SE451656B - Anordning for uppvermning medelst mikrovagsenergi - Google Patents

Description

451 656 Vid nämnda tillämpning skall mikrovågsapplikatorn således dels ge en jämn energifördelning, dels kunna motstå tryck.

För att uppfylla de ovan angivna kraven krävs att mikrovågsapplikatorn är kom- pakt även i en riktning vinkelrätt mot behandlingsbredden.

Dessutom är ett önskemål att anordningen göres servicevänlig och att relativt billiga magnetroner kan användas liksom att antalet_kraftaggregat minimeras.

Föreliggande uppfinning uppfyller samtliga ovan angivna önskemål och krav.

Ovan har uppfinningens bakgrund angivits i belysning av en tillämpning, näm- ligen behandling av livsmedel. Emellertid är uppfinningen inte på något sätt begränsad till en dylik tillämpning, utan kan användas i allehanda samman- hang där en snabb och jämn uppvärmning av förbipasserande gods önskas och särskilt där behandlingsbredden är relativt stor. Med stor behandlingsbredd menas att den är så stor att en kontrollerad jämn uppvärmning inte kan ske med endast en applikator försedd med en dielektrisk platta.

Sammanfattningsvis kan sägas att föreliggande uppfinnings ändamål är att åstadkomma en kompakt och stabil anordning med en jämn fördelning av mikro- vågsenergi över en stor yta.

Föreliggande uppfinning hänför sig således till en anordning för uppvärmning medelst mikrovågsenergi innefattande en mikrovågsgenerator anordnad att för- sörja en vågledare, vilken vågledare i en sida är försedd med en dielektrisk platta genom vilken mikrovågsenergi propgerar och utmärkes av att det före- finns åtminstone två mikrovågsgeneratorer av vilka var och en är anordnad att mata en matarvâgledare, av att matarvågledaren är en effektdelare anordnad att fördela tillförd effekt ihuvudsak lika till åtminstone två i vinkel mot matarvågledaren löpande applikatorer, och av, att var och en av de åtminstone fyra applikatorerna är försedda med en dïelektrïâk platta av nämnt Slag ï en av respektive applikators sidoytor samt av, att applikatorerna är så anordnade inbördes att alla dielektriska plattor ligger i samma yta;-. a Nedan beskrives uppfinningen närmare i anslutning till ett på bifogade rit-I ningar visat utföringsexempel av uppfinningen, där - figur 1 visar en anordning enl. uppfinningen sedd från dess aktiva sida, - figur 2 visar i perspektiv den i figur 1 med heldragna streck visade anord- ningen med dess aktiva sida nedåt, 3 451 656 - figur 3 visar ett snitt efter linjen A-A i figur l, - figur Ä visar ett snitt efter linjen B-B i figur l, sett från höger i figur 1, . - figur 5 visar en anordnings aktiva sida, - figur 6 är ett principiellt diagram vilket visar fördelningen av mikrovågs- energin (E) ovanför den aktiva sidan av anordningen.

I figur l visas till vänster om mittlinjen en anordning enligt uppfinningen i sitt enklaste utförande. I figur 2 visas anordningen i en delvis genombruten perspektivisk vy.

Anordningen innefattar mikrovågsgeneratorer anordnade att försörja vågledare vilka i en sida är försedda med en dielektrisk platta genom vilken mikrovågs- energi utstrålar eller propagerar. Nedan exemplifieras den dielektriska plat- tan med en keramisk platta.

Enligt uppfinningen förefinns åtminstone två mikrovågsgeneratorer l,2 där var och en är anordnad att mata en matarvågledare 3,Ä. lnkopplingen av mikrovågs- generatorerna 1,2 är konventionell, exempelvis medelst ett hål 5,6 i vardera matarvågledaren 3,h. Vardera matarvågledaren 3,h är anordnad att utgöra en effektdelare, vilken fördelar tillförd effekt i huvudsak lika till åtminstone två i vinkel mot matarvågledaren löpande applikatorer 7,8;9,l0. Varje matar- vågledare 3,h försörjer således två applikatorer 7,8;9,l0. Var och en av de åtminstone fyra applikatorerna 7-10 är försedd med en keramisk platta ll-lä av nämnt slag i en av resp. applikators sidoytor. Enligt uppfinningen är vida- re applikatorerna så anordnade inbördes att alla keramiska plattor ligger i samma plan.

Den nämnda effektdelningen erhålles genom att i var och en av matarvågledar- na 3,Ä finns två inkopplingsställen i form av slitsar l5,l6; 17,18 upptagna vid stället för resp. applikators anslutning till matarvågledaren. Dessa slit- sar utformas så att ihuvudsak hälften av tillförd effekt kopplas över till var och en av de båda applikatorerna som är anslutna till en matarvågledare.

I syfte att justera fördelningen av effekt mellan de två applikatorerna kan en metallplugg l9, se figur 3, placeras i matarvågledarna mitt emellan slits- arna l7,l8. Pluggen kan fästas medelst ett skruvförband 20. Vidare kan en me- tallplugg 21 placeras i matarvågledaren mellan magnetronen och slitsarna för att minska eller förhindra reflexion tillbaka till magnetronen l.

Varje magnetron arbetar lämpligen vid en frekvens av omkring 2Ä50 MHz. Emeller- tid skall varje magnetron arbeta med en frekvens som något skiljer sig från _ övriga magnetroners frekvens för att undvika koppling mellan närbelägna 451 656 keramikplattor. Frekvensen mellan två magnetroner med samma angivna nominella frekvens skiljer sig i allmänhet tillräckligt för att undvika sådan koppling.

Vidare är det inbördes avståndet mellan inkopplingsställena för de applikatorer som matas från en och sanma matarvågledare företrädesvis överstigande Å/2, där A är våglängden i matarvågledaren för den genererade mikrovågsenergin.

Varje applikator innefattar som nämnts en keramisk platta genom vilken mikro- vågsenergi propagerar. a Vågledarimpedansen I applikatorerna är anpassad så att när de keramiska plattor- na är belastade, d.v.s. när gods som skall uppvärmas förefinns utanför plattor- na, passerar mikrovâgsenergi genom plattorna till godset, som därvid uppvärms.

Som ovan nämnts finns den grundläggande tekniken vad avser utnyttjande av en vågledare försedd med en keramisk platta beskriven i det svenska patentet nr. 366 #56.

För att få hög effektutveckling utanför den keramiska plattan är applikatorn försedd med en anpassningsplatta av metall som är placerad ungefär mitt emot den keramiska plattan.

I föreliggande fall är applikatorn rektangulär med tvärsnittsmåtten a x b där a vanligen är ungefär lika med 2b. Applikatorn matas med mikrovågor av TE10- mod. l närheten av magnetronantennen 5,6, pluggarna 19,21, slitsarna 15-18 och anpassningsplattorna 22 och plattorna ll-lä exiteras dock även andra moder.

Dessa moder dämpas emellertid ut genom att koppla över sin energi till TEIO- moden.

Applikatorn är kortsluten nära slitsen. I vågutbredningsriktningan avslutas den med den keramiska plattan.

En vägg 23 kan även förekomma i applikatorn för att därigenom erhålla avsedd längd på applikatorn.

Förutom de keramiska plattorna är hela anordningen utförd i metall, företrädes- vis aluminium.

Som framgår av bl.a. figurerna 1 och 2, ligger applikatorerna 7-10 bredvid varandra och parallellt med varandra. 'in 451 656 Enligt en föredragen utföringsfdrm löper varje applikator i motsatt riktning relativt en närliggande applikator. Vidare är enl. en föredragen utförings- form applikatorerna och de keramiska plattorna så placerade att de plattor 11,12 som matas från den ena matarvågledaren 3 ligger förskjutna relativt de plattor l3,1ü som matas från den andra matarvågledaren Ä på så sätt att plattorna 11-lh bildar ett mönster motsvarande ett schackrutemönster, där dock varje platta ligger på avstånd från närliggande plattor.

Vidare löper härvid matarvågledarna 3,Å parallellt med och på avstånd från a varandra. Applikatorerna löper från tillhörande matarvågledare 1 riktning mot den andra matarvågledaren.

Det nu beskrivna mekaniska arrangemanget ger en synnerligen kompakt samt mekaniskt styv och robust enhet med en stor aktiv yta samtidigt som magnet- ronerna är placerade vid sidan om ytan på ett ur servicesynpunkt fördelaktigt sätt.

I figur 5 visas en aktiv yta vilken åstadkommits genom att sammanföra den i figur 1 med heldragna linjer visade anordningen med den i figur 1 med streck- prickade linjer antydda anordningen. Det är uppenbart att man genom att ut- vidga anordningen med ytterligare anordningar placerade uppåt och nedåt i figur 1 kan åstadkomma ännu större aktiva ytor där samtliga magnetroner är placerade i en rad längs var sida av den aktiva ytan.

Anordningen enl. föreliggande uppfinning är enl. ett utförande så utförd att frontplattan, d.v.s. den platta i vilken de keramiska plattorna är fästade, är gemensam för alla applikatorer. Detta medför att anordninge1kan utföras att motstå avsevärda tryck. I detta sammanhang utgör väggarna mellan närliggande applikatorer förstyvande liv för frontplattan. I syfte att erhålla en trycktät förbindning mellan de keramiska plattorna och frontplattan Zë kan frontplattan förses med en plasthuv 25 som täcker hela frontplattan.

I figur Ä antyds plasthuven 25 med streckade linjer. Plasthuven är utförd i ett material, som är transparent för mikrovågor, såsom exemplevis Teflon, polypropen eller polyeten.

Som ovan nämnts är företrädesvis anordningen utförd i aluminium. För att er- hålla täta skarvar mellan olika ingående delar är dessa enl. en föredragen utföringsform sammanfogade medelst saltbadslödning. 451 656 De dielektriska plattorna kan vara utförda i olika material. Keramiska material är för närvarande bäst då de förenar lämpliga mikrovågsegenskaper med hög mekanisk hålifasthet samt god kemisk. beständighet. Ett särskilt lämpligt material är sintrad Al203 (99%)- Förutom att en stor aktiv yta erhålles och att anordningen är tät och tål övertryck, är det uppenbart att antalet magnetroner och antalet dithörande kraftaggregat halverats jämfört med om varje applikator skulle, såsom kon- ventionellt, matats från en separat magnetron.

Ovan har omtaiats att varje magnetron via matarvågledaren försörjer två appli- katorer. Emellertid kan flera än två slitsar utföras utefter matarvågledarens längd för att i sådant fall försörja flera än två applikatorer. Vidare kan istället för slitsar andra kopplingsanordningar förekomma, såsom serier av hål, slingor, eller på annat sätt utförda s.k. kopplingssträckor.

I figur 5 visas som nämnts en aktiv yta matad av fyra matarvågledare 3,ü, 26,27. Det gods som skall värmas föres över ytan 2Ä i den med pilen 28 beteck- nade riktningen, d.v.s. i y-riktningen I x-y-planet.

Lämpligen kan två anordningar vara placerade på avstånd från varandra med de aktiva ytorna Zh vända mot varandra, varvid godset transporteras i den mellan de aktiva ytorna ZÅ bildade spalten.

I figur 6 visas med heldragen kurva schematiskt fördelningen av mikrovågs- energi över plattorna 11,12,29,30 utmed linjen D-D i figur 5. Som framgår är energitätheten högst mitt på resp. platta och avtar mot dess kanter.

Med streckad kurva i figur 6 visas fördelningen av mikrovågsenergi över plattorna 13,lÅ,31,32 utmed linjen C-C i figur 5. Eftersom godset transporteras i pilens 28 riktning komer godsets uppvärmning att bero dels av plattornas 13,l#,31,32immaing av mikrovågsenergi och dels av plattornas i1,12,2Ä,30 ut- matning av mikrovågsenergi, varför den i passerande gods utvecklade värme- energin motsvaras av en addition av de båda kurvorna.

Detta 1 kombination med att viss utjämning av värmeutvecklingen sker i godset medför att anordningen enl. uppfinningen ger en mycket jämn temperaturstegring i det passerade godset.

I figur 4 visas en plastförpackning 33 innehållande exempelvis livsmedel, vilken passerar plattan 11 på ett visst avstånd från denna.

I» 451 656 l den mest närliggande tillämpningen ellerianvändningen av föreliggande upp- finning uppvärms livsmedel i mikrovågstransparenta förpackningar vilka trans- porteras förbi de aktiva ytorna. Förpackningarna omges av vatten under tryck.Efi:ersom livsmedel och vatten har ur mikrovågssynpunkt liknande egenskaper erhålles en mycket jämn värmning av livsmedlet där kant- och hörneffekter helt undvíkes.

Vida re hålles förpackninga rnas yttemperatur nere genom värmeutbyte mal det onçjvande vattnet.

Således är det möjligt att medelst uppfinningen erhålla en jämn effektför- delning över en stor behandlingsbredd där effektfördelningen är okänslig för variationer i lasten.

Livsmedlet kan därför snabbt värmas ex.vis från 70°C till 130°C med hög precision i sluttemperaturen. Behandlingsbredden, d.v.s. bredden av front- plattan i x-riktningen i figur 5 kan ex.vis vara ÄOO mm.

Det är uppenbart att föreliggande uppfinning uppfyller de inledningsvis angivna önskemålen och att uppfinningen löser angivna problem.

Ovan har olika utföringsformer beskrivits. Det är dock tydligt att före- liggande uppfinning kan modifieras. Exempelvis kan flera än två applikatorer anslutas till varje matarvågledare. Vidare kan de keramiska plattorna an- bringas i ett annat mönster än det angivna. Matarvågledarna kan bilda en annan vinkel än 9Û° mot applikatorerna etc.

Vidare kan den aktiva ytan innefattande ett antal dielektriska plattor vara krökt till skillnad från en plan yta såsom ovan beskrivits. I dylikt fall kan även applikatorer och matarvâgledare ha krökt form.

Föreliggande uppfinning skall således inte anses begränsad till de ovan angivna exemplifierande utföringsformerna utan kan varieras inom dess av bifogade patentkravs angivna ram.

Claims (10)

451 656 8 Patentkrav

1. Anordning för uppvärmning medelst mikrovågsenergi innefattande en mikro- vâgsgenerator anordnad att försörja en vågledare, vilken vågledare i en sida 4 är försedd med en dielektrisk platta genom vilken mikrovågsenergi propagerar, k ä n n e t e c k n a d a v, att det förefinns åtminstone två mikrovågs- T: generatorer (1,2) av vilka var och en är anordnad att mata en matarvåg- ledare (3,4), av att matarvågledaren (3,Ä) är en effektdelare anordnad att fördela tillförd effekt ihuvudsak lika till åtminstone två i vinkel mot matarvågledaren löpande applikatorer (7,8;9,l0), och av, att var och en av de åtminstone fyra applikatorerna (7,8;9,l0) är försedda med en dïelektfïfik platta (ll,12;l3,l4) av nämnt slag i en av respektive applikators' sido- ytor samt av, att applikatorerna är så anordnade inbördes att alla dielektriskë plattor (1l,12;13,1h) ligger i samma yta.

2. Anordning enl. krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v, att nämnda appli- katorer (7,8;9,l0) ligger bredvid och parallellt med varandra och av att -. varje applikator löper 1 motsatt riktning relativt en närliggande applikator.

3. Anordning enl. krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a d a v, att nämnda matarvågledare (3,4) löper parallellt med och på avstånd från varandra och av att nämnda applikatorer (7,8;9,10) löper från tillhörande matarvågledare (3;h) i riktning mot den andra matarvågledaren (Ä;3). Ä.

4. Anordning enl. krav 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d a v, att en frontplatta (ZÄ) är gemensam för samtliga applikatorer (7,8;9,10), där frontplattan (24) utgör den sidoyta i vilken den respektive díelektríska plattan (ll,l2;l3,1Ä) förefinns.

5. Anordning enl. krav Ä, k ä n n e t e c k n a d a v, att frontplattan (24) är täckt av en plasthuv (25) vilken är transparent för mikrovågor.

6. Anordning enl. krav l, 2, 3, Ä eller 5, k ä n n e t e c k n a d a v, att applikatorerna (7,3;9,l0) är utförda i aluminium där olika delar samman- fogats medelst saltbadslödning. RI

7. Anordning enl. krav 1, 2, 3, Ä, 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a d a v, att,de d;e1¿§tr;ska plattqr (1l,l2) som matas från den ena matarvågledaren (3) ligger förskjutna relativt de díelektriska plattor (13,1h) som mates,från den andra matarvågledaren (Ü), så att plattorna (i1,l2;l3,lÅ) bildar ett mönster motsvarande schackrutor där varje dielektrisk plattä ligger på avstånd från närliggande dieiekmska plattor. 451 656

8. Anordning enl. krav 1, 2, 3, 4, 5, 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a d a v, att avståndet mellan två närliggande resp. inkopplingsställen (15,16; 17,18), För en resp. applikator (7,3;9,10), utmed en och samma matarvågledare (3;ü) överstiger A/2, där Å är våglängden för den genererade mikrovågsenergin.

9. Anordning enl. krav 1, 2, 3, Ä, 5, 6, 7 eller 8, k ä n n e t e c k - n a d a v, att varje mikrovågsgenerator (1,2) har en frekvens som skiljer sig från övriga míkrovågsgeneatnans,där frekvensskillnaderna företrädesvis II 0 al' Sma-

10. Anordning enl. något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v, att de díelektriska plattorna är utförda i ett keramiskt material.