de 180 grados.The angle between the corresponding directions of the first and second beams is preferably from 0 to 30, 150 to 210 or 330 to 360 degrees. Preferably, the angle is 180 degrees.

El miembro de transmisión de microondas puede ser una guía de ondas hueca, un cable coaxial, línea plana de microondas o cualquier otro medio para transmitir microondas.The microwave transmission member can be a hollow waveguide, a coaxial cable, flat microwave line or any other means to transmit microwaves.

Los miembros de transmisión de microondas primero y segundo pueden ser los brazos primero y segundo de una única guía de ondas, que está en forma de un bucle.Microwave transmission members first and second may be the first and second arms of a single guide of waves, which is in the form of a loop.

La zona de trabajo puede estar formada por la reunión de dos guías de onda o brazos guía de onda, de tal forma que el objeto está en una zona limitada por paredes. Una alternativa es que la zona de trabajo puede estar situada entre dos antenas paralelas que estén mutuamente acopladas vía un objeto a ser calentado, de forma que el objeto está en una zona de trabajo no limitada por paredes.The work area can be formed by the meeting of two waveguides or waveguide arms, so that The object is in an area limited by walls. An alternative is that the work area can be located between two antennas parallels that are mutually coupled via an object to be heated, so that the object is in a work area not limited by walls.

Preferiblemente, el medio para variar la fase de una microonda en el miembro de transmisión de microondas primero y/o segundo comprende medios para alterar la longitud de la trayectoria de una microonda en un miembro de transmisión de microondas. En un ejemplo, se usa un cortocircuito deslizante para variar la longitud de la trayectoria eléctrica de un haz de microonda en un brazo de microonda. También se pueden usar ramales de cortocircuito deslizables, una rama ajustable u otros medios para cambiar la longitud eficaz de guía de onda; por ejemplo, la introducción de todo o de parte de un material dieléctrico en el brazo de transmisión de una guía de ondas para cambiar la longitud de la trayectoria original.Preferably, the means for varying the phase of a microwave in the microwave transmission member first and / or second comprises means to alter the path length of a microwave in a microwave transmission member. In a example, a sliding short circuit is used to vary the length of the electrical path of a microwave beam on an arm of microwave. Short circuit branches can also be used sliders, an adjustable branch or other means to change the effective waveguide length; for example, the introduction of all or part of a dielectric material in the arm of transmission of a waveguide to change the length of the original trajectory

El medio asociado con cada miembro de transmisión de microondas para aislar las microondas en su interior puede comprender un aislador, tal como un circulador de microondas.The medium associated with each transmission member microwave to insulate microwaves inside you can comprise an insulator, such as a microwave circulator.

De acuerdo con un aspecto adicional de la invención, se proporciona un procedimiento para calentar objetos usando microondas, comprendiendo el procedimiento:According to an additional aspect of the invention, a method for heating objects is provided using microwave, understanding the procedure:

proporcionar al menos dos haces de microondas progresivas desde una única fuente de microondas o desde una pluralidad de fuentes coherentes de microondas;provide at least two microwave beams progressive from a single microwave source or from a plurality of coherent microwave sources;

dirigir cada haz de microondas progresivas al interior de un miembro diferente de transmisión de microondas;direct each progressive microwave beam to inside of a different microwave transmission member;

aislar el haz de microondas progresivas en cada miembro de transmisión de microondas;isolate the progressive microwave beam in each microwave transmission member;

formar una onda estacionaria a partir de las ondas progresivas en una zona de trabajo que está allí donde se reúnen los miembros de transmisión de microondas para localizar un objeto a ser calentado;form a standing wave from the progressive waves in a work zone that is there where gather microwave transmission members to locate a object to be heated;

y variar la fase de al menos un haz de microondas progresivas con el fin de desplazar la onda estacionaria.and vary the phase of at least one microwave beam progressive in order to shift the standing wave.

La presente invención proporciona, sin embargo, un sistema dinámico de control por fase para el calentamiento uniforme o dirigido de objetos no planos hasta en tres dimensiones.The present invention provides, however, a dynamic phase control system for heating uniform or directed non-flat objects in up to three dimensions.

Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention

A continuación, se describirán ejemplos de los aparatos y de los procedimientos de la invención para ilustrar, pero no para limitar, la invención, haciendo referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:Next, examples of the apparatus and methods of the invention to illustrate, but not to limit the invention, referring to the drawings which are accompanied, in which:

la figura 1 es una representación diagramática de una primera realización del aparato;Figure 1 is a diagrammatic representation of a first embodiment of the apparatus;

la figura 2 es una representación diagramática de una segunda realización del aparato;Figure 2 is a diagrammatic representation of a second embodiment of the apparatus;

la figura 3 es una vista en perspectiva de una zona de trabajo y de los extremos de las guías de onda;Figure 3 is a perspective view of a work area and the ends of the waveguides;

la figura 4 es una vista en planta de una bandeja;Figure 4 is a plan view of a tray;

la figura 4b es una vista lateral de una bandeja;Figure 4b is a side view of a tray;

la figura 5 es una vista en perspectiva de una zona de trabajo que contiene una bandeja de material alimentario sustentada sobre un bloque;Figure 5 is a perspective view of a work area containing a tray of food material supported on a block;

la figura 6a es una serie de imágenes de distribución de temperatura;Figure 6a is a series of images of temperature distribution;

la figura 6b es una serie de imágenes de distribución de energía;Figure 6b is a series of images of Energy Distribution;

la figura 7a es una serie de imágenes de distribución de temperatura;Figure 7a is a series of images of temperature distribution;

la figura 7b es una serie de imágenes de distribución de energía;Figure 7b is a series of images of Energy Distribution;

la figura 8a es una imagen de distribución de energía; yFigure 8a is a distribution image of Energy; Y

la figura 8b es una imagen de distribución de energía.Figure 8b is a distribution image of Energy.

Haciendo referencia a las figuras 1 y 2, el aparato 2 comprende un generador 4 de microondas que se acopla a una guía 6 de ondas, que está dividida vía una unión E en T 7 en un primer brazo 8 y en un segundo brazo 10. La T está sintonizada de tal forma que la energía introducida en cualquier brazo de la T se divide de tal forma que la mitad de la energía sale por los otros dos brazos de la T. El generador de microondas es, por ejemplo, un magnetrón o un tubo de ondas progresivas. Un circulador 12 (u otro medio para aislar) está asociado a cada brazo.Referring to figures 1 and 2, the apparatus 2 comprises a microwave generator 4 that is coupled to a waveguide 6, which is divided via an E junction at T 7 in a first arm 8 and in a second arm 10. The T is tuned to such that the energy introduced into any arm of the T is divide in such a way that half of the energy goes out for the others two arms of the T. The microwave generator is, for example, a magnetron or a progressive wave tube. A circulator 12 (or other means to isolate) is associated with each arm.

Los circuladores son tres dispositivos puertos de ferrita que están etiquetados de la siguiente manera en las figuras 1 y 2:The circulators are three devices ports of ferrite which are labeled as follows in the figures 1 and 2:

- microondas que entran por el puerto A y salen por el puerto B- microwaves entering through port A and leaving by port B

- microondas que entran por el puerto B y salen por el puerto C- microwaves that enter through port B and exit by port C

- microondas que entran por el puerto C y salen por el puerto A.- microwaves that enter through port C and exit by port A.

Durante el uso normal, por el puerto A entra energía procedente del generador de microondas. El aislamiento de un circulador se define habitualmente como cuán eficiente es el dispositivo en desviar energía que entra por el puerto B al puerto C; a mayor aislamiento, mayor energía se desvía al puerto C. Para la presente invención, todos los circuladores deberían tener un aislamiento mejor que 10 dB, preferiblemente mejor que 20 dB, óptimamente mejor que 30 dB, a la frecuencia (o sobre la banda de frecuencias) de funcionamiento del generador de microondas.During normal use, through port A enters energy from the microwave generator. The isolation of a circulator is usually defined as how efficient the device to divert energy entering through port B to port C; The more insulation, the more energy is diverted to port C. For the present invention, all circulators should have a insulation better than 10 dB, preferably better than 20 dB, optimally better than 30 dB, at the frequency (or over the band of frequencies) of microwave generator operation.

Durante el uso normal, un circulador inmediatamente sigue a una fuente de microondas, con una carga 13 ficticia fijada al puerto C. La energía reflejada se desvía desde el puerto B al puerto C protegiendo, de este modo, la fuente. Las cargas ficticias son usualmente agua enfriada, pero se pueden enfriar usando aire u otros refrigerantes. Óptimamente, una carga ficticia se diseña para que un circulador minimice las faltas de concordancia en la impedancia.During normal use, a circulator immediately follow a microwave source, with a load 13 dummy fixed to port C. The reflected energy is diverted from port B to port C thus protecting the source. The dummy loads are usually chilled water, but they can be Cool using air or other refrigerants. Optimally, a load dummy is designed so that a circulator minimizes the lack of concordance in impedance.

Como se muestra en las figuras 1 y 2, la guía de ondas es un bucle rectangular, pero también puede ser, por ejemplo, un bucle circular o un bucle cuadrado. El extremo de cada brazo de la guía de ondas se une con el extremo del otro brazo. En la ubicación de esta unión, esta definida una zona 14 de trabajo y dos paredes opuestas de guía de ondas tienen aperturas 16 en su interior; las aperturas mostradas en la figura 3 son rectangulares. Preferiblemente, estas paredes no cortan ninguna línea de campo de microondas. Las aperturas proporcionan medios para pasar un objeto a través de la zona de trabajo de la guía de ondas. Haciendo referencia a la figura 3, un alimento 17 se extiende hacia fuera desde cada abertura 16 para proporcionar un paso para alimentar el objeto hasta la zona 14 de trabajo. Se prefiere el acceso horizontal hasta la zona de trabajo pues un transportador de correa puede discurrir a través de la zona de trabajo, con objetos desnudos o empaquetados para ser calentados sobre la correa. Se pueden usar dos secciones 15 retorcidas 90 grados, y se muestran en ambas figuras 1 y 2 para permitir acceso horizontal a la zona de trabajo. Otros ángulos de "retorcido" también se podrían utilizar.As shown in figures 1 and 2, the guide waves is a rectangular loop, but it can also be, for example, a circular loop or a square loop. The end of each arm of the waveguide joins the end of the other arm. In the location of this union, a work zone 14 and two are defined opposite waveguide walls have openings 16 in their inside; The openings shown in Figure 3 are rectangular. Preferably, these walls do not cut any field lines of microwave. Openings provide means to pass an object to through the work area of the waveguide. Doing reference to figure 3, a food 17 extends outward from each opening 16 to provide a step to feed the object to work zone 14. Horizontal access is preferred to the work area as a belt conveyor can run through the work area, with bare objects or packed to be heated on the belt. You can use two sections 15 twisted 90 degrees, and are shown in both figures 1 and 2 to allow horizontal access to the work area. Others "Twisted" angles could also be used.

La zona de trabajo puede tener paredes total o parcialmente revestidas con dieléctrico, y también puede tener paredes completa o parcialmente entalladas para modificar el patrón de campo eléctrico, y las indentaciones de las estructuras entalladas pueden ser llenadas dieléctricamente.The work area can have total walls or partially coated with dielectric, and can also have fully or partially fitted walls to modify the pattern of electric field, and the indentations of the structures notches can be filled dielectrically.

En una realización alternativa, ambos brazos de la guía de ondas se ahusan hacia la zona de trabajo, como se muestra en la figura 3, preferiblemente sobre una distancia de la longitud de onda de la guía de ondas dividida por cuatro, de forma que la zona de trabajo está estrechada. La región 19 ahusada puede estar parcial o completamente llena de dieléctrico con, por ejemplo, politetrafluoroetileno, o con diferentes materiales dieléctricos en cada región ahusada, para controlar que la impedancia concuerde entre los brazos y la zona de trabajo. Esto permite controlar el campo eléctrico y/o los modos de microondas presentes en la zona de trabajo.In an alternative embodiment, both arms of the waveguide taper into the work area, as shown in figure 3, preferably over a distance of length waveguide waveguide divided by four, so that the Work area is narrowed. The tapered region 19 may be partially or completely filled with dielectric with, for example, polytetrafluoroethylene, or with different dielectric materials in each tapered region, to control that the impedance matches between the arms and the work area. This allows to control the electric field and / or microwave modes present in the zone of job.

Las microondas procedentes del generador 4 se dividen en dos haces y se dirigen en sentidos opuestos a través del bucle de guía de ondas (es decir, un haz en el primer brazo 8 y un haz en el segundo brazo 10). El ángulo entre las respectivas direcciones de los haces al entrar en la zona de trabajo es de 180 grados. Los circuladores actúan para aislar la energía de microondas propagada en un brazo de la energía de microondas propagada en el otro brazo. Las ondas que progresan en cada brazo cumplen y generan una onda estacionaria en la zona de trabajo y en la región del bucle de guía de onda limitado por los circuladores. La energía de microonda en cada brazo se aísla suficientemente usando dos circuladores con cargas ficticias para impedir la diafonía sustancial entre
ellas.
The microwaves from the generator 4 are divided into two beams and are directed in opposite directions through the waveguide loop (ie, a beam in the first arm 8 and a beam in the second arm 10). The angle between the respective directions of the beams when entering the work area is 180 degrees. The circulators act to isolate the microwave energy propagated in one arm from the microwave energy propagated in the other arm. The waves that progress in each arm meet and generate a standing wave in the work zone and in the region of the waveguide loop limited by the circulators. Microwave energy in each arm is sufficiently isolated using two circulators with dummy loads to prevent substantial crosstalk between
they.

El primer brazo 8 tiene una sección de longitud de trayectoria variable que comprende un circulador y un cortocircuito deslizante (en lugar de una carga ficticia). El puerto B de entrada de energía deja el puerto C hasta el cortocircuito 18 deslizante. La energía se refleja fuera del cortocircuito deslizante y vuelve a entrar en el puerto C pero lo deja en el puerto A. El cortocircuito se desplaza hasta posiciones predeterminadas que alteran la longitud del recorrido eléctrico de una microonda que se propaga en el brazo, variando de este modo la fase de la onda estacionaria, cuando se detecta en una posición cualquiera, usando, por ejemplo, una guía 21 de ondas con línea ranurada con detector apropiado (véase figura 2). Por consiguiente, la onda estacionaria se puede desplazar de forma controlada en la región limitada por los dos circuladores 12. Las microondas procedentes del segundo brazo 10 que se propagan a través de zona de trabajo entrarán en el puerto A y dejarán el puerto B que entra en su longitud de tramo sin afectar. El cortocircuito deslizante está preferiblemente motorizado vía un sistema programable de control informático, de forma que la fase de las microondas en el primer brazo 8 se puede variar continuamente.The first arm 8 has a length section of variable trajectory comprising a circulator and a sliding short circuit (instead of a dummy load). Port Power input B leaves port C until short circuit 18 slider The energy is reflected outside the sliding short circuit and re-enters port C but leaves it in port A. The short circuit moves to predetermined positions that alter the length of the electrical path of a microwave that is propagates in the arm, thus varying the phase of the wave stationary, when detected in any position, using, for example, a waveguide 21 with grooved line with detector appropriate (see figure 2). Therefore, the standing wave it can be moved in a controlled way in the region limited by two circulators 12. Microwaves from the second arm 10 that propagate through the work zone will enter the port A and leave port B that enters its length of section without to affect. The sliding short circuit is preferably motorized via a programmable computer control system, so that the microwave phase on the first arm 8 can be varied continually.

En el aparato de la figura 2 se usa un cuarto ramal 19 ajustable para equilibrar la cantidad de potencia en cada brazo. La guía 21 de ondas de línea ranurada también se usa para permitir el acceso a una sonda que mide la fase relativa de la onda estacionaria de cualquier instante. Esta medida puede formar parte de un sistema de control, por ejemplo, para permitir el control dinámico de la fase de la onda estacionaria.In the apparatus of Figure 2 a room is used Adjustable branch 19 to balance the amount of power in each arm. The grooved line waveguide 21 is also used for allow access to a probe that measures the relative phase of the wave stationary at any time. This measure can be part of a control system, for example, to allow control dynamic of the standing wave phase.

Para permitir la implantación del control dinámico de fase, el sistema de control comprende preferiblemente, un cortocircuito deslizante a modo de interfaz con un ordenador. La posición y el tiempo de duración del cortocircuito deslizante sobre la duración de calefacción un objeto puede estar preprogramado de acuerdo con el tipo de objeto y el perfil final de calefacción requerido.To allow the implementation of the control dynamic phase, the control system preferably comprises, a sliding short as an interface with a computer. The position and duration of the sliding short circuit over the heating duration an object can be preprogrammed from according to the type of object and the final heating profile required.

En un ejemplo alternativo, el ramal 19 ajustable se puede usar para variar la amplitud de la energía de microonda en cada brazo, permitiendo un control adicional de la distribución resultante de energía. Adicionalmente, la unión E en T 7 se puede ajustar para que divida de forma desigual los brazos 8 y 10 de entrada potencia, la distribución resultante de energía. Por ejemplo, para objetos de grosor variable, por ejemplo objetos con una sección ahusada a lo largo de la dirección de control por fase, puede que sea preferente imponer una distribución de potencia inicial para ayudar en el procedimiento de control por fase.In an alternative example, the adjustable branch 19 can be used to vary the amplitude of microwave energy in each arm, allowing additional control of the distribution resulting from energy. Additionally, the E junction in T 7 can be adjust to unevenly divide arms 8 and 10 of power input, the resulting distribution of energy. By for example, for objects of variable thickness, for example objects with a tapered section along the control direction per phase, it may be preferred to impose a power distribution initial to assist in the phase control procedure.

Alternativamente, las medias de línea ranurada, medidas de potencia en cada brazo de transmisión, medida en línea de la temperatura del objeto, etc. pueden proporcionar control del cortocircuito deslizante, del ramal ajustable y/o de una unión E en T con retroalimentación con anticipación.Alternatively, the slotted line socks, power measurements on each transmission arm, measured in line of object temperature, etc. can provide control of Sliding short, adjustable branch and / or an E junction in T with feedback in advance.

La frecuencia de las microondas está entre 0,4 y 10 GHz. Se prefieren particularmente las frecuencias industriales, científicas y médicas (ISM) 896, 915, 2450 y 5800 MHz.The microwave frequency is between 0.4 and 10 GHz. Industrial frequencies are particularly preferred, Scientific and medical (ISM) 896, 915, 2450 and 5800 MHz.

Un objeto a calentar se pasa a través de la zona 14 de trabajo. Las ondas que progresan en cada brazo impactan en caras opuestas del objeto. Esto genera un patrón de interferencia dentro del objeto, siendo el patrón dependiente de la permitividad compleja del objeto y de la fase de la onda estacionaria que está presente y contigua al objeto en la zona de trabajo. A medida que el objeto pasa continuamente, o en la etapa tradicional, a través de la zona de trabajo, el cortocircuito deslizante se desplaza para variar la longitud del recorrido de la microonda que se propaga en el primer brazo, y por lo tanto la fase de la onda estacionaria. Esto genera al menos otro patrón diferente de interferencia dentro del objeto.An object to be heated is passed through the area 14 work. The waves that progress in each arm impact on opposite faces of the object. This generates an interference pattern within the object, the pattern being dependent on the permittivity complex of the object and the phase of the standing wave that is present and contiguous to the object in the work area. To the extent that object passes continuously, or in the traditional stage, through the working area, the sliding short circuit shifts to vary the length of the microwave path that propagates in the first arm, and therefore the phase of the standing wave. This generates at least another different interference pattern within the object.

Controlar los cambios en las fases de las microondas incidentes cambia y controla la superposición promediada a lo largo del tiempo de patrones de interferencia facilitando una calefacción volumétrica más eficaz del objeto hasta en tres dimensiones.Control the changes in the phases of incident microwave changes and controls the average overlay over time interference patterns facilitating a most efficient volumetric heating of the object in up to three dimensions.

En un ejemplo alternativo, si se precisa la calefacción de un blanco, o la distribución inicial de temperatura del objeto no es uniforme, o la permitividad compleja del objeto cambia con la temperatura, o cambia la geometría del objeto con la temperatura, o se están combinando procedimientos adicionales de calefacción con control por fase tales como el uso de aire caliente, o cualquier combinación de estos, puede ser suficiente un patrón de interferencia para conseguir el deseado patrón de calefacción.In an alternative example, if the heating a target, or the initial temperature distribution of the object is not uniform, or the complex permittivity of the object change with temperature, or change the geometry of the object with the temperature, or additional procedures of phase-controlled heating such as the use of hot air, or any combination of these, a pattern of interference to achieve the desired heating pattern.

Esta invención consigue, por lo tanto, una optimización de la superposición promediada a lo largo del tiempo de patrones de interferencia.This invention therefore achieves a optimization of the overlap averaged over time interference patterns.

La optimización puede traducirse en patrones de interferencia que tienen diferentes tiempos de residencia; las fases usadas para generar diferentes patrones de interferencia a superponerse no son necesariamente fases de 180 grados. Por contra, en la técnica anterior, las ondas estacionarias para la suma escalar a ser superpuesta son aproximadamente fases de 180 grados.Optimization can translate into patterns of interference that have different residence times; the phases used to generate different interference patterns to Overlapping are not necessarily 180 degree phases. By cons, in the prior art, standing waves for the scalar sum to be superimposed are approximately 180 degrees phases.

Ejemplo Example

Un circuito de guía de ondas se configuró como se muestra en la figura 2. Se usó una guía de ondas que tiene una sección transversal interna de 248 x 124 mm, junto con un generador de microondas con pequeño rizo 5 kW 896 MHz (menos del 5%). La zona de trabajo comprendía una sección de la guía de ondas con una tapa articulada para facilitar la retirada fácil de objetos colocados en su interior. Los circuladores tenían características de aislamiento mejores que 30 dB a 896 MHz.A waveguide circuit was configured as shown in figure 2. A waveguide was used that has a 248 x 124 mm internal cross section, together with a generator microwave with small curl 5 kW 896 MHz (less than 5%). Area working included a section of the waveguide with a lid articulated to facilitate easy removal of objects placed in its interior. The circulators had insulation characteristics better than 30 dB at 896 MHz.

En la zona de trabajo se colocaron los materiales alimentarios del modelo en bandejas de polietileno, y se calentaron. Los materiales alimentarios del modelo se escogieron para ser representativos de las propiedades dieléctricas de muchos productos alimentarios congelados (modelo 1), o productos alimentarios no congelados de gran contenido en humedad (modelo 2). Las propiedades de los materiales del modelo se detallan en el cuadro siguiente.Materials were placed in the work area model food in polyethylene trays, and heated. Model food materials were chosen to be representative of the dielectric properties of many products frozen foods (model 1), or non-food products frozen high moisture content (model 2). The properties of the model materials are detailed in the following table.

1one

El modelo 1 era un material plástico blando denominado Plasticine^{TM} (disponible en Trylon Ltd., Northants, RU). Su composición analítica era de 78,1% de ceniza, 21,2% de aceite y 0,7% de agua.Model 1 was a soft plastic material called Plasticine ™ (available from Trylon Ltd., Northants, RU). Its analytical composition was 78.1% ash, 21.2% of oil and 0.7% water.

El modelo 2 era una mezcla de 91% de agua y un 9% de polvo TX151 (TX151 es el nombre del producto de un polvo hidrófilo disponible en Weatherford, Kirkhill Ind Est, Aberdeen, RU). Su composición analítica era de 93,6% de agua, 3,7% de carbohidrato, 2,2% de ceniza, 0,5% de proteína.Model 2 was a mixture of 91% water and 9% of powder TX151 (TX151 is the product name of a powder hydrophilic available at Weatherford, Kirkhill Ind Est, Aberdeen, RU). Its analytical composition was 93.6% water, 3.7% of carbohydrate, 2.2% ash, 0.5% protein.

La permitividad compleja se midió usando una sonda coaxial con el extremo abierto (modelo HP85070B de Hewlett Packard).Complex permittivity was measured using a coaxial probe with open end (Hewlett model HP85070B Packard)

Haciendo referencia a las figuras 4a y 4b, cada bandeja 22 de polietileno tiene un borde superior que define una cara abierta que tiene una anchura w de 122 mm y una longitud z de 171 mm; una base que tiene una anchura x de 100 mm y una longitud y de 150 mm; una profundidad D de 35 mm; un radio r_{1} de esquina superior de 30 mm, un radio r_{2} de esquina de base horizontal de 15 mm y un radio F de esquina de base vertical de 6 mm. Los materiales del modelo llenaban completamente las bandejas, pero no rebosaban.Referring to figures 4a and 4b, each polyethylene tray 22 has an upper edge that defines a open face having a width w of 122 mm and a length z of 171 mm; a base that has a width x of 100 mm and a length and 150 mm; a depth D of 35 mm; a corner radius r_ {1} greater than 30 mm, a corner radius R2 of horizontal base of 15 mm and a corner radius F of vertical base of 6 mm. The model materials completely filled the trays, but not they overflowed.

Como se muestra en la figura 5, cada bandeja 22 estaba sustentada sobre un bloque 23 de politetrafluoroetileno situado en el centro de una zona 14 de trabajo de forma que el plano horizontal de la bandeja a una profundidad media era aproximadamente coincidente con la mitad de la altura de la guía de ondas. El bloque 23 tenía un anchura a de 34 mm, una altura b de 42 mm y una longitud c de 72 mm. Los materiales del modelo se calentaron durante un tiempo suficiente para elevar la temperatura en un máximo de 20ºC.As shown in Figure 5, each tray 22 it was supported on a block 23 of polytetrafluoroethylene located in the center of a work zone 14 so that the plane horizontal of the tray at a medium depth was approximately coinciding with half the height of the waveguide. The block 23 had a width a of 34 mm, a height b of 42 mm and a length 72mm c The model materials were heated during a enough time to raise the temperature by a maximum of 20 ° C

Tras el calentamiento, se tomaron imágenes térmicas del plano horizontal a media profundidad del material del modelo usando un escáner de infrarrojos (modelo 870 obtenido en Agema, Suecia). Para impedir una perturbación excesiva en la distribución de temperatura, por ejemplo, al cortar en rebanadas el material con un cuchillo, se colocó una capa de película adherida de polietileno a media altura de la bandeja a medida que el material del modelo se preparaba en la bandeja: tenga cuidado para excluir todas las burbujas de aire. Tras el calentamiento, la película adherida y la mitad superior del material del modelo simplemente se retiraron para exponer la superficie del material del modelo a la altura de la semi profundidad.After heating, images were taken thermal of the horizontal plane at medium depth of the material of the model using an infrared scanner (model 870 obtained in Agema, Sweden). To prevent excessive disturbance in the temperature distribution, for example, when slicing the material with a knife, a layer of bonded film of half-height polyethylene of the tray as the material of the model was prepared on the tray: be careful to exclude All the air bubbles. After heating, the film adhered and the top half of the model material just removed to expose the surface of the model material to the height of the semi depth.

También se usó un modelo tridimensional de microondas en el dominio de tiempos por elementos finitos (3D FETD) para simular el calentamiento de los materiales del modelo. La figura 5 muestra la sección de la guía de ondas modelada. El modelo de microondas producía distribuciones de energía en el mismo plano que las distribuciones medidas de temperatura para permitir una comparación cualitativa con las imágenes térmicas. Las propiedades de constante dieléctrica se supusieron en el modelo de microondas para reducir los tiempos de cálculo con ordenador (los aumentos de temperatura en los experimentos se mantuvieron hasta no más de 20ºC para minimizar el efecto de la permitividad compleja dependiente de la temperatura).A three-dimensional model of microwave in the finite element time domain (3D FETD) to simulate the heating of model materials. The Figure 5 shows the section of the waveguide modeled. The model microwave produced energy distributions in the same plane that measured temperature distributions to allow a qualitative comparison with thermal images. The properties of dielectric constant were assumed in the microwave model to reduce computer calculation times (increases in temperature in the experiments were maintained until no more than 20 ° C to minimize the effect of complex permittivity dependent on temperature).

Para cada experimento, se calentó un material del modelo que contiene una bandeja en condición de fase constante, es decir el cortocircuito deslizante permaneció en una posición. El estado de fase 0º se definió arbitrariamente como la posición inicial del cortocircuito deslizante. Para cada experimento se usó una nueva bandeja de material del modelo. El cortocircuito deslizante se desplazó entonces una distancia conocida para dar un movimiento de 30º en el patrón de onda estacionaria en la zona de trabajo respecto de la posición previa de cortocircuito. De este modo, el patrón de calentamiento en la semialtura del plano de la bandeja se midió cada 30º.For each experiment, a material of the model that contains a tray in constant phase condition, is say the sliding short remained in one position. He phase 0 status was arbitrarily defined as the position Initial sliding short circuit. For each experiment it was used a new tray of model material. Short circuit slider then moved a known distance to give a 30º movement in the standing wave pattern in the zone of work regarding the previous short circuit position. Of this mode, the heating pattern at the half height of the plane of the Tray was measured every 30º.

El modelo FETD se ejecutó para simular las condiciones experimentales de lo que antecede. Para comparar las distribuciones medidas de temperatura con las distribuciones simuladas de energía, las imágenes térmicas y las distribuciones simuladas de energía debían tener fases coincidentes. Por ejemplo, digamos que para una posición de cortocircuito deslizante dada la fase de la distribución de temperatura concordaba con la distribución simulada de potencia en 120º; cuando se desplazó el cortocircuito deslizante una distancia \alpha, que se conoce a partir de las dimensiones del cortocircuito deslizante para producir un cambio de fase de 35º, el resultado de la simulación a 155º debería haber concordado con el resultado experimental correspondiente. NB: es el cambio de fase entre los dos puntos lo que es importante y no la fase absoluto de uno cualquiera de ellos.The FETD model was executed to simulate the experimental conditions of the foregoing. To compare the measured temperature distributions with distributions simulated energy, thermal imaging and distributions Simulated energy should have matching phases. For example, let's say that for a sliding short circuit position given the temperature distribution phase matched the simulated power distribution in 120º; when he moved the sliding short circuit a distance α, which is known as from the dimensions of the sliding short circuit to produce a phase change of 35º, the result of the simulation at 155º I should have agreed with the experimental result correspondent. NB: is the phase change between the two points what which is important and not the absolute phase of any one of they.

Experimento 1Experiment one

El material 1 del modelo se calentó en la bandeja; la dirección del flujo de energía, y por lo tanto el control por fase, era paralelo a la anchura w del borde superior de la bandeja. La figura 6a muestra las imágenes de distribución térmica medidas en cada cambio de fase de 30º; cuanto más claras son las sombras, mayor es la temperatura. Se puede ver que los "puntos calientes" se desplazan a través del material.Material 1 of the model was heated in the tray; the direction of the energy flow, and therefore the control per phase, was parallel to the width w of the upper edge of the tray. Figure 6a shows the distribution images thermal measured at each phase change of 30º; the clearer they are The shadows, the higher the temperature. You can see that the "points hot "move through the material.

Se realizaron simulaciones 3D FETD. La figura 6b muestra las imágenes de distribución simulada de energía en cada cambio de fase de 30º; cuanto más claras son las sombras, mayor es la energía.3D FETD simulations were performed. Figure 6b show simulated energy distribution images in each 30º phase change; The lighter the shadows, the greater it is energy.

En la figura 6b, se puede ver el perfil del borde superior de la bandeja. En la figura 6a, las imágenes son del interior de la bandeja. Se puede ver que hay una concordancia muy estrecha en la posición y en el tamaño de las distribuciones de las imágenes térmicas y las simulaciones FETD en cada condición de fase.In Figure 6b, you can see the edge profile top of the tray. In figure 6a, the images are of inside the tray. You can see that there is a very concordance narrow in the position and size of the distributions of the thermal images and FETD simulations in each condition of phase.

Experimento 2Experiment 2

El material 2 del modelo se calentó en la bandeja; la dirección del flujo de energía, y por lo tanto el control por fase, era paralelo a la anchura w del borde superior de la bandeja. La figura 7a muestra las imágenes de distribución térmica medidas en cada cambio de fase de 30º; cuanto más claras son las sombras, mayor es la temperatura. Se puede ver que los "puntos calientes" se desplazan a través del material. Para una comparación con la figura 6a, se puede ver que las distribuciones térmicas para el material 2 del modelo eran más complejas que para el material 1 del
modelo.
Model material 2 was heated in the tray; the direction of the energy flow, and therefore the control per phase, was parallel to the width w of the upper edge of the tray. Figure 7a shows the thermal distribution images measured at each 30 ° phase change; The lighter the shadows, the higher the temperature. You can see that the "hot spots" travel through the material. For a comparison with Figure 6a, it can be seen that the thermal distributions for material 2 of the model were more complex than for material 1 of the
model.

Se realizaron simulaciones 3D FETD. La figura 7b muestra las imágenes de distribución simulada de energía en cada cambio de fase de 30º; cuanto más claras son las sombras, mayor es la energía.3D FETD simulations were performed. Figure 7b show simulated energy distribution images in each 30º phase change; The lighter the shadows, the greater it is energy.

En las figuras 7a y 7b, las imágenes son del interior de la bandeja. Se puede ver que hay una concordancia muy estrecha en la posición y en el tamaño de las distribuciones de las imágenes térmicas y las simulaciones FETD; es decir los mismos cambios en el patrón de distribución de energía y de calefacción se pueden ver como la fase de la onda estacionaria en los cambios en la zona de trabajo.In Figures 7a and 7b, the images are of inside the tray. You can see that there is a very concordance narrow in the position and size of the distributions of the thermal images and FETD simulations; that is to say the same changes in the pattern of energy distribution and heating are you can see how the phase of the standing wave changes in the work zone.

Experimento comparativoExperiment comparative

Para demostrar las ventajas del control por fase en los experimentos 1 y 2, en los cuales resulta suma vectorial, se impusieron condiciones escalares sobre las ondas de propagación en los brazos 8 y 10 del bucle guía de ondas para simular suma escalar. Se usaron materiales del modelo de los experimentos 1 y 2. Únicamente es posible distribución de energía en condiciones de suma escalar; por ello, únicamente es posible un patrón de calefacción. Las imágenes debidas a la suma escalar se muestran en las figuras 8a (modelo 1) y 8b (modelo 2); de nuevo, cuanto más claras son las sombras, mayor es la energía. La diferencia en las distribuciones de potencia de los dos materiales es clara. A consecuencia de la suma escalar, que proporciona únicamente una distribución de potencia, no es posible ningún calentamiento controlado o que considere un blanco.To demonstrate the advantages of phase control in experiments 1 and 2, in which vector summing results, imposed scalar conditions on propagation waves in arms 8 and 10 of the waveguide loop to simulate scalar sum. Model materials from experiments 1 and 2 were used. Only energy distribution is possible under sum conditions climb; Therefore, only one heating pattern is possible. The images due to the scalar sum are shown in figures 8a (model 1) and 8b (model 2); again, the clearer the shadows, the greater the energy. The difference in the distributions of Power of the two materials is clear. As a result of the sum scalar, which provides only one power distribution, not any controlled heating or considering a White.

Estos ejemplos demuestran el principio de calentamiento de control por fase; muestran que el patrón de calentamiento se puede controlar de forma que zonas dentro de un material se pueden tomar como blanco con energía de microondas. Las condiciones experimentales se diseñaron de tal forma que se producirían los patrones de calentamiento complejos para demostrar el principio de control por fase. Por superposición apropiada promediada en el tiempo de los patrones de interferencia, se pueden obtener patrones deseados de calentamiento.These examples demonstrate the principle of control heating per phase; show that the pattern of heating can be controlled so that areas within a material can be taken as white with microwave energy. The experimental conditions were designed in such a way that would produce complex heating patterns to demonstrate The principle of control by phase. By appropriate overlap averaged over time from interference patterns, they can be get desired heating patterns.

Está claro que la fase de la onda estacionaria en la zona de trabajo se puede cambiar de forma controlada en una primera dirección para obtener los patrones deseados de calefacción en una dimensión.It is clear that the phase of the standing wave in the work area can be changed in a controlled way in a first direction to get the desired heating patterns in one dimension

Para obtener los patrones deseados de calentamiento en dos dimensiones, se aplica el control por fase en una primera dimensión y o bien el control por fase se puede aplicar por toda la segunda dimensión, o bien, más preferiblemente, el objeto se puede desplazar en una dirección que es perpendicular a la primera dirección.To obtain the desired patterns of two-dimensional heating, phase control is applied in a first dimension and either phase control can be applied throughout the second dimension, or, more preferably, the object can be moved in a direction that is perpendicular to the first direction.

Para obtener patrones de calefacción deseados en tres dimensiones, el control por fase se puede aplicar por todas las tres dimensiones; o el control por fase se puede aplicar por todas las dos dimensiones y el objeto se puede desplazar en una dirección que sea perpendicular a la misma; o el control por fase se puede aplicar por todas las dos dimensiones y la zona de trabajo puede tener paredes completa o parcialmente con dieléctrico, o tener paredes completa o parcialmente entalladas, o tener anchura estrechada, como se muestra en la figura 3, para modificar el patrón de campo eléctrico y/o modos presentes en la zona de trabajo.To obtain desired heating patterns in Three dimensions, the control by phase can be applied by all three dimensions; or the control by phase can be applied by all the two dimensions and the object can move in one direction that is perpendicular to it; or the control per phase can be apply for all two dimensions and the work area can have walls completely or partially with dielectric, or have walls completely or partially notched, or have width narrowed, as shown in figure 3, to modify the pattern electric field and / or modes present in the work area.

Una opción preferida para el calentamiento tridimensional es aplicar control por fase en la primera dimensión, desplazar el objeto a la segunda dimensión y modificar la zona de trabajo en la tercera dimensión.A preferred option for heating three-dimensional is to apply control per phase in the first dimension, move the object to the second dimension and modify the area of I work in the third dimension.

Se apreciará que, en tanto el control por fase se aplica en al menos una primera dimensión, una variedad de otros medios se pueden usar para efectuar el calentamiento en una segunda y/o tercer dimensión.It will be appreciated that, as long as the control per phase is apply in at least a first dimension, a variety of others means can be used to effect heating in a second and / or third dimension.

El aparato y el procedimiento de esta invención son adecuados para el calentamiento promediado a lo largo del tiempo uniforme o dirigido de un objeto sólido tridimensional o sólido particulado, tal como un producto de comida empaquetada, en la(s) dirección(es) del control por fase, hasta en tres dimensiones. Por ejemplo, el objeto puede ser pollo empanado, o vegetales tales como guisantes, brócoli, espinacas y maíz dulce. También se puede usar para sellar tapas o calentar plásticos.The apparatus and method of this invention they are suitable for averaged heating over time uniform or directed of a solid three-dimensional or solid object particulate, such as a packaged food product, in the address (s) of the control per phase, up to three dimensions. For example, the object may be breaded chicken, or Vegetables such as peas, broccoli, spinach and sweet corn. It can also be used to seal caps or heat plastics.

El objeto se puede preempaquetar en un recipiente (por ejemplo una bandeja con una tapa pelicular; una bolsa o bolso; una lata de plástico; una lata de plástico que tiene una parte superior metálica y una base metálica). Si el objeto está preempaquetado, está empaquetado preferiblemente con un medio para minimizar la deformación del paquete durante el calentamiento y el enfriamiento (por ejemplo, usando un manguito rígido). Si el objeto se ha de calentar por encima de 100ºC, entonces se puede aplicar presión externa.The object can be prepackaged in a container (for example a tray with a film cover; a bag or purse; a plastic can; a plastic can that has a part metal top and metal base). If the object is prepackaged, is preferably packaged with a means for minimize deformation of the package during heating and cooling (for example, using a rigid sleeve). If the object it must be heated above 100 ° C, then it can be applied external pressure

El producto de alimento puede estar inicialmente a temperatura ambiente, temperatura refrigerada o temperatura de congelación. Típicamente, esta invención se usa para calentar productos alimentarios hasta temperaturas superiores a 50ºC, particularmente hasta temperaturas de pasteurización (por ejemplo, 70ºC) y hasta temperaturas de esterilización (por ejemplo, más de 120ºC). Esta invención también es adecuada para atemperar objetos congelados, tales como aves de corral, donde el objeto están a temperaturas de congelación y se elevan la temperatura para que esté justo por debajo de su temperatura de descongelación.The food product may be initially at room temperature, refrigerated temperature or temperature of freezing. Typically, this invention is used to heat food products up to temperatures above 50ºC, particularly up to pasteurization temperatures (for example, 70 ° C) and up to sterilization temperatures (for example, more than 120 ° C). This invention is also suitable for tempering objects. frozen, such as poultry, where the object is at freezing temperatures and the temperature is raised so that it is just below its defrosting temperature.

Para productos alimenticios de varios componentes, la invención puede proporcionar calefacción controlada de tal forma que un componente recibe más energía que otro.For various food products components, the invention can provide controlled heating so that one component receives more energy than another.

Claims (13)

1. Un aparato para calentar objetos usando microondas, comprendiendo el aparato:1. An apparatus for heating objects using microwave, including the device: una zona (14) de trabajo para posicionar un objeto;a work zone (14) to position a object; miembros (8, 10) alargados de transmisión de microondas primero y segundo, teniendo cada uno un extremo situado en la zona (14) de trabajo;elongated (8, 10) transmission members of microwave first and second, each having an end located in the work zone (14); una única fuente (4) de microondas o una pluralidad de fuentes coherentes de microonda;a single microwave source (4) or a plurality of coherent microwave sources; un medio (7) para proporcionar un primer haz de microondas y un segundo haz de microondas a partir de la energía de salida de microondas de la fuente o fuentes de microondas;a means (7) to provide a first beam of microwave and a second microwave beam from the energy of microwave output from the source or microwave sources; un medio (7) para acoplar el primer haz de microondas al extremo del primer miembro (8) de transmisión de microondas alejado de la zona de trabajo, y un medio para acoplar el segundo haz de microondas al extremo del segundo miembro (10) de transmisión de microondas alejado de la zona de trabajo; ya means (7) for coupling the first beam of microwave at the end of the first transmission member (8) of microwave away from the work area, and a means to couple the second microwave beam at the end of the second member (10) of microwave transmission away from the work area; Y un medio (18) para variar la fase de microondas en el miembro de transmisión de microondas primero y/o segundo;a means (18) for varying the microwave phase in the first and / or second microwave transmission member; en el cual el aparato está dispuesto de tal forma que el primer haz de microondas entra en la zona de trabajo según una primera dirección y el segundo haz de microondas entra en la zona de trabajo según una segunda dirección, y el ángulo entre las direcciones primera y segunda no es ortogonal;in which the apparatus is arranged in such a way that the first microwave beam enters the work zone according to a first direction and the second microwave beam enters the work area according to a second direction, and the angle between First and second directions is not orthogonal; caracterizado porque el aparato comprende, además, un medio (12) asociado con cada miembro de transmisión de microondas para aislar las microondas en su interior, para prevenir, de este modo, la diafonía sustancial. characterized in that the apparatus further comprises a means (12) associated with each microwave transmission member to isolate the microwaves therein, to thereby prevent substantial crosstalk. 2. Un aparato según la reivindicación 1, en el cual el medio (18) para variar la fase de las microondas en el miembro de transmisión de microondas primero y/o segundo comprende medios para variar la longitud de la trayectoria de una microonda en un miembro de transmisión de microondas.2. An apparatus according to claim 1, in the which means (18) to vary the microwave phase in the first and / or second microwave transmission member comprises means to vary the length of a microwave's trajectory in a microwave transmission member. 3. Un aparato según la reivindicación 2, en el cual el medio (18) para variar la longitud de la trayectoria comprende un cortocircuito (18) deslizante y un circulador (12).3. An apparatus according to claim 2, in the which means (18) to vary the length of the path It comprises a sliding short circuit (18) and a circulator (12). 4. Un aparato según se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el medio (12) asociado con cada miembro de transmisión de microondas para aislar las microondas en su interior comprende un circulador de microonda.4. An apparatus as claimed in any of the preceding claims, wherein the medium (12) associated with each microwave transmission member to isolate the microwaves inside comprises a circulator of microwave. 5. Un aparato según se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el ángulo entre las direcciones primera y segunda de los haces es de 180 grados.5. An apparatus as claimed in any of the preceding claims, in which the angle between First and second directions of the beams is 180 degrees. 6. Un aparato según se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende, además, medios para variar un patrón de campo eléctrico en la zona de trabajo.6. An apparatus as claimed in any of the preceding claims further comprising means to vary an electric field pattern in the work area. 7. Un aparato según se reivindica en cualquier reivindicación precedente, en el cual los miembros de transmisión de microondas se ahusan hacia dentro hacia la zona de trabajo.7. An apparatus as claimed in any preceding claim, wherein the transmission members of Microwaves taper inward towards the work area. 8. Un procedimiento para calentar objetos usando microondas, comprendiendo el procedimiento:8. A procedure for heating objects using microwave, comprising the procedure: proporcionar al menos dos haces de microondas de propagación desde una única fuente (4) de microondas o desde una pluralidad de fuentes coherentes de microondas;provide at least two microwave beams of propagation from a single microwave source (4) or from a plurality of coherent microwave sources; dirigir cada haz de microondas de propagación al interior de un miembro (8, 10) de transmisión de microondas separado;direct each propagation microwave beam to inside of a microwave transmission member (8, 10) separated; aislar el haz de microondas de propagación en cada miembro de transmisión de microondas;isolate the microwave beam spread in each microwave transmission member; formar una onda estacionaria a partir de las ondas de propagación en una zona (14) de trabajo, que está donde se reúnen los miembros de transmisión de microondas, para localizar un objeto a ser calentado;form a standing wave from the propagation waves in a work zone (14), which is where gather the microwave transmission members, to locate a object to be heated; y variar la fase de al menos un haz de microondas de propagación con el fin de desplazar la onda estacionaria.and vary the phase of at least one microwave beam of propagation in order to displace the standing wave. 9. Un procedimiento según la reivindicación 8, en el cual se varía la fase de al menos un haz de microondas de propagación usando un cortocircuito (18) deslizante y un circulador (12).9. A method according to claim 8, in which varies the phase of at least one microwave beam of propagation using a sliding short circuit (18) and a circulator (12). 10. Un procedimiento según la reivindicación 8 ó 9, en el cual el haz de microondas de propagación en cada miembro de transmisión de microondas se aísla usando un circulador de microondas.10. A method according to claim 8 or 9, in which the microwave beam spread in each member of microwave transmission is isolated using a circulator microwave. 11. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el cual hay dos haces de microondas de propagación y el ángulo entre las direcciones de los haces, cuando se reúnen en la zona de trabajo, es de 180 grados.11. A procedure according to any one of the claims 8 to 10, in which there are two microwave beams of propagation and the angle between the directions of the beams, when They meet in the work area, it is 180 degrees. 12. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, que comprende, además, medios para variar un patrón de campo eléctrico en la zona de trabajo.12. A procedure according to any one of the claims 8 to 11, further comprising means for varying an electric field pattern in the work area. 13. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, en el cual los miembros de transmisión de microondas se ahusan hacia dentro, hacia la zona de trabajo.13. A procedure according to any one of the claims 8 to 12, wherein the transmission members of Microwaves taper inward toward the work area.
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