DE102008001637B4 - Microwave oven for the thermal treatment of goods - Google Patents
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- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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Abstract
Mikrowellenofen zur thermischen Behandlung eines Gutes (3), wobei eine Mikrowellen aussendende Energiequelle (1) mit einer Öffnung (13) eines kammerförmigen Applikators (2) direkt über einen Hohlleiter verbunden ist und der kammerförmige Applikator (2) aus einer das zu erwärmende Gut (3) kuppelförmig umfangenden Haube (6) mit einer konkaven Innenfläche und einer Grundplatte (7) besteht,
dadurch gekennzeichnet, dass
– der Hohlleiter (4) über seine Länge einen konstanten rechteckigen Querschnitt aufweist,
– die Öffnung (13) zur Einleitung der Mikrowellen in den kammerförmigen Applikator (2) von einer mikrowellentransparenten Aufnahme (5) verschlossen ist,
– das zu erwärmende Gut im geometrischen Zentrum der konkaven Innenfläche der Haube (6) des Applikators (2) auf der mikrowellentransparenten Aufnahme (5) platzierbar ist und dass
– eine Zusatzheizung (10) im Bereich der Grundplatte (7) innerhalb des kammerförmigen Applikators (2) und um das zu behandelnde Gut herum angeordnet ist.A microwave oven for the thermal treatment of a material (3), wherein a microwave emitting energy source (1) with an opening (13) of a chamber-shaped applicator (2) is connected directly via a waveguide and the chamber-shaped applicator (2) from a product to be heated ( 3) dome-shaped circumferential hood (6) with a concave inner surface and a base plate (7),
characterized in that
- The waveguide (4) over its length has a constant rectangular cross-section,
The opening (13) for introducing the microwaves into the chamber-shaped applicator (2) is closed by a microwave-transparent receptacle (5),
- The material to be heated in the geometric center of the concave inner surface of the hood (6) of the applicator (2) on the microwave-transparent receptacle (5) can be placed and that
- An additional heater (10) in the region of the base plate (7) within the chamber-shaped applicator (2) and arranged around the material to be treated around.
Description
Die Erfindung betrifft einen Mikrowellenofen zur thermischen Behandlung verschiedener Materialien. Derartige Einrichtungen werden auch als Mikrowelleneinrichtungen bezeichnet und finden bei der thermischen Behandlung, insbesondere bei der Hochtemperaturbehandlung verschiedener technischer Güter, verfahrenstechnisch breite Anwendung und kommen in kleiner und abgewandelter Ausführung auch im privaten Bereich zur Lebensmittelerwärmung zum Einsatz.The The invention relates to a microwave oven for thermal treatment different materials. Such facilities are also called Microwave devices referred to and found in the thermal treatment, especially in the high-temperature treatment of various technical Goods, procedurally broad application and come in smaller and modified execution Also used in the private sector for food warming.
Die angestrebte Erwärmung der jeweiligen Materialien erfolgt in derartigen Mikrowelleneinrichtungen stets durch Absorption der Energie eines eingespeisten elektromagnetischen Feldes, die unmittelbar im Volumen des zu erwärmenden Gutes erfolgt. Die mikrowellenspezifische Art der Erwärmung begründet die Eignung derartiger Einrichtungen zum schnellen und homogenen Erwärmen, Auftauen, Pasteurisieren, Sterilisieren, Trocknen, Entbindern und Sintern von verschiedenen Materialien (z. B. technische Keramik, Ferrite, etc.) sowie zum Aushärten von Verbundwerkstoffen.The desired warming the respective materials always takes place in such microwave devices by absorbing the energy of an injected electromagnetic Field, which takes place directly in the volume of the material to be heated. The Microwave-specific type of heating justified the suitability of such Facilities for rapid and homogeneous heating, thawing, pasteurisation, Sterilization, drying, debinding and sintering of various Materials (eg technical ceramics, ferrites, etc.) as well as for Harden of composites.
Stand der TechnikState of the art
Seit der Verwendung von Mikrowelleneinrichtungen zur Erwärmung unterschiedlicher Substanzen besteht das Problem der Realisierung einer definierten, möglichst gleichmäßigen und vom jeweiligen zu behandelnden Füllgut unabhängigen Feldverteilung bzw. Volumenabsorption der eingespeisten Energie, was häufig aus nachfolgenden Gründen schwierig ist.since the use of microwave devices to heat different Substances there is the problem of realizing a defined, preferably uniform and from the respective product to be treated independent Field distribution or volume absorption of the energy fed in, what is often subsequent reasons difficult.
Aus
verschiedenen Gründen
sind nur bestimmte Frequenzbereiche für die industrielle, wissenschaftliche und
medizinische Anwendung elektromagnetischer Wellen freigegeben, was
zwangsläufig
die Vorgabe der entsprechenden Wellenlängen bedeutet. Diese so genannten
ISM-Frequenzen (Frequencies for industrial, scientific and medical
radio-frequency equipment) sind weltweit durch die Internationale
Fernmeldeunion (IFU) vorgegeben und für Deutschland verbindlich in
EM 55011 und VDE 0875 Teil 11 als Grundfrequenzen für ISM-Geräte festgelegt.
Die erlaubten ISM-Frequenzbänder
im Mikrowellenspektrum von 300 bis 300000 MHz sind in der folgenden
Tabelle aufgeführt.
- 1) Gilt nur für Vakuum (in erster Näherung auch für Luft)
- 2) In den USA und in Großbritannien angewendet, aber in Deutschland wegen des Mobilfunks im D-Netz (GSM 900) nicht zugelassen
- 1) Applies only to vacuum (in the first approximation also for air)
- 2) Used in the United States and the United Kingdom, but not allowed in Germany because of the mobile radio in the D network (GSM 900)
Vom Standpunkt der Mikrowellen-Thermoprozesstechnik sind das UHF-Band und das SHF-Band mit den Frequenzen 2450 ± 50 MHz und 5800 ± 75 MHz die wichtigsten, weil die Mehrzahl der heute in Betrieb befindlichen Mikrowellen-Erwärmungsanlagen Magnetrons als Generatoren verwenden, die in diesen Frequenzbereichen mit Ausgangsleistungen von 0,6 bis 10 kW und hohem Wirkungsgrad (40 bis 75%) arbeiten.from The point of view of microwave thermal processing technology is the UHF band and the SHF band with the frequencies 2450 ± 50 MHz and 5800 ± 75 MHz the most important because the majority of those in operation today Microwave heating installations Magnetrons use as generators in those frequency ranges with output powers of 0.6 to 10 kW and high efficiency (40 to 75%) work.
Der
Großteil
der unterschiedlichen Applikatoren lässt sich in folgende Klassen
einteilen:
Wanderwellen-Applikatoren
Monomode-Applikatoren
(Monomode-Öfen)
Multimode-Applikatoren
(Multimode-Öfen)The majority of the different applicators can be divided into the following classes:
Traveling wave applicators
Single mode applicators (single mode ovens)
Multimode applicators (multimode ovens)
Parallel
dazu sind unterschiedliche Klassifizierungen für Mikrowellen-Erwärmungsanlagen
möglich. Zum
Beispiel können
mikrowellenbasierte Arbeitseinrichtungen in vier Gruppen eingeteilt
werden:
Resonanzhohlräume
oder Mikrowellenöfen,
Wanderwellensysteme
oder Hohlleiter,
Streufeld- oder Hohlraum-Schlitzresonatoren und Freiraumstrahler.In parallel, different classifications for microwave heating systems are possible. For example, microwave-based work equipment can be divided into four groups:
Resonant cavities or microwave ovens,
Traveling wave systems or waveguides,
Stray field or cavity slot resonators and free-space radiators.
Daraus
ist ersichtlich, dass eine Unterteilung häufig nach der Art Energieeinspeisung
oder der Art der Realisierung einer angestrebten Feldverteilung
erfolgt, was zugleich auf die Problematik dieses technischen Aspektes
hinweist. Es wird jedoch eine Einteilung nach dem technologischen
Prinzip bevorzugt. Hierbei wird unterschieden zwischen zwei Typen
von Mikrowellen-Erwärmungsanlagen:
„Batch”-Erwärmungsanlagen
(andere Bezeichnung: Chargen-Öfen)
und
Durchlauf-Erwärmungsanlagen
(Durchlauf-Öfen)From this it can be seen that a subdivision often takes place according to the type of energy input or the way of realization of a desired field distribution, which at the same time points to the problem of this technical aspect. However, a classification according to the technological principle is preferred. A distinction is made between two types of microwave heating systems:
"Batch" heating systems (other designation: batch ovens) and
Continuous heating plants (continuous furnaces)
Laut dieser Klassifizierung gehören die Wanderwellen-Applikatoren (engl. Traveling-Wave-Applicator) sowie Monomode- und Multimode-Applikatoren mit einem Förderband zu den Durchlauf-Erwärmungsanlagen. Die Monomode-Applikatoren und Multimode-Applikatoren ohne kontinuierliches Transportsystem sind dementsprechend „Batch”-Erwärmungsanlagen. Insbesondere bei „Batch”-Anlagen ist durch die fehlende kontinuierliche Transportbewegung der Gleichmäßigkeit der Erwärmung des zu behandelnden Gutes besondere Aufmerksamkeit zu widmen, was sich besonders bei Monomode-Applikatoren als schwierig erweist.Loud belong to this classification the traveling wave applicators (Traveling Wave Applicator) as well as single-mode and multi-mode applicators with a conveyor belt to the pass-through heating systems. The Single-mode applicators and multimode applicators without continuous transport system are accordingly "batch" heating systems. Especially with "batch" systems is through the lack of continuous transport movement of uniformity the warming to pay special attention to the material to be treated, which especially difficult with single-mode applicators.
Der Monomode-Applikator für den „Batch”-Betrieb (engl. Single-Mode-Applicator) ist ein Resonator, der bei Betriebsfrequenz nur eine einzige Feldkonfiguration (engl. Mode) zulässt. Dementsprechend werden die Abmessungen eines solchen Monomode-Applikators, beispielsweise mit rechteckigem Querschnitt, genau auf die eingespeiste Wellenlänge abgestimmt. Das Hauptproblem derartiger Applikatoren besteht darin, dass sich die Feldverteilung im Applikator durch die Einbringung des Materials verändert, so dass häufig keine homogene Erwärmung mehr erreicht wird.Of the Single Mode Applicator for the "batch" operation (engl. Single-mode Applicator) is a resonator, which at operating frequency only a single field configuration (English Mode) permits. Accordingly become the dimensions of such a single-mode applicator, for example with rectangular cross-section, exactly matched to the injected wavelength. The main problem of such applicators is that the field distribution in the applicator by the introduction of the material changed so often no homogeneous heating more is achieved.
Einen Ansatz zur Milderung dieses Problems verkörpern Multimode-Applikatoren. Bei einem Multimode-Applikator (engl. Multi-Mode-Applicator) handelt es sich um einen Resonator, bei dem mehrere Moden angeregt werden. Dazu muss der Applikator Abmessungen von mehreren Wellenlängen in mindestens zwei Richtungen aufweisen. Für einen gegebenen Frequenzbereich sind dann eine Vielzahl von Moden möglich. Bei einer eingegebenen Frequenz bietet dieser Applikatortyp das größte Nutzvolumen. Während bei den anderen Applikatortypen die Abmessungen aus den technischen Gründen vorgegeben und begrenzt sind, ist bei diesem Typ die Größe beliebig. Je größer der Applikator gewählt wird und je mehr Einsatzstoff sich darin befindet, desto mehr Moden können darin existieren. Idealerweise sind die Moden so überlagert, dass sich eine gleichmäßige Feldverteilung ergibt. Im Haushalt und bei vielen industriellen Anwendungen finden deshalb Multimode-Applikatoren den häufigsten Einsatz. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass die mit derartigen Einrichtungen erreichbare Gleichmäßigkeit der Feldverteilung für verschiedene Anwendungen nicht ausreicht und noch immer zu stark von der Beschickung der Anlage abhängt.a Approach to mitigate this problem embody multi-mode applicators. In a multimode applicator (multi-mode applicator) acts It is a resonator in which several modes are excited. For this, the applicator must have dimensions of several wavelengths in have at least two directions. For a given frequency range Then a variety of modes are possible. For an entered Frequency, this type of applicator offers the largest usable volume. While at the other types of applicators the dimensions of the technical establish are predetermined and limited, the size of this type is arbitrary. The bigger the Applicator selected and the more input material is in it, the more fashions can exist in it. Ideally, the fashions are superimposed, that gives a uniform field distribution results. To be found in the household and in many industrial applications This is why multimode applicators are the most common use. investigations However, have shown that achievable with such facilities uniformity the field distribution for different applications is not enough and still too strong depends on the feed of the plant.
Um das Heizgut möglichst homogen zu erwärmen, werden daher auch zusätzliche Hilfsmittel, wie Modenrührer und/oder Drehteller, eingesetzt, was natürlich mit einem erhöhten konstruktiven Aufwand und einer gesteigerten Störanfälligkeit verbunden ist.Around the heating material as possible to heat homogeneously, will therefore be additional Aids, such as fashion stirrers and / or turntable, used, which of course with an increased constructive Effort and an increased susceptibility is connected.
Nach
der
Es
ist weiterhin aus der
Nach
der
Nach
der
Bei Mikrowellenöfen für die Hochtemperaturanwendung sind kastenförmige oder zylinderförmige Applikatoren bekannt.at microwave ovens for the High temperature applications are box-shaped or cylindrical applicators known.
Aus
der
Auch
aus der
Als Nachteil der bekannten Geometrien und Strategien zur Erwärmung mittels Mikrowellenenergie und der Anordnung der Zusatzheizung in der Grundplatte verbleibt somit eine in Bezug auf das zu erwärmende Gut ungleichmäßige, inhomogene Feldverteilung, was zur ungleichmäßigen Erwärmung bis zum Zerstören des zu erwärmenden Gutes führen kann.When Disadvantage of the known geometries and strategies for heating by means Microwave energy and the arrangement of additional heating in the base plate thus remains uneven, inhomogeneous with respect to the material to be heated Field distribution, resulting in uneven heating until destroying the to be heated Lead well can.
Nachteilig ist weiterhin, dass der Einsatz von Drehtellern und/oder so genannten Feldrührern (Stirrer) sowie von mehreren Magnetrons zur Erhöhung der Effizienz der Erwärmung des zu behandelnden Gutes zusätzliche Kosten verursacht. Gleichzeitig wächst die Störanfälligkeit der damit ausgestatteten Anlagen, und durch Verschleißeffekte entsteht zusätzlicher Wartungsaufwand.adversely is still that the use of turntables and / or so-called Feldrührern (Stirrer) as well as several magnetrons to increase the efficiency of the heating of the additional good to be treated Costs caused. At the same time the susceptibility of the so equipped with it increases Plants, and through wear effects arises additional Maintenance.
Ein weiteres Problem herkömmlicher Mikrowellen-Öfen besteht in der Notwendigkeit, eine Tür bzw. eine Öffnung für das Einsetzen des Erwärmungsgutes durch spezielle konstruktive Maßnahmen gegen unerwünschte Leckstrahlung zu sichern. Das bringt ebenfalls zusätzliche Kosten mit sich und schafft potentielle Fehlerquellen im Betrieb derartiger Anlagen.One another problem more conventional Microwave ovens There is a need to have a door or opening for insertion of the warming material through special design measures against unwanted Secure leakage radiation. That also brings extra Costs and creates potential sources of error in the operation such facilities.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mikrowellen-Erwärmungsanlage anzugeben, welche die Nachteile bekannter Einrichtungen vermeidet, sich vor allem im „Batch”-Betrieb durch eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Fokussierung des Feldes auf das zu erwärmende Gut und ein homogenes Erwärmen des zu erwärmenden Gutes auszeichnet und keine beweglichen Zusatzteile, wie Drehteller und Stirrer, aufweist.Of the Invention is based on the object, a microwave heating system which avoids the disadvantages of known devices, especially in "batch" mode through one opposite The prior art improved focusing of the field on the to be heated Good and a homogeneous heating to be heated Good features and no moving accessories, such as turntables and Stirrer.
Die Aufgabe wird durch einen Mikrowellenofen zur thermischen Behandlung eines Gutes gelöst, bei dem eine Mikrowellen aussendende Energiequelle mit einer Öffnung eines kammerförmigen Applikators direkt über einen Hohlleiter verbunden ist und bei dem der kammerförmige Applikator aus einer das zu erwärmende Gut kuppelförmig umfangenden Haube mit einer konkaven Innenfläche und einer Grundplatte besteht, wobei der Mikrowellenofen insbesondere dadurch gekennzeichnet ist, dass
- – der Hohlleiter einen konstant rechteckigen Querschnitt aufweist,
- – die Öffnung zur Einleitung der Mikrowellen in den kammerförmigen Applikator von einer mikrowellentransparenten Aufnahme verschlossen ist,
- – das zu erwärmende Gut im geometrischen Zentrum der konkaven Innenfläche der Haube des Applikators auf der mikrowellentransparenten Aufnahme platzierbar ist und dass
- – eine Zusatzheizung im Bereich der Grundplatte vorgesehen ist.
- The waveguide has a constant rectangular cross section,
- The opening for introducing the microwaves into the chamber-shaped applicator is closed by a microwave-transparent receptacle,
- - The material to be heated can be placed in the geometric center of the concave inner surface of the hood of the applicator on the microwave-transparent recording and that
- - An additional heating is provided in the region of the base plate.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Innenfläche der Haube für Hochtemperaturanwendungen die Wärmestrahlung reflektierend ausgebildet.To an advantageous embodiment of the invention, the inner surface of the Hood for High temperature applications the heat radiation reflective trained.
Dies wird vorteilhaft beispielsweise dadurch erreicht, dass die Innenfläche der Haube aus Metall und/oder verspiegeltem Glas ausgebildet ist oder metallisch beschichtet ist und zumindest teilweise poliert ist. Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die polierte Innenfläche eine Rauhigkeit von kleiner oder gleich 300 μm auf.This is advantageously achieved for example by the fact that the inner surface of the Hood made of metal and / or mirrored glass is formed or is metallically coated and at least partially polished. To a particularly advantageous embodiment of the invention the polished inner surface a roughness of less than or equal to 300 microns.
Konstruktiv wird die Öffnung zur Einspeisung der Mikrowellen in den Applikator im zentralen Bereich einer ebenen Grundplatte bevorzugt angeordnet.constructive becomes the opening for feeding the microwaves into the applicator in the central area of a planar base plate preferably arranged.
Die Zusatzheizung ist vorteilhaft um die Öffnung im Bereich der Grundplatte um das zu behandelnde Gut angeordnet und in den Bereich der Grundplatte als Widerstands- oder Induktionsheizung integriert.The Additional heating is advantageous around the opening in the region of the base plate arranged around the material to be treated and in the area of the base plate integrated as resistance or induction heating.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Querschnittsflächen des Hohlleiters und der Öffnung des Applikators mit der mikrowellentransparenten Aufnahme modulartig an die Dimension des Gutes anpassbar ausgebildet. Somit kann bei einer wechselnden Proben- bzw. Gutgeometrie durch einen Wechsel von Hohlleiter, Öffnung und mikrowellentransparenter Aufnahme schnell und kostengünstig eine Anpassung vorgenommen werden, in deren Ergebnis wiederum optimal fokussierte Felder auf das Gut wirken.To a particularly advantageous embodiment of the invention are the Cross-sectional areas of the waveguide and the opening the applicator with the microwave-transparent recording modular formed adaptable to the dimension of the goods. Thus, at a changing sample or good geometry by a change of waveguide, opening and microwave-transparent recording quickly and inexpensively Adjustment are made, in turn, the result is optimal focused fields affect the estate.
Mit ähnlicher Wirkung vorteilhaft ist es, die Haube zusätzlich oder alternativ an die Gutgeometrie anzupassen. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen von Hauben sind halbkugelförmig, halbparaboloidförmig oder halbellipsoidförmig.With similar It is advantageous effect, the hood additionally or alternatively to the Good geometry to adapt. Particularly advantageous embodiments of hoods are hemispherical, semi-paraboloid or halbellipsoidförmig.
Zur Vermeidung von Leckstrahlung weist die Grundplatte eine Nut auf, in die der Rand der Haube eingreift.to Avoidance of leakage radiation, the base plate has a groove, in which engages the edge of the hood.
Die Konzeption der Erfindung besteht darin, dass nicht die Vergleichmäßigung der Felder im gesamten Raum des Applikators, sondern gerade im Gegenteil die Fokussierung sowohl des Mikrowellen-Feldes als auch der Wärmestrahlung auf das unmittelbare Volumen des thermisch zu behandelnden Gutes die Effizienz der Anlage entscheidend erhöht. Dadurch sind gerade im Hochtemperaturbereich Anwendungen möglich, die im Stand der Technik nicht mit Standard-Magnetrons erreichbar waren. Die Kombination einer Zusatzwärmequelle mit der Mikrowellenerwärmung ist vorteilhaft für Hochtemperaturanwendungen, indem die Aktivierungstemperatur des Gutes schneller erreicht wird. Für Niedertemperaturanwendungen im Bereich der Lebensmittel wird das Feldminimum der Mikrowelle durch das Temperaturfeld der Zusatzheizung überlagert und dadurch ausgeglichen.The Conception of the invention is that not the equalization of Fields throughout the space of the applicator, but just the opposite the focusing of both the microwave field and the heat radiation on the immediate volume of the material to be thermally treated significantly increases the efficiency of the system. As a result, are currently in the High temperature applications possible in the prior art were not available with standard magnetrons. The combination an additional heat source with the microwave heating is beneficial for High temperature applications by changing the activation temperature of the Good is achieved faster. For Low-temperature food applications will be the Field minimum of the microwave is superimposed by the temperature field of the additional heater and thereby balanced.
Im Bereich der Hochtemperaturanwendung besteht der besondere Vorteil darin, dass die Reflektion der Wärmestrahlung an der konkaven Haube zu einer Fokussierung der Energie im zentralen Bereich der Haube und der Grundplatte führt, in welchem das zu behandelnde Gut platziert ist.in the High temperature application has the particular advantage in that the reflection of heat radiation at the concave dome to focus the energy in the central Area of the hood and the base plate leads, in which the one to be treated Well placed.
Die Fokussierung der Felder zur Erwärmung des thermisch zu behandelnden Gutes erfolgt einerseits durch die haubenförmige Gestaltung des Applikators auf der Oberseite und die damit geometrisch bedingte Reflektion der Wärmestrahlung und andererseits durch die direkte Einleitung des Mikrowellenfeldes durch das zu behandelnde Gut hindurch. Die Kombination dieser Maßnahmen führt zu der vorteilhaften Erhöhung der Effizienz des erfindungsgemäßen Mikrowellenofens.The Focusing the fields for warming of the material to be thermally treated on the one hand by the domed Design of the applicator on top and thus geometric Conditional reflection of heat radiation and on the other hand by the direct introduction of the microwave field through the property to be treated. The combination of these measures leads to advantageous increase the efficiency of the microwave oven according to the invention.
Da die Haube und die Grundplatte nicht den gleichen Krümmungsradius aufweisen, lassen sich verschiedene Geometrien realisieren, bei denen der kammerförmige Applikator so geformt ist, dass sich überhaupt keine Flächenbereiche der Wand parallel gegenüberstehen beziehungsweise der Anteil solcher sich parallel gegenüberstehenden Wandflächen minimiert wird. Dadurch kommt es zur weitgehenden Unterdrückung der in herkömmlichen Mikrowellenanlagen für die Feldverteilung charakteristischen stehenden Wellen. Auch in diesem Fall kann die Umfassung des zu erwärmenden Gutes durch ein einzelnes Applikatorteil in einem Raumwinkel von mindestens 2π erfolgen, was beispielsweise bei der Verwendung einer hohlen Halbkugel, eines halben Paraboloids oder halben Ellipsoids als Haube und Oberteil des Applikators gegeben ist. Die Grundplatte ist vorzugsweise eben gestaltet, wobei auch eine leicht konkave Ausgestaltung vorteilhaft möglich ist.There the hood and the base plate do not have the same radius of curvature exhibit, different geometries can be realized, at those of the chamber-shaped Applicator is shaped so that no area at all facing the wall in parallel or the proportion of such in parallel wall surfaces is minimized. This leads to the widespread suppression of in conventional Microwave systems for the field distribution characteristic standing waves. Also in In this case, the enclosure of the goods to be heated by a single Applicator part take place in a solid angle of at least 2π, for example, when using a hollow hemisphere, a half paraboloid or half ellipsoid as dome and shell given the applicator. The base plate is preferably flat designed, with a slightly concave configuration advantageous possible is.
Realisiert werden die erfindungsgemäßen geometrischen Randbedingungen in besonders vorteilhafter Weise dadurch, dass der kammerförmige Applikator eine Haube umfasst, die auf eine Grundplatte aufgesetzt wird. Dadurch ergibt sich neben der vorteilhaften Feld- und Strahlungsfokussierung eine besonders einfach zu handhabende Konfiguration, da der Applikator nach der Befüllung mit dem zu erwärmenden Gut durch einfaches Aufsetzen der Haube geschlossen werden kann. Durch eine kantenlos ausgeführte Haube können zudem Reflektierungseffekte, die wiederum zur einer unerwünschten Feldverteilung führen würden, vermieden werden.The geometric boundary conditions according to the invention are realized in a particularly advantageous manner in that the chamber-shaped applicator comprises a hood, which is placed on a base plate. This results in addition to the advantageous field and radiation focusing a particularly easy-to-use configuration, since the applicator can be closed after filling with the material to be heated by simply placing the hood. Can by an edgeless executed hood In addition, reflection effects, which in turn would lead to an undesirable field distribution, are avoided.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Haube die Form einer Halbkugel aufweist und die Grundplatte eine ebene Fläche bildet, welche die Öffnung zur Einspeisung der Mikrowellen aufweist. Der Krümmungsradius der Grundplatte im Sinne der Erfindung ist in diesem Fall unendlich groß, die Beschickung der Anlage ist besonders einfach.When has proven particularly advantageous if the hood the shape a hemisphere and the base plate forms a flat surface, which the opening for feeding the microwaves. The radius of curvature of the base plate For the purposes of the invention is in this case infinitely large, the charge of the Plant is very simple.
Eine alternative vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht in der Ausbildung der Applikatorhaube als halber Paraboloid oder Ellipsoid. Damit ist die Anpassung der Fokussierung der Strahlung und des Feldes auf einen Bereich der Aufnahme des thermisch zu behandelnden Gutes möglich, und die Geometrie der Applikatorhaube kann an die des Gutes angepasst werden.A alternative advantageous embodiment of the invention consists in the formation of the applicator hood as a half paraboloid or ellipsoid. This is the adjustment of the focusing of the radiation and the field to a region of the recording of the material to be thermally treated possible, and the geometry of the applicator hood can be adapted to that of the goods become.
Es ist weiterhin insbesondere von Vorteil, wenn der Hohlleiter, der die Energiequelle mit dem kammerförmigen Applikator verbindet, eine Grundmode 1 (TE-Welle oder TM-Welle in Abhängigkeit der Eigenschaften der zu behandelnden Güter und Position des Magnetronkopfes auf dem Hohlleiter, TE = transversal elektrisch, TM = transversal magnetisch) als Monomode in den Applikator einleitet. Um die Monomode zu gewährleisten, ist der Hohlleiter über seine Länge mit einem konstanten rechteckigen Querschnitt ausgebildet.It is furthermore particularly advantageous if the waveguide, the connecting the energy source to the chamber-shaped applicator, a fundamental mode 1 (TE wave or TM wave depending on the properties of goods to be treated and position of the magnetron head on the waveguide, TE = transversal electrical, TM = transverse magnetic) as a single mode into the applicator initiates. To ensure the monomode, the waveguide is over its Length with formed a constant rectangular cross-section.
Als Energiequellen haben sich verschiedene Mikrowellengeneratoren, insbesondere Magnetrons, bewährt.When Energy sources have different microwave generators, in particular Magnetrons, proven.
Eine besonders robuste Bauform einer erfindungsgemäßen Mikrowelleneinrichtung, die gleichzeitig die Vorteile der besonderen Geometrie sehr effektiv umsetzt, ergibt sich, wenn die Wände oder zumindest die Innenseiten der Wände des kammerförmigen Applikators aus Metall und/oder verspiegeltem Glas bestehen oder metallisch beschichtet sind und zumindest teilweise polierte Innenflächen aufweisen. Zu unterscheiden sind hierbei Hochtemperaturanwendungen, wie Sintern oder Aushärten, und Niedertemperaturanwendungen, wie Lebensmittelerwärmung oder Trocknung.A particularly robust design of a microwave device according to the invention, at the same time the advantages of the special geometry very effective converts, results when the walls or at least the insides of the walls of the chamber-shaped applicator made of metal and / or mirrored glass or metallic are coated and have at least partially polished inner surfaces. A distinction must be made between high-temperature applications such as sintering or curing, and low temperature applications, such as food warming or Drying.
Auf vorteilhafte und einfache Weise lässt sich ein zuverlässiger Schutz gegen austretende Leckstrahlung realisieren, wenn die Grundplatte mindestens eine Nut aufweist, in die der Rand der Haube eingreift. Bei ausreichend enger Ausführung kann ein Austreten elektromagnetischer Wechselfelder mit den anfangs aufgelisteten Wellenlängen durch den Kontaktbereich der Teile des kammerförmigen Applikators verhindert werden. Gleichzeitig kann die Nut als Führungshilfe beim Schließen des Applikators dienen. Alternativ sind wirkungsgleiche, insbesondere formschlüssige Ausgestaltungen des Kontaktbereiches zwischen den einzelnen Teilen des kammerförmigen Applikators möglich und in ähnlich vorteilhafter Weise einsetzbar.On advantageous and simple way can be a reliable protection against leaking leakage when the base plate has at least one groove, in which engages the edge of the hood. With sufficiently tight execution can escape electromagnetic alternating fields with the beginning listed wavelengths prevented by the contact area of the parts of the chamber-shaped applicator become. At the same time, the groove as a guide when closing the Applicator serve. Alternatively, the same effect, in particular positive formations the contact area between the individual parts of the chamber-shaped applicator possible and in similar advantageously used.
Zur Einspeisung der Mikrowellen hat sich eine Geometrie als besonders effektiv erwiesen, bei der die Öffnung zur Einspeisung der Mikrowellen den zentralen Bereich der Grundplatte umfasst. In diesem Fall ergibt sich ein glockenförmiger bzw. halbkugelförmiger Mikrowellenofen mit einer Mikrowelleneinleitung im Zentrum des Ofens zum Erwärmen, Auftauen, Pasteurisieren, Sterilisieren, Trocknen und Sintern von verschiedenen Materialien (z. B. technische Keramik, Ferrite, etc.) sowie zum Aushärten von Verbundwerkstoffen.to Feeding the microwaves has a geometry as special effectively proved at the opening for feeding the microwaves the central area of the base plate includes. In this case, a bell-shaped or hemispherical microwave oven results with a microwave inlet in the center of the oven for heating, thawing, Pasteurizing, sterilizing, drying and sintering of various materials (eg technical ceramics, ferrites, etc.) as well as for curing of Composite materials.
Es ist im Sinne der Erfindung vorteilhaft, wenn mindestens eine Öffnung zur Einspeisung der Mikrowellen durch eine mikrowellentransparente Aufnahme für das zu erwärmende Gut verschlossen ist. Das kann eine einfache Platte oder eine komplizierter geformte Aufnahme sein. Durch ihre Mikrowellentransparenz erfolgt die Einleitung der Mikrowellen durch diese mikrowellentransparente Aufnahme und das auf ihr befindliche zu erwärmende Gut hindurch. Das zu erwärmende Gut wirkt dabei in Abhängigkeit von seinen spezifischen Eigenschaften als zusätzlicher Diffusor bei der Einspeisung der Mikrowellen in den Applikator und verhindert gegebenenfalls durch seine Volumenabsorption eine zu starke Rückstreuung der Mikrowellenstrahlung in den Hohlleiter.It is advantageous in the context of the invention, if at least one opening for Injection of microwaves through a microwave-transparent recording for the to be heated Well closed. That can be a simple plate or a complicated one be shaped receptacle. Due to their microwave transparency occurs the introduction of microwaves through this microwave transparent Recording and the product to be heated on it through. That too heated Good acts in dependence of its specific properties as an additional diffuser in the feed the microwaves in the applicator and prevents, if necessary Due to its volume absorption too much backscattering of the microwave radiation in the waveguide.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Gut dabei genau so groß wie oder größer als die Öffnung im Applikator. Das Feld gelangt somit durch das thermisch zu behandelnde Gut hindurch in den Applikator.To an embodiment of the invention, the good is just as big as or greater than the opening in the applicator. The field thus passes through the thermally treated Well into the applicator.
Erfindungsgemäß ist eine zusätzliche Wärmequelle vorgesehen, beispielsweise Widerstandserwärmung oder Induktionserwärmung, um das Gut effizient unter Nutzung von Kombinationseffekten zu erwärmen.According to the invention is a additional heat source provided, for example, resistance heating or induction heating to to heat the commodity efficiently using combination effects.
Die Konzeption der Erfindung besteht somit darin, dass ein definiertes Feld mit einer Grundmode und mit Feldmaximierung über einen Standard-Rechteckhohlleiter in den Applikator eingeleitet wird. Bei Hochtemperaturanwendungen mit Temperaturen von über 300°C führt die Erwärmung des Gutes durch das Mikrowellenfeld zu einer Wärmestrahlung, welche mit der parallel durch die Zusatzwärmequelle eingespeiste Wärme als Wärmestrahlung an der Applikatorgeometrie reflektiert und auf das Gut fokussiert wird.The concept of the invention thus consists in that a defined field with a fundamental mode and with field maximization is introduced via a standard rectangular waveguide in the applicator. In high-temperature applications with temperatures of over 300 ° C, the heating of the material through the microwave field leads to a heat radiation, which is reflected with the heat fed in parallel by the additional heat source as heat radiation at the applicator and focused on the estate.
Im Niedertemperaturbereich, bei der Erwärmung von Lebensmitteln beispielsweise, wird die Zusatzerwärmung im Applikator ein Temperaturfeld ausbilden, welches sich mit dem Hochfrequenzfeld dahingehend überlagert, dass die nach außen abfallende Erwärmung des Gutes durch die Grundmode von außen durch die Zusatzheizung kompensiert wird und somit eine gleichmäßigere Erwärmung des Gutes durch die Fokussierung von Wärmestrahlung und Hochfrequenzfeld erfolgt.in the Low temperature range, for example, when heating food is the additional heating form a temperature field in the applicator, which coincides with the Superimposed high-frequency field to that outward falling warming of the goods through the Grundmode from the outside by the additional heating is compensated and thus a more uniform heating of the goods by focusing of heat radiation and high frequency field occurs.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:Further Details, features and advantages of the invention will become apparent the following description of embodiments with reference on the associated Drawings. Show it:
Diese
Bestandteile sind eine Energiequelle
Die
Innenseiten der Haube
Durch
die runden bzw. weitgehend kantenlosen Formen des glockenförmigen bzw.
halbkugelförmigen Applikators
Auch
die halbkugelförmig,
glockenförmig
bzw. glockenformähnlich
ausgeführten
Hauben
Eine vorteilhafte Verwendung des Mikrowellenofens ergibt sich für Niedertemperaturanwendungen zur Lebensmittelerwärmung bei der Ausgestaltung mit einem Induktionskochfeld.A Advantageous use of the microwave oven results for low temperature applications for food warming in the embodiment with an induction hob.
Die
in den
Von besonderem Vorteil der Kombination von Zusatzheizung und Mikrowelle sowie Strahlungsfokussierung durch die Haubengeometrie ist weiterhin, dass Güter mit Mikrowellenankopplung bei hohen Temperaturen die so genannte Aktivierungstemperatur in kürzerer Zeit erreichen können. Solche Materialien sind: Titanate, Cordierit (Mg2Al4Si5O18), binäre Oxidkeramiken wie z. B. Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkoniumoxid (ZrO2) etc.Of particular advantage of the combination of additional heating and microwave and radiation focusing through the hood geometry is further that goods with microwave coupling can reach the so-called activation temperature in a shorter time at high temperatures. Such materials are: titanates, cordierite (Mg 2 Al 4 Si 5 O 18 ), binary oxide ceramics such as. As alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ) etc.
Die
- 11
- Energiequelleenergy
- 22
- kammerförmiger Applikatorchamber-shaped applicator
- 33
- zu erwärmendes Gutto be heated Well
- 44
- Mikrowellenübertragungsglied (Hohlleiter)Microwave transmission member (Waveguide)
- 55
- mikrowellentransparente Aufnahme (ebene Platte oder Tiegel sowie weitere komplizierter geformte Aufnahmen)microwave-transparent Recording (flat plate or crucible as well as more complicated shaped Recordings)
- 66
- HaubeHood
- 77
- Grundplattebaseplate
- 88th
- Arretierungs- und Sicherungsmittelarresting and securing means
- 99
- Nutgroove
- 1010
- Zusatzheizung (Widerstands- oder Induktionserwärmung)additional heating (Resistance or induction heating)
- 1111
- Grundmodefundamental mode
- 1212
- Temperaturfeldtemperature field
- 1313
- Öffnungopening
- 1414
- Abschirmungshielding
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