CH679722A5

CH679722A5 - Fluid warming device using microwave energy - with fluid line passing through hollow rectangular waveguide supplied with microwaves

Info

Publication number: CH679722A5
Application number: CH4605/89A
Authority: CH
Inventors: Rolf Baechtiger; Hans Wernli
Original assignee: Siemens Ag Albis
Priority date: 1989-12-22
Filing date: 1989-12-22
Publication date: 1992-03-31
Also published as: DE9017015U1

Abstract

The device has the fluid line (FL) passed through a hollow waveguide (HL) with a rectangular cross-section at an angle to the longitudinal axis of the latter. The hollow waveguide (HL) has at least one opening (MEO) for supplying it with microwave energy, so that the fluid in the fluid line (FL) is heated by the microwaves. The hollow waveguide (HL) is short-circuited at each end. The openings (FEO) for passage of the fluid line (FL) and the microwave energy, supply openings (MEO) provided in the orthogonal faces of the waveguide (HL). USE/ADVANTAGE - For warming milk with min. maintenance.

Description

       

  
 



  Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. 



  Vorrichtungen zum Erwärmen bzw. zum Erhitzen von Flüssigkeiten, insbesondere flüssigen Nahrungsmitteln sind heute in verschiedenen Ausführungsformen und Techniken bekannt. So wird heute bei Geräten, die im Haushalt oder im Gewerbe verwendet werden, eine Einrichtung vorgesehen, die die Erwärmung der Flüssigkeit unter Einwirkung von heissem Dampf ermöglicht. Ferner ist es möglich, einen Behälter für die Flüssigkeit vorzusehen, der kontinuierlich beheizt wird. Vielfach werden Flüssigkeitsportionen auch in einem Mikrowellenofen kurzzeitig erwärmt. 



  Diese bekannten Einrichtungen weisen jedoch verschiedene Mängel auf. Bei der Erwärmung mittels Dampf erfolgt eine Verdünnung und somit auch eine geschmackliche Veränderung der Flüssigkeit. Ferner wird der Dampfspender durch jeweiliges Eintauchen in die Flüssigkeit verschmutzt und sollte deshalb regelmässig nach dem Gebrauch gereinigt werden. Die Erwärmung von Flüssigkeitsportionen in einem Mikrowellenofen erfordert einen hohen Zeitaufwand, da die Verweilzeit im Ofen für die Portionen einige Minuten beträgt. Weiterhin müssen den beiden beschriebenen Einrichtungen die portionierten Flüssigkeiten entweder manuell oder durch eine aufwendige Transporteinrichtung zugeführt werden. Das dauernde Warmhalten einer grösseren Flüssigkeitsmenge ergibt qualitative Nachteile für die erwärmte und abgegebene Flüssigkeit, die einen grossen Anteil der ursprünglich darin enthaltenen Vitamine verloren hat.

  



  Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, die nach Bedarf ohne Zeitverlust Flüssigkeiten erwärmt, und diese mit minimalem Energieverbrauch und in optimaler Qualität abgibt. Ferner soll der Wartungsaufwand für die Vorrichtung minimal sein. Weiterhin soll die Entnahme der Flüssigkeiten sehr einfach manuell oder durch eine problemlose und kostengünstige Transportvorrichtung möglich sein. 



  Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Massnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben. 



  Die erfindungsgemässe Vorrichtung weist folgende Vorteile auf: Die Erwärmung und Abgabe der Flüssigkeit erfolgt schnell und ohne Qualitätsverlust. Die Vorrichtung erfordert einen minimalen Wartungsaufwand. 



  Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Dabei  zeigt: 
 
   Fig. 1 Das Prinzip der erfindungsgemässen Vorrichtung 
   Fig. 2 Eine vorteilhafte Fiüssigkeitsleitung 
   Fig. 3 Die Vorrichtung mit Füll- und Steuereinrichtungen 
 



  Fig. 1 zeigt einen Hohlleiter HL mit einem rechteckigen Querschnitt mit einem Seitenverhältnis von etwa 1:2, dessen schmale Seiten durch Ein- und Austrittsöffnungen FEO, FAO von einer geraden Flüssigkeitsleitung FL durchstossen sind und dessen vordere breite Seite zwei \ffnungen MEO zur Aufnahme je einer Auskoppelleitung eines Magnetrons MWG aufweist. Die \ffnungen MEO sind im Abstand von einem Viertel der Betriebswellenlänge der Mikrowellen von den kurzgeschlossenen Enden des Hohlleiters HL entfernt angeordnet. Ferner ist die Verwendung eines U-förmigen Hohlleiters HL möglich, der die Ein- und Austrittsöffnungen FEO, FAO im Mittelstück und der wenigstens eine \ffnung MEO an mindestens einem der beiden Seitenstücke des Hohlleiters HL aufweist.

  Die Flüssigkeitsleitung FL, die schräg zur Längsrichtung des Hohlleiters HL etwa im gleichen Abstand von den beiden \ffnungen MEO angeordnet ist, wird an den Ausgängen des Hohlleiters HL von metallischen Dämpfungsrohren (engl. Cut-Off-Tubes) COR umschlossen, die das Austreten von Mikrowellenenergie in den freien Raum verhindern. 



  Die gezeigte Vorrichtung funktioniert folgendermassen: Beim Einschalten der beiden Magnetrons MWG bildet sich in der Mitte des Hohlleiters HL ein Summenfeld aus beiden Mikrowellenstrahlungen. Flüssigkeiten, die sich in der Flüssigkeitsleitung FL befinden bzw. durch diese hindurch befördert werden, werden folglich erwärmt. Durch die Ausrichtung der Flüssigkeitsleitung FL schräg zur Längsrichtung des Hohlleiters HL ergibt sich eine vorteilhafte Anpassung an die beiden Mikrowellenfelder. Falls die Neigung der Flüssigkeitsleitung FL relativ zur Längsrichtung des Hohlleiters HL weniger als 20 Grad und der Innendurchmesser der Flüssigkeitsleitung FL etwa 12 mm beträgt, wird praktisch die ganze Mikrowellenenergie durch die zu erwärmenden Flüssigkeiten absorbiert, d.h., es ergeben sich praktisch keine Reflexionen an der Flüssigkeitsleitung FL.

  Voraussetzung für die maximale Absorption der Mikrowellenenergie durch die Flüssigkeit ist dabei, dass die vorzugsweise gerade Flüssigkeitsleitung FL aus verlustarmen bzw. nicht absorbierenden Materialien, wie Glas, Keramik oder entsprechenden Kunststoffen besteht. Die Endtemperatur der erwärmten Flüssigkeit ergibt sich folglich in Abhängigkeit von der Anfangstemperatur, der Verweilzeit in der Flüssigkeitsleitung bzw. der Flussgeschwindigkeit sowie in Abhängigkeit von der eingestrahlten Mikrowellenenergie. Bei tiefen Flussgeschwindigkeiten sowie tieferen Endtemperaturen für die Flüssigkeit kann z.B. eines der Magnetrons MWG ausgeschaltet werden. Eine Luftblasenbildung innerhalb der Flüssigkeitsleitung FL wird bei der Flüssigkeits erwärmung durch die Beförderung der Flüssigkeit von unten nach oben bzw. mittels Gegendruck verhindert.

  Bedingt durch die Reibung an der Leitungswand ergibt sich über den Querschnitt der beförderten Flüssigkeit eine ungleiche Strömungsgeschwindigkeit. Flüssigkeitsanteile in der Nähe der Leitungswand bewegen sich langsamer und werden folglich stärker erhitzt. Bei bestimmten Flüssigkeiten wie z.B. Milch können sich dadurch Rückstände an der Leitungswand bilden. Durch die gerade Form der Flüssigkeitsleitung FL kann diese zu Reinigungszwecken jedoch schnell aus dem Hohlleiter HL entnommen und gewartet werden. Die Bildung von Rückständen kann jedoch mit einer Flüssigkeitsleitung FL gemäss Fig. 2 leicht verhindert werden. Diese Flüssigkeitsleitung FL besteht aus einem ersten einseitig abgeschlossenen Rohr, in welchem sich ein zweites beidseitig offenes Rohr befindet.

   Flüssigkeiten, die in das erste Rohr eintreten, werden vor dem Eintritt in das zweite innere Rohr nur leicht erwärmt und kühlen somit die Leitungswände des zweiten Rohres. Die Flüssigkeit, die im zweiten Rohr weiter erwärmt bzw. erhitzt wird, bildet folglich an den gekühlten Leitungswänden keine Rückstände. Derart ausgebildete Flüssigkeitsleitungen FL benötigen nur eine \ffnung im Hohlleiter HL, d.h., Ein- und Ausgangsöffnung FEO, FAO sind identisch. In einer anderen Ausführungsform kann die Flüssigkeitsleitung FL in einer separaten Kühlleitung angeordnet werden, die eine Kühlflüssigkeit führt. 



  Fig. 3 zeigt die anhand von Fig. 1 beschriebene Vorrichtung, der die zu erwärmende Flüssigkeit aus einem Flüssigkeitsbehälter FB über eine Pumpe P zugeführt wird. Die gezeigte Vorrichtung enthält ferner ein Kontroll- und Steuerwerk KSW, das mit einer Anzeigeeinheit AE, einer Tastatur TE, einem mit dem Flüssigkeitsbehälter FB verbundenen Kühlaggregat KA sowie mit einer Stromversorgungseinheit SVE verbunden ist. Ferner ist das Kontroll- und Steuerwerk KSW mit einem Flüssigkeitsstandmesser FSM und einem Temperatursensor TS verbunden, die im Flüssigkeitsbehälter FB angeordnet sind. Mittels der durch den Temperatursensor TS gemessenen Temperatur steuert das Kontroll- und Steuerwerk KSW das Kühlaggregat KA. Vorzugsweise wird die Temperatur der im Flüssigkeitsbehälter FB gespeicherten Flüssigkeiten auf etwa fünf Grad Celsius geregelt.

  Der gemessene Flüssigkeitsstand wird an die Anzeigeeinheit AE weitergeleitet und angezeigt. Über die Tastatur TE kann eine gewünschte Menge erwärmter Flüssigkeit sowie die geforderte Endtemperatur dieser Flüssigkeit angewählt werden. Falls verschiedene Flüssigkeitsbehälter FB über eine gesteuerte Ventileinheit mit der Pumpe P verbunden sind, kann natürlich auch eine wunschgemässe Flüssigkeit ausgewählt werden. Nach Gebrauch der Vorrichtung kann die Flüssigkeitsleitung FL, die ausgangsseitig mit einem Füllhahn FH verbunden ist, mit einer Reinigungsflüssigkeit gespült werden. Bei genügend kleinen Durchmessern der verwendeten Schläuche ist es ferner möglich, die Pumpe P kurzzeitig in Rückwärtsrichtung zu betreiben, damit die Flüssigkeit zurück in den Flüssigkeitsbehälter FB befördert wird.

  Mittels der eingegebenen Daten bestimmt das Kontroll- und Steuerwerk KSW die notwendigen Ausgangsleistungen der  Magnetrons MWG und die erforderliche Pumpleistung der Pumpe P. Dabei wird vorzugsweise eine praktisch wartungsfreie Schlauchrollen-Pumpe verwendet, die einen Schlauch sowie mehrere darüber gepresste Rollen aufweist und die im Stillstand den Durchfluss der Flüssigkeit vollständig unterbindet. Die Betriebswerte für die Magnetrons MWK und die Pumpe P werden vom Kontroll- und Steuerwerk KSW an die Stromversorgungseinheit SVE abgegeben, die die erwähnten Einheiten entsprechend schaltet und steuert. Die Stromversorgungseinheit SVE überwacht ferner die Betriebstemperatur der Magnetrons MWG und meldet unzulässige Betriebszustände an das Kontroll- und Steuerwerk KSW.

   Das Kontroll- und Steuerwerk KSW kann ferner einen Speicher zur Aufnahme verschiedener Betriebsabläufe aufweisen, die frei oder nach einem durch das Kontroll- und Steuerwerk KSW kontrollierten Münzeinwurf über die Tastatur TE anwählbar sind. So ist es z.B. möglich, das Kontroll- und Steuerwerk KSW zusätzlich mit einer mit der Flüssigkeitsleitung FL verbundenen Fülleinrichtung sowie mit einer Transporteinrichtung für Flüssigkeitsgefässe zu verbinden. Die Transporteinrichtung kann z.B. als gesteuertes Förderband oder als Karussel mit einem Drehteller ausgelegt sein. Insbesondere bei der Verwendung eines Karussels sollte die Fülleinrichtung mit einem in zumindest einer Richtung beweglichen Einfüllhahn FH versehen sein. 



  
 



  The present invention relates to a device according to the preamble of patent claim 1.



  Devices for heating or for heating liquids, in particular liquid foods, are known today in various embodiments and techniques. For example, devices that are used in the household or in commerce are provided with a device which enables the liquid to be heated under the action of hot steam. It is also possible to provide a container for the liquid which is continuously heated. In many cases, portions of liquid are briefly heated in a microwave oven.



  However, these known devices have various shortcomings. When heated with steam, the liquid is thinned and the taste changes. Furthermore, the steam dispenser is contaminated by being immersed in the liquid and should therefore be cleaned regularly after use. The heating of liquid portions in a microwave oven requires a great deal of time since the dwell time in the oven for the portions is a few minutes. Furthermore, the portioned liquids must be fed to the two described devices either manually or by means of a complex transport device. Constantly keeping a large amount of liquid warm has qualitative disadvantages for the heated and dispensed liquid, which has lost a large proportion of the vitamins originally contained therein.

  



  The present invention is therefore based on the object of specifying a device which heats liquids as required without loss of time and which dispenses them with minimal energy consumption and in optimum quality. Furthermore, the maintenance effort for the device should be minimal. Furthermore, the removal of the liquids should be possible very simply manually or using a problem-free and inexpensive transport device.



  This object is achieved by the measures specified in the characterizing part of patent claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in further claims.



  The device according to the invention has the following advantages: The heating and dispensing of the liquid takes place quickly and without loss of quality. The device requires minimal maintenance.



  The invention is explained in more detail below with reference to drawings, for example. It shows:
 
   Fig. 1 The principle of the device according to the invention
   Fig. 2 An advantageous liquid line
   Fig. 3 The device with filling and control devices
 



  Fig. 1 shows a waveguide HL with a rectangular cross section with an aspect ratio of about 1: 2, the narrow sides of which are pierced by a straight liquid line FL through inlet and outlet openings FEO, FAO and the front wide side of two openings MEO for receiving each has a coupling line of a magnetron MWG. The openings MEO are arranged at a distance of a quarter of the operating wavelength of the microwaves from the short-circuited ends of the waveguide HL. Furthermore, the use of a U-shaped waveguide HL is possible, which has the inlet and outlet openings FEO, FAO in the middle piece and the at least one opening MEO on at least one of the two side pieces of the waveguide HL.

  The liquid line FL, which is arranged obliquely to the longitudinal direction of the waveguide HL at approximately the same distance from the two openings MEO, is enclosed at the outputs of the waveguide HL by metallic damping tubes (cut-off tubes) COR, which prevent the escape of Prevent microwave energy into free space.



  The device shown functions as follows: When the two magnetrons MWG are switched on, a sum field of two microwave radiation forms in the center of the waveguide HL. Liquids that are in the liquid line FL or are conveyed through it are consequently heated. The alignment of the liquid line FL obliquely to the longitudinal direction of the waveguide HL results in an advantageous adaptation to the two microwave fields. If the inclination of the liquid line FL relative to the longitudinal direction of the waveguide HL is less than 20 degrees and the inside diameter of the liquid line FL is approximately 12 mm, practically all of the microwave energy is absorbed by the liquids to be heated, ie there are practically no reflections on the liquid line FL.

  A prerequisite for the maximum absorption of the microwave energy by the liquid is that the preferably straight liquid line FL consists of low-loss or non-absorbent materials, such as glass, ceramic or corresponding plastics. The final temperature of the heated liquid thus results as a function of the initial temperature, the residence time in the liquid line or the flow rate, and as a function of the microwave energy radiated. At low flow velocities and lower final temperatures for the liquid, e.g. one of the magnetrons MWG can be switched off. An air bubble formation within the liquid line FL is prevented during the heating of the liquid by transporting the liquid from the bottom up or by means of counter pressure.

  Due to the friction on the pipe wall, the flow cross-section of the liquid transported is uneven. Liquid components in the vicinity of the pipe wall move more slowly and are therefore heated up more. With certain liquids such as Milk can form residues on the pipe wall. Due to the straight shape of the liquid line FL, however, it can be quickly removed from the waveguide HL and serviced for cleaning purposes. However, the formation of residues can easily be prevented with a liquid line FL according to FIG. 2. This liquid line FL consists of a first tube which is closed on one side and in which there is a second tube which is open on both sides.

   Liquids entering the first tube are only slightly warmed before entering the second inner tube and thus cool the pipe walls of the second tube. The liquid that is further heated or heated in the second pipe consequently does not form any residues on the cooled pipe walls. Liquid lines FL designed in this way only require an opening in the waveguide HL, i.e. the inlet and outlet openings FEO, FAO are identical. In another embodiment, the liquid line FL can be arranged in a separate cooling line which carries a cooling liquid.



  FIG. 3 shows the device described with reference to FIG. 1, to which the liquid to be heated is fed from a liquid container FB via a pump P. The device shown also contains a control and control unit KSW, which is connected to a display unit AE, a keyboard TE, a cooling unit KA connected to the liquid container FB and a power supply unit SVE. Furthermore, the control and control unit KSW is connected to a liquid level meter FSM and a temperature sensor TS, which are arranged in the liquid container FB. The control and control unit KSW controls the cooling unit KA by means of the temperature measured by the temperature sensor TS. The temperature of the liquids stored in the liquid container FB is preferably regulated to approximately five degrees Celsius.

  The measured liquid level is forwarded to the display unit AE and displayed. A desired amount of heated liquid and the required final temperature of this liquid can be selected via the keyboard TE. If different liquid containers FB are connected to the pump P via a controlled valve unit, a desired liquid can of course also be selected. After using the device, the liquid line FL, which is connected on the outlet side to a filling tap FH, can be rinsed with a cleaning liquid. If the hoses used are of sufficiently small diameters, it is also possible to briefly operate the pump P in the reverse direction so that the liquid is conveyed back into the liquid container FB.

  Using the entered data, the control and control unit KSW determines the necessary output powers of the magnetrons MWG and the required pumping power of the pump P. A practically maintenance-free hose roller pump is preferably used, which has a hose and several rollers pressed over it and which at standstill The flow of the liquid is completely prevented. The operating values for the magnetrons MWK and the pump P are output by the control and control unit KSW to the power supply unit SVE, which switches and controls the units mentioned accordingly. The power supply unit SVE also monitors the operating temperature of the magnetrons MWG and reports impermissible operating states to the control and control unit KSW.

   The control and control unit KSW can furthermore have a memory for receiving various operating processes, which can be selected freely or after a coin insertion controlled by the control and control unit KSW via the keyboard TE. So it is e.g. possible to connect the control and control unit KSW additionally with a filling device connected to the liquid line FL and with a transport device for liquid vessels. The transport device can e.g. be designed as a controlled conveyor belt or as a carousel with a turntable. In particular when using a carousel, the filling device should be provided with a filling tap FH which can be moved in at least one direction.

Claims

1. Device for heating liquids, in particular milk, characterized in that at least one microwave generator (MWG), at least one liquid line (FL) and a waveguide (HL) are provided, the at least one inlet and at least one outlet opening (FEO, FAO ) for carrying out the liquid line (FL) and at least one further opening (MEO) for feeding the microwave energy.

2nd

Apparatus according to claim 1, characterized in that the waveguide (HL) is approximately straight and short-circuited on both sides and that the openings (MEO) for feeding in the microwave energy are removed from the short-circuit ends corresponding to a quarter of the wavelength of the incident microwaves or an odd multiple thereof or that the waveguide (HL) is U-shaped and that the openings (FEO, FAO) for carrying out the liquid line (FL) in the center piece and the openings (MEO) for feeding the microwave energy into the side pieces of the waveguide (HL) are arranged.

3. Device according to claim 2, characterized in that the openings (FEO, FAO) for carrying out the liquid line (FL) and the openings (MEO) for feeding in the microwave energy are arranged on mutually orthogonal sides of the waveguide (HL).

4th

Apparatus according to claim 3, characterized in that the waveguide (HL) has a rectangular cross section with an aspect ratio of at least approximately 1: 2 and that the openings (FEO, FAO) for carrying out the liquid line (FL) on the narrower and the \ Openings (MEO) for feeding the microwave energy are arranged at least on one of the wider sides of the waveguide (HL).

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid line (FL) consists of glass, plastic or ceramic.

6. The device according to claim 5, characterized in that the liquid line (FL) at the input and output of the waveguide (HL) is each surrounded by a metallic damping tube (COR), which prevents the escape of microwave energy.

7.

Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the inlet and outlet openings (FEO, FAO) are arranged in the waveguide (HL) in such a way that the liquid line (FL) pierces the waveguide (HL) obliquely to its longitudinal axis.

8. The device according to claim 7, characterized in that the angle between the liquid line (FL) and the longitudinal axis of the waveguide (HL) is in the range of or less than 20 degrees.

9. The device according to claim 7 or 8, characterized in that the output of the liquid line (FL) is higher than its input.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid line (FL) is arranged in a further line which carries a liquid for cooling the first liquid line (FL).

11.

Device according to Claim 10, characterized in that the liquid line (FL) and the cooling line are connected to one another before the inlet and / or after the outlet (FEO, FAO) of the waveguide (HL).

12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid line (FL) consists of a first tube closed on one side and a coaxially embedded, open on both sides second tube of approximately the same length, which are connected to each other in such a way that liquids which enter the first tube, pass through it, enter the second tube and exit from it.

13.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one pump (P), e.g. a hose roller pump is provided which is connected on the one hand to the liquid line (FL) passing through the waveguide (HL) and on the other hand to a liquid container (FB).

14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the pump (P) is controllable in such a way that the flow rate can be changed as desired from 0 liters per minute up to a maximum flow rate value.

15. The apparatus according to claim 13, characterized in that the liquid container (FB) is connected to a cooling unit (KA).

16.

Device according to one of claims 1, 13 or 15, characterized in that temperature sensors (TS) are provided in the liquid container (FB) or at the inlet of the liquid line (FL) and / or at the outlet of the liquid line (FL). and control unit (KSW) are connected, which switches and controls the microwave generators (MWG) and / or the pumps (P) and / or the cooling unit (KA).

17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the control and control unit (KSW) measures and displays the operating state of the microwave generators (MWG), the pumps (P) and the liquid container (FB).

18th

Apparatus according to claim 16 or 17, characterized in that the control and control unit (KSW) has a memory for receiving various operating procedures, which can be freely or after a coin insertion controlled by the control and control unit (KSW) via a coin operated with the control and control unit (KSW) connected keyboard (TE) can be selected.

19. The apparatus according to claim 16 or 17, characterized in that the control and control unit (KSW) is connected to a valve unit with several inputs and one output, which inputs with different liquid containers (FB) and which output with the input of the pump ( P) is connected.