TW201922050A - 用於以微波處理產品的裝置 - Google Patents

Abstract

在一種用於以微波處理一產品(2)之裝置(1)中，其中該裝置(1)包含該產品(2)可在其中配置之一處理室(13)及配置於輻射室(13)中之一微波輻射裝置，可藉助於該輻射室發射耦合至該微波輻射裝置中之微波，根據本發明而規定該微波輻射裝置包含突出至該處理室(13)中之一同軸導體(3)且具有一導電內部導體(4)及一導電外部導體(5)，其中該外部導體(5)同軸配置地以一間隔開方式包圍該內部導體(4)且包含至少一個開口(6)，此實現微波穿過該開口(6)發射至該產品(2)上。該同軸導體(3)視情況經組態，其方式為使得內部耦合(coupled-in)之微波在該同軸導體(3)中形成駐波，且該至少一個開口(6)在軸向方向上配置於一電場強度節點之一區域中。該同軸導體(3)可包含兩個或更多個開口(6)，該等開口在軸向方向上以一有利方式離彼此一距離，該距離係該等微波之波長之一半的一整數倍數。

Description

用於以微波處理產品的裝置

本發明係關於一種用於以微波處理產品之裝置，其中該裝置包含產品可在其中配置之處理室及配置於處理室中之微波輻射裝置，可藉助於該處理室發射耦合至微波輻射裝置中之微波。

自實務知曉微波可用以加熱待製備的諸如食物及食品之產品。為此目的，具有適合微波頻率之微波經發射至處理室中，待加熱之產品定位於處理室中。發射至處理室中並穿透定位於此處之產品的微波在產品中產生熱，其中加熱可藉助於例如所發射微波輸出或微波輻射而設定或變化。

亦知曉微波可用以在生產過程或產品處理期間加熱工業產品。微波亦可用以滅菌及保存食品或方便食物，此係由於充分密集微波輻射允許在極短時間段中極密集加熱產品。

在自實務知曉的處理裝置中，微波可經由波導耦合至待處理之產品配置於其中之處理室中。處理室可取決於所使用微波頻率具有適合之尺寸，以使得處理室形成共振器，且有可能或促進在處理室內部形成駐波。然而，在此等處理室中在空間膨脹產品中可能有規律地僅僅不均勻加熱產品被視為顯著缺點，此係由於在處理室內部微波能量之空間分佈極不均勻，在形成駐波時尤其如此。

自實務亦知曉微波可耦合至處理室中，並在處理室中以藉由使用喇叭天線導引至產品之方式而發射。然而，配置於處理室中的產品之相對不均勻加熱同樣可常常在此等處理裝置中觀察到。

DE 101 57 601 B4揭示一種用於以微波處理產品的裝置，其中配置於處理室中之微波輻射裝置包含一桿狀天線，耦合中之微波輻射沿著天線傳播且徑向發射至桿狀天線之周圍環境。藉助於屏蔽之適合配置，在背對產品之方向上輻射的微波輻射之一部分藉助於桿狀天線在產品之方向上被反射及導引回。以此方式，微波輻射之相對高部分可經導引至產品上並用於產品之處理。藉由使用桿狀天線，促進沿著桿狀天線在軸向方向上的微波之傳播，且藉此微波至處理室中的發射可能超出桿狀天線之軸向擴展，其中此擴展可顯著大於喇叭天線中。然而，結果是此外當使用桿狀天線時，耦合中之微波在桿狀天線旁邊在軸向方向上產生不均勻微波輻射，且鄰近於桿狀天線配置之產品對應地以不均勻方式被加熱或處理。

因此，認為本發明之目標係對用於以微波處理產品之裝置進行組態，其方式為使得在儘可能少之構造性工作量的情況下使以微波儘可能均勻且有效地處理配置於處理室中之產品成為可能。

根據本發明，實現此目標之原因在於該微波輻射裝置包含突出至該處理室中且具有一導電內部導體及一導電外部導體之一同軸導體，其中該外部導體同軸配置地以一間隔開方式包圍該內部導體且包含至少一個開口，此實現微波穿過該開口發射至該產品上。耦合至該同軸導體中之微波可以一幾乎無損耗方式在該同軸導體之縱向方向上傳播，以使得一基本上恆定之高微波輸出跨越該同軸導體之整個長度可用。包圍該內部導體之該外部導體防止耦合至該 同軸導體中之該等微波的一徑向發射。該等內部耦合之微波可僅在該外部導體中之該至少一個開口的區域中離開該同軸導體且自該同軸導體發射。

該同軸導體可配置於該處理室中，其方式為使得在該產品之方向上引導定位於該外部導體中之該開口，且離開該同軸導體之該微波輻射經引導至該產品上。在小產品尺寸之情況下，該外部導體中之一個開口可能已足以實現以經由該開口發射之該等微波以一高效且相對均勻之方式處理該等產品。該開口之尺寸適當地適應於該內部耦合之微波之一頻率，其方式為使得實現經由該開口自該同軸導體以一空間上最均質之方式發射微波。

鑒於自該同軸導體儘可能高效地發射微波，視情況規定該同軸導體之形成方式係使得內部耦合之微波在該同軸導體中形成駐波，且該至少一個開口在軸向方向上配置於一電場強度節點之一區域中。在一電場強度節點之一區域中，由該等微波產生之表面流動係最高的，以使得藉由此區域配置於中之一開口，使首先在該同軸導體內部傳播之該等微波的一最大可能外部耦合成為可能。

該同軸導體可作為一開放同軸導體組態於該等微波之一個耦合相對的一末端上，其中該內部導體不與該外部導體具有一導電連接，或具有一導電連接，以使得該外部導體與該內部導體在該同軸導體之末端處短路且具有相同電位。該同軸導體之自該等微波之耦合中至該浮動或短路之末端的一長度宜適應於該等內部耦合之微波之頻率，以便促進在該同軸導體中形成駐波。

在許多狀況下，詳言之對於食品或含水產品之加熱，可使用2.45GHz之一微波頻率。該等微波之一波長在此微波頻率下是大致12cm。在此狀況下，電場強度節點在各狀況下各自在該同軸導體之軸向方向上按一波長之一半或6cm的一距離定位。

根據本發明想法之一有利組態，規定該同軸導體包含兩個或更多 個開口，該等開口在軸向方向上離彼此一距離，該距離係該等微波之波長之一半的一整數倍數。在該同軸導體適應於配合具有例如2.45GHz之一頻率的微波使用的狀況下，該同軸導體可在軸向方向上包含多個開口，該等開口各自離彼此6cm之一距離且分別配置於一電場強度節點之區域中，藉此使耦合至該同軸導體中之該等微波的一相對高效的外部耦合成為可能。一個單個開口適當地具有小於一波長之一半的尺寸、或顯著地在軸向方向上小於該等微波之一波長之一半且例如小於該等微波之該波長之四分之一、六分之一或八分之一的一最大開口直徑。

因為該等微波可以一幾乎無損耗方式在軸向方向上在該同軸導體內部傳播，所以數個開口可跨越該同軸導體之整個長度配置。該開口離相鄰開口之各別距離可宜係該等內部耦合之微波之一波長的一半，但其他距離亦係可能的。為了獲得經由該多個開口以一最均勻方式發射微波，舉例而言，該等開口之各別大小及其定向以及該等開口在軸向方向上之各別配置及其在待處理之該產品之方向上的各別定向可適應於所關注產品及其相對於該同軸導體之配置。

根據本發明想法之一可選組態，規定該至少一個開口在該外部導體之周界方向上跨越小於一周界之一半延伸。該至少一個開口適當地在配置於該處理室中之該產品的方向上定向。藉由該開口之定向，可建立自該同軸導體以對應地經引導當時發射該等微波。該周界方向中之一開口的範圍愈大，藉由該開口實現之微波輻射的出耦愈強，但該微波輻射之在許多狀況下所要的一聚焦及定向在一大開口中比在一小開口中愈小。

根據本發明想法之一有利具體實例，規定一中空圓柱形介電質實心體配置於該內部導體與該外部導體之間的一內部空間中，該介電質實心體之電容率(permittivity)大於空氣之電容率。該介電質實心體宜具有在操作期間所提 供之頻率範圍中的一最小介電耗損因數。

該內部導體與該外部導體之間的內部空間基本上完全由該中空圓柱形介電質實心體填充。然而，由於容限原因及亦由於一方面該內部導體及該外部導體及另一方面該介電質實心體之材料的不同熱膨脹係數，一小槽保持圍繞該內部導體係有利的。該介電質實心體在徑向方向上離該內部導體且可能亦離該外部導體至少具有一小距離，以使得該介電質實心體跨越該整個周界表面或至少在截面上跨越整個周界表面離該內部導體或者視具體狀況替代地或另外離該外部導體具有一小距離。

鑒於該等微波經由開口之一最有效發射，該介電質實心體宜在該至少一個開口之區域中具有朝內突出或朝外突出之一特徵。藉助於該介電質實心體之輪廓在該開口之區域中，詳言之在沿著該開口之一周界邊緣的一過渡區域中，的一適合路線，該同軸導體之一輸入阻抗可適應於該處理室中之周圍介質的一輸出阻抗，以便實現最有利該等微波自該同軸導體外部耦合至該處理室中。

1‧‧‧裝置

2‧‧‧產品

3‧‧‧同軸導體

4‧‧‧內部導體

5‧‧‧外部導體

6‧‧‧開口

7‧‧‧路線

8‧‧‧介電質實心體

9‧‧‧特徵

10‧‧‧過渡區域

11‧‧‧周界邊緣

12‧‧‧小環形間隙

13‧‧‧處理室/輻射室

14‧‧‧外殼

15‧‧‧耦合裝置

16‧‧‧產品平台

II-II‧‧‧截面平面

III-III‧‧‧截面平面

IV-IV‧‧‧截面平面

在下文中，更詳細地解釋以本發明想法之例示性方式展示的例示性具體實例，在圖式中示意性地說明本發明想法。在下圖中：圖1展示根據本發明之同軸導體的立體圖，圖2展示沿著圖1中之截面平面II-II之圖1中展示之同軸導體的截面圖，圖3展示沿著圖1中之截面平面III-III之圖1中展示之同軸導體的截面圖，圖4展示沿著圖1中之截面平面IV-IV之圖1中展示之同軸導體的另一截面圖，且圖5展示具有處理室之本發明裝置的示意性表示，其中產品配置於處理室中 且同軸導體配置於產品上方。

在圖5中示意性地表示之用於以微波處理產品2之裝置1包含圖1至圖4之不同視圖中展示的同軸導體。同軸導體3包含導電內部導體4及圍繞內部導體4配置之中空圓柱形且導電之外部導體5。同軸導體3可在軸向方向上具有自米直至大於50cm或1m之長度。同軸導體3之長度及內部導體4及特定言之外部導體5之徑向尺寸兩者適當地適應於微波之頻率或波長，微波將在裝置1之操作期間耦合至同軸導體3中。

在以例示性方式展示之例示性具體實例中，外部導體5包含兩個開口6。然而，外部導體5亦可具有僅僅一個開口6，或同樣多於兩個開口6。兩個開口6分別在周向方向上跨越稍微小於外部導體5之一半周長而延伸。在所說明例示性具體實例中，兩個開口6在軸向方向上間隔開具有預定微波頻率之在操作期間耦合中的微波之大約一個波長。舉例而言，若2.45GHz之有利微波頻率用於食品之加熱，則兩個開口6在軸向方向上之距離大約係12cm。

適當地，兩個開口6之間的距離係以一種方式選擇，該方式使得該距離為以預定微波頻率饋入的微波之波長一半的倍數，其中開口6中之每一者配置於電場強度節點之區域中。宜以使得內部耦合之微波在同軸導體3中形成駐波之一方式設定同軸導體3之長度。圖4相對於在同軸導體3中產生之內部耦合之微波之駐波的所指示路線7示意性地展示同軸導體3及配置於其外部導體5中之開口6的空間尺寸。

中空圓柱形介電質實心體8配置於內部導體4與外部導體5之間。介電質實心體8例如由聚乙烯或聚四氟乙烯組成且具有比空氣顯著較高的電容率，以及針對內部耦合之微波之相對小介電質功率損耗。介電質實心體8亦增加 同軸導體3之機械強度。

在由外部導體5之開口6界定的區域中，實心體8在各種狀況下下包含朝內突出之一個特徵9。特徵9之形狀詳言之在沿著開口6之周界邊緣11的過渡區域10中以一種方式設計，該方式使得微波自同軸導體3經由開口6至周圍環境中的最有效外部耦合有可能實現。

小環形間隙12設置於內部導體4與環繞之介電質實心體8之間，一方面以便能夠補償歸因於同軸導體3之製造期間的容限之各別尺寸之波動，且另一方面以便能夠補償在操作期間歸因於分別使用之材料的不同熱膨脹係數之內部導體4及介電質實心體8的不同膨脹。

圖5示意性地展示具有包圍處理室13之外殼14的裝置1。同軸導體3自外部突出至處理室13中。適合之微波亦可經由耦合裝置15自處理室13外部耦合至同軸導體3中。待處理之產品2定位於配置於處理室13中之產品平台16上。同軸導體3及特定言之，同軸導體3中之開口6經定向，其方式為使得產品2可完全且至少幾乎均質地輻射，且由此由自兩個開口6出射之微波輻射儘可能均勻地加熱。

開口6之數目及同軸導體3之長度可以適合之方式適應於產品2之尺寸。同樣地可設想多個同軸導體3突出至處理室13中且，在配置於其中來以所發射微波處理產品2。在多個同軸導體3中，個別同軸導體3及各別開口6可配置且定向，其方式為使得運用自開口6輻射之微波實現產品2之極均質輻照。

產品2可係例如待由微波輻射加熱較短時間段且藉此保藏或除菌之食品或便利食品。亦可設想諸如裝置或組件之其他工業產品用根據本發明之裝置處理且藉此得以處理或進一步處理。

Claims (6)

1. 一種用於以微波處理一產品(2)之裝置(1)，其中該裝置(1)包含該產品(2)可在其中配置之一處理室(13)及配置於該處理室(13)中之一微波輻射裝置，可藉助於該處理室輻射耦合至該微波輻射裝置中之微波，其中該微波輻射裝置包含突出至該處理室(13)中之一同軸導體(3)且具有一導電內部導體(4)及一導電外部導體(5)，其中該外部導體(5)同軸配置地以一間隔開方式包圍該內部導體(4)且包含至少一個開口(6)，此實現微波穿過該開口(6)發射至該產品(2)上。
2. 如請求項1所述之裝置(1)，其中該同軸導體(3)經組態，其方式為使得內部耦合之微波在該同軸導體(3)中形成駐波，且該至少一個開口(6)在軸向方向上配置於一電場強度節點之一區域中。
3. 如請求項1或2所述之裝置(1)，其中該同軸導體(3)包含兩個或更多個開口(6)，該等開口在軸向方向上離彼此一距離，該距離係所述微波之波長之一半的一整數倍數。
4. 如前述請求項中任一項所述之裝置(1)，其中該至少一個開口(6)在該外部導體(5)之周界方向上跨越小於一周界之一半延伸，且該至少一個開口(6)在配置於該處理室(13)中之該產品(2)的方向上定向。
5. 如前述請求項中任一項所述之裝置(1)，其中一中空圓柱形介電質實心體(8)配置於該內部導體(4)與該外部導體(5)之間，該介電質實心體之電容率大於空氣之電容率。
6. 如請求項5所述之裝置(1)，其中該介電質實心體(8)在該至少一個開口(6)之該區域中包含朝內突出或朝外突出之一特徵(9)。