Four électrique à très haute fréquence La présente invention se rapporte à un four élec trique à très haute fréquence. Des matériaux comme des aliments par exemple peuvent être chauffés ou cuits par l'absorption directe de l'énergie radiante communiquée au four. On utilise souvent une énergie se situant dans la gamme des fréquences des micro ondes ou près de cette gamme.
Des difficultés se sont souvent présentées dans l'équilibrage de l'impédance de la charge avec celle de la source de radiations dans ces sortes de four. Un déséquilibre d'impédance peut provoquer un échauffement de la source et un manque de chauffage du matériau que l'on doit chauffer. Les difficultés d'équilibrage s'accroissent dans les fours à micro- ondes de petites dimensions, parce que probablement ils peuvent admettre moins de modes divers de pro pagation pour une longueur d'onde donnée.
La présente invention tend à réduire les possibi lités de déséquilibre entre l'impédance de la charge d'un four à très haute fréquence et celle de sa source, et concerne spécialement des fours à micro-ondes de petites dimensions.
Selon l'invention, le four électrique comporte un circuit d'entrée couplé avec une source d'énergie de haute fréquence, un compartiment de chauffage, et des moyens pour injecter cette énergie sous forme de radiations à travers une ouverture pratiquée dans ce compartiment, et est caractérisé en ce que le compar timent de chauffage comporte des moyens agencés pour supporter les matériaux à chauffer à l'intérieur dudit compartiment et en ce qu'un écran est interposé entre ces matériaux à chauffer et ladite ouverture,
l'écran ayant une position et des dimensions telles que l'impédance de la charge du four présente pra- tiquement la même valeur que l'impédance de la source d'énergie couplée avec le circuit d'entrée.
La périphérie dudit écran peut être espacée des parois du compartiment de façon à créer un champ électromagnétique pratiquement uniforme à l'inté rieur de ce compartiment.
Selon un autre mode de réalisation de la pré sente invention, le four peut comporter une source de radiations constituée par un oscillateur à magné- tron refroidi par l'air, muni d'un ensemble d'ailettes de refroidissement. Un dispositif de ventilation peut être placé à proximité des ailettes de refroidissement de telle sorte qu'un courant d'air direct soit dirigé sur les ailettes vers un guide d'onde qui connecte la sortie du magnétron avec le compartiment du four.
Un ensemble d'ouvertures du guide d'onde peut être dis posé selon un emplacement correspondant à un point où l'air à l'extérieur du guide d'onde se trouve à une pression élevée, et de ce fait l'air s'écoule à tra vers ces ouvertures et à travers le guide d'onde puis dans le compartiment du four. Le compartiment du four peut être muni de parois comportant un ensem ble d'ouvertures pour permettre au courant d'air de s'échapper du compartiment de four, emportant avec lui les vapeurs qui se forment pendant la cuisson. L'écran sert à étaler l'énergie électromagnétique qui s'écoule à travers l'ouverture extérieurement le long de la surface de l'écran vers les bords extérieurs de l'écran.
L'énergie rayonnante se trouve de ce fait introduite dans le compartiment de façon sensible ment uniforme sur la périphérie de la plaque d'écran, ce qui contribue à créer une intensité de champ sen siblement uniforme à l'intérieur du compartiment. L'écran sert aussi à équilibrer l'impédance de la charge avec celle du magnétron. Afin de réduire les effets dus aux légers manques d'uniformité du champ, on peut monter un plateau rotatif à l'intérieur du compartiment sur lequel on peut disposer des ali ments pendant l'opération de cuisson, et ces aliments sont de ce fait mis en rotation pendant qu'ils cuisent pour que la cuisson soit uniforme pour la masse entière des aliments.
De plus, le compartiment du four peut être muni de dispositifs de verrouillage qui empêchent le fonctionnement du magnétron lorsqu'il ne se trouve aucun aliment à l'intérieur de la chambre de cuisson, et lorsque la porte du compartiment du four est ouverte.
Un mode de réalisation de l'invention est repré senté à titre d'exemple aux dessins annexés, sur lesquels la fig. 1 représente une vue en perspective d'un four à très haute fréquence ; la fig. 2 représente une coupe verticale trans versale d'une partie du four représentée sur la fig. 1 ; la fig. 3 représente une vue arrière du compar timent du four représenté sur les fia. 1 et 2 ; la fig. 4 représente une vue en plan de la partie du four représentée sur les fig. 1 et 2, et la fig. 5 représente une coupe verticale d'une partie du four de la fi-. 1.
En se reportant maintenant aux dessins, on voit un four comprenant un compartiment 10 constitué par une boite de forme rectangulaire composée de feuilles de métal et comprenant une extrémité ouverte déterminée par un flasque périphérique 12. Ce com partiment est de préférence enfermé dans un cof fre 14 dont une partie est représentée sur la fig. 2, et une charnière 16 est fixée sur une partie du coffre 14 et sur une porte 18 pour permettre d'ouvrir et de fermer à volonté ladite porte de façon à faciliter l'introduction et le retrait des aliments dans le com partiment du four 10.
Un mécanisme de fermeture comprenant une poignée 20 maintient la porte dans sa position haute ou fermée.
Les aliments à l'intérieur du compartiment du four 10 sont cuits par un chauffage diélectrique créé par des micro-ondes de haute fréquence que l'on injecte dans le four 10 au moyen d'un guide d'onde 22 muni d'une fente 24 alignée sur une fente 26 de la paroi supérieure 27 du compartiment du four 10. La fente 24 est placée dans le guide d'onde 22 en un endroit qui correspond à l'intensité de champ maximale à l'intérieur du guide d'onde.
Une plaque d'écran métallique 28 placée direc tement en dessous des fentes 24 et 26 est suspendue à la paroi supérieure du compartiment du four par un couple d'entretoises diélectriques 30, dont les bords sont écartés des parois latérales et finales d'en viron 1/i d'une longueur d'onde de la fréquence que l'on applique.
La fonction de la plaque d'écran 28 consiste à étaler l'énergie rayonnante qui traverse les fentes alignées 24 et 26 de façon sensiblement égale autour de la périphérie de l'intérieur du four, pour égaliser l'intensité du champ à l'intérieur dudit four. Les ali- ments à cuire sont placés sur une plate-forme 32 à l'intérieur du compartiment du four 10, qui est mon tée pour tourner sur une plaque de support 36, laquelle à son tour est supportée par un couple de tiges 38 qui traversent la paroi arrière 39 du com partiment du four 10.
Le plateau rotatif 32 est fixé sur un arbre 40 qui traverse la paroi inférieure 41 du compartiment du four 10, et comporte une pou lie 42 fixée sur son extrémité inférieure, ce qui per met de faire tourner l'arbre 40 et le plateau rota tif 32 par des moyens moteurs comportant une cour roie connectée à la poulie 42.
La présence de la plaque-écran 28 permet aussi à la charge qui se trouve à l'intérieur du comparti ment relativement petit du four de s'équilibrer étroi tement avec l'impédance de la source.
Pour faire fonctionner le four, on place les ali ments sur le disque rotatif 32 que l'on met en rota tion tandis qu'on l'expose à l'énergie des micro-ondes qui pénètrent dans le four par les fentes alignées 24 et 26. En dépit de l'effet égalisateur de l'écran 28, il se produit des variations d'intensité de champ à l'intérieur du compartiment du four qui pourraient occasionner une cuisson non uniforme des aliments dans ledit compartiment. Lorsque le plateau rotatif est mis en rotation cependant, l'intensité du champ s'établit selon une moyenne sur la surface des ali ments que l'on met à cuire.
De plus, la rotation du plateau 32 chargé d'aliments fait passer devant l'écran 28 une surface à chauffer qui varie avec la rotation de l'arbre 40, à moins que les aliments soient placés sur le plateau 32 d'une façon axiale- ment symétrique à l'arbre 40. Ces variations de sur faces à chauffer résultant du mouvement du plateau rotatif, provoquent de légères modifications de la fréquence engendrée par le magnétron, et de ce fait, l'orientation du champ est déplacée à l'intérieur de la chambre de cuisson. De plus, les propriétés diélec triques des aliments se modifient généralement pen dant le traitement de cuisson.
Cette particularité existe lorsque le contenu d'humidité des aliments se modifie considérablement pendant le traitement de cuisson. Elle affecte aussi l'impédance de charge comme on peut le voir sur le magnétron dont la fréquence varie et dont l'orientation du champ se déplace. Le résultat de tous ces éléments permet de cuire les aliments dans le four de façon pratique ment uniforme pour tout le volume des aliments.
La mise en place et les dimensions de l'écran 28 sont toutes deux quelque peu critiques, de petites différences donnant lieu à des différences correspon dant dans le fonctionnement, mais les dimensions optimales de l'écran et sa position optimale peuvent être facilement évaluées par la méthode d'approxi mation, la distance optimale entre les bords de la plaque d'écran 28 et les parois latérales 43 et les parois d'extrémité 39 et 84 du compartiment du four étant de l'ordre de 1/.1 de longueur d'onde corres pondant à la fréquence des micro-ondes d'entrée.
Les supports 30 de la plaque d'écran 28 sont faits de préférence d'un matériau diélectrique pour empêcher la plaque d'écran 28 et les supports 30 de former une boucle fermée avec la paroi supérieure 27 du compartiment du four, ce qui produirait un cou plage magnétique avec le champ dudit compartiment et provoquerait une extrême élévation de tempéra ture des pièces métalliques. L'emploi d'un matériau diélectrique pour ces supports 30 pallie pratiquement cet effet.
Un magnétron 44 fournit l'énergie en micro- ondes nécessaire pour cuire les aliments à l'intérieur du compartiment du four, et se trouve placé de pré férence derrière le compartiment du four 10, et connecté avec le guide d'onde 22 et le conducteur central 45 (fig. 5), de son dispositif de sortie coaxial connecté à une prise 48 introduite dans le guide d'onde 22 pour transmettre l'énergie engendrée par le magnétron 44 au guide d'onde 22. Le conducteur extérieur 46 est connecté électriquement avec le guide d'onde 22.
Ce guide d'onde présente de pré férence un dôme sur la paroi latérale directement opposée à l'emplacement auquel le magnétron 44 est connecté, pour créer un couplage d'énergie à bande large, pratiquement insensible aux variations de l'impédance de charge qui peuvent se produire pour diverses sortes d'aliments et différentes impé dances pendant le traitement de cuisson. Le magné- tron 44 est de préférence du type refroidi par l'air comportant un ensemble d'ailettes 48, et l'on fait passer un courant d'air de refroidissement à travers ces ailettes de rayonnement 48 au moyen d'un venti lateur comportant un moteur 50 et des pales 52.
Les dimensions du guide d'onde sont telles que seul le mode dominant peut exister à l'intérieur du guide d'onde.
Le guide d'onde 22 est muni près de son extré mité d'un ensemble d'ouvertures 54 (fig. 5) qui se trouvent sur le trajet du courant d'air que l'on fait passer dans les pales 52 du ventilateur. L'air déplacé par ces pales s'écoule donc dans le guide d'onde 22 par les ouvertures 54, et se déplace le long du guide d'onde 22 pour passer dans le compartiment du four 10 à travers les fentes alignées 24 et 26. On laisse s'échapper le courant d'air du compartiment du four 10 à travers la paroi arrière 39 du compar timent, qui est munie d'une ouverture rectangulaire 58 fermée par un écran de recouvrement 60 bou lonné sur la paroi arrière 46 avec des boulons 62.
L'écran 60 comporte un ensemble multiple de trous 64 suffisamment petits chacun pour empêcher le rayonnement de s'échapper de l'intérieur du compar timent du four 10 par l'écran 60. L'air que l'on fait passer dans le guide d'onde 22 cependant, se déplace librement à travers les trous 64 de l'écran 60 et entraîne avec lui les odeurs de cuisson et d'autres vapeurs indésirables engendrées par l'opération de cuisson.
Une cornière 66 est boulonnée sur la paroi arrière 39 du compartiment de four 10 au moyen de boulons 67 et supporte un couple de pivots 68 qui ont la forme de boulons maintenus en position fixe par rapport à la cornière 66 par des écrous 70 qui s'y trouvent vissés sur le côté opposé de la cor nière 66 depuis leur tête. Les extrémités supérieures des pivots 68 ont des pointes aiguisées qui sont en contact avec les colliers 72 fixés sur les tiges de support 38. Un contrepoids ayant la forme d'une barre 74 est fixé sur les extrémités de chacune des tiges de support 38.
La plate-forme 36 est montée pour pouvoir pivo ter à l'intérieur du compartiment du four 10,- et est conçue pour pivoter par rapport aux axes 68 en fonction du poids des aliments qui peuvent être placés à l'intérieur du compartiment du four 10. Lorsqu'il n'y a pas d'aliments à l'intérieur du compartiment de four 10, la position de la plaque de support 36 est élevée, comme on peut le voir sur la fig. 2, mais lorsque les aliments sont placés à l'intérieur du four, le poids des aliments fait pivoter l'ensemble dans le sens sinistrorsum, comme on peut le voir sur la fig. 2, sur les éléments de pivotement 68.
La connexion entraînée par la poulie 42 est suffisam- ment souple pour accuser les légers déplacements de la poulie en fonction du déplacement de la plaque de support 36.
Un micro-interrupteur 76 est fixé sur la paroi arrière 39 du compartiment du four 10 et son élément de commande est engagé dans le contrepoids 74 dans la position représentée sur les fig. 2 et 3, quand il ne se trouve aucun aliment à l'intérieur du com partiment 10. Lorsque l'ensemble pivote en réponse aux aliments qui sont placés dans le compartiment du four, le contrepoids 74 s'élève pour couper le contact avec le dispositif de manoeuvre du micro= interrupteur 76, par quoi un signal électrique est créé pour indiquer que les aliments se trouvent en place dans le compartiment du four 10.
Le micro-inter- rupteur 76 est de préférence connecté dans le circuit du magnétron 44 pour déconnecter son potentiel d'anode, ou autrement dit, déconnecter le magnétron lorsqu'il ne se trouve aucun aliment à l'intérieur du compartiment du four 10. Cette action est nécessaire pour prévenir un rapport d'ondes démesurément élevé qui pourrait se produire sans aucune charge diélec trique dans le four, ce qui tendrait à réduire la longueur de vie du magnétron ou, autrement dit, altérer son fonctionnement.
Lorsque l'opération de cuisson est en cours, il est important que la porte 18 empêche toute quantité appréciable de radiations de s'échapper du compar timent du four 10. Ceci parce que ces radiations ne sont pas seulement dangereuses pour l'homme à des doses élevées, mais aussi parce que son quatrième harmonique peut gêner les instruments de mesure de navigation aérienne. La porte 18 qui est mieux représentée sur la fig. 4 comporte un cadre creux comprenant une paroi extérieure 78 et une paroi intérieure 80.
Cette paroi intérieure 80 est pourvue d'un ensemble d'ouvertures alignées selon la surface plane du flasque 12 du compartiment de four 10 sur toute la périphérie dudit flasque. Dans chacune des ouvertures, on a placé un arbre 82 qui est fixé sur un élément de fermeture 84 placé sur le côté opposé de la plaque arrière 80. A l'intérieur de la porte 18, on a fixé un collier 86 sur chaque arbre 82, et un ressort séparé 88 comprime chaque arbre 82 vers l'arrière, en appliquant une certaine force entre la paroi frontale avant 78 de la porte 18 et le collier 86.
La plaque de fermeture 84 est faite d'un matériau élastique pour lui permettre de s'appliquer pratiquement sur le contour du flasque 12, si ce contour diffère de la surface plane. De cette façon, les fuites de radiations par la porte lorsqu'elle est en position fermée sont pratiquement empêchées.
La surface plane du flasque 12 est conçue pour être environ de 1/4 de longueur d'onde de la fré quence d'entrée des micro-ondes, pour atténuer encore toute radiation qui pourrait fuir entre le flas que 12 et l'élément de fermeture 60.
Un micro-interrupteur 90 (fig. 2) est fixé sur le coffre 14, et son élément de commande coopère avec la paroi arrière 80 de la porte 18, lorsque cette dernière est en position fermée comme on peut le voir sur la fig. 2. Le micro-interrupteur 90 indique de cette façon que la porte est ouverte ou fermée, et il est connecté au circuit du magnétron pour empêcher son fonctionnement lorsque la porte est ouverte, ce qui empêche les radiations de s'échapper du compartiment du four 10 lorsque la porte 18 est ouverte par inadvertance pendant l'opération de cuisson.
L'extrémité avant du guide d'onde 22 est munie d'une paroi amovible 92 portant une poignée 94, ce qui permet de régler la longueur du guide d'onde 22 selon le point voulu de fonctionnement du magnétron situé sur sa courbe de fonctionnement. Une fois que la paroi 92 est réglée dès le début, elle peut rester dans cette position sans qu'il soit nécessaire de pro céder à un autre réglage. Sa principale fonction consiste simplement à se plier aux variations de dimensions et de géométrie du guide d'onde et du compartiment de four 10 qui sont dues aux tolérances de fabrication. L'équilibrage de l'accord et de l'impé dance du système peut être recherché par l'intro duction d'une sonde dans la fente 91 du guide d'onde 22, et examen du rapport d'onde stationnaire.
La paroi amovible 92 est initialement réglée selon une charge moyenne à l'intérieur du compar timent du four 10 pour donner un rapport d'onde stationnaire 1/I à l'intérieur du guide d'onde 22. Des variations de charge à l'intérieur du compar timent de four 10 peuvent provoquer l'élévation à 2/1 du rapport d'onde stationnaire environ pen dant l'opération de cuisson, bien que des rapports plus élevés soient admissibles suivant les caractéris tiques du magnétron 44. Un rapport d'onde sta tionnaire 1/1 indique que toute la puissance trans mise est absorbée par la charge, ce qui est par conséquent le but de l'appareil.
La présence de la plaque d'écran 28 permet au compartiment 10 du four avec sa charge sous la forme d'aliments de présenter une impédance de charge vue par le magnétron très voisine de la valeur de l'impédance de sortie du magnétron qui, dans un cas typique, se situe aux environs de 50 ohms. L'écran 28 empêche aussi la surexposition de la surface supérieure des aliments à cuire en empêchant les radiations de se propager directement à partir de la source primaire représentée par les fentes ali gnées 24 et 26. Il en résulte une répartition de champ plus uniforme à travers toute l'épaisseur des aliments à cuire, ce qui fournit une cuisson sensible ment uniforme des aliments.
Dans un mode de réalisation de la présente inven tion que l'on peut prendre à titre d'exemple, le magnétron utilisé avait une puissance de 1 KW et était refroidi par l'air, les dimensions des divers élé ments étant les suivantes : pour la fréquence utilisée qui était de 2450 mégacycles, le compartiment du four avait une largeur de 178 mm, une hauteur de 114 mm, une profondeur de 213 mm; le guide d'onde était de 43 x 86 mm, la distance de sa base à la plus proche paroi d'extrémité du guide d'onde 22 étant de 22 mm, le centre de l'ouverture 24 étant à 223 mm du centre de la base 48, et à 57 mm de la paroi d'extrémité 92 du guide d'onde 22. La pla que d'écran 28 était fixée à 22,3 mm au-dessous de la paroi supérieure 27.
Very high frequency electric furnace The present invention relates to a very high frequency electric furnace. Materials such as food, for example, can be heated or cooked by the direct absorption of radiant energy imparted to the oven. Energy is often used that is in or near the microwave frequency range.
Difficulties have often arisen in balancing the impedance of the load with that of the source of radiation in these kinds of furnaces. An impedance imbalance can cause the source to heat up and the material to be heated to not heat. The difficulties of balancing increase in microwave ovens of small dimensions, because they can probably admit less various modes of propagation for a given wavelength.
The present invention tends to reduce the possibilities of imbalance between the load impedance of a very high frequency oven and that of its source, and especially relates to microwave ovens of small dimensions.
According to the invention, the electric oven comprises an input circuit coupled with a high frequency energy source, a heating compartment, and means for injecting this energy in the form of radiation through an opening made in this compartment, and is characterized in that the heating compartment comprises means arranged to support the materials to be heated inside said compartment and in that a screen is interposed between these materials to be heated and said opening,
the screen having a position and dimensions such that the impedance of the furnace load has almost the same value as the impedance of the power source coupled with the input circuit.
The periphery of said screen can be spaced from the walls of the compartment so as to create a practically uniform electromagnetic field inside this compartment.
According to another embodiment of the present invention, the furnace can include a source of radiation constituted by an air-cooled magnetron oscillator, provided with a set of cooling fins. A ventilation device can be placed near the cooling fins such that a direct air stream is directed over the fins to a waveguide which connects the outlet of the magnetron with the furnace compartment.
A set of waveguide apertures may be arranged at a location corresponding to a point where the air outside the waveguide is at high pressure, and thereby the air s' flows through these openings and through the waveguide and into the oven compartment. The oven compartment may be provided with walls comprising a set of openings to allow the air stream to escape from the oven compartment, carrying with it the vapors which form during cooking. The screen serves to spread the electromagnetic energy flowing through the opening externally along the surface of the screen to the outer edges of the screen.
The radiant energy is therefore introduced into the compartment in a substantially uniform manner over the periphery of the screen plate, which helps to create a substantially uniform field strength within the compartment. The screen is also used to balance the impedance of the load with that of the magnetron. In order to reduce the effects due to slight unevenness of the field, a turntable can be mounted inside the compartment on which food can be placed during the cooking operation, and these foods are therefore placed. rotating while they cook so that the cooking is uniform for the entire mass of the food.
In addition, the oven compartment can be provided with locking devices that prevent the operation of the magnetron when there is no food inside the cooking chamber, and when the oven compartment door is open.
An embodiment of the invention is shown by way of example in the accompanying drawings, in which FIG. 1 shows a perspective view of a very high frequency oven; fig. 2 shows a transverse vertical section of a part of the oven shown in FIG. 1; fig. 3 is a rear view of the oven compartment shown in figs. 1 and 2 ; fig. 4 is a plan view of the part of the oven shown in FIGS. 1 and 2, and fig. 5 shows a vertical section of part of the furnace of the fi. 1.
Referring now to the drawings, we see an oven comprising a compartment 10 constituted by a box of rectangular shape composed of metal sheets and comprising an open end determined by a peripheral flange 12. This compartment is preferably enclosed in a box. 14, part of which is shown in FIG. 2, and a hinge 16 is fixed on a part of the chest 14 and on a door 18 to allow said door to be opened and closed at will so as to facilitate the introduction and removal of food in the compartment of the oven 10 .
A closing mechanism comprising a handle 20 maintains the door in its raised or closed position.
The food inside the oven compartment 10 is cooked by dielectric heating created by high frequency microwaves which are injected into the oven 10 by means of a waveguide 22 provided with a slot 24 aligned with a slot 26 in the top wall 27 of the oven compartment 10. The slot 24 is placed in the waveguide 22 at a location which corresponds to the maximum field strength inside the waveguide. .
A metal screen plate 28 placed directly below the slots 24 and 26 is suspended from the upper wall of the oven compartment by a pair of dielectric spacers 30, the edges of which are spaced from the side and end walls by approximately 1 / i of a wavelength of the frequency that is applied.
The function of the screen plate 28 is to spread the radiant energy which passes through the aligned slits 24 and 26 substantially evenly around the periphery of the interior of the furnace, to equalize the intensity of the field inside. of said oven. The food to be cooked is placed on a platform 32 inside the oven compartment 10, which is mounted to rotate on a support plate 36, which in turn is supported by a pair of rods 38 which pass through the rear wall 39 of the oven compartment 10.
The rotary plate 32 is fixed on a shaft 40 which passes through the lower wall 41 of the oven compartment 10, and has a lug 42 fixed to its lower end, which allows the shaft 40 and the rotary plate to be rotated. 32 by motor means comprising a belt connected to pulley 42.
The presence of the screen plate 28 also allows the load within the relatively small compartment of the furnace to balance tightly with the impedance of the source.
To operate the oven, the food is placed on the rotating disc 32 which is rotated while exposed to the energy of the microwaves which enter the oven through the aligned slots 24 and 26. Despite the equalizing effect of the screen 28, there are variations in field strength inside the oven compartment which could cause uneven cooking of the food in said compartment. When the turntable is rotated, however, the field strength averages over the area of the food being cooked.
In addition, the rotation of the food-loaded tray 32 causes a surface to be heated past the screen 28 which varies with the rotation of the shaft 40, unless the food is placed on the tray 32 axially. - symmetrically to the shaft 40. These variations in the surfaces to be heated resulting from the movement of the rotary plate, cause slight modifications in the frequency generated by the magnetron, and therefore the orientation of the field is shifted to the interior of the cooking chamber. In addition, the dielectric properties of foods generally change during the cooking process.
This peculiarity exists when the moisture content of food changes considerably during the cooking process. It also affects the load impedance as can be seen on the magnetron whose frequency varies and the orientation of the field shifts. The result of all these elements allows the food to be cooked in the oven in a practically uniform manner for the entire volume of the food.
The placement and dimensions of the screen 28 are both somewhat critical, with small differences giving rise to corresponding differences in operation, but the optimal dimensions of the screen and its optimal position can be easily assessed by the approximation method, the optimum distance between the edges of the screen plate 28 and the side walls 43 and the end walls 39 and 84 of the oven compartment being of the order of 1 / .1 in length wave corresponding to the frequency of the input microwaves.
The supports 30 of the screen plate 28 are preferably made of a dielectric material to prevent the screen plate 28 and the supports 30 from forming a closed loop with the top wall 27 of the oven compartment, which would produce a neck magnetic range with the field of said compartment and cause an extreme rise in temperature of metal parts. The use of a dielectric material for these supports 30 substantially overcomes this effect.
A magnetron 44 provides the microwave energy necessary to cook the food inside the oven compartment, and is preferably placed behind the oven compartment 10, and connected with the waveguide 22 and the central conductor 45 (fig. 5), of its coaxial output device connected to a socket 48 introduced into the waveguide 22 to transmit the energy generated by the magnetron 44 to the waveguide 22. The outer conductor 46 is electrically connected with waveguide 22.
This waveguide preferably has a dome on the side wall directly opposite the location to which the magnetron 44 is connected, to create a broadband energy coupling, virtually insensitive to variations in load impedance which. may occur for various kinds of food and different requirements during cooking processing. The magnetron 44 is preferably of the air-cooled type having an assembly of fins 48, and a flow of cooling air is passed through these radiating fins 48 by means of a fan. comprising a motor 50 and blades 52.
The dimensions of the waveguide are such that only the dominant mode can exist inside the waveguide.
The waveguide 22 is provided near its end with a set of openings 54 (Fig. 5) which are in the path of the air stream which is passed through the blades 52 of the fan. The air displaced by these blades therefore flows into the waveguide 22 through the openings 54, and moves along the waveguide 22 to pass into the oven compartment 10 through the aligned slots 24 and 26 The air stream of the oven compartment 10 is allowed to escape through the rear wall 39 of the compartment, which is provided with a rectangular opening 58 closed by a cover screen 60 bolted to the rear wall 46 with bolts 62.
Screen 60 has a multiple set of holes 64 each small enough to prevent radiation from escaping from inside the oven compartment 10 through screen 60. The air that is passed through the guide wave 22 however, moves freely through holes 64 of screen 60 and carries with it cooking odors and other unwanted vapors generated by the cooking operation.
An angle iron 66 is bolted to the rear wall 39 of the oven compartment 10 by means of bolts 67 and supports a pair of pivots 68 which have the form of bolts held in a fixed position with respect to the angle iron 66 by nuts 70 which s' there are screwed on the opposite side of the horn 66 from their head. The upper ends of the pivots 68 have sharp tips which contact the collars 72 attached to the support rods 38. A counterweight in the form of a bar 74 is attached to the ends of each of the support rods 38.
The platform 36 is mounted to be able to pivot inside the oven compartment 10, - and is designed to pivot with respect to the axes 68 depending on the weight of the food which can be placed inside the oven compartment. 10. When there is no food inside the oven compartment 10, the position of the support plate 36 is raised, as can be seen in fig. 2, but when the food is placed inside the oven, the weight of the food rotates the assembly in the sinistrorsum direction, as can be seen in fig. 2, on the pivot elements 68.
The connection driven by pulley 42 is flexible enough to accommodate the slight displacements of the pulley as a function of the displacement of the support plate 36.
A microswitch 76 is fixed on the rear wall 39 of the oven compartment 10 and its control element is engaged in the counterweight 74 in the position shown in FIGS. 2 and 3, when there is no food inside the compartment 10. When the assembly rotates in response to the food that is placed in the oven compartment, the counterweight 74 rises to cut contact with the oven. device for operating the micro = switch 76, whereby an electrical signal is created to indicate that the food is in place in the oven compartment 10.
The micro-switch 76 is preferably connected in the circuit of the magnetron 44 to disconnect its anode potential, or in other words, to disconnect the magnetron when there is no food inside the oven compartment 10. This action is necessary to prevent an inordinately high wave ratio which could occur without any dielectric load in the furnace, which would tend to reduce the life of the magnetron or, in other words, impair its operation.
When the baking operation is in progress, it is important that the door 18 prevents any appreciable amount of radiation from escaping from the oven compartment 10. This is because this radiation is not only dangerous to humans at times. high doses, but also because its fourth harmonic can interfere with air navigation measuring instruments. The door 18 which is better represented in FIG. 4 comprises a hollow frame comprising an outer wall 78 and an inner wall 80.
This inner wall 80 is provided with a set of openings aligned along the flat surface of the flange 12 of the oven compartment 10 over the entire periphery of said flange. In each of the openings, a shaft 82 has been placed which is secured to a closure member 84 placed on the opposite side of the back plate 80. Inside the door 18, a collar 86 has been attached to each shaft 82. , and a separate spring 88 compresses each shaft 82 rearwardly, applying some force between the front end wall 78 of the door 18 and the collar 86.
The closure plate 84 is made of a resilient material to enable it to substantially apply to the contour of the flange 12, if that contour differs from the flat surface. In this way, radiation leakage through the door when it is in the closed position is practically prevented.
The planar surface of the flange 12 is designed to be about 1/4 wavelength of the microwave input frequency, to further attenuate any radiation that might leak between the flange 12 and the microwave element. closing 60.
A microswitch 90 (FIG. 2) is fixed on the box 14, and its control element cooperates with the rear wall 80 of the door 18, when the latter is in the closed position as can be seen in FIG. 2. Microswitch 90 in this way indicates that the door is open or closed, and it is connected to the magnetron circuit to prevent its operation when the door is open, preventing radiation from escaping from the oven compartment. 10 when the door 18 is inadvertently opened during the cooking operation.
The front end of the waveguide 22 is provided with a removable wall 92 carrying a handle 94, which allows the length of the waveguide 22 to be adjusted according to the desired point of operation of the magnetron located on its operating curve. . Once the wall 92 is adjusted from the start, it can remain in this position without the need for any further adjustment. Its main function is simply to accommodate variations in the dimensions and geometry of the waveguide and of the furnace compartment 10 which are due to manufacturing tolerances. The balance of the tuning and the impedance of the system can be sought by the introduction of a probe in the slot 91 of the waveguide 22, and examination of the standing wave ratio.
The removable wall 92 is initially set at an average load inside the compartment of the furnace 10 to give a 1 / I standing wave ratio inside the waveguide 22. interior of furnace compartment 10 may cause the standing wave ratio to rise to about 2/1 during the firing operation, although higher ratios are permissible depending on the characteristics of magnetron 44. A ratio of A stationary wave 1/1 indicates that all the transmitted power is absorbed by the load, which is therefore the purpose of the apparatus.
The presence of the screen plate 28 allows the compartment 10 of the oven with its load in the form of food to present a load impedance seen by the magnetron very close to the value of the output impedance of the magnetron which, in a typical case is around 50 ohms. Screen 28 also prevents overexposure of the top surface of the food to be cooked by preventing radiation from propagating directly from the primary source represented by aligned slits 24 and 26. This results in a more uniform field distribution at through the entire thickness of the food to be cooked, which provides substantially uniform cooking of the food.
In an embodiment of the present invention which can be taken by way of example, the magnetron used had a power of 1 KW and was cooled by air, the dimensions of the various elements being as follows: for the frequency used which was 2450 megacycles, the furnace compartment had a width of 178 mm, a height of 114 mm, a depth of 213 mm; the waveguide was 43 x 86 mm, the distance from its base to the nearest end wall of the waveguide 22 being 22 mm, the center of the opening 24 being 223 mm from the center of base 48, and 57mm from end wall 92 of waveguide 22. Screen plate 28 was attached 22.3mm below top wall 27.