DE3049298C2 - - Google Patents

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DE3049298C2
DE3049298C2 DE3049298A DE3049298A DE3049298C2 DE 3049298 C2 DE3049298 C2 DE 3049298C2 DE 3049298 A DE3049298 A DE 3049298A DE 3049298 A DE3049298 A DE 3049298A DE 3049298 C2 DE3049298 C2 DE 3049298C2
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Benny Vaellingby Se Berggren
Yngve Lidingoe Se Haessler
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STIFTELSEN INSTITUTET FOER MIKROVAAGSTEKNIK VID TEKNISKA HOEGSKOLAN I STOCKHOLM STOCKHOLM SE
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STIFTELSEN INSTITUTET FOER MIKROVAAGSTEKNIK VID TEKNISKA HOEGSKOLAN I STOCKHOLM STOCKHOLM SE
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64Heating using microwaves
    • H05B6/72Radiators or antennas
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64Heating using microwaves
    • H05B6/78Arrangements for continuous movement of material

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erhitzen von Gegenständen mit Hilfe von Mikrowellenenergie mit den im Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 8 angegebenen Merkmalen.
Wenn Körper, beispielsweise Gegenstände nach Verfahren und mit Hilfe von Vorrichtungen erhitzt werden, bei denen Mikro­ wellenenergie Verwendung findet, besteht ein Problem, das ganz allgemein bei der Erhitzung von kontinuierlich durch­ laufenden Gegenständen entsteht, darin, daß die Mikrowellen­ energie aus dem Heizraum austritt bzw. herausstrahlt, wenn dieser Heizraum in einer oder mehreren Richtungen offen ist.
Es war bisher beispielsweise nicht möglich, Gegenstände kontinuierlich einer Heizvorrichtung zuzuführen und sie aus dieser Heizvorrichtung wieder herauszubefördern und gleichzeitig zu verhindern, daß Mikrowellenenergie aus der Heizvorrichtung durch deren Austritts- und/oder Zu­ führöffnungen herausstrahlte.
Ein weiteres großes Problem bestand darin, eine ausreichend hohe Leistung in einen Raum einzuspeisen, in dem Gegen­ stände erhitzt werden sollen und dem die Gegenstände kon­ tinuierlich zugeführt werden und aus dem sie auch konti­ nuierlich wieder herausbefördert werden.
Bei bekannten Vorrichtungen erhält man darüber hinaus Stö­ rungen der Feldverteilung entweder am Ort der Applikator­ verbindung oder an der Einführungsstelle der Last in den Wellenleiter, was zur Folge hat, daß das gewünschte Heiz­ muster nicht erreicht wird.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art sind bereits jeweils aus der US-PS 35 19 517 und aus der DE- OS 26 27 577 bekannt.
Die US-PS 35 19 517 beschreibt eine Heizvorrichtung, bei der die Fortpflanzungsrichtung der Mikrowellen parallel zur Zufuhrrichtung der Gegenstände verläuft. Dabei tritt an den beiden offenen Enden des Heizraums Mikrowellenenergie aus dem Gerät aus.
Sowohl die DE-OS 26 27 577 als auch die FR-PS 22 62 470 beschreiben ein Verfahren, bei dem ein Resonator verwendet wird, der eine diskrete Kopplung aus einem Zufuhr-Wellen­ leiter besitzt. Dadurch ergibt sich eine sehr beschränkte Leistungszufuhr.
Die US-PS 34 65 114 beschreibt ein Gerät, bei dem die Fort­ pflanzungsrichtung der Mikrowellen senkrecht zur Förderrich­ tung des Materials liegt. Es treten dabei allerdings Stö­ rungen der Feldverteilung auf, und zwar auf Grund der dis­ kreten Kopplung zwischen den vier Zufuhrwellenleitern und dem rohrförmigen Wellenleiter für die Gegenstände.
Die CH-PS 3 79 022 zeigt eine Heizvorrichtung, bei der die Fortpflanzungsrichtung der Mikrowellenenergie senkrecht zur Förderrichtung der Gegenstände verläuft. Bei dieser Vorrich­ tung ist es zwar möglich, die aus dem Mikrowellenofen aus­ tretende Strahlung auf ein Mindestmaß herabzusetzen, jedoch ergibt sich dabei das Problem, auch genug Mikrowellenleistung in den Heizraum hineinzufördern.
Aus der CH-PS 6 23 399 ist ebenfalls eine Heizvorrichtung bekannt, bei der die Fortpflanzungsrichtung der Mikrowellen senkrecht zur Förderrichtung der zu erhitzenden Gegenstände verläuft.
Die US-PS 38 51 132 beschreibt schließlich einen Mikrowellen­ applikator, in den Mikrowellenenergie ohne jede besondere Kopplungsmaßnahme eingebracht wird. Da jedoch die Mikro­ wellen in denjenigen Teil des Applikators, der für die Gegenstände bestimmt ist, senkrecht zur Längsrichtung die­ ses Teils eintreten, unterscheidet sich die Feldverteilung zwischen der Stelle, an der die Mikrowellen eintreten und dem übrigen Teil des Applikators erheblich.
Aufgabe der Erfindung ist es, das eingangs erwähnte Ver­ fahren bzw. die Vorrichtung derart zu verbessern, daß der Austritt von Mikrowellenenergie auf ein Minimum gebracht und gleichzeitig ein bestimmtes erwünschtes Heizmuster im Ofenraum gewährleistet wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 (Ver­ fahren) bzw. im Patentansprusch 8 (Vorrichtung) angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben; es zeigt:
Fig. 1 zwei Hohlleiter,
Fig. 2 ein Diagramm für die Energiekopplung zwi­ schen zwei Hohlleitern, wobei die Ausbrei­ tungsrichtung der Energie und der Wellen dieselben sind,
Fig. 3 ein Diagramm, das dem Diagramm aus Fig. 2 entspricht,
Fig. 4 in schematischer Weise eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 5 ein Diagramm, das den Diagrammen aus den Fig. 2 und 3 entspricht,
Fig. 6 einen Querschnitt durch zwei Hohlleiter, wobei ein sog. Steghohlleiter als Zuführ­ hohlleiter verwendet wird, und
Fig. 7 eine weitere Ausführungsform eines Zuführ­ hohlleiters.
Eine einfachste Ausführungsform umfaßt im Prinzip einen Zuführhohlleiter 1, einen Lasthohlleiter 2, eine Koppel­ strecke 3 und einen Mikrowellengenerator 4 (s. Fig. 1 und 4).
In Fig. 1 ist ein Zuführhohlleiter 1 dargestellt, der einen länglichen und rechtwinkligen Querschnitt aufweisen kann und dessen eines Ende mit einem in Fig. 1 nicht dargestellten Mikrowellengenerator, beispielsweise einem Magnetron, einem Klystron oder einem Transistor-Oszillator verbunden ist. Dieser Wellenleiter soll lediglich zur Zuführung von Mikro­ wellenenergie dienen. Ein Lastwellen- bzw. -hohlleiter 2 besitzt im wesentlichen dieselben Abmessungen wie der Zuführhohlleiter und erstreckt sich parallel zu diesem auf eine solche Weise, daß die beiden Hohlleiter 1, 2 zumindest über eine bestimmte Strecke eine gemeinsame Trennwand 5 besitzen. In dieser Wand 5 ist eine Koppelstrecke 3 zum Übertragen bzw. Entkoppeln von Mikrowellenenergie von einem Hohlleiter zum anderen angeordnet. Die Koppelstrecke kann aus einem Schlitz 6 bestehen, der bezüglich des Transports von Mikrowellenenergie die beiden Hohlleiter 1, 2 mitein­ ander verbindet. Die Koppelstrecke kann auch aus Antennen- bzw. Strahlerelementen wie z. B. Löchern bestehen, von denen einige pro Wellenlänge längs der Länge der Kopplungsstrecke angeordnet sind.
Der Lastwellenleiter 2 umfaßt einen Mikrowellenapplikator, dessen Abmessungen im wesentlichen durch die gewünschte Wärmeverteilung in den zu erwärmenden Gegenständen 19 be­ stimmt ist. Diese Gegenstände werden in den Lasthohlleiter 2 eingeführt und aus ihm herausbefördert, wie dies durch die Pfeile in Fig. 4 angedeutet ist.
Gemäß der Erfindung ist der Lastwellenleiter 2 so dimen­ sioniert, daß die Wellenausbreitungskonstante oder die Wellenlänge in ihm dieselbe wie im Zuführwellenleiter 1 ist, wenn der Lastwellenleiter die zu erhitzende Last enthält.
Wenn dies der Fall ist, wird Mikrowellenenergie vom Zu­ führwellenleiter 1 zum Lastwellenleiter 2 längs der Länge der Koppelstrecke 3 übergekoppelt, wenn der Lastwellen­ leiter die Last enthält. Die Mikrowellenenergie kann dann über eine zusätzliche Koppelstrecke 3 zum Zuführwellenleiter 1 zurückgekoppelt werden, wodurch beide Enden des Last­ wellenleiters, d. h. sowohl sein Zuführende als auch sein Austrittsende 8 frei von Mikrowellenenergie sind.
Die grundlegende Theorie für die Kopplung von Moden ist bekannt und beispielsweise in folgenden Veröffentlichungen beschrieben: J. R. Pierce, "Coupling of Modes of Propagation", J. Appl. Phys., 25, 179-183 (Febr. 1954); W. H. Lovisell, "Coupled Mode and Parametric Electronics", John Wiley & Sons, Inc. USA 1960; D. A. Watkins, "Topics in Electromagnetic Theory", John Wiley & Sons, Inc. USA 1968; S. E. Miller, "Coupled Wave Theory and Waveguide Applications" Bell Systems Techn. J., 33, 661-720 (Mai 1954). Aus diesen theoretischen Erwägungen ist es grundsätzlich bekannt, daß Energie zwischen zwei Wellenleitern übertragen wird, die längs einer Strecke miteinander gekoppelt sind und in denen sie sich in Form von Moden mit gleichen oder nahezu gleichen Wellenausbreitungskonstanten ausbreiten. Die Kopplung findet zwischen Moden statt, die sich in derselben Richtung ausbreiten.
Die Kopplung zwischen Wellen, die dieselbe Wellenausbreitungs­ konstante besitzen, sich jedoch in entgegengesetzter Richtung ausbreiten, ist außerordentlich klein. Es ist möglich, Wellen in der entgegengesetzten Richtung außerdordentlich stark durch eine geeignete Wahl der Länge der Kopplungsstrecke zu unterdrücken.
In Fig. 2 ist dargestellt, wie der Effekt bzw. die Leistung, die mit P bezeichnet und längs der Y-Achse aufgetragen ist, sinusförmig zwischen zwei gekoppelten, mit V 1 und V 2 be­ zeichneten Hohlleitern längs der Länge einer mit L bezeichneten Kopplungsstrecke oszilliert. Damit die gesamte Leistung zwischen den Wellenleitern V 1 und V 2 übergekoppelt wird, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, müssen die Wellenaus­ breitungskonstanten in beiden Hohlleitern gleich sein. Sind sie geringfügig unterschiedlich, so wird nur ein Teil der Leistung übertragen, nämlich
der Leistung. In dieser Formel sind β₁ bzw. β₂ die Wellen­ ausbreitungskonstanten in den jeweiligen Hohlleitern und k ist der Kopplungsfaktor für das Feld pro Längeneinheit. Dies zeigt, daß die Kopplung bezüglich anderer Moden mit unterschiedlichen Wellenausbreitungskonstanten unterdrückt werden kann.
Die Länge, längs derer eine gewisse Beziehung zwischen der Leistung in den Hohlleitern existiert, ist durch die Größe des Kopplungsfaktors bestimmt. Wenn die Koppelstrecke die Länge L besitzt, so bedeutet dies, daß alle Energie von einem Wellenleiter zum anderen übertragen wird, wenn gilt
k · L = π/2.
Wenn im Wellenleiter V 2 Verluste auftreten, wird die Leistung P gemäß Fig. 3 so beeinflußt, daß die Verteilung zwischen den Wellenleitern längs der Koppelstrecke nicht wie in Fig. 2 sinusförmig ist. Bei dem Beispiel in Fig. 3 gilt k=1,8/m und der Dämpfungsfaktor ist: α=1,8/m. Wenn die Leistung im Wellenleiter V 1 Null ist, so bedeutet dies, daß für die Kopplungslänge L gilt
Man sieht, daß die maximale Leistung im Wellenleiter V 2 in Fig. 3 wesentlich kleiner ist als die maximale Leistung im Wellenleiter V 1, d. h. nur etwa 29% dieser Leistung beträgt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind ein Zuführwellen- bzw. -hohlleiter 1 und ein Lasthohlleiter 2 vorgesehen, wobei zu erhitzende Gegenstände dem einen Ende des Lastwellenleiters zugeführt und aus dessen ande­ rem Ende 8 herausbefördert werden. Mikrowellenenergie wird an dem einen Ende 9 des Zuführwellenleiters 1 eingespeist, das beim Zuführende 7 des Lastwellenleiters angeordnet ist. Wei­ terhin wird bevorzugt am anderen Ende 10 des Zuführwellen­ leiters 1 eine reflexionsfreie Wasserlast 11 vorgesehen, um Energie auszulöschen bzw. zu absorbieren, die evtl. im Zu­ führwellenleiter verblieben ist. (s. Fig. 4).
Der Zuführwellenleiter 1 ist mit dem Lastwellenleiter 2 längs einer Kopplungsstrecke 3 gekoppelt. Die Abmessungen des Lastwellenleiters 2 sind, wie oben erwähnt, so gewählt, daß der Wellenleiter mit der in Form von zu erhitzenden Gegenständen eingeführten Last dieselbe oder im wesent­ lichen dieselbe Wellenausbreitungskonstante besitzt wie der Zuführwellenleiter 1.
Ohne eine Last im Lastwellenleiter 2 differiert die Wellenausbreitungskonstante des Lastwellenleiters von der des Zuführwellenleiters und daher wird keine Leistung vom Zuführwellenleiter 1 auf den Lastwellenleiter 2 über­ gekoppelt; vielmehr wird diese Leistung in der Wasser­ last 11 in Wärme umgewandelt. Der Generator 4 arbeitet dabei gegen eine eingestellte Last unabhängig davon, ob eine Last an den Lastwellenleiter gekoppelt ist oder nicht. Somit tritt keinerlei Mikrowellenenergie aus der Vorrichtung aus.
Wenn Gegenstände 19 in den Lastwellenleiter 2 eingeführt werden, wird die Wellenausbreitungskonstante so geän­ dert, daß sie in den beiden Wellenleitern 1 und 2 die­ selbe ist. Hierdurch wird die Energie zum Lastwellen­ leiter 2 übergekoppelt und die Produkte werden erhitzt. Die übergekoppelte Leistung wird nur in der Wellenaus­ breitungsrichtung transportiert, so daß die Zuführung von Gegenständen zu keinerlei Problem bezüglich eines Austretens von Mikrowellen führt, da am Zuführende 7 des Lastwellenleiters 2 keinerlei Mikrowellenenergie vorhanden ist.
Die Länge der Kopplungsstrecke 3 kann so gewählt werden, daß an dem Punkt, an dem die Kopplung endet, die gesamte Leistung im Zuführwellenleiter ist. Somit wird die gesamte verbleibende Mikrowellenleistung der Wasserlast zugeführt. Auf diese Weise ist das Austrittsende 8 des Lastwellenleiters frei von Mikrowellenenergie. Die Erfindung ermöglicht somit den freien Durchgang von zu erhitzenden Produkten, ohne daß das Risiko eines Austretens von Mikrowellen besteht.
Die Kopplungsstrecke 3 kann weiterhin in zwei oder mehr Ab­ schnitte unterteilt werden, so daß z. B. der erste Abschnitt die Leistung vom Zuführwellenleiter 1 zum Lastwellenleiter 2 überführt und der nächste Abschnitt die Leistung zum Zuführwellenleiter 1 zurückleitet.
Bei einer hohen Abschwächung bzw. Dämpfung in der Last kann es genügen, die Leistung in den Lastwellenleiter überzuführen, wo sie vollständig in Wärme in den Gegenständen umgewandelt wird, bevor diese am Austrittsende 8 ankommen.
Die maximale Mikrowellenleistung im Lastwellenleiter 2 ist entweder dadurch begrenzt, daß die elektrische Feldintensität nicht so groß werden darf, daß eine elektrische Unterbrechung bzw. ein elektrischer Durchschlag auftritt, oder dadurch, daß die Produkte eine zu schnelle Erhitzung nicht aushalten.
Bei einem Mikrowellenleiter, der direkt durch einen Generator oder über eine Verbindung an einem Punkt gespeist wird, fällt die Wärmeentwicklung ebenso wie die Mikrowellenleistung exponentiell in Richtung des Leistungstransports ab.
Die Erfindung bietet in dieser Hinsicht große Vorteile, da die Wärmeentwicklung sehr gleichförmig in Richtung der Wellen­ ausbreitung verteilt werden kann.
Dadurch, daß man für eine schwache Kopplung sorgt, kann die Leistung im Lastwellenleiter beträchtlich niedriger gehalten werden als im Zuführwellenleiter.
Fig. 5, die ein Diagramm der gleichen Art wie die Fig. 2 und 3 zeigt, umfaßt theoretische Kurven (gestrichelt) und eine gemessene Kurve (durchgezogen), die die Kopplung zwischen zwei Wellenleitern V 1, V 2 betreffen. Es wurde gemessen, daß der Dämpfungsfaktor α=3,9/m und der Kopplungsfaktor k=1,8/m waren. Die Kopplungsstrecke 3 war ein durchgehender Schlitz. Durch Verminderung der Kopplung nimmt die maximale Leistung im Lastwellenleiter 2 bei einer vorgegebenen, in den Zuführungswellenleiter 1 eingespeisten Leistung ab.
Es ist auch möglich, die Energiedichte im Lastwellenleiter 2 dadurch auf dem höchsten Pegel zu halten, daß der Kopplungs­ faktor pro Längseinheit variiert wird. Die Aufheizgeschwindig­ keit kann dadurch durch die Zeit gesteuert werden, so daß ein gewünschter Heizvorgang, beispielsweise ein Trocknungs­ profil erzielt wird.
Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Mikrowellenenergie über eine vergleichsweise lange Strecke übertragen, was beinhaltet, daß Störungen des Feldmusters im Applikator, d. h. im Lastwellenleiter unbedeutend sind. Eine herkömmliche diskrete Verbindung bzw. Übertragung der Leistung auf einen Lastwellenleiter beispielsweise durch eine Spule, eine Antenne oder eine Öffnung bringt in der Tat eine starke örtliche Störung der Feldkonfiguration mit sich und führt dadurch zu einer Störung der Wärmeverteilung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Zuführwellenleiter 1 oder der Lastwellenleiter 2 so aufgebaut, daß seine Wellenausbreitungskonstante sich langsam in Richtung seiner Längsrichtung ändert. Hierdurch wird die Lastabhängigkeit vermindert, d. h. der Einfluß dieser Änderungen in der Last ändert die Wellenausbreitungskonstante und somit die Stärke der Kopplung. Dies kann durch eine kontinuierliche Änderung seiner Abmessungen oder dadurch bewerkstelligt werden, daß ein zu geringen Verlusten führendes dielektrisches Material eingesetzt wird, dessen Anordnung im Wellenleiter und dessen Dielektrizitätskonstante die Wellenausbreitungsgeschwindigkeit des Wellenleiters beeinflußt.
Wenn ein dielektrisches Material in den Wellenleiter eingeführt wird, ist die Lage des Materials vorzugsweise von der Außen­ seite her verschiebbar, so daß der Wellenleiter auf einfache Weise abgestimmt werden kann, wenn er sich im Betrieb befindet.
Fig. 6 ist ein Querschnitt einer Ausführungsform eines flexiblen Zuführwellenleiters 1. Er besteht aus einem sog. Steghohlleiter 12, wie er beispiels­ weise in der schwedischen Patentschrift 3 66 456 beschrieben ist, wobei die Leistung auf eine Zone zwischen einem Steg 13 und dem Schlitz 14 der Kopplungsstrecke 3 konzentriert ist. Zwischen dem Steg 13 und dem Schlitz 14 ist ein dielektrisches Material 15 vorgesehen. Durch Verringerung des Abstandes zwischen dem Steg 13 und dem Schlitz 14 wächst die Konzentration der Leistung und die Kopplung zum Lastwellenleiter 2 gewinnt an Stärke.
Dadurch, daß man einen größeren oder kleineren Teil des Steghohlleiters 12 mit einem verlustarmen dielektrischen Material füllt, kann man erreichen, daß die Wellenausbrei­ tungskonstante unterschiedliche Werte annimmt. Die dielektrische Konstante bestimmt zusammen mit den geometrischen Abmessungen die Wellenausbreitungskonstante des Steghohlleiters.
Um hohe Werte der Wellenausbreitungskonstante zu erzielen, wird der Zuführwellenleiter 1 mit einer periodischen Struktur ausgestattet, bei welcher periodisch angeordnete Diaphragmen sich von zwei einander gegenüberliegenden Innenwänden 17, 18 des Zuführhohlleiters 1 aus erstrecken, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist.
Neben den oben erwähnten Vorteilen kann festgestellt werden, daß sich auf Grund des Betriebs des Generators gegen eine re­ flexionsfreie Last die Betriebs-Lebensdauer des Generators wesentlich erhöht. Dies trifft insbesondere auf Magnetrons zu, die überwiegend als Mikrowellengeneratoren für Heizwerke ver­ wendet werden.
Weiterhin stellt man fest, daß für Materialien mit geringen Verlusten ein hohes Maß an Effizienz auf einer kurzen Strecke und eine gute Toleranz gegen Änderungen in der Last erzielt werden.
Die Wellenlänge ist groß und führt somit zu kleinen Änderungen der Erhitzung in Längsrichtung.
Beispielsweise können mehrere Lastwellenleiter durch einen einzigen Zuführungswellenleiter gespeist werden; in diesem Fall sind die Lastwellenleiter 2 parallel auf zwei ent­ sprechenden Seiten des Zuführwellenleiters 1 angeordnet.
Weiterhin können mehrere Zuführwellenleiter in entsprechender Weise einem gemeinsamen Lastwellenleiter Leistung zuführen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform können mehrere Zuführ­ wellenleiter in einen Lastwellenleiter Energie einkoppeln, wobei die Verbindung bzw. Einkopplung an derselben Stelle für verschiedene Moden im Lastwellenleiter stattfindet; statt dessen können auch die Zuführwellenleiter der Reihe nach einer hinter dem anderen Energie derselben Schwingungsform in den Lastwellenleiter einkoppeln.
Die Zuführöffnung 7 des Lastwellenleiters 2 kann auch so dimensioniert werden, daß sie eine sog. Sperrfrequenz besitzt, die kleiner als die Frequenz des Generators ist und es kann die Austrittsöffnung 8 so dimensioniert werden, daß sie eine Sperrfrequenz besitzt, die größer ist als die Frequenz des Generators.

Claims (18)

1. Verfahren zum Erhitzen von Gegenständen mit Hilfe von Mikrowellenenergie, bei dem
  • - die Mikrowellenenergie von einem Generator (4) einem ersten Wellenleiter (1) zugeführt wird, wobei
  • - ein zusätzlicher zweiter Wellenleiter (2) mit Ausnahme wenigstens einer Kopplungsstrecke (3) zwischen den beiden Wellenleitern vom ersten Wellenleiter (1) ge­ trennt angeordnet ist, und wobei ferner
  • - auf der Kopplungsstrecke (3) eine Kopplung von Mikro­ wellenenergie, die in der Wellenausbreitungsrichtung der Wellenleiter verteilt ist, stattfindet und Mikrowellenenergie von dem einen Wellenleiter (1, 2) in den anderen Wellenleiter (2, 1) übertritt,
  • - und die zu erhitzenden Gegenstände lediglich in den zweiten Wellenleiter (2) eingeführt und aus ihm heraus­ transportiert werden, während die Mikrowellenenergie lediglich in den ersten Wellenleiter (1) eingespeist wird,
dadurch gekennzeichnet,
  • - daß der zweite Wellenleiter (2) so dimensioniert ist, daß er durch die Wirkung der von den Gegenständen (19) gebildeten Last die Mikrowellenenergie mit der­ selben Wellenausbreitungskonstante leitet wie der erste Wellenleiter (1).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man Mikrowellenenergie vom ersten Wellenleiter (1) in den zweiten Wellenleiter (2) und wieder zurück in den ersten Wellenleiter (1) einmal oder mehrere Male dadurch übertreten läßt, daß man so viele Kopplungsstrecken (3) zwischen den Wellenleitern (1, 2) vorsieht, als Übertrittsvorgänge von Energie zwischen den Wellenleitern stattfinden sollen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wellenausbreitungs­ konstante im ersten Wellenleiter (1) dadurch veranlaßt wird, sich kontinuierlich längs dessen Längserstreckung zu ändern, daß die Abmessungen des Wellenleiters (1) geändert werden bzw. unterschiedlich sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wellenausbreitungs­ geschwindigkeit im ersten Wellenleiter (1) dadurch veranlaßt wird, sich längs dessen Länge zu ändern, daß ein dielektrisches Material, vorzugsweise ein Keramik­ material in den Wellenleiter eingeführt bzw. eingesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß spätestens in der Nähe des Abschlußendes der Wellenleiter alle ver­ bleibende Mikrowellenenergie in den ersten Wellenleiter (1) übergekoppelt wird, worauf diese Energie dazu ver­ anlaßt wird, in einer Last (11), beispielsweise einer Wasserlast, in Hitze umgesetzt zu werden, die am Ende (10) des ersten Wellenleiters (1) angeordnet ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Mikrowellengeneratoren (4) dazu veranlaßt werden, Energie jeweils in einen Wellenleiter (1) einzuführen, und daß die Mikrowellenenergie in allen diesen Wellen­ leitern (1) dazu veranlaßt wird, auf einen Wellenleiter (2) übergekoppelt zu werden, der zur Erwärmung bzw. Erhitzung von Gegenständen dient.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Mikro­ wellengenerator (4) veranlaßt wird, Energie in einen Wellenleiter (1) einzuspeisen und daß die Mikrowellen­ energie in diesem Wellenleiter (1) veranlaßt wird, auf zwei oder mehr Wellenleiter (2) übergekoppelt zu werden, die zur Erwärmung bzw. Erhitzung von Gegenständen dienen.
8. Vorrichtung zum Erhitzen von Gegenständen mit Hilfe von Mikrowellenenergie,
  • - die einen Generator (4) für die Zuführung von Mikro­ wellenenergie zu einem ersten Wellenleiter (1) umfaßt, wobei
  • - ein zusätzlicher zweiter Wellenleiter (2) beim ersten Wellenleiter (1) so angeordnet ist, daß die beiden Wellenleiter (1, 2) zumindest längs einer gewissen Strecke eine gemeinsame Trennwand (5) aufweisen, in der eine Kopplungsstrecke (3) vorgesehen ist, wobei ferner
  • - die Kopplungsstrecke (3) einen Schlitz durch die Trennwand (5) hindurch umfaßt,
  • - und mit Hilfe der Kopplungsstrecke (3) eine Kopplung von Mikrowellenenergie, die in der Wellenausbreitungs­ richtung der Wellenleiter (1, 2) verteilt ist, von einem Wellenleiter (1, 2) in den anderen Wellenleiter (2, 1) stattfindet,
dadurch gekennzeichnet,
  • - daß der zweite Wellenleiter (2) so dimensioniert ist, daß er durch die Wirkung der von den Gegenständen ge­ bildeten Last die Mikrowellenenergie mit derselben Wellenausbreitungskonstante leitet wie der erste Wellenleiter (1).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schlitz durch eine Reihe von Löchern ersetzt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie mehrere Kopplungsstrecken (3) zum einmaligen oder mehrfachen Überkoppeln von Mikrowellenenergie aus dem ersten Wellenleiter (1) zum zweiten Wellenleiter (2) und hierauf wieder zu­ rück in den ersten Wellenleiter (1) umfaßt, wobei die Anzahl dieser Kopplungsstrecken gleich der Anzahl der Übertrittsvorgänge ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Querschnittsabmes­ sungen des ersten Wellenleiters (1) zumindest längs eines Abschnitts seiner Längserstreckung sich konti­ nuierlich ändern, wodurch die Wellenausbreitungskon­ stante für die im ersten Wellenleiter (1) transpor­ tierte Energie geändert wird.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein dielektrisches Ma­ terial in den ersten Wellenleiter (1) zumindest längs eines Abschnitts seiner Längserstreckung einge­ setzt ist, wodurch die Wellenausbreitungsgeschwindig­ keit für die im ersten Wellenleiter (1) transportierte Energie geändert wird.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß sie zwei Kopplungsstrecken (3) oder eine Kopplungsstrecke (3) entsprechender Länge für die Übertragung von in den ersten Wellenleiter (1) eingespeister Energie auf den zweiten Wellenleiter (2) und zurück zum ersten Wellen­ leiter (1) umfaßt und daß der erste Wellenleiter (1) in einer reflexions­ freien Last (11), beispielsweise einer Wasserlast endet.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß der erste Wellenleiter (1) durch Kopplungsstrecken (3) mit zwei oder mehr zweiten Wellenleitern (2) verbunden ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr erste Wellenleiter (1) durch Kopplungsstrecken (3) mit einem zweiten Wellenleiter (2) verbunden sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß der erste Wellenleiter (1) ein Steghohlleiter (12) ist.
DE19803049298 1980-01-03 1980-12-29 Verfahren und vorrichtung zur heizung durch mikrowellenenergie Granted DE3049298A1 (de)

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