DE2018069A1 - Device for transmitting microwave energy to materials or workpieces - Google Patents
Device for transmitting microwave energy to materials or workpiecesInfo
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Vorriclitung zum Übertragen von Mikrowellenenergie an Materialien oder WerkstückeDevice for transmitting microwave energy Materials or work pieces
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Heizen, Kochen \ oder Trocknen von Materialmittels Mikrowellenenergie. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer Vorrichtung zur Beheizung mittels Mikrowellenenergie„ wobei der Applikator, in dem das Material behandelt wird, ein Wellenleiter oder Hohlleiter ist.The invention relates to an apparatus for heating, cooking \ or drying material by microwave energy. In particular, the invention is concerned with a device for heating by means of microwave energy "wherein the applicator in which the material is treated is a waveguide or hollow conductor.
Eine frühe Entwicklung auf dem Gebiet des Kochens mittels Mikrowellenentrgie oder elektronischer Energie bestand in der Konstruktion eines Kastens, der einen Hohlraum im wesentlichen rechteckiger Gestalt bildete und zur Erwärmung vonNahrungsmitteln ausgelegt war. Die relativen Abmessungen von An early development in the field of cooking means Microwave energy or electronic energy consisted in the Construction of a box which formed a cavity of substantially rectangular shape and was designed for heating food. The relative dimensions of
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Wellenlänge und Hohlraum bei einer gegebenen Frequenz sind derart, daß der Hohlraum auf einer Seite mehrere Wellenlängen ausmacht. Nahrungsmittel werden in den Hohlraum gegeben, die Türe geschlossen und der Ofen eingeschaltet. Der Ofen ist mit Modusoder Wellentypmischern (mode stirrer) und Reflektoren ausgestattet, derart, daß die im Ofen erzeugte Wärme im allgemeinen unabhängig von der Lage des erwärmten Materials ist. Diese Bauart von Ofen wird manchmal als "Chargen11-Ofen bezeichnet, da das Material in einer Masse oder in einer Charge erwärmt oder gekocht wird} der Ofen muß oft abgestellt werden, um die Nahrungsmittel in den Ofen einzubringen oder aus diesem herausnehmen zu können. Manchmal werden diese öfen auch als Mehrfachwell en typ-Hohlräume bezeichnet, da sie so ausgelegt sind, daß sie viele verschiedene Modusarten oder Wellentypen der Mikrowellenenergie innerhalb des Hohlraums anregenj und die Reflektoren und Mischer (stirrer) werden gewöhnlich vorgesehen, um gleichmäßig die Mehrf achwellentyp-Mikrowellenenergie (multimode ) zu verteilen. The wavelength and cavity at a given frequency are such that the cavity is several wavelengths on one side. Food is placed in the cavity, the door is closed and the oven is switched on. The furnace is equipped with mode stirrers and reflectors such that the heat generated in the furnace is generally independent of the position of the heated material. This type of furnace is sometimes referred to 11 oven as "batches, as the material is heated in a mass or in a batch or is cooked} of the furnace must often be parked to the food in the oven to introduce or to take out therefrom. Sometimes these ovens are also referred to as multi-wave type cavities because they are designed to excite many different modes or types of microwave energy within the cavity, and the reflectors and mixers (stirrers) are usually provided to evenly handle the multi-wave type cavities. Distribute microwave energy (multimode).
Ein Mikrowellenofen kontinuierlicher Bauart wurde entwickelt, welcher Mikrowellenleistung in einen länglichen Tunnel durch eine Reihe von Schlitzöffnungen gibt, die sich unter Längsabstand zum Tunnel befinden. Diese Tunnels dienen der gleichen Funktion wie die Mehrfachwe11entyp-Hohlräume, da eine Anzahl unterschiedlicher Wellentypen bei Eintritt der Mikrowellenenergie in den Tunnel angeregt werden. Ein kontinuierliches Band fördert das zu erwärmende Material durch den Tunnel j und energieabsorbierende Einrichtungen (in Form von durch zirkulierende Flüssigkeit gekühlten Senken oder Fallen) sind an jedem Ende des Tunnels in der Nähe der Eintritts- und Austrittsöffnungen vorgesehen, um übermäßiges Entweichen von Strahlung zu verhindern und um im Überfluß vorhandene Mikrowellenenergie zu absorbieren, derart, daß eine Beschädigung des Mikrowellensystems verhindert wird. Die öffnungen zum Koppeln der aus der Quelle stammenden Mikrowellenenergie an das Innere des Hohlraumes sorgen für höhere Verluste und erniedrigen den Q-Wert A continuous type microwave oven has been developed which gives microwave power in an elongated tunnel through a series of slot openings that are longitudinally spaced to the tunnel. These tunnels serve the same purpose Function like the multi-weave type cavities as a number different wave types are excited when the microwave energy enters the tunnel. A continuous one Belt conveys the material to be heated through tunnel j and Energy-absorbing devices (in the form of sinks or traps cooled by circulating liquid) are on each end of the tunnel near the entry and exit openings is provided to prevent excessive escape of radiation to prevent and to prevent abundant microwave energy to absorb such that damage to the microwave system is prevented. The openings for coupling the from the Source-derived microwave energy to the interior of the cavity cause higher losses and lower the Q value
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(d. h. das Verhältnis von gespeicherter Energie zu abgegebener Energie) des Hohlraums. Diese Energieverluste können nicht wiedergewonnen werden.(i.e. the ratio of stored energy to released energy) of the cavity. These energy losses cannot to be recovered.
Eine andere Entwicklung benutzte einen Wellenleiter oder Hohlleiter, der in einer Schlangenanordnung (manchmal auch als Mäandersystem bezeichnet) gelegt und so angeordnet war,, daß das Produkt durch ausgerichtete Schlitze in einer Anzahl von solchen Schlangenwindungen geführt wurde. Energie wird in ein Ende des Wellenleiters gepumpt} das Energieniveau nimmt über die Länge des Wellenleiters ab und endet schließlich in einer Wasserlast. fAnother development used a waveguide or waveguide, which was laid in a serpentine arrangement (sometimes referred to as a meander system) and arranged in such a way that the Product has been fed through aligned slots in a number of such serpentine turns. Energy is in a Pumped to the end of the waveguide} the energy level decreases along the length of the waveguide and eventually ends in a Water load. f
Diese Abnahme in der Leistung längs der Leistungsflußrichtung ist besonders bemerkenswert für verlustbehaftete Produkte. - ■■ ■ Die Größe der Leistungsabnahme bezüglich ζ (hierbei handelt es sich nach der Festlegung um die Leistungsflußrichtung durch einen Wellenleiter) wird definiert.als die Dämpfungskonstante eines Wellenleiterapplikators.This decrease in performance along the direction of power flow is particularly noticeable for lossy products. - ■■ ■ The size of the power decrease with respect to ζ (this is the direction of power flow through a waveguide) is defined as the attenuation constant a waveguide applicator.
Unter Wellen- oder Hohlleiter wird ein hohles Rohr oder eine Leitung mit im wesentlichen geschlossenem Querschnitt verstanden, um elektromagnetische Energie im Mikröwellenbereich sich ausbreiten zu lassen oder zu führen. Der Ausdruck Wellenleiter λ ist, wie er hier benutzt wird, von allgemeiner Art, da er sowohl die Leitung umfaßt, welche aus der Quelle stammende Leistung an den Applikator kuppelt, als auch den Applikator selbst, der die "Heizkaminer" oder "Behandlungszone" bildet, wie er manchmal genannt wird. Die Richtung, in der die Energie sich fortpflanzt, wird als die "z"-Richtung bezeichnet. Ein "Rechtecke-Wellenleiter ist ein Wellenleiter im wesentlichen rechteckigen Querschnittes, obwohl es sich nicht notwendigerweise um ein richtiges Rechteck handeln muß. Der niedrigste Modus (d. h. TE^Q-Modus) der Fortpflanzung von Mikrowellenenergie durch einen Wellenleiter zeichnet sich dadurch aus, daß die elektrischen Feldlinien zwischen zwei, gegenüberliegen-A waveguide or waveguide is understood to mean a hollow tube or a line with an essentially closed cross section in order to allow electromagnetic energy to propagate or to guide in the micro-wave range. As used herein, the term waveguide λ is of a general nature in that it encompasses both the conduit which couples power from the source to the applicator and the applicator itself which forms the "fireplace" or "treatment zone" as he is sometimes called. The direction in which the energy travels is referred to as the "z" direction. A "rectangular waveguide" is a waveguide of substantially rectangular cross-section, although it need not necessarily be a proper rectangle. The lowest mode (ie, TE ^ Q mode) of propagation of microwave energy through a waveguide is characterized by the fact that the electric field lines between two opposite
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_ Zj. __ Zj. _
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den Vandflachen (manchmal auch die "Breitwände" genannt) verlaufen, und daß diese Feldlinien im allgemeinen parallel zu- ■ einander und senkrecht zum Fluß der Mikrowellenenergie·(oder Leistung) sind. Die Wy"-Koordinate liegt in der Richtung, längs der diese Feldlinien verlaufen; und die "x"-Koordinate liegt senkrecht zu der y-Richtung und zum Leistungsfluß. So sind die x- und y-Koordinaten orthogonal zueinander und bilden eine Ebene senkrecht zum Leistungsfluß durch einen Wellenleiter.the wall surfaces (sometimes also called the "wide walls"), and that these field lines are generally parallel to one another and perpendicular to the flow of microwave energy (or power). The W y "coordinate lies in the direction along which these field lines run; and the" x "coordinate lies perpendicular to the y direction and to the power flow. Thus the x and y coordinates are orthogonal to one another and form a plane perpendicular to the power flow through a waveguide.
Ist der Querschnitt des Wellenleiters rechteckig, so beträgt der die Breitwände (d. h. längs der y-KoOrdinate) trennende Abstand "b"j und der die anderen Seitenwände (das ist die Breite der Breitwände und längs'der x-Koördinate) trennende Abstand ist gleich "aM.If the cross section of the waveguide is rectangular, the distance separating the wide walls (ie along the y coordinates) is "b" j and the distance separating the other side walls (that is, the width of the wide walls and along the x coordinates) is the same "a M.
TE-Modusarbeitsweisen bezeichnen transversale elektrische Feldvektorenj und QM-Modusarten beziehen sich auf transversale magnetische Feldvektoren.TE mode operations refer to transverse electrical Field vectorsj and QM mode types refer to transversal magnetic field vectors.
Die TE -Mode-Arbeitsweise beschreibt das elektrische Feld innerhalb des Wellenleiters, wobeis (a) keinerlei Komponente des elektrischen Feldes in z-Richtung vorhanden ist| (b) es sind^ "m"-Knoten (minima oder maxima) im elektrischen Feldstärkenprofil längs der x-Richtung vorhandenj und (c) es sind "n"-Knoten im elektrischen Feldstärkenprofil längs der y-Rich·*· tung vorhanden.The TE mode describes the electric field within the waveguide, with (a) no component whatsoever of the electric field in the z-direction is present | (b) there are ^ "m" nodes (minima or maxima) in the electric field strength profile present along the x-direction and (c) there are "n" nodes in the electric field strength profile along the y-rich · * · tion available.
Die TE-.Q-Mode-Betriebsart bei einem Wellenleiter bezieht sich also auf einen Zustand, wo der elektrische Feldvektor senkrecht zwischen den Breitwänden (in y-Richtung) liegt und im wesentlichen kein elektrisches Feld in z- oder x-Richtung vorhanden ist. Es soll darauf hingewiesen werden, daß die vorgenannten Erklärungen, die zum Zwecke der Erläuterung lediglich gegeben wurden,, theoretischer Hatür sind» In Praxis 'sind diese Prinzipien allein brauchbare Äusleguagswerkzeugei und sie sind nicht als unbedingte Definitionen von Aufbau,. Arbeits-The TE - .Q mode operating mode in a waveguide thus relates to a state where the electric field vector is perpendicular between the wide walls (in the y direction) and there is essentially no electric field in the z or x direction. It should be pointed out that the above explanations, which have only been given for the purpose of explanation, are "theoretical". Working
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weise oder Ergebnis anzusehen. Die Freiraiimwellenlange der Erregerfrequenz λ 0 ist die Länge einer Periode der Erregerfrer quenz, wie sie vorhanden wäre, wenn die Welle sich durch den freien Raum fortpflanzen würde. Die "b"-Abmessung kann auf einem Vert kleiner als die Hälfte der Freiraumwellenlänge der Anregungsfrequenz gehalten werden, um die Fortpflanzung aller TM-Modearten und. aller IE -Mo de art en zu unterdrücken, wo η eine ganze Zahl größer als null ist. Weiterhin kann die "a"-Abmessung größer als die Hälfte der Freiraumwellenlänge und kleiner als eine Freiraumwellenlänge gehalten werden, um die TE -Modearten zu unterdrücken, wo m größer als eins ist.wise or view result. The Freiraiimwellenlange the excitation frequency λ 0 is the length of one period of the frequency Erregerfre r, as it would exist if the wave would propagate through free space. The "b" dimension can be kept at a vert less than half the free space wavelength of the excitation frequency to allow the propagation of all TM modes and. to suppress all IE -Mo de art en where η is an integer greater than zero. Furthermore, the "a" dimension can be kept greater than half the free space wavelength and less than a free space wavelength to suppress the TE mode types where m is greater than one.
Bei der EELq-Modeart variiert die Intensität des elektrischen Feldes längs einer Sinusfunktion von einem Minimum an einer Seite der Behandlungszone durch ein Maximum an der transversalen Mitte der Breitwandung (d. h. χ * a/2), und zurück zu einem Minimum an der gegenüberliegenden Seite der Behandlungs-. zone. Für eine gegebene Eingangsleistung befindet sich die elektrische Feldstärke an der transversalen Mitte der Behandlungszone auf einem Maximum. Beim vorher beschriebenen Mäandersystem wird das behandelte Material durch den Wellenleiter an. einem Schlitz geführt, der an diesem Mittelpunkt ausgebildet und länglich in Richtung des Leistungsflusses ist. Wie weiter unten genauer erläutert werden wird, wird die elektrische Feld- λ stärke am Ort des Schlitzes vermindert, indem eine der Abmessungen, entweder '&"oderirb" zunimmt. Eine untere Grenze der elektrischen Feldstärke wird durch die TE„.Q~Moderestriktionen an "aM und "b" begrenzt.In the EELq mode, the intensity of the electric field varies along a sine function from a minimum on one side of the treatment zone through a maximum at the transverse center of the broad wall (ie χ * a / 2), and back to a minimum on the opposite side of the Treatment. Zone. For a given input power, the electric field strength is at a maximum at the transverse center of the treatment zone. In the previously described meander system, the treated material is applied through the waveguide. guided a slot which is formed at this center point and is elongated in the direction of the power flow. As will be explained in more detail below, the electric field λ strength at the location of the slot is reduced by increasing one of the dimensions, either '&"or ir b". A lower limit of the electric field strength is limited by the TE ".Q ~ mode restrictions at" a M and "b".
Ist die Dämpfungskonstante sehr hoch und handelt es sich beim Anwendungsgebiet beispielsweise um das Trocknen von Wandtafeln mit einer wesentlichen Breite in Leistungöflußrichtung, dann "wird sehr viel mehr Leistung am.Eingangsende jeder der schlangenförmig gelegten Abschnitte des Applikators abgeführt oder verbraucht, als am Ausgangsende verbraucht wird. Unter diesen Umständen wäre nur ein Rand des Materials ausreichend behan-If the damping constant is very high and if the area of application is, for example, the drying of blackboards with a substantial width in the direction of power flow, then "there will be a great deal more power at the input end of each of the serpentine Laid sections of the applicator discharged or consumed than is consumed at the output end. Under these Under certain circumstances, only one edge of the material would be sufficiently treated
009885/1h 10 ~6~009885/1 h 10 ~ 6 ~
delt. D. h., unter Betrachtung lediglich eines Paares von auf sich gegenüberstehenden Breitwänden zentrierten Schlitzen, die so ausgebildet sind, daß sie die Durchführung des Wandbrettes zulassen, sind die Schlitze in Richtung des Leistungsflusses (der z-Richtung) länglich, so daß die Bauplatte quer zur z-Richtung bewegt wird und der Leistungsfluß von einem seitlichen Rand der Bauplatte zur anderen geht.- Da der hohe Feuchtigkeits-.gehalt der Bauplatte dafür sorgt, daß diese verlustbehaftet wird, wird ein großer Anteil Leistung im ersten Randteil des Materials verbraucht, was dazu führt, daß im zweiten Randteil. eine ungleichmäßige Trocknung erfolgt. Tatsächlich wird dieser P unerwünschte Effekt etwas in einem Mäandersystem mit einer Anzahl von Windungen kompensiert, da beim ersten Durchgang der Strom sich in einer Richtung über das Material bzw. parallel hierzu bewegt} im zweiten Durchgang bewegt sich der Strom in der entgegengesetzten Richtung. Für verlustbehaftetes Material jedoch ist diese Kompensation nicht sehr wirksam! und eine ungleichförmige Erwärmung dieses Materials tritt doch auf.delt. That is, considering only a pair of on facing wide walls centered slots, which are designed so that they carry out the wall board allow, the slots are elongated in the direction of the power flow (the z-direction) so that the building board is transverse to the z-direction is moved and the power flow from a side Edge of the building board goes to the other. - Because of the high moisture content the building board ensures that it is lossy, a large proportion of power is consumed in the first edge part of the material, which leads to the second edge part. uneven drying occurs. Indeed this one will P undesirable effect somewhat compensated for in a meander system with a number of turns, since the first pass the Current moves in one direction across the material or parallel to it} in the second pass the current moves in the opposite direction. For lossy material however, this compensation is not very effective! and a non-uniform one Heating of this material does occur.
Viele Vorteile hinsichtlich Auslegung und Wirkungsgrad sind gegeben, wenn ein Wellenleiter als Wärmeapplikator über Mehrfachwell en typ-Hohlräume verwendet wird. Bei einem Wellenleiterapplikator, bei dem eine wandernde Welle erregt oder angeregt wird und ein Strom oder eine Leistung durch den Applikator fließt, sind die Anregungs- und Fortpflanzungsmodusarten in dem Sinne regelbarer, daß ein System so ausgelegt sein kann, daß nur die Modusarten sich fortpflanzen, die gewünscht werden. Dies führt zur Möglichkeit, den Energieverzehr in behandeltem Material vorzubestimmen und eine Auslegung gegen das Entweichen von Strahlungsenergie für die Betriebsarten allein zu schaffen.There are many advantages in terms of design and efficiency given when a waveguide is used as a heat applicator over multiple wells en type cavities is used. With a waveguide applicator, in which a traveling wave is excited or excited and a current or power through the applicator flows, the stimulus and propagation modes are in controllable in the sense that a system can be designed in such a way that that only the modes species that are desired will breed. This leads to the possibility of pre-determining the energy consumption in the treated material and an interpretation against that Creation of escape of radiant energy for the operating modes alone.
Von der praktischen Seite ist andererseits zu sagen, daß die meisten Quellen für Mikrowellenleistung eine Magnetronröhre umfassen, die so ausgelegt ist, daß Mikrowellenenergie über ein sehr schmales Frequenzband erzeugt wird| und obwohl dieOn the other hand, from the practical point of view, most sources of microwave power are magnetron tubes designed to generate microwave energy over a very narrow frequency band | and although the
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Frequenz des Magnetrons geringfügig variieren kann, kann, seine Ausgangsleistung merklich für solche^requenzänaexungen abfallen. Es existiert eine komplizierte Wechselbeziehung zwischen der Schwingungsfrequenz eines Magnetrons und der Last| die gespeist wird. Wenn also die Last auch nur geringfügig variiert,so kann die Schwingungsfrequenz eines Magnetrons verschoben werden und seine Ausgangsleistung kann in beachtlicher Weise variieren. Besitzt ein Applikator einen hohen Q-Wert (der wünschenswert ist, um die Leistung zu steigern), dann sollte die am Magnetron auftretende Last im wesentlichen konstant gehalten werden, obwohl der Anteil des behandelten Ma- I terials in erheblicher Weise variieren kann. Die Aufrechterhaltung einer konstanten Last - vom Magnetron her gesehen hält die Arbeitsweise des Magnetrons innerhalb eines sehr schmalen Frequenzbandes -und hält so dessen Lebensdauer aufgrund niedriger reflektierter Leistung aufrecht und stellt eine Arbeitsweise bei wesentlich höherem Wirkungsgrad sicher.Frequency of the magnetron can vary slightly, its Output power drop noticeably for such frequency changes. There is a complicated correlation between the oscillation frequency of a magnetron and the load | which is fed. So if the load is even slightly varies, the oscillation frequency of a magnetron can be shifted and its output power can be made more remarkable Way vary. Does an applicator have a high Q value? (which is desirable to increase performance) then the load occurring on the magnetron should be kept essentially constant, although the proportion of the treated Ma- I terials can vary considerably. The maintenance a constant load - seen from the magnetron the working of the magnetron within a very narrow frequency band - and thus maintains its service life due to the low reflected power a way of working with a significantly higher degree of efficiency.
Dadurch, daß die Transversalbreite der Breitwsadung übermäßig groß gemacht wird, wird das Profil der Leistungsstarke weiter ausgebreitet und die Leistungsdichte nimmt für eine festge- · legte Eingangsleistung ab. Weiterhin werden die Dämpfungskonstante und die Heizgesehwindigkeit vermindert, wodurch eine l gleichförmigere Erwärmung des Materials längs der. Richtung des ™ Leistungsflusses hervorgerufen wird. Unter dem hier verwendeten Ausdruck "Übergröße" soll verstanden werden, daß die Breite der Breitwandungen größer ist als die Freiraumwellehlänge der Anregungsfrequenz.Because the transverse width of the wide load is excessive is made big, the profile of the high-performing person will continue spread out and the power density decreases for a fixed · put down input power. Furthermore, the damping constant and the heating rate are reduced, whereby a l more uniform heating of the material along the. Direction of the ™ Power flow is caused. The term "oversize" as used here is intended to mean that the width the wide walls is greater than the free space wave length of the Excitation frequency.
Dieses Ergebnis ist-'offensichtlich vorteilhaft nicht nur für Anwendungsfälle, wo das Material durch zentrale Schlitze in der Breitwandung gefördert wird, sondern auch für Anwendungs— fälle, wo das Material zwischen den Breitwandungen längs der Sichtung des Leistungsflusses und nicht durch sie führt. Weiterhin, ist dies bei einem Chargen- oder Stapelpf en zur Er- This result is -'obviously beneficial not only for Applications where the material is conveyed through central slots in the wide wall, but also for applications cases where the material between the wide walls along the Sifting through the flow of services and not through them. Furthermore, this is necessary for a batch or stacking pan to
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relclmng einer gleicliförmigeren Erwärmung wünschenswert.Relclmng more uniform heating is desirable.
In ,Anwendungsfällen, wo eine gestützte Breitwand wünschenswert ist, ist die Wellenleiterkupplungsleitung von der Quelle zum Applikator symmetrisch um eine Ebene, die durch die Mittellinien der Breitwandungen verläuft, um die Anregung derIn, use cases where a supported wide screen is desirable is the waveguide coupling line from source to Applicator symmetrical about a plane passing through the center lines the wide walls runs to the excitation of the
Modearten zu verhindern, wo m eine gerade ganze Zahl ist. Für diese Modearten, wo m eine ungerade ganze Zahl ist, erfolgt keine übermäßige Strahlung durch einen Mittelschlitz in den Breitwandungen.Prevent fashion styles where m is an even integer. For these modes, where m is an odd integer, occurs no excessive radiation through a central slot in the wide walls.
P Nach diesem Konzept ist auch eine alternative Ausführungsform vorgesehen, wobei die Breitwandung geschlitzt ist und sich verjüngt, um eine gesteigerte Gleichförmigkeit in der Erwärmungsgeschwindigkeit oder -große in Richtung des Leistungsstromes zu schaffen. D. h., die Dämpfungsrate wird um 3° gesteigert, während die verfügbare Leistung abnimmt, um eine gleichförmigere Größe an Energieabgabe an allen Stellen in Richtung des Leistungsflusses zu schaffen.P According to this concept is also an alternative embodiment provided, the wide wall is slotted and tapered, increased uniformity in heating rate or magnitude in the direction of power flow to accomplish. This means that the damping rate is increased by 3 °, while the available power decreases by a more uniform one To create a large amount of energy output at all points in the direction of the power flow.
Erfindungsgemäß wird also ein Mikrowellenheizapplikator in Form eines rechteckigen Wellenleiters mit Abmessungen Ma" und wbw quer zum Leistungsfluß durch den Wellenleiter vorgeschlafe gen. Die Abmessung MbM wird also kleiner als die Hälfte der freien Wellenlänge der Anregungsfrequenz A gehalten, und die Abmessung "a" wird über \ gesteigert, wodurch die Dämpfungskonstante für den Applikator und die Heizgeschwindigkeit des behandelten Materials vermindert werden. Die Mikrowellenleistung wird durch eine Behandlungszone in einer ersten Richtung übertragen; und die elektrische Feldstärke variiert quer zur Richtung des Leistungsflusses von einem Minimum an einer Seite der Behandlungszone zu einem Maximum in der Mitte der Zone und zurück zu einem Minimum an der anderen Seite der Behandlungszone. Diese Seiten der Behandlungszone bilden die Abmessung wa"j und das Material wird durch die Behandlungszone entweder längs der Richtung des Leistungsflusses oder senkrecht zur According to the invention, a microwave heating applicator in the form of a rectangular waveguide with dimensions M a "and w b w transversely to the power flow through the waveguide is proposed. The dimension M b M is therefore kept smaller than half the free wavelength of the excitation frequency A, and the dimension "a" is increased above \ , thereby decreasing the damping constant for the applicator and the heating rate of the material being treated. The microwave power is transmitted through a treatment zone in a first direction; and the electric field strength varies from a minimum to one across the direction of power flow Side of the treatment zone to a maximum in the middle of the zone and back to a minimum on the other side of the treatment zone. These sides of the treatment zone form the dimension w a "j and the material is passed through the treatment zone either along the direction of the power flow or perpendicular to the
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Richtung des Leistungsflusses, abhängig vom Anwendungsgebiet, geführt. ■Direction of the power flow, depending on the area of application. ■
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun anhand der beiliegenden Zeichnungen naher erläutert werden, in denen -Exemplary embodiments of the invention will now be based on of the accompanying drawings are explained in more detail in which -
Fig. 1 eine perspektivische DarstellungFig. 1 is a perspective view
eines Mäanderwellenleitersystems nach der Erfindung ist;a meander waveguide system according to the invention;
ig. 2 ist eine Nahansicht eines Teils derig. Figure 2 is a close-up view of a portion of Figure 2
Vorrichtung nach Fig. 1, wobei benachbarte Abschnitte des Applikators gezeigt sindιApparatus according to Fig. 1, with adjacent sections of the applicator are shown
Fig. 3 ist eine,verkleinerte Ansicht einesFig. 3 is a reduced view of a
typischen Abschnittes des Applikatorsystems nach Fig. 1 jtypical section of the applicator system according to Fig. 1 j
Fig. 4 - 4A zeigen die Vorteile der Erfindung inFIGS. 4-4A show the advantages of the invention in FIG
Verwendung bei einem Wellenleiter applikator, wobei das Material zwisehen den Breitwandungen behandelt ™ wird; ■Use with a waveguide applicator, with the material in between the wide walls treated ™; ■
Fig. 5 ist ©iß. Diagramm und zeigt die VerFig. 5 is © iß. Diagram and shows the ver
minderung in der Dämpfungskonstanten und der Heizrate in Richtung des Leistungsflusses nach der Erfindung!, undReduction in the damping constant and the heating rate in the direction of the Power flow according to the invention !, and
Fig. 6 ist eine Ansicht einer alternativenFigure 6 is a view of an alternative
Ausführungsform, wo die Breitwandung sich verjüngt.Embodiment where the wide wall tapers.
009885/1410009885/1410
Es ist anzunehmen, daß die theoretischen Aspekte der vorliegenden Erfindung besser verständlich werden, wenn das erfindungsgemäße Konzept zunächst in Hinblick auf besondere Anwendungsfälle diskutiert wird. Bevor also die theoretischen Aspekte der Erfindung diskutiert werden, soll die Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahme bei einen Schlangenrohr- oder Mäandersystem erläutert werden. Nach den Fig. 1 und 2 wird Mikrowelleneingangsleistung empfangen von einer Quelle für Mikrowellenenergie 10 längs eines Eingangswellenleiters 10a, welcher nach, der Darstellung eine, im wesentlichen horizontale Anordnung ein- 9k nimmt. Aus später weiter genauer erläuterten Gründen ist das Wellenleitereingangsspeisesystem symmetrisch um eine Ebene parallel zur Richtung des Leistungsflusses, der durch die Mittellinien sich gegenüberstehender Breitwandungen, tritt.It can be assumed that the theoretical aspects of the present invention will be better understood if the inventive concept is first discussed with regard to particular applications. Before the theoretical aspects of the invention are discussed, the application of the measure according to the invention to a coiled pipe or meander system should be explained. Referring to Figures 1 and 2, microwave input power is received from a source of microwave energy 10 along an input waveguide 10a which is shown to be in a substantially horizontal arrangement 9k . For reasons that will be explained in more detail later, the waveguide input feed system is symmetrical about a plane parallel to the direction of the power flow that passes through the center lines of opposite broad walls.
Sämtliche der hier beschriebenen Wellenleiterelemente bestehen aus elektrisch leitfähigem Material, beispielsweise Aluminium, Der Eingangswellenleiterabsc'hnitt 10a kann eine Verjüngung oder Konizität annehmen, um seine durch den Umfangsflansch 11 definierte Querschnittsfläche zu vergrößern. Der Flansch 11 ist mit einem entsprechenden Umfangsflansch 12 verbunden, der am Eingangsende eines Wellenleiterkrümmerabsehnittes 13 vorge-Ä sehen ist, bei dem es sich um einen 90°-Krümmer handelt.All of the waveguide elements described here consist of electrically conductive material, for example aluminum. The input waveguide section 10a can assume a taper or conicity in order to enlarge its cross-sectional area defined by the peripheral flange 11. The flange 11 is connected to a respective peripheral flange 12, which is at the input end of a superiors Wellenleiterkrümmerabsehnittes 13 Ä see, which is a 90 ° elbow.
Die Breitwandungen der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Wellenleiterelemente erstrecken sich in einer im wesentlichen vertikalen Ebene j eine solche Breitwand ist mit 13a für den in Fig. 1 ersichtlichen Eingangskrümmer 13 bezeichnet. Für den gleichen Krümmer sind die sich gegenüberstehenden Seitenwandungen mit 13b bzw. 13c bezeichnet. Der Querschnitt jeder der dargestellten Wellenleiterelemente (das ist in einer Ebene senkrecht zum Leistungsfluß bei Anregung in der TE^0-Modeart) ist im wesentlichen von rechteckiger Gestalt.The wide walls of the waveguide elements shown in FIGS. 1 and 2 extend in an essentially vertical plane j such a wide wall is denoted by 13a for the input bend 13 shown in FIG. For the same bend, the opposing side walls are denoted by 13b and 13c, respectively. The cross-section of each of the illustrated waveguide elements (that is, in a plane perpendicular to the power flow when excited in the TE ^ 0 mode) is essentially rectangular in shape.
Leistung wird vom Eingangskrümmer 13 an eine Vielzahl von WeI-lenleiterapplikatorabschnitten gegeben, die jeweils mit 14, 15,Power is supplied from the input manifold 13 to a plurality of waveguide applicator sections given, each with 14, 15,
009885/1410009885/1410
- 11 -- 11 -
16 und 17 bezeichnet sind. Jeder Applikatorabschnitt sorgt für eine "Heizkammer" oder "Behandlungszone11. Es soll darauf hingewiesen werden, daß jede beliebige .Anzahl solcher Abschnitte angeordnet sein kann, durch welche das behandelte Material geführt werden kann. Ein Kupplungsabschnitt 18 verbindet den Krümmer 13 mit dem ersten Applikatorabschnitt 14;. und angrenzende Applikatorabschnitte sind miteinander mittels ü-förmiger, mit 19, 20 bzw. 21 bezeichneter Kupplungselemente verbunden. Leistung fließt in entgegengesetzten Richtungen in benachbarten Applikatorabschnitten oder Windungen. Der Ausgang des Endapplikatorabschnittes 17 ist mit einem ähnlichen U-förmigen Abschnitt 22 verbunden, der zu einem nachfolgenden Applikator- ' abschnitt geführt sein kann oder dazu dienen kann, Leistung mit einem Ende zu kuppeln, welches mit einer Vasserlast versehen sein kann, um. die gesamte verbleibende Energie aufzunehmen und zu verbrauchen oder abzuführen, soweit sie nicht bereits zum Erwärmen des behandelten Materials verbraucht wurde.16 and 17 are designated. Each applicator section provides a "heating chamber" or "treatment zone 11. It should be understood that any number of such sections can be arranged through which the treated material can be passed. A coupling section 18 connects the bend 13 to the first applicator section 14; and adjacent applicator sections are connected to one another by means of U-shaped coupling elements designated 19, 20 and 21. Power flows in opposite directions in adjacent applicator sections or turns , which can be led to a subsequent applicator 'section or can be used to couple power with one end, which can be provided with a water load in order to absorb and consume or dissipate the entire remaining energy, unless it is already used Heating the treated material v was consumed.
Das behandelte Material ist mit 24 bezeichnet und bei dieser Form der Anwendung liegt es in Form einer flachen Bahn aus verlustbehaftetem Material, beispielsweise als Furniertäfelung oder Bauplatte vor. Das Bahnmaterial 24 wird durch die Wellenleiterabschnitte 14 - 17 über Schlitze geführt, die in jeder der Breitwandungen dieser Applikatorabschnitte zentriert sind j| und in Richtung des Leistungsflusses verlaufen. Wie aus 3Tig. 2 ersichtlich, ist für benachbarte Applikatorabschnitte 15 und 16· ein Schlitz 26 in einer ersten Breitwand 27 des Applikatorabschnittes 15 geformt; und der Schlitz 27 ist auf der horizontalen Mittellinie in der Breitwand 27 zentriert und verläuft in Richtung des Leistungsflusses. Ein ähnlicher Schlitz (in Pig. 2 verborgen) ist in der gegenüberstehenden Breitwand 28 des Applikatorabschnittes 15 ausgebildet. Diese Schlitze sind horizontal ausgerichtet, um das Material 24 völlig durch den Applikatorabschnitt 15 quer zu den Breitwandungen 27 und 28 zu führen. In ähnlicher Weise ist ein Schlitz JO in 8iner Breitwand 31 der Applikatorabschnitte 16 und ein Schlitz 32 in derThe treated material is denoted by 24 and at this In the form of the application, it is laid out in the form of a flat sheet lossy material, for example as veneer paneling or building board. The sheet material 24 is passed through the waveguide sections 14-17 guided over slots which are centered in each of the broad walls of these applicator sections j | and run in the direction of the power flow. Like from 3Tig. 2 can be seen, is for adjacent applicator sections 15 and 16 · a slot 26 in a first wide wall 27 of the applicator section 15 molded; and the slot 27 is centered on the horizontal center line in the wide wall 27 and runs in the direction of the power flow. A similar slot (hidden in Pig. 2) is in the opposite wide wall 28 of the applicator section 15 is formed. These slots are aligned horizontally to allow the material 24 to pass completely through the Applicator section 15 transversely to the wide walls 27 and 28 to lead. Similarly, there is a slot JO in a wide wall 31 of the applicator sections 16 and a slot 32 in FIG
009885/U10 · - 12 -009885 / U10 - 12 -
gegenüberliegenden Breitwand 33 dieses Abschnittes geformt.opposite wide wall 33 of this section formed.
Das Material wird durch eine Vielzahl von vertikal im Abstand angeordneten Antriebsrollen angetrieben und abgestützt. Ein erstes Paar von Eollen ist allgemein mit dem Bezugszeichen 35 in S1Ig. 1 bezeichnet und ist vor dem Eintritt des Materials in den Wellenleiterapplikatorabschnitt 14 angeordnet. Nachfolgende Paare von Antriebsrollen sind zwischen benachbarten Applikatorabschnitten vorgesehen, das Paar zwischen den Applikatorabschnitten 15 und 16 umfaßt eine obere Rolle 37 und eine untere Rolle 38, wie in Fig. 2 ersichtlich. Einrichtungen sind vorgesehen, um den Abstand der Rollen und die Spannung einzustellen, mit der die Rollenpaare das in der Bearbeitung befindliche Material ergreifen. ■The material is driven and supported by a plurality of vertically spaced drive rollers. A first pair of owls is shown generally at 35 in S 1 Ig. 1 and is arranged in front of the entry of the material into the waveguide applicator section 14. Subsequent pairs of drive rollers are provided between adjacent applicator sections, the pair between applicator sections 15 and 16 comprising an upper roller 37 and a lower roller 38, as can be seen in FIG. Means are provided to adjust the spacing of the rollers and the tension with which the pairs of rollers grip the material being processed. ■
Immer noch mit Bezug auf Fig. 2 ist die Anordnung des U-förmigen Kupplungsabschnittes 20 gestrichelt dargestellt. Es soll nun besonders auf den Äpplikatorabschnitt 16 Bezug genommen werden; die Breite der Breitwand 31 ist mit dem Dimensionspfeil "a" bezeichnet; und die Breite der Seitenwände des Applikatorabschnittes 16 ist durch den Dimensionspfeil "b", wie hier gezeigt, definiert.Still referring to Fig. 2, the arrangement is the U-shaped Coupling section 20 shown in dashed lines. Reference should now be made in particular to the applicator section 16 will; the width of the wide wall 31 is indicated by the dimension arrow "a" denotes; and the width of the side walls of the applicator section 16 is indicated by the dimensional arrow "b", as here shown, defined.
Nach Fig. 3 nun ist der Applikatorabschnitt 16 in der Stirnansicht dargestellt} es zeigt sich, daß dieser Umfangsseitenflansche 40 und 41 aufweist, um jeweils die Verbindung mit entsprechenden Flanschen auf den U-förmigen Yerbindungselementen 20 und 21 herzustellen. Aus Gründen der einfachen Konstruktion und Wartung sowie zur Säuberung des Inneren des Applikatorabschnittes 16 kann er in linken und rechten HaIbäbschnitten vorgesehen sein, die mit Umfangsf!ansehen um ihren Mittelteil versehen sind, die jedoch keinerlei Störung bei der Durchführung durch die länglichen Schlitze 30 und 32 herbeiführen. According to FIG. 3, the applicator section 16 is now in the front view shown} it can be seen that this peripheral side flanges 40 and 41 to connect to, respectively corresponding flanges on the U-shaped connecting elements 20 and 21. For the sake of simple construction and maintenance as well as cleaning the interior of the Applicator section 16 can be cut in left and right halves be provided with the circumferential view around their Central part are provided, which, however, do not cause any interference in the implementation through the elongated slots 30 and 32.
Die Fig. 1-3 zeigen eine Ausführungsform, nach der das in1-3 show an embodiment according to which the in
009885/H10 -15-009885 / H10 -15-
der Verarbeitung "befindliche Material senkrecht durch die mit Öffnungen versehenen Breitwände jedes Applikatorabschnittes geführt wird und wobei die Querschnittsfläche des Wellenleiters im wesentlichen konstant gehalten wird; die Erfindung ist jedoch nicht so begrenzt. Die Erfindung ist jedoch besonders brauchbar für solche Anwendungsfälle, da, wie weiter unten genauer diskutiert werden wird, das erfindungsgemäße System den Einbau länglicher Schlitze auf halber Höhe der Breitwandungen ermöglicht, die in Richtung des Leistungsflusses sich erstrekken, ohne daß durch diese Schlitze eine wesentliche Strahlung von Mikrowellenenergie erfolgen würde. - ■the material located vertically through the with Opened wide walls of each applicator section is guided and wherein the cross-sectional area of the waveguide is held substantially constant; however, the invention is not so limited. However, the invention is special useful for such applications, as detailed below will be discussed, the inventive system includes the installation of elongated slots halfway up the wide walls allows that extend in the direction of the power flow without a substantial radiation through these slots would be done by microwave energy. - ■
Nach einer alternativen Ausführungsform kann das behandelte Material völlig innerhalb des Wellenführungsapplikatorabschnittes geführt werden - in diesem Fall würde das Material (wenn es sich um ein Bahnmaterial handelt) in einer Ebene parallel zu den Breitwänden liegen. Nach Fig. 4 ist der Querschnitt eines rechteckigen Applikatorabsehnittes schematisch dargestellt, wobei die oberen und unteren Breitwände mit 43 und 44 und die sich gegenüberstehenden Seitenwände mit 45 bzw. 46 bezeichnet sind. Bas behandelte Material ist mit dem Bezugszeichen 47 bezeichnet. Wieder wird die Querbreite der Breitwandungen 43 und 44 durch die Abmessung "aM angegeben} die transversale Breite der Seitenwandungen 45 und 46 ist durch die Querabmessung wbH bezeichnet.According to an alternative embodiment, the treated material can be guided entirely within the wave guide applicator section - in this case the material (if it is a web material) would lie in a plane parallel to the wide walls. According to FIG. 4, the cross section of a rectangular applicator section is shown schematically, the upper and lower wide walls being denoted by 43 and 44 and the opposing side walls being denoted by 45 and 46, respectively. The treated material is denoted by the reference number 47. Again, the transverse width of the wide walls 43 and 44 is indicated by the dimension "a M } the transverse width of the side walls 45 and 46 is indicated by the transverse dimension w b H.
Nach dieser Ausführungsform kann das Material längs der (d. h. entweder in der oder gegen die) Richtung des Leistungsflusses gefördert werden oder es kann stationär verbleiben. Die gleichen Wirkungen einer gleichförmigeren Heizgröße werden erreicht. In this embodiment, the material may be along the (i.e. either in or against) the direction of the power flow or it can remain stationary. The same Effects of a more uniform heating amount are achieved.
Zn Fig. 6 ist ein Wellenleiterabschnitt ähnlich dem in Fig. 3 gezeigten dargestellt, wo die Breitwandung mit 31' und der Hittelschlitz mit 30* bezeichnet ist. Es soll darauf hingewiesen werden, daß die Breitwände des Wellenleiters nach Fig. 6FIG. 6 is a waveguide section similar to that in FIG. 3 shown where the wide wall with 31 'and the Hittelschlitz is designated with 30 *. It should be noted be that the wide walls of the waveguide according to FIG
00988S/U1000988S / U10
sich, verjüngen und in der Breite kleiner werden, während man in Richtung des Leistungsflusses fortschreitet. So nimmt die Querschnittsfläche des Wellenleiters in der Richtung ab, in der die Leistung fließt, und zwar aus weiter zu diskutierenden Gründen.get tapered, and become smaller in width as you move progresses in the direction of the power flow. So takes the Cross-sectional area of the waveguide in the direction in which the power flows, from to be discussed further Establish.
In den geschlitzten Wellenleiterkonstruktionen der in den Fig. 1-3 gezeigten Art (das ist die Mäander- oder Schlangenanordnung) können die Abmessungen Maw und Mbw so beschränkt sein, daß nur die TE^Q-Modeart sich fortpflanzen darf. D. h. die Abmessung "a" (die Breite der Breitwandungen) liegt überall zwischen einem halben \ und einem vollen A0* ^0·^- &i-e AbmessungIn the slotted waveguide constructions of the type shown in FIGS. 1-3 (that is, the meander or serpentine arrangement) the dimensions M a w and M b w can be limited so that only the TE ^ Q mode is allowed to propagate. I. E. the dimension "a" (the width of the wide walls) is anywhere between half a \ and a full A 0 * ^ 0 · ^ - & i- e dimension
und einem vollen A0 and a full A 0
wbM ist überall kleiner oder gleich einem halben λο· Da die für den kommerziellen Heizvorgang durch Mikrowellen verfügbaren !Frequenzen durch Regierungsvorschriften beschränkt sind und in gewissem Maße auch durch die Arbeitsfrequenzen der verfügbaren Magnetrone, so bringen diese Begrenzungen in der Abmessung "a" und wb" für eine gegebene Frequenz eine obere Grenze hinsichtlich der Größe des Wellenleiters mit sich. w b M is everywhere less than or equal to half a λ ο · Since the frequencies available for commercial heating by microwaves are limited by government regulations and to a certain extent also by the operating frequencies of the available magnetrons, these limitations in the dimension "a" and w b "for a given frequency imposes an upper limit on the size of the waveguide.
Die elektrische Feldstärke für EEU0 in einer Ebene quer zur Leistungsflußrichtung ist eine Sinusfunktion mit einem Wert null an jeder der Seitenwandungen und einem Maximalwert in der W Mitte zwischen den Seitenwandungen. Nach der Darstellung der Fig. 4 beispielsweise, wo die Abmessung Mbw gleich der Hälfte der Freiraumwellenlänge der Anregungsfrequenz ist, bildet die Abmessung "a"1 "(die durch die vertikalen gestrichelten Linien begrenzt wird) die obere Grenze für die transversale Breite der Breitwandungen. Die Gleichung für die elektrische Feldstärke oder Intensität in der !SLgModeart ist unten als Gleichung (1) gegeben. Die x-Richtung ist die horizontale Richtung in Fig. 4-, die y-Richtung ist die vertikale Richtung in Fig. 4 und die z-Richtung liegt senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 4 (d. h. in Richtung des Leistungsflusses).The electric field strength for EEU 0 in a plane transverse to the direction of power flow is a sine function with a value zero on each of the side walls and a maximum value in the center W between the side walls. For example, as shown in FIG. 4, where the dimension M b w is equal to half the free space wavelength of the excitation frequency, the dimension "a" 1 "(bounded by the vertical dashed lines) forms the upper limit for the transverse width of the The equation for the electric field strength or intensity in the! SLgModeeart is given below as equation (1) The x-direction is the horizontal direction in Fig. 4-, the y-direction is the vertical direction in Figs the z-direction is perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 4 (ie in the direction of the power flow).
- E0 ein {·%-£-) (D-- E 0 a {% - £ -) (D-
009835/H10009835 / H10
Die durch einen Wellenleiterin der TE^^-Modeartübertragene Leistung ist gleich dem Integral des skalaren Produktes des Poyntingschen Vektors und der differentiellen Querschnittsfläche des Leiters (d. h. a χ b). Theoretisch ergibt sich die nach Gleichung (2) errechnete Leistung..The one transmitted by a waveguide of the TE ^^ mode Power is equal to the integral of the scalar product of Poynting's vector and the differential cross-sectional area of the conductor (i.e. a χ b). Theoretically, this results power calculated according to equation (2) ..
■ ■ . . , ■ ■ - / ■■■■-. ■■--■-. ■_■--.-■ ■. . , ■ ■ - / ■■■■ -. ■■ - ■ -. ■ _ ■ --.-
wo E0 gleich der elektrischen feldstärke bei χ - a/2 (d. h.where E 0 equals the electric field strength at χ - a / 2 (ie
der maximalen elektrischen Feldstärke) ist, |the maximum electric field strength), |
X ■'■'■:■ freie Wellenlänge (Wellenlänge im freien Raum) y m charakteristische Impedanz des freien Raumes.X ■ '■' ■: ■ free wavelength (wavelength in free space) ym characteristic impedance of free space.
Aus Gleichung (2) ergibt sich, daß für eine konstante Eingangsleistung (hierbei handelt es sich um den üblichen Fall) die maximale elektrische Feldstärke E_ umgekehrt mit der transversalen Fläche des Wellenleiters variiert} und für eine konstante wb"-Abmessung und a/X größer als 1 die maximale elek- Λ trische Feldstärke etwa umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der Abmessung MaM ist. Anders ausgedrückt, mit zunehmender Abmessung naw himmt,die maximale elektrische» Feldstärke ab und umgekehrt.From equation (2) it follows that for a constant input power (this is the usual case) the maximum electric field strength E_ varies inversely with the transverse area of the waveguide} and for a constant w b "dimension and a / X 1 as the maximum elec- tric Λ field strength is greater than about inversely proportional to the square root of the dimension M a M. In other words, with increasing dimension n a w himmt, the maximum electric "field strength and vice versa.
Die Leistungsverteilung in einer Ebene'quer zur Richtung des Leistungsflusses ist proportional dem Produkt E^ sin ( ■■). Diese Verteilung ist schematisch durch die mit 48 in Fig. 4A bezeichnete Kurve für den Fall dargestellt, für den die Ab-*- messung "a111 kleiner als die freie Wellenlänge der Anregüngsfrequenz ist (wie bei den üblichen Rechteckwellenleitern, die nach der iffi^^jModeart angeregt oder erregt werden).The power distribution in a plane transverse to the direction of the power flow is proportional to the product E ^ sin (■■). This distribution is schematically represented by 48 in Figure 4A designated curve for the case in which the Ab -. * - measurement "a 111 smaller than the free wavelength of the Anregüngsfrequenz is (as in the conventional rectangular waveguides according to the IFFI ^ ^ jModeart are excited or excited).
Ö09885/H10 " 16 ~Ö09885 / H10 " 16 ~
Das Quadrat der elektrischen Feldstärke in der Mitte kann bezüglich der Ausgangsleistung nach Gleichung (3) normalisiert werden.The square of the electric field strength in the middle can be re the output power can be normalized according to equation (3).
4-— 4- -
Gleichung (3) kann vereinfacht werden ini E2 Equation (3) can be simplified to E 2
8V8V
Aus Gleichung (4) ergibt sich, daß durch Vergrößern der Abmessung Man über AQ hinaus der Wert EQ kleiner und kleiner wird. D. h. die Leistungsverteilungskurve ändert sich von der der Darstellung 48 in die durch die Kurve 49 in Fig. 4A dargestellten, während die transversale Breite der Breitwandungen von der Abmessung walw in die Abmessung Ma" sich ändert. Wach Fig. 4 gibt die horizontale Achse die transversale Position längs der Breitwand (x-Eichtung) an und die vertikale Achse ist gleich der Leistung. Es zeigt sich aus Fig. 4A, daß mit Zunahme in der Abmessung waM die Leistung auf der MittellinieFrom equation (4) it follows that by increasing the dimension M a n beyond A Q , the value E Q becomes smaller and smaller. I. E. the power distribution curve changes from that of representation 48 to that represented by curve 49 in FIG. 4A, while the transverse width of the broad walls changes from dimension w a lw to dimension M a ". Wach FIG. 4 gives the horizontal axis the transverse position along the broad wall (x-direction) and the vertical axis is equal to the power It is seen from Fig. 4A that as the dimension w a M increases, the power on the center line
von ΡΛ auf den Wert P1 sinkt,
oodecreases from Ρ Λ to the value P 1,
oo
Während die Abmessung wa" größer als die freie Wellenlänge der Anregungsfrequenz gemacht wird, nimmt klar das Quadrat der normalisierten elektrischen Feldstärke ab und ermöglicht auch eine Fortpflanzung der TE^-Modearten, wobei m eine ganze Zahl größer als eins ist. Diese anderen Wellentyparten können, wenn sie stark erregt werden, zum Auftreten einer merklichen Strahlung aus dem Längsschlitz nach der Ausführungsform der Fig. 1 3 führen. Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, daß dieWhile the dimension w a "is made larger than the free wavelength of the excitation frequency, the square of the normalized electric field strength clearly decreases and also enables propagation of the TE ^ modes, where m is an integer greater than one. These other modes can when they are strongly excited, lead to the appearance of a noticeable radiation from the longitudinal slot according to the embodiment of Fig. 13. It should be noted, however, that the
009885/U10009885 / U10
Abmessung MbM kleiner als die Halfte der freien Wellenlänge der Anregungsfrequenz gehalten wird. Solange der Wellenleiter darüber hinaus symmetrisch bezüglich einer Ebene parallel zur Richtung des Leistungsflusses, die durch die Längsmittellinie der Breitwandungen der Applikatorabschnitte verläuft, angeregt ist, werden die TE -Modearten, wobei m eine gerade ganze Zahl ist, nicht angeregt. Die IE -Modearten, wobei m eine ungerade Zahl größer eins ist, obwohl sie angeregt sein können, strahlen nicht durch den Längsschlitz bei χ 3 a/2, da das magnetische 3?eld in z-Richtung, H , bei χ « a/2 * null ist.Dimension M b M is kept smaller than half the free wavelength of the excitation frequency. As long as the waveguide is also excited symmetrically with respect to a plane parallel to the direction of the power flow, which runs through the longitudinal center line of the broad walls of the applicator sections, the TE modes, where m is an even integer, are not excited. The IE modes, where m is an odd number greater than one, although they can be excited, do not radiate through the longitudinal slot at χ 3 a / 2, since the magnetic 3? Eld in the z-direction, H, at χ «a / 2 * is zero.
Wenn also Sorgfalt bei der Anregung des Wellenleiters mit .Über- I große bei χ - a/2 aufrechterhalten wird, werden die TEmQ-Modearten, wobei m eine gerade ganze Zahl ist, nicht mit einer beachtlichen Energiegröße erregt; ein Entweichen von Mikrowellenleistung aus dem Schlitz wird auf beachtliche Grenzen beschränkt. So if care is maintained in the excitation of the waveguide with .über- I large at χ - a / 2, the TE mQ modes, where m is an even integer, will not be excited with a significant amount of energy; the escape of microwave power from the slot is restricted to considerable limits.
Die Heizrate am ersten Applikatorabschnitt 14 für die Schlangenanordnung wird vermindert, verglichen mit den Wellenleiterapplikatoren, wobei a kleiner als A0 ist. Zusätzlich jedoch wird die Änderung in der Heizrate mit ζ auch in beachtlicher Weise vermindert, so daß die Erwärmung gleichförmiger ausgebreitet wird, während das Material verarbeitet wird. D. h., ä die Erwärmung von einem Hand der Bauplatte zum andern wird gleichförmigerj und nachfolgende Abschnitte haben eine Heizrate, die fast gleich der des vorhergehenden Abschnittes ist, wenn die Wellenführung von Übergröße ist.The heating rate on the first coil assembly applicator section 14 is reduced compared to the waveguide applicators, where a is less than A 0 . In addition, however, the change in the heating rate with ζ is also remarkably reduced so that the heating is spread more uniformly while the material is being processed. That is., The heating ä by a hand of the building board to another gleichförmigerj and subsequent sections have a heating rate almost equal to that of the previous section is when the wave guide is of oversize.
Dieser Effekt, die Dämpfungskonstante in Richtung des Leistungsflueses zu vermindern, wird als wichtiger Vorteil der Erfindung angesehen;dies ist graphish in Fig. 5 erläutert, wo die vertikale Koordinate die Leistungsdichte und die horizontale Koordinate die z-Richtung ist. Eig. 4 erläutert daher die Leistungsdichteverteilung in der Ebene χ <■ a/2, die sich länge der Leistungsflußrichtung erstreckt} die mit dem Bezugs-This effect of reducing the attenuation constant in the direction of the power flow is considered to be an important advantage of the invention and is illustrated graphically in Fig. 5, where the vertical coordinate is the power density and the horizontal coordinate is the z-direction. Prop. 4 therefore explains the power density distribution in the plane χ <■ a / 2, which extends the length of the power flow direction} which is related to the reference
009885/1410009885/1410
zeichen 50 bezeichnete Kurve gibt dies für einen Wellenführungsapplikator bei a kleiner als X an. Steigt die Abmessung "a" über die freien Wellenlänge der Anregungsfrequenz, so ändert sich die Leistungsdichtenverteilungskurve in die durch die Kurve 51 angegebene, woraus ersichtlich wird, daß die Anfangsleistungsdichte von PQ auf PQ abnimmt; auch die Dämpfung wird " gleichförmiger. Es soll darauf hingewiesen werden, daß die Dämpfung (d. h. dP/dz) mit der ersten Abgeleiteten der Kurven 50 und 5*1 variiert.The curve denoted by 50 indicates this for a waveguide applicator at a smaller than X. If the dimension "a" rises above the free wavelength of the excitation frequency, the power density distribution curve changes to that indicated by curve 51, from which it can be seen that the initial power density decreases from P Q to P Q; the attenuation also becomes "more uniform. It should be noted that the attenuation (ie, dP / dz) varies with the first derivative of curves 50 and 5 * 1.
Diese Wirkung, eine gleichförmigere Heizrate in Richtung des P Leistungsflusses zu erreichen, ist wichtig nicht nur bei der Schlangenanordnung, wo die Heizrate für nachfolgende der Applikatorabschnitte gleichförmiger wird, sondern auch in der in S1Ig. 4 dargestellten Anordnung, wo das in der Behandlung befindliche Material parallel zu und zwischen den Breitwandungen gefördert wird. Indem man so dafür sorgt, daß die Heizrate gleichförmiger in z-Bichtung wird, werden extreme Temperaturen an der Stelle, an der das Material in den Applikator eingeführt wird, vermieden. Der Vorteil, einen Längsschlitz zu haben, der sich in Dehnungsrichtung der Breitwand erstreckt und um die Linie χ »a/2 zentriert ist, ist auch wichtig bei Anwendungsfällen, wo eine Flüssigkeit, z. B. Fett oder Feuchtigfe keit, geliefert wird, während das Material erwärmt wird. Die hiermit zusammenhängenden Anmeldung vom gleichen Tage (internes Aktenzeichen U 02 202 ) beschreibt einen Wellenleiterapplikator für das Backen oder Kochen von Schinken, wobei mit Vorteil die erfindungsgemäßen Lehren ausgenutzt werden.This effect of achieving a more uniform heating rate in the direction of the P power flow is important not only in the serpentine arrangement, where the heating rate for subsequent one of the applicator sections becomes more uniform, but also in that in S 1 Ig. 4, where the material being treated is conveyed parallel to and between the wide walls. By making the heating rate more uniform in the z-direction, extreme temperatures at the point where the material is introduced into the applicator are avoided. The advantage of having a longitudinal slot which extends in the direction of expansion of the wide wall and is centered around the line χ »a / 2 is also important in applications where a liquid, e.g. B. Fett or Feuchtigfe speed is supplied while the material is being heated. The associated application of the same day (internal file number U 02 202) describes a waveguide applicator for baking or cooking ham, the teachings according to the invention being used to advantage.
Fachleuten ist klar, daß die erfindungsgemäßen, hier beschriebenen Prinzipien auch in Kombination mit Elementen des Wellenleiterapplikatorsystems in der oben genannten Anmeldung verwendet werden können, beispielsweise den Einrichtungen zum Zirkulierenlassen von Luft durch den Wellenleiter, die Wasserlast, mit der der Wellenleiter weiter in Flußrichtung der Leistung von den Applikatorabschnitten endet,oder den Sperrfil-Those skilled in the art will understand that the present invention described herein Principles also used in combination with elements of the waveguide applicator system in the above-mentioned application such as the facilities for circulating air through the waveguide, the water load, with which the waveguide ends further in the direction of flow of the power from the applicator sections, or the blocking film
009885/U10 - 19 -009885 / U10 - 19 -
tern, die so ausgelegt sind, daß sie Energie an Stellen des Eingangs oder Austritts des Materials für die in Fig. 4 bezeichnete Ausführungsform zurückweisen.tern designed in such a way that it can supply energy to the Entry or exit of the material for the designated in Fig. 4 Reject embodiment.
Schließlich ergibt sich aus Gleichung (4), daß die normalisierte elektrische Feldstärke in der Richtung vergrößert werden kann, in der die Leistung fließt, indem Mb" als Konstante gehalten wird und indem die Breite "a" der Breitwand vermindert wird, um eine Verjüngung zu erreichen, wie in Fig. 6 dargestellt. Diese Verjüngung vergrößert die Feldstärke am Schlitz selbst dann, wenn die Gesamtleistung durch Dämpfung abnimmt.Finally, it can be seen from equation (4) that the normalized electric field strength can be increased in the direction in which the power flows by keeping M b "as a constant and by decreasing the width" a "of the wide wall by a taper as shown in Figure 6. This taper increases the field strength at the slot even if the overall power decreases due to attenuation.
Änderungen und Abänderungen liegen im Bahmen der Erfindung.Changes and modifications are within the scope of the invention.
Patentansprüche;Claims;
009835/1410 ' - 20 -009835/1410 '- 20 -
Claims (18)
i'st und in der Richtung des Leistungsflusses verläuft.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that this dimension M a M defines the transverse width of a pair of opposing wide walls (4) in the power flow direction and that at least one of these wide walls defines a slot which is centered around its transverse center
i'st and runs in the direction of the power flow.
weiterhin Einrichtungen umfaßt, die das Material durch diese
Schlitze quer zur Richtung des Leistungsflusses bewegen.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that this dimension "a" forms the transverse width of a pair of opposing wide walls which run in the direction of the power flow, each of the wide walls forming a slot which is centered approximately around its transverse center and extends in the direction of the power flow and
further includes facilities that pass the material through them
Move slots across the direction of power flow.
Schlitze (30; 26 ·..) definieren9 die etwa raa die, transversale Breite zentriert sind und in Hichtuag des Leistungsflusses
sich erstrecken, wobei sämtliche dieser Schlitze ausgerichtet sindj um den Durchgang von Material hierdurch zu ermöglichen.4. Apparatus according to claim 3 »characterized in that the applicator device is designed as a plurality of turns (14-17), each opening or loop representing an applicator section and all of these wide walls
Slits (30; 26 · ..) define 9 which are roughly centered on the transverse width and in the direction of the power flow
with all of these slots aligned to allow the passage of material therethrough.
ganze Zahl ist.the centers of this pair of slots runs to a stimulus of IE_ ■
is an integer.
Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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