DE2155633A1

DE2155633A1 - OVEN SYSTEM HEATED WITH MICROWAVE ENERGY

Info

Publication number: DE2155633A1
Application number: DE19712155633
Authority: DE
Inventors: Helmut Boehm
Original assignee: Bowmar TIC Inc
Current assignee: Bowmar TIC Inc
Priority date: 1971-11-09
Filing date: 1971-11-09
Publication date: 1973-05-10

Description

*Mit Mikrowellenenergie beheizte Oienanlagew Die Erfindung bezieht sich auf eine mit Mikrowellenenergie beheizte Ofenanlage mit Magnetronen. * Oienanlagew heated with microwave energy The invention relates on a furnace system heated with microwave energy with magnetrons.

Bekannt ist es bereits, zwei Magnetrone vorzusehen, deren Ausgangssonden durch dieselbe Wand der Ofenkammer hindurchragen, und diese beiden Magnetrone abwechselnd oder gleichzeitig betreiben. Der Zweck einer solchen Anordnung ist es wohl, eine bessere Verteilung der in die Oienkammer eingestrahlen Energie zu erreichen. Indessen hat diese Anlage zum Teil dieselben Nachteile wie eine Heizanlage mit einem einzigen pulsierenden Magnetron, nämlich eine so verschiedenartige Verteilung der von den Magnetronen ausgestrahlten Energie, dass verschiedene Teile des in der Ofenkammer zu erwärmenden Gutes - dabei handelt es sich um Nahrungsmittel in der Ofenkammer Mikrowellenenergiezonen ausgesetzt werden, die ausgesprochen verschieden sind, was dazu rührt, dass der gewünschte Kochvorgang nicht zu erreichen ist. Wegen dieser Mängel haben die bisher bekannt gewordenen Anlagen, bei denen grössere Mengen von Nahrungsmittel zu kochen sind, nicht genügt. Das gilt insbesondere für eine Ofenanlage, die gross genug ist, um mehrere Mahlzeiten gleichzeitig aufauftauen und zu kochen.It is already known to provide two magnetrons, their output probes protrude through the same wall of the furnace chamber, and these two magnetrons alternate or operate at the same time. The purpose of such an arrangement is arguably to provide a to achieve better distribution of the energy radiated into the Oienkammer. In the meantime this system has some of the same disadvantages as a heating system with a single one pulsating magnetron, namely such a diverse distribution of the Magnetrons radiate energy that different parts of the furnace chamber to warming good - these are foods in The oven chamber will be exposed to zones of microwave energy that are distinctly different are what means that the desired cooking process cannot be achieved. Because these shortcomings have the previously known systems, in which larger quantities of food to be cooked is not enough. This is especially true for one Oven that is big enough to defrost several meals at the same time and to cook.

Fig. i zeigt eine schematische Darstellung zweier Antennenelemente in oberen und unteren Abschnitt einer Ofenkaner, ferner die Magnetron-Schaltung mit den zu den Antennenelementen verlaufenden Wellenfuhrungen und mit Einrichtungen, um diese Magnetrone von einem Dreiphasennetz aus zu betreiben, Fig. 2 ist das Schaltbild der Transformator- und Gleichrichternetzwerke, die zwischen das Drehstromnetz und die Magnetrone geschaltet sind, Fig. 3 veranschaulicht den Wellenverlauf der Spannungen, die sich bei Betrieb der in Fig. 2 gezeigten Schaltung ergeben, und Fig. 4 ist eine schematische Darstellung mehrerer in ein und derselben Ofenkammer angeordneter Antennenelekente, die Je an ein zugeordnetes Magnetron und dessen Wellenführungen angeschlossen sind, wobei auch ein Schaltnetzwerk zum wahlweisen Anschluss der Magnetrone an das Drehstromnetz dargestellt ist.Fig. I shows a schematic representation of two antenna elements in the upper and lower section of a furnace duct, furthermore the magnetron circuit with the wave guides running to the antenna elements and with devices, to operate these magnetrons from a three-phase network, Fig. 2 is the circuit diagram the transformer and rectifier networks between the three-phase network and the magnetrons are switched, Fig. 3 illustrates the waveform of the voltages, resulting from the operation of the circuit shown in FIG. 2, and FIG. 4 is one schematic representation of several antenna elements arranged in one and the same furnace chamber, which are each connected to an assigned magnetron and its wave guides, there is also a switching network for the optional connection of the magnetrons to the three-phase network is shown.

Gemäss Fig. 1 befinden sich in der Ofenkammer 14 dicht an den einander gegenüberliegenden Wänden zwei Antennenelemente 10, 12. Es handelt sich dabei um die obere Wand und die untere Wand der Oienkanuner. Diese Ofenkammer, die ait der nicht dargestellten üblichen Ofentür versehen ist, wird mit Nahrungsmitteln beschickt, die mit Hilfe der Mikrowellenenergie gekocht werden sollen. Wie veranschaulicht, sind die Antennen 10, 12 mit den äusseren Enden von Sonden 16, 18 verbunden, die von den Wellenführern 20, 22 ausgehen. Die anderen Enden dieser Wellenführe sind Je mit einem Magnetron 24 bzw. 26 verbunden, Die von diesen Magnetronen erzeugte Mikrowellenenergie wird in die Wellenführer eingestrahlt, etwa über Sonden 28, 30, und wandert dann längs der Wellenführer zu den Ausgangs sonden 16 und 18, welche die Mikrowellenenergie den Antennenelementen 10, 12 zuführt.According to Fig. 1 are located in the furnace chamber 14 close to each other opposite walls two antenna elements 10, 12. These are the upper wall and the lower wall of the Oienkanuner. This furnace chamber, which ait the is provided with the usual oven door, not shown, is loaded with food, that are to be cooked with the help of microwave energy. As illustrated the antennas 10, 12 are connected to the outer ends of probes 16, 18, the proceed from the waveguides 20, 22. The other ends of this wave guide are Each connected to a magnetron 24 or 26, the magnetrons generated by these Microwave energy is radiated into the waveguide, for example via probes 28, 30, and then wanders along the waveguide to the output probes 16 and 18, which supplies the microwave energy to the antenna elements 10, 12.

Die Magnetrone 24, 26 sind über entsprechende Transformatoren und Gleichrichternetzwerke 32, 34 an eine Kraftquelle 36 angeschlossen, die von einem Drehstromnetz gebildet wird.The magnetrons 24, 26 are via corresponding transformers and Rectifier networks 32, 34 connected to a power source 36, which is from a Three-phase network is formed.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, sind die drei Adern 40, 42 und 44 des Drehstromnetzes an die Primärwicklungen von Transforautoren 46, 48 und 50 im Netzwerk 32 und von entsprechenden Transbrmatoren 52, 53 und 56 im Netzwerk 34 angeschlossen.As FIGS. 1 and 2 show, the three wires 40, 42 and 44 of the Three-phase network to the primary windings of transformer 46, 48 and 50 in the network 32 and connected by corresponding transmitters 52, 53 and 56 in network 34.

Im Netzwerk 32 sind Zweiweggleichrichter 60, 62 und 64 mit den Sekundärwicklungen der Transformatoren 46, 48 und 50 verbunden, wobei die entsprechenden Klemmen der Gleichrichter an das Ileizelement des Magnetrons 24 und an die Sekundärwicklungen des betreffenden Heiztransformators 66 angeschlossen sind. Die entsprechenden übrigen Klemmen der beiden Gleichrichter sind an eine Bezugsklemme angeschlossen oder geerdet. Das gilt auch für die Anode des Magnetrons 24.In the network 32 there are full wave rectifiers 60, 62 and 64 with the secondary windings of transformers 46, 48 and 50 are connected, the corresponding terminals of the Rectifier to the Ileizelement of the magnetron 24 and to the secondary windings of the relevant heating transformer 66 are connected. The corresponding rest Terminals of the two rectifiers are connected to a reference terminal or grounded. This also applies to the anode of the magnetron 24.

In entsprechender Weise sind im Netzwerk 24 die Zweiweggleichrichter 70, 72 und 74 mit den Sekundärwicklungen der Transformatoren 52, 53 und 56 verbunden, wobei die entsprechenden Klemmen der Gleichrichter mit dem Heizelemeint des Magnetrons 26 und dem zugehörigen Heiztransforautor 76 in Reihe geschaltet sind, und wobei die übrigen Gleichrichterklemmen ebenso wie die Anode des Magnetrons 26 an eine Bezugsklemme angeschlossen oder geerdet sind.The full-wave rectifiers are in the network 24 in a corresponding manner 70, 72 and 74 connected to the secondary windings of transformers 52, 53 and 56, the corresponding terminals of the rectifier being connected to the heating element of the magnetron 26 and the associated Heiztransforautor 76 are connected in series, and where the other rectifier terminals as well as the anode of the magnetron 26 to one Reference terminal are connected or grounded.

Wie die Fig. 3 im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 erkennen lässt, handelt es sich bei der beschriebenen Anlage um eine solche, bei der die Impulswellenform eines jeden Magnetrons im wesentlichen die kombinierten Welligkeits-oder Brummfrequenzen der Zweiweggleichrichter der betreffenden Netzwerke 32, 34 darstellt. In diesel Zusammenhang veranschaulicht Fig. 3 die bei 2800 Volt gegebene Stromleitung des Magnetrons. Beim Magnetron 24 stellt die Magnetronwellenform diejenige dar, die über der waagerechten 2800 Volt-Linie in ausgezogenen Kurven gezeigt ist. Diese Wellenform entspricht den Gipfelkurven 77, 78 und 79 der Ausgangswerte der Zweiweggleichrichter 60, 62 und 64 im Netzwerk 32. Offensichtlich ist die Wellenform des Magnetrons 26 dieselbe.As FIG. 3 shows in connection with FIGS. 1 and 2, the system described is one in which the pulse waveform of each magnetron is essentially the combined ripple or hum frequencies represents the full wave rectifier of the respective networks 32, 34. In diesel 3 illustrates the current line of the given at 2800 volts Magnetrons. In the case of the magnetron 24, the magnetron waveform represents that which is shown in solid curves above the horizontal 2800 volt line. These Waveform corresponds to the peak curves 77, 78 and 79 of the output values of the full wave rectifier 60, 62 and 64 in network 32. Obviously the waveform of the magnetron is 26 same.

Anhand der Fig. 3 lässt sich erklären, worin die Gegensätze beim Betrieb der Magnetrone 24 und 26 liegen, wenn diese Magnetrone einmal in der bekannten Weise und sodann gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet sind. Bei der bereits bekannten Anlage wird das Magnetron von einer Zweiweggleichrichter betrieben und wird eingeschaltet, wenn der Gleichrichter an seinem Ausgang den entsprechenden Spannungswert, zum Beispiel 2800 Volt, erreicht. Abgeschaltet wird das Magnetron, wenn die Gleichrichterausgangsspannung unter diese Höhe fällt. Die in Fig. 3 gezeigte Null-Linie ist diejenige, von der bei jeder halben Phase die Gleichrichterausgangsleistung beginnt und zu der sie wieder zurückkehrt. Dementsprechend wird das Magnetron bei Jeder Phase der Eingangswechselspannung des ihn belieiernden Transformators zweimal ein- und ausgeschaltet. Wie bereits erwähnt, ist dies die Ursache für unerwünschte regellose Schwankungen und für ungewollte Strahlungen.With reference to Fig. 3 it can be explained where the opposites during operation the magnetrons 24 and 26 are once these magnetrons in the known manner and then arranged in accordance with the present invention. With the already known System, the magnetron is operated by a two-way rectifier and is switched on, if the rectifier has the corresponding voltage value at its output, for example 2800 volts. The magnetron is switched off when the rectifier output voltage falls below this level. The one shown in FIG Zero line is the one of which the rectifier output power begins and increases at every half phase which she returns again. Accordingly, the magnetron becomes the AC input voltage of the transformer supplying it switched on and off twice. As already mentioned, this is the cause of undesirable random fluctuations and for unwanted radiation.

Bei der Anlage nach der Erfindung aber verhält es sich anders: Wenn die Ausgangsspannung, die der Gleichrichter bei Jeder Phasenhälte liefert, unter die 2800 Volt-Grenze fällt, dann erreicht die Ausgangsspannung eines anderen Gleichrichters diese Grösse. Infolgedessen wird das Magnetron nicht ausgeschaltet. Vielmehr wird es, wenn es sich der Ausschaltpunkt nähert, sofort wieder mit einem Impuls beschickt. Obgleich daher das Magnetron mit einzelnen Impulsen beliefert wird, wird es doch nicht abgeschaltet.In the case of the system according to the invention, however, the situation is different: If the output voltage that the rectifier delivers at each phase half the 2800 volt limit falls, then the output voltage of another rectifier reaches this size. As a result, the magnetron is not turned off. Rather, it will when it approaches the switch-off point, it is immediately charged again with an impulse. Therefore, although the magnetron is supplied with single pulses, it will be not switched off.

Infolgedessen entfallen die regellosen Schwankungen und die ungewollten Strahlungen, die beim Ein- und Ausschalten während des üblichen Betriebs eines Magnetrons kennzeichnend sind.As a result, the random fluctuations and the unwanted ones are eliminated Radiations generated when switching on and off during normal operation of a magnetron are characteristic.

Für die Spannungsbemessung sei nachstehend ein Beispiel erläutert: Die Spannung und die Frequenz am Eingang eines jeden Transiornators mag dieselbe sein, zum Beispiel 208 Volt bei 400 Hz, und die entsprechende Folgefrequenz, die von den entsprechenden Zweiweggleichrichter ausgeht, beläuft sich auf 800 Hz. Das bedeutet, dass die Folgefrequenz der Strosschwankungen an den Ausgängen der Gleichrichter 2400 Hz beträgt. Dies ist die Folgefrequenz, die durch die Wellenform des mit den Impulsen belieierten Magnetrons wiedergegeben wird.An example for the stress measurement is explained below: The voltage and the frequency at the input of each transistor may be the same be, for example, 208 volts at 400 Hz, and the corresponding repetition frequency that emanating from the corresponding full-wave rectifier, amounts to 800 Hz means that the repetition frequency of the disturbance fluctuations at the outputs of the rectifier 2400 Hz. This is the repetition rate determined by the waveform of the Pulsed magnetron is reproduced.

Dementsprechend beträgt die Ausgangsleistung eines jeden Magnetrons die Summe von gleichen Teilen, die von den zugehörigen Transformatoren- und Gleichrichterkombinationen beigetragen werden. Mithin beläuft sich der Beitrag Jeder der drei zugehörigen Transformatoren-und Gleichrichterstufen bei einer vollen Ausgangsleistung von 1200 Watt auf 400 Watt.Accordingly, the output power of each magnetron is the sum of equal parts from the associated transformer and rectifier combinations be contributed. Hence, the contribution amounts to each of the three associated transformers and Rectifier stages at a full output power of 1200 watts to 400 watts.

Zwar betreibt man die Magnetrone vorzugsweise so, wie oben beschrieben, doch fällt es auch unter die Erfindung, wenn die Magnetrone mit einer geringeren als der vollen Leistung betrieben werden. Das sei näher erläutert: In den Netzwerken 32, 34 kann man zwei Transformatoren abschalten, wenn es erwünscht ist, die Magnetrone mit einem Drittel der vollen Leistung zu betreiben, und einen Transformator kann man abschalten, wenn es erwünscht ist, die Magnetrone mit zwei Drittel der Leistung zu betreiben. So zeigt die Fig. 2 einen Schalter 80 zum Anschluss der Leitung 44 an das eine Ende der Primärwicklung des Transformators 48. Ein ähnlicher Schalter 82 dient der Anschluss der Leitung 40 an der einen Ende der Primärwicklung des Transformators 50.It is true that the magnetrons are preferably operated as described above, but it also falls under the invention if the magnetrons with a lower can be operated at full power. That is explained in more detail: In the networks 32, 34 you can switch off two transformers, if it is desired, the magnetrons to operate with a third of full power, and a transformer can you switch off, if it is desired, the magnetrons with two thirds of the power to operate. Thus, FIG. 2 shows a switch 80 for connecting the line 44 to one end of the primary winding of transformer 48. A similar switch 82 is used to connect the line 40 to one end of the primary winding of the transformer 50.

Ähnliche Schalter 86, 88 dienen dem Anschluss der Leitungen 40, 44 an die entsprechenden Enden der Primärwicklungen der Transformatoren 54, 56 im Netzwerk 34.Similar switches 86, 88 are used to connect the lines 40, 44 to the respective ends of the primary windings of transformers 54, 56 in the network 34.

Öffnet man einen der Schalter 80, 82, dann wird der betreff ende Transformator von dem Netz abgeschaltet. Dementsprechend werden nur der Transformator 46 und derjenige Transformator erregt, bei der der betreffende Primärschalter geschlossen ist. Das bedeutet bei den vorhergehenden Beispiel einer Folgefrequenz von 2400 Hz für die ganze Anlage, dass diese Folgefrequenz des Strones und der Spannung am Magnetron auf zwei Drittel des Höchstwertes, d.h. auf 1600 Hz, beschränkt wird. Wenn die beiden Schalter 80, 82 geöfinet werden, wird nur der Transformator 46 erregt, was zur Folge hat, dass der Gleichrichter 60 dem Magnetron nur eine Spannung mit der Folgefrequenz von 800 Hz liefert.If one of the switches 80, 82 is opened, the transformer in question is activated disconnected from the grid. Accordingly, only the transformer 46 and the one Transformer energized with the relevant primary switch closed. That means in the previous example a repetition frequency of 2400 Hz for the whole system that this repetition frequency of the current and the voltage on the magnetron is limited to two thirds of the maximum value, i.e. to 1600 Hz. When the two Switch 80, 82 are opened, only the transformer 46 is energized, As a result, the rectifier 60 only supplies the magnetron with a voltage the repetition frequency of 800 Hz.

Die Ausgangsleistung des Magnetrons ist bei diesen Beispielen entsprechend verringert, nämlich auf 800 Watt bei Öffnung eines Schalters und auf 400 Watt bei Öffnung beider Schalter.The output power of the magnetron is corresponding in these examples reduced, namely to 800 watts when a switch is opened and to 400 watts when Opening of both switches.

Ii Rahmen der Erfindung liegt es auch, wenn man irgendwelche geeigneten Schalteinrichtungen für die oben beb '?riebenen Zwecke verwendet. So können solche Schalteinrichtungen zum Beispiel in den Sekundärkreisen der Transformatoren vorgesehen werden, wenn dies erwünscht ist. Auch können elektronische Schaltmittel verwendet werden. Mithin können die Schalter 80, 82, 86 und 88 durch elektronische Schaltelemente ersetzt werden. Weiter können solche elektronischen Schaltelemente zum Vervielfachen der Magnetronwirkung vorgesehen werden. Zu diesem Zweck können bei einem Beispiel die oben beschriebenen Schalter durch Relais betätigt werden, wobei das Schaltnetzwerk diese die Schalter 80, 86 betreibenden Relais periodisch erregen kann und die Relais zum Betreiben sämtlicher Schalter in anderen Zeitabschnitten erregen kann.It is within the scope of the invention to find any suitable Switching devices used for the purposes described above. So can such Switching devices are provided, for example, in the secondary circuits of the transformers if so desired. Electronic switching means can also be used will. The switches 80, 82, 86 and 88 can therefore be controlled by electronic switching elements be replaced. Such electronic switching elements can also be used to multiply the magnetron effect can be provided. For this purpose, one example the switches described above are operated by relays, the switching network this can periodically energize the relays operating the switches 80, 86 and the relays to operate all switches in other periods of time.

11 dieser Weise lässt sich die Leistungsgrösse der in der Ofenkammer ausgestrahlten Energie nach Wunsch für jede gewünscht Behandlung der Nahrungsmittel steuern.11 In this way, the output size of the in the furnace chamber radiated energy as desired for any desired treatment of the food steer.

Fig. 4 veranschaulicht eine abgeänderte Anlage nach der Erfindung. Bei dieser sind ein Transformator, ein Gleichrichter und ein Schaltnetzwerk 90 zwischen einer Kraftquelle 36t und jedem von sechs Magnetronen 91-96 zwischengeschaltet, für welche entsprechende Wellenführer 101-106 vorgesehen sind, welche die von den Magnetronen abgegebene Energie den entsprechenden Strahlungsantennenelementen 111-116 zuleiten, die an der oberen Wand und der unteren Wand einer grossen Ofenkammer 14' angeordnet sind. Im Netzwerk 90 sind entsprechend Schalteinrichtungen zum paarweisen Betrieb der Magnetrone 91-96 vorgesehen. So bewirkt das Netzwerk 90 bei einer Anordnung den Betrieb der Magnetrone 91-96 in Paaren und nacheinander wobei beispielsweise die Magnetrone 91, 94 für eine bei tinte Zeitdauer, danach die Magnetrone 92, 95 für eine ebenso grosse Zeitdauer und dann die Magnetrone 93, 96 für dieselbe Zeitdauer betrieben werden und dieser zyklische Betrieb wiederholt wird, so dass die Magnetronenpaare Je für eine bestimmte Anzahl von Zeitabschnitten innerhalb einer gegebenen Zeitdauer in Betrieb kommen.Fig. 4 illustrates a modified plant according to the invention. In this, a transformer, a rectifier and a switching network 90 are between a power source 36t and each of six magnetrons 91-96 interposed, for which corresponding waveguides 101-106 are provided, which the Magnetrons emitted energy to the corresponding radiation antenna elements 111-116 lead to the upper wall and the lower wall of a large Furnace chamber 14 'are arranged. In the network 90 there are corresponding switching devices for pairing Operation of magnetrons 91-96 provided. So does the network 90 in one arrangement the operation of the magnetrons 91-96 in pairs and sequentially taking for example the magnetrons 91, 94 for a period of time, then the magnetrons 92, 95 for an equally long period of time and then the magnetrons 93, 96 for the same period of time are operated and this cyclical operation is repeated so that the magnetron pairs Each for a certain number of time segments within a given period of time come into operation.

Gewünschtenfalls kann das Netzwerk 90 in der beschriebenen Weise mit Leistungsschaltern versehen sein oder mit Einrichtungen, um die Magnetrone paarweise von den entsprechenden Phasen des Netzes aus zu betreiben.If desired, the network 90 can in the manner described Circuit breakers be provided or with devices to pair the magnetrons operate from the appropriate phases of the network.

Claims

PATENT CLAIM:

Oven system heated with microwave energy with magnetron, marked by two magnetrons (24, 26), the energy of which is radiated into the furnace chamber (14) and by means (32, 34, 36) for operating these two at the same time Magnetrons.

2. Plant according to claim 1, characterized in that the device a multiphase power source (36), two for the simultaneous operation of the magnetrons Transformers (46, 52) and rectifier networks (60-64, 70-74) containing the are each connected to the relevant magnetron.

3. Plant according to claim 2, further characterized by switching devices for each magnetron for optional connection to a combination of these connected networks.

4. Plant according to claim 3, characterized in that the switching devices contain a control for the sequence in which the various combinations of Networks are connected to the associated magnetrons, being controlled by this the duration of each such connection with the associated magnetron can also be controlled is.

5. Installation according to claim 2, characterized in that the rectifier networks a circuit for developing a full-wave rectification voltage for each phase the power source and means for connecting each of these voltages to each Magnetron included.

6. Plant according to claim 1, characterized in that the device for the simultaneous operation of the two magnetrons contains a circuit which pulsing the magnetrons simultaneously without allowing them to be switched off.

7. Plant according to claim i, characterized in that several magnetron pairs are provided, the energy of which is radiated into the furnace chamber, and that a circuit is provided for operating these magnetrons in a specific order.

8. Plant according to claim 7, characterized in that the device contains a circuit for operating the magnetrons in a specific sequence, by which the magnetrons in a certain order for certain periods of time are switched on, this circuit containing devices to control the magnetrons to pulsate, with their shutdown for the duration of certain time periods operation is prevented.

9. Plant according to claim 8, characterized in that the relevant Transformer and the full wave rectifier network for each phase of the power source can be switched on to each magnetron during the specific operating period.

10. Plant according to claim 9, characterized in that the networks for all phases of the power source during each of the particular periods of operation can only be connected to one pair of magnetrons.

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