Método y sistema para calentamiento con microondas de multifrecuencia.

Un método para modificar un perfil de calentamiento de un horno de microondas (1400) usando microondas a una pluralidad de frecuencias,

comprendiendo el método:

definir una potencia de transmisión a una cavidad (10, 98) del horno de microondas de las microondas en cada una de la pluralidad de las frecuencias;

definir una duración para la cual las dichas microondas se transmiten a cada una de la pluralidad de frecuencias;

medir, para cada una de la pluralidad de frecuencias, una proporción de entrada de potencia a la cavidad que no es la salida de la cavidad;

y usar de las proporciones medidas para modificar la potencia de transmisión en cada frecuencia, la duración de la transmisión en cada frecuencia, o ambas.

Método y sistema para calentamiento con microondas de multifrecuencia Campo de la invención

La presente solicitud se relaciona generalmente con la preparación de alimentos.

Antecedentes de la invención

El horno de microondas es un elemento ubicuo en la sociedad moderna. Sin embargo, son bien conocidas sus limitaciones. Estas incluyen, por ejemplo el calentamiento desigual y lenta absorción de calor, especialmente para descongelar. De hecho, los hornos microondas normales, cuando se usan para la descongelado y el calentamiento uniforme, da como resultado alimentos en los que por fuera están generalmente calientes o incluso parcialmente cocinados antes de que se descongele el interior.

Se ha publicado un número de documentos en el que se ha llevado a cabo un análisis teórico del problema del calentamiento del microondas de una muestra criogénica. Debido a las dificultades de tal análisis, tal análisis se ha llevado a cabo solamente en formas regulares, tales como formas esféricas y elipsoidales. Se han hecho intentos experimentales aparentemente en muestras de tamaño de un riñón, pero los resultados de estos experimentos no indican que esté disponible una solución viable para descongelar riñones.

Por otra parte, no parece ser una solución para descongelar otros órganos o alimentos de formas más arbitrarias.

Las publicaciones de la técnica anterior incluyen:

S. Evans, Electromagnetic Rewarming: The effect of CPA concentration and radio source frequency on uniformity and efficiency of heating, Cryobiology 40 (2000) 126-138.

S. Evans, et al., Design of a UHF applicator for rewarming of cryopreserved biomaterials, IEEE Trans. Biomed. Eng. 39 (1992) 217-225.

M.P. Robinson, et al., Rapid electromagnetic warming of cells and tissues, IEEE Trans. Biomed. Eng. 46 (1999) 1413-1425. M.P. Robinson, et al., Electromagnetic re-warming of cryopreserved tissues: effect of choice of cryoprotectant and sample shape on uniformity of heating, Phys. Med. Biol. 47 (2002) 2311-2325.

M.C. Wusteman, Martin et al., Vitrification of large tissues with dielectric warming: biological problems and some approaches to their solution, Cryobiology 48 (2004) 179-189.

Un artículo titulado "Control of Thermal Runaway and Uniformity of Heating in the Electromagnetic Warming of a Cryopreserved Kidney Phantom" by J. D. J. Penfold, et al, en Cryobiology 30, 493-508 (1993) describe un análisis teórico y los resultados experimentales. Aunque algunos experimentos se hicieron aparentemente con un espectro del tamaño de un riñón, los principales resultados informados son con un objeto esférico uniforme.

Como se informó se alimentó una cavidad con energía electromagnética a 434 MHz en tres direcciones ortogonales (x, y, z). Las alimentaciones x e y se proveyeron de un mismo generador y se introdujo un cambio de fase de manera que el campo se polarizó de manera circular. La frecuencia se varió en etapas de 32 kHz (aparentemente hasta aproximadamente 350 kHz máximo) para ajustar la impedancia de entrada ya que cambió con el aumento de la temperatura.

La patente de Estados Unidos 6,249,710 describe el uso de un código comprimido para calcular la elevación y modificar el funcionamiento del horno microondas.

La US 5616268 describe un sistema de descongelación de la sangre en microondas que tiene un control de retroalimentación. La US 6222170 describe un aparato y método para el procesamiento en microondas de materiales utilizando una herramienta perturbadora de campo.

Resumen de la invención

Aspectos de la presente invención se establecen en las reivindicaciones independientes acompañantes 1 y 4. Las características opcionales de realizaciones de la invención se determinan en las reivindicaciones dependientes.

Un amplio aspecto de algunas realizaciones de la invención se relacionan con la preparación de alimentos en condiciones industriales y no industriales y. en particular, las realizaciones de la invención se relacionan con control de una región de calentamiento en un calentador de microondas, por ejemplo, utilización de áreas de calentamiento uniformes y/o áreas controlables calentadas no uniformes.

Mientras que la aplicación provee muchos ejemplos de microondas, en algunos ejemplos descritos aquí, en general se pueden usar RF, por ejemplo, se pueden utilizar diversas longitudes de onda, incluyendo las ondas en metros, ondas en centímetro, ondas milimétricas y otras longitudes de onda (en el vacío), dependiendo de la aplicación, por ejemplo, 1 metro a 0.1 metros o incluso 0.75 metros a 0.3 metros (ca. entre 300 MHz y 3 GHz, o incluso entre 400 MHz y 1 GHz, respectivamente).

Un aspecto de algunas realizaciones de la invención se relaciona con el uso de la retroalimentación de un horno de microondas con el fin de cambiar el patrón de calentamiento (perfil) y reaccionar a los cambios durante el proceso de calentamiento en el horno. En una realización de ejemplo de la invención, se cambia el perfil para causar un calentamiento más uniforme. Alternativamente o adicionalmente, se cambia el perfil para lograr una no uniformidad deseada. En una realización de ejemplo de la invención, la retroalimentación comprende una función completa de parámetros s vs. frecuencia la cual continuamente (o es periódicamente) cambia de acuerdo con los cambios en la carga (el objeto calentado). Alternativamente o adicionalmente, la realimentación comprende mediciones de temperatura.

En una realización de ejemplo de la invención, la retroalimentación indica cambios de fase y/o cambios de temperatura y/o cambio en la composición (por ejemplo, pérdida de agua y/o iones) y/o el cambio constante de calor específico y/o de cambio dieléctrico en el material calentado.

En una realización de ejemplo de la invención, el perfil modificado es un perfil no binario, de tal manera que el perfil incluye áreas con al menos dos niveles de potencia distinguibles de no cero. Opcionalmente, cuando se cambia un perfil, se cambia una potencia promedio y/o total del perfil.

Opcionalmente, la potencia provista a cada frecuencia se modifica para lograr un perfil deseado, por ejemplo reduciendo la potencia en las frecuencias que se absorben mejor, a fin de mejorar la uniformidad. Opcionalmente, se modifica el tiempo de administración de cada frecuencia para lograr un perfil deseado. Por ejemplo, si cada frecuencia suministra una potencia diferente, entonces una frecuencia de baja potencia puede transmitirse más frecuentemente que las frecuencias de alta potencia. Opcionalmente, las múltiples frecuencias se aplican en serie o de forma aleatoria. Alternativa o adicionalmente, las frecuencias se aplican simultáneamente, por ejemplo, mediante el uso de un generador de señal para generar una señal compuesta de las frecuencias combinadas. Opcionalmente, esto se hace mediante la conversión de las señales del dominio de frecuencia al dominio del tiempo y usando la señal de dominio de tiempo para controlar un convertidor D/A.

Un amplio aspecto de algunas realizaciones de la invención se relaciona con controlar la uniformidad del calentamiento de los alimentos y/u otros objetos, tales como tejido biológico, en un horno de cavidad de microondas. Se ha advertido que las mediciones tomadas por los investigadores de la técnica anterior para proveer un calentamiento uniforme eran inadecuadas y no podían, por sí mismas, llevar a una metodología viable para el calentamiento uniforme (o descongelación) de objetos de forma irregular, como órganos, alimentos o similares. En particular se descubrió que la técnica anterior sufrió de muchos problemas. Tal como se utiliza aquí, el término irregular significa objetos que salen de forma esférica o elipsoide en volumen RMS de más de 5%.

Hornos de microondas convencionales están configurados para alimentar la energía de microondas en la cámara del horno que es esencialmente de una frecuencia única. Debido a las restricciones del dispositivo la energía se alimenta a diferentes frecuencias en un rango pequeño, normalmente entre 2.4 y 2.5 MHz. Los inventores advirtieron que las restricciones de utilizar una frecuencia sustancialmente constante, o incluso el seguimiento de un único pico de disipación en un pequeño rango de frecuencia, limitaban significativamente la capacidad para lograr un calentamiento uniforme. De hecho, se encuentra que el calentamiento a una frecuencia única es una de las principales razones de los puntos de acceso. Sin embargo, utilizando diferentes frecuencias (utilizando una o más alimentaciones), puede mejorar la uniformidad del calentamiento.

Mientras que algunos calentadores propuestos de la técnica anterior hicieron utilizar más de una entrada de microondas, las diferencias... [Seguir leyendo]

1. Un método para modificar un perfil de calentamiento de un horno de microondas (1400) usando microondas a una pluralidad de frecuencias, comprendiendo el método:

definir una potencia de transmisión a una cavidad (10, 98) del horno de microondas de las microondas en cada una de la pluralidad de las frecuencias;

definir una duración para la cual las dichas microondas se transmiten a cada una de la pluralidad de frecuencias;

medir, para cada una de la pluralidad de frecuencias, una proporción de entrada de potencia a la cavidad que no es la salida de la cavidad;

y usar de las proporciones medidas para modificar la potencia de transmisión en cada frecuencia, la duración de la transmisión en cada frecuencia, o ambas.

2. Un método como se reivindica en la reivindicación 1, estando la pluralidad de frecuencias con un rango de 300 MHz a 3 GHz.

3. Un método como se reivindica en la reivindicación 1 o 2, que incluye la alimentación de energía de microondas a través de al menos una alimentación (16, 18, 20) de una pluralidad de alimentaciones (16, 18, 20) en la cavidad y en donde la medición comprende medir una potencia acoplada a otras alimentaciones de la pluralidad de alimentaciones (Sy) en cada frecuencia y una pérdida de retorno a la al menos una alimentación de la pluralidad de alimentaciones (S¡¡) en cada frecuencia.

4. Un sistema para modificar un perfil de calentamiento de un horno de microondas (1400) usando microondas a una pluralidad de frecuencias, comprendiendo el sistema:

medios para definir una potencia de transmisión a una cavidad (10, 98) del horno de microondas de las microondas en cada una de la pluralidad de frecuencias;

medios para definir una duración para la que dichas microondas se transmiten en cada una de la pluralidad de frecuencias;

medios para medir, para cada uno de la pluralidad de frecuencias, una proporción de entrada de potencia a la cavidad que

no es salida de la cavidad; y

medios para utilizar las proporciones medidas para modificar la potencia de transmisión en cada frecuencia, la duración de la transmisión en cada frecuencia, o ambas.

5. Un sistema como el reivindicado en la reivindicación 4, estando la pluralidad de frecuencias con un rango de 300 MHz a 3 GHz.

6. Un sistema como el reivindicado en la reivindicación 4 o 5, que incluye medios para la alimentación de energía de microondas a través de al menos una alimentación (16, 18, 20) de una pluralidad de alimentaciones (16, 18, 20) en la cavidad y en donde el medio para la medición está configurado para medir una potencia acoplado a otras alimentaciones de la pluralidad de alimentaciones (Sy) en cada frecuencia y una pérdida de retorno a la al menos una alimentación de la pluralidad de alimentaciones (S¡¡) en cada frecuencia.