SE419494B - MICROWAG TYPE FLOW HEATER CONTAINING A CYLINDRIC MICROWAG APPLICATOR - Google Patents

Abstract

A cylindrical microwave applicator for heating appliances has adjusting means for varying the heating intensity in the cross section of a cylindrical load (1) conveyed through the applicator (2) in the longitudinal direction thereof, said means constituted of a metal wall structure (6) positioned in the applicator parallell with the axis thereof and adjustable from the outside and making contact, in a microwave manner, with the cylindrical and plane inner surface of the applicator.

Description

_: 7910621-7 ' 2 I det fall lasten transporteras genom applikatorn i kontakt med ett rörligt transportrör, -band eller dylikt, framstår emellertid önskemålet, att värmningen i lastens periferi inte skall vara. så liten, relativt sett, som i ovan nämnda appli- katortyp. I och för sig kan bestämningen av applikatordiaanxetern vid given lastdia- meter och dielektricitetskonstant hos lasten lösas exakt med transcendenta ekvatio- ner innehållande nollte ordningens Bessel- och Neumann-funktioner samt deras första- derivator. Emellertid kan man med framgång använda approximativa beräkningsmetoder. However, in the event that the load is transported through the applicator in contact with a movable conveyor pipe, belt or the like, it is desired that the heating in the periphery of the load should not be. as small, relatively speaking, as in the above-mentioned applicator type. As such, the determination of the applicator diameter at the given load diameter and dielectric constant of the load can be solved exactly with transcendent equations containing zero-order Bessel and Neumann functions and their first derivative. However, approximate calculation methods can be successfully used.

Eftersom fältet i lasten inte är homogent, måste en integralfunktíon användas.Since the field in the load is not homogeneous, an integral function must be used.

Approximativt är denna. proportionell mot J 02 (kr) - kr, där k valts så. att periferi- fältet (förlustfrie fallet) är o för k - r = 23:05. i I en applikator med modifierade mått enligt ovan men i övrigt enligt den svenska patentskriften nr 363 1462 uppstår mikrovågsvärmningen huvudsakligen genom en resonansförstärkning av det dominerande TMOZO-fältet; om applikatorns längd i axiell riktning är ungefär densamma som dess diameter. Emellertid kan även andra svängningsmoder uppkomma. Av olika möjliga svângningsmoder kommer i praktiken endast sådana av TM-typ ifråga, dels eftersom inkopplingen av mikrovågsenergi till appli- katorn sker genom en till det magrxetiska fältet kopplad slinga, dels eftersom största kopplingen av fältet till lasten sker, då den elektriska fältvektorn är huvudsakligen parallell med lastytan. I De resonansfältmönster, som huvudsakligen kommer ifråga med de ovan givna förutsättningarna är TM0ll, TM0l2, TMlIO samt Tlvllll. Dessa beteckningar för moder är allmänt vedertagna och förklaras på följande sätt: Första index efter "TM" betyder antalet hela perioder i vinkelled för ett varv runt axeln, andra index anger antalet minima hos E-fâltet i radiell riktning från axeln till periferin, tredje och sista index är antalet halva våglängder i axiell riktning hos en stående våg i applikatorn. De två. förstnämnda moderna har ingen fältvariation i vinkelled i cylindern, medan de två andra har ett vinkelberoende (cos9° ) samt ett annat radiellt beroende Jl(kr) hos den radiella fältkomponenten, som är noll på axeln och har maximum vid något mindre r-värde än J o-fuxaktionens nollstëlle. De båda förstnämnda. resonanserna har ett radiellt 'beroende hos den axiella fältkomponenten enligt J °(kr) funktionen, dvs. samma som "grundmoden" TMOZO - dock med ett k-värde, som blir annorlunda p.g.a. den skiljaktliga kopplingen till den stavformiga lasten.Approximate is this. proportional to J 02 (SEK) - SEK, where k is chosen as such. that the peripheral field (loss-free case) is o for k - r = 23:05. In an applicator with modified dimensions as above but otherwise according to the Swedish patent specification No. 363 1462, the microwave heating arises mainly by a resonant amplification of the dominant TMOZO field; if the length of the applicator in the axial direction is approximately the same as its diameter. However, other oscillation modes can also occur. Of the various possible oscillation modes, in practice only those of the TM type are possible, partly because the connection of microwave energy to the applicator takes place through a loop connected to the magnetic field, partly because the largest connection of the field to the load takes place, when the electric field vector is mainly parallel to the load surface. In the resonant field patterns, which are mainly relevant with the conditions given above, TM0ll, TM0l2, TMlIO and Tlvllll. These designations for mode are generally accepted and are explained as follows: First index after "TM" means the number of whole periods in the angular direction of a revolution around the axis, second index indicates the number of minima of the E-field in radial direction from the axis to the periphery, third and last index is the number of half wavelengths in the axial direction of a standing wave in the applicator. The two. the former modern has no field variation in angular direction in the cylinder, while the other two have an angular dependence (cos9 °) and another radially dependent J1 (kr) of the radial field component, which is zero on the axis and has a maximum at slightly less r-value than J o-fuxaction zeros. The first two. the resonances have a radial 'dependence of the axial field component according to the J ° (kr) function, i.e. same as the "basic mode" TMOZO - however with a k-value, which becomes different due to the different coupling to the rod-shaped load.

Alla fyra "störmoderna" har variationer i axiell (z-) led, innebärande tendenser till ökning av värmningen vid periferin hos lasten.All four "disturbance modes" have variations in the axial (z-) direction, implying tendencies to increase the heating at the periphery of the load.

I Genom anordningen i svenska patentskriften 78012804; införs möjligheten till förskjutningen av lasten parallellt med cylinderaxeln i radiell led, varigenom uppnås en viss ändring av grundsvängningens koppling till applikatorn. Denna ändring kan kompenseras enkelt genom känd teknik med en kopplingspinne (s.k. stub) 3 7910621-7 i den vågledare, som matar applikatorn.I By the device in Swedish patent specification 78012804; the possibility of displacing the load parallel to the cylinder axis in the radial direction is introduced, whereby a certain change of the basic oscillation coupling to the applicator is achieved. This change can be easily compensated by known technology with a coupling pin (so-called stub) in the waveguide which feeds the applicator.

Genom de praktiska ändringar, som gjorts av applikatorn och lastplaceringen i den jämfört med de teoretiska grundbetingelserna, blir utseendet hos den samman- lagrade fältbilden svår att beräkna. Det har därför kommit ifråga att även ändra applikatorns diameter och på empirisk väg uppnå en förbättring av applikatorn.Due to the practical changes made by the applicator and the load placement in it compared to the theoretical basic conditions, the appearance of the combined field image becomes difficult to calculate. It has therefore come into question to also change the diameter of the applicator and empirically achieve an improvement of the applicator.

Denna ändring medför i princip en förskjutning av samtliga resonanser hos systemet - i praktiken således möjligheter till förändring av balansen mellan huvudmoden och övriga moder. Då samtliga ovan nämnda övriga moder ger en förstärkning av elektriska fältet i lastens periferi, bidrar de till en utjämning av sammanlagrade fältstyrkan och därmed värmningshastigheten över lastens hela tvärsnitt. Då endast de båda tillkommande moderna TMdlO och TMlll har variationer i vinkelled, men dessa är låsta i ett och sama läge relativt antennorganet, är fältbildsjustering möjlig att åstadkomma med endast ovan nämnda ändringar av röret i radiell led och appli- katorns diameter. En sådan justering innebär i allmänhet att arbetsfrekvensen hos mikrovägsgeneratorn inte motsvarar någon av de aktuella resonansfrekvenstopparna.This change entails in principle a shift of all resonances in the system - in practice thus opportunities to change the balance between the main mode and other modes. Since all the other modes mentioned above provide a reinforcement of the electric field in the periphery of the load, they contribute to an equalization of the combined field strength and thus the heating rate over the entire cross section of the load. Since only the two additional modern TMd10 and TMll1 have variations in angular direction, but these are locked in one and the same position relative to the antenna means, field image adjustment is possible to achieve with only the above-mentioned changes of the tube in radial direction and the applicator diameter. Such an adjustment generally means that the operating frequency of the microwave generator does not correspond to any of the current resonant frequency peaks.

Såsom framgår av den svenska patentskriften nr 363 H62 blir emellertid godhetstalet (Q-värdet) förhållandevis lågt och därmed bandbredden, där god verkningsgrad erhålls, så stor, att man genom endast anpassningsjustering med ovan nämnda kopp- lingspinne i vågledaren kan uppnå tillräckligt god mikrovågsanpassning för erfor- derligt generatorfrekvensområde. Ändamålet med uppfinningen består i utförandet av en applikator, vars inre tvärsnittsdimensioner kan förändras, och anordningen för att möjliggöra detta är närmare definierad i kännetecknet av patentkravet l.As appears from the Swedish patent specification no. 363 H62, however, the goodness number (Q-value) becomes relatively low and thus the bandwidth, where good efficiency is obtained, so large that by only adjustment adjustment with the above-mentioned coupling pin in the waveguide sufficiently microwave adaptation can be achieved for required generator frequency range. The object of the invention consists in the embodiment of an applicator, the internal cross-sectional dimensions of which can be changed, and the device for enabling this is further defined in the characterizing part of claim 1.

Ett utförande av applíkatorn enligt uppfinningen beskrivs i det följande med hänvisningar till bifogad ritning, som visar i fig. l en perspektivbild av applika- torn, vågledare och generator, fíg. 2 ett tvärsnitt genom applikatorn.An embodiment of the applicator according to the invention is described in the following with reference to the accompanying drawing, which shows in Fig. 1 a perspective view of the applicator, waveguide and generator, fig. 2 a cross section through the applicator.

En apparat av genomströmningstyp för mikrovågsvärmning, baserad på teori om mikrovågsfältet enligt det föregående visas i fig. l. Lasten leds i ett rör l genom en cylindrisk applikator 2, försedd med gavlar 3, som genomgås av röret. Detta kan förskjutas i radiell riktning och genom sådan förskjutning kan fältbilden centreras till lastens axiella centrum. I det visade utförandet av applikatorn har förskjut- barhet av lasten åstadkomits medelst en fläns h på röret l vid vardera gaveln, där röret genomgår denna i ett relativt stort häl. Röret kan då förskjutas i sidled i detta hål och fixeras i ett inställt läge medelst ett par tillhållare S, som medelst skruvar häller flänsen tryckt mot gaveln. Rörets läge i ena gaveln kan ställas in oberoende av dess läge vid den andra gaveln. 1910621-7 D h Det tekniska utförandet av anordningar: för justering av applikatorns diameter visas på ritningen i form av en böjlig plåt 6, som fjädrande anligger mot applika- torns mantelyta 7 och insidorna av gavlarna. Plåten hålls på. plats av ett par justerbara skruvar 8, som genomgår var sitt. hål i mantelytan och har på ändarna muttrar 9, vilka kan lossas och dras åt, varvid plåten skjuts ifrån respektive dras upp mot mantelytan T. Längden av skruvarna anger hur långt plåtens läge kan ändras och därmed hur mycket applikatorrummets tvärsnitt kan förminskas. Eftersom den är anpassad för TM-moder, kommer ytströmmarna i dess insida att ha komponenter i axiell riktning, men icke i vinkelled. Detta innebäryatt speciella medel icke behöver tillgripas för god kontaktgivning mellan den rörliga plåten 6 och mantel- ytan T. Större krav på kontaktgivning ställs vid plåtens anliggning mot insidan av gavlarna 3, där plåten år slitsad i kanten, så att därigenom erhållna kontakttungor 10 kan glida mot gavelns insida vid förskjutningar mellan plåten och denna och där göra god kontakt. I Den nu tillförda egenskapen att ändra applikatorns tvärsnitt ger större frihet vid dimensionering av lasttvärsnittet, som nu inte längre strikt behöver följa formeln ur patentskriften 363 H62, dvs. radien av lasttvärsnittet = första minimet i firmktionen Jodz) . Jo* (fr) där r (v:¿.') I många. praktiska tillämpningar är lasttvärsnittet givet från början, eftersom det material, som skall värmas, har en bestämd tjocklek. Genom att då. utgå. från att applikatorn skall vara exempelvis en 'IMOZO-resonator, väljer man en något för stor diameter på applikatorbehållaren, än som enligt vanlig dimensionering av EIZNIOZO-resonator skulle väljas. Genom experimentella mätningar och justeringar instâlls på empirisk väg lastens läge i applikatorn (medelst flänsarna h) och applikatorrummets tvärsnitt (inställning av plåtens läge), så. att lastens värm- ningsbild i ett tvärsnitt av lasten blir rotationssymmetriskt, dvs. i vinkelled konstant. Såsom inledningsvis nämndes kan sedan anpassningsjusteríng medelst kopplingspinne i vågledaren utföras, så. att tillräckligt god mikrovågsanpassning av applikatorn till mikrovågsgeneratorn kommer till stånd.A flow-through type apparatus for microwave heating, based on the theory of the microwave field according to the foregoing, is shown in Fig. 1. The load is led in a tube 1 through a cylindrical applicator 2, provided with ends 3, which are passed through the tube. This can be displaced in the radial direction and by such displacement the field image can be centered to the axial center of the load. In the embodiment of the applicator shown, displaceability of the load has been achieved by means of a flange h on the pipe 1 at each end, where the pipe passes through it in a relatively large heel. The pipe can then be displaced laterally in this hole and fixed in a set position by means of a pair of tumblers S, which by means of screws pour the flange pressed against the end wall. The position of the pipe in one end can be adjusted independently of its position at the other end. 1910621-7 D h The technical design of devices: for adjusting the diameter of the applicator is shown in the drawing in the form of a flexible plate 6, which resiliently abuts against the outer surface 7 of the applicator and the insides of the ends. The plate is held on. place of a pair of adjustable screws 8, which go through separately. holes in the casing surface and has on the ends nuts 9, which can be loosened and tightened, whereby the plate is pushed away or pulled up against the casing surface T. The length of the screws indicates how far the position of the plate can be changed and thus how much the applicator room cross section can be reduced. Since it is adapted for TM mode, the surface currents inside it will have components in the axial direction, but not in the angular direction. This means that special means do not have to be resorted to for good contact between the movable plate 6 and the casing surface T. Greater demands on contact are placed at the plate's abutment against the inside of the ends 3, where the plate is slotted at the edge, so that thereby obtained contact tongues 10 can slide towards the inside of the gable at displacements between the plate and this and there make good contact. The now added property of changing the applicator's cross section gives greater freedom in dimensioning the load cross section, which now no longer has to strictly follow the formula from patent specification 363 H62, ie. the radius of the load cross section = the first minimum in the firm function Jodz). Jo * (fr) where r (v: ¿. ') In many. In practical applications, the load cross section is given from the beginning, since the material to be heated has a certain thickness. By then. deleted. from the applicator being, for example, an 'IMOZO resonator', a slightly larger diameter of the applicator container is chosen than would be chosen according to the usual dimensioning of the EIZNIOZO resonator. Through experimental measurements and adjustments, the position of the load in the applicator (by means of the flanges h) and the cross section of the applicator chamber (setting of the position of the plate) are adjusted empirically. that the heating image of the load in a cross section of the load becomes rotationally symmetrical, ie. in angular constant. As mentioned in the introduction, then adjustment adjustment can be performed by means of a coupling pin in the waveguide, so. that sufficiently good microwave adaptation of the applicator to the microwave generator is achieved.

Det beskrivna utförandet kan ses som ett exempel på. uppfinningen med reserve- tion för andra tänkbara. applikatoranordningar för variabel bestämning av tvär- snittet, vilket i och för sig inte behöver ha den visade cirkulära formen utan kan vara exempelvis en månghörning.The described embodiment can be seen as an example of. the invention with reservation for other conceivable. applicator devices for variable determination of the cross section, which in itself does not have to have the circular shape shown but can be, for example, a polygon.

Claims (4)

P a t e n t k ra vP a t e n t k ra v 1. Genomströmningsvärmare av mikrovàgstyp, innehållande en cylindrisk mikro- vàgsapplikator, mikrovàgsledning med inmatningsanordning, mikrovagegenerator och traneportorgan för genomgående stavfel-mig last, belägen i närheten av applikatorne axiella centrum samt jueteringsorgan för inställning av lastene läge vid vardera gaveln av applikatorn, k ä n n e t e c k n a d därav, att applikatorn (2) är försedd med minst en mellan gavlarna (3) anordnad metallisk vägg (6), inställbar i radiell led för justering av applikatorns inre tvärsnitteyta.Microwave-type flow heater, containing a cylindrical microwave applicator, microwave line with input device, microwave generator and crane conveyor for continuous error-bearing load, located near the axial center of the applicators and adjusting means for adjusting the load position at each end, due to the fact that the applicator (2) is provided with at least one metallic wall (6) arranged between the ends (3), adjustable in radial direction for adjusting the inner cross-sectional area of the applicator. 2. Genomströmningsvärmare enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att den inställbara väggen är placerad huvudsakligen diametralt i applikatorn i förhållande till inmatningsanordnlngen.Flow heater according to claim 1, characterized in that the adjustable wall is located substantially diametrically in the applicator in relation to the input device. 3. Genomströmníngsvârmare enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att väggens inatällbarhet i radiell led är huvudsakligen likriktad med inställningerikt- ningen för laetens läge i de båda gavlarna.3. A flow heater according to claim 1, characterized in that the inertial wall of the wall is substantially rectilinear with the setting direction of the position of the drawer in the two ends. 4. Genometrömningsvärmare enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att den inställbara väggena kanter mot gavlarna är slitsade för erhållande av god galvanlsk kontakt mellan väggen och gavlarna. 7910621 -74. A flow-through heater according to claim 1, characterized in that the adjustable wall edges towards the ends are slotted to obtain good galvanic contact between the wall and the ends. 7910621 -7