DE19532282A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Erwärmung von wasserhaltiger oder mit Wasser angereicherter Materie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbe­ griff des Anspruchs 1 genannten Art. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erwärmung von wasserhaltiger oder mit Wasser angereicherter Materie.

Aus der DE-OS 33 41 585 ist eine Vorrichtung zur Steri­ lisierung mit Mikrowellen bekannt, die eine von metallischen Wandungen begrenzte, druckdichte Kammer aufweist, in die durch einen oder mehrere für Mikrowellen durchlässige Berei­ che Mikrowellen eingestrahlt werden. Zu sterilisierende Ma­ terie ist bei der Sterilisierung in einer vakuumdicht ver­ schweißten, flexiblen Hülle aufgenommen.

Bei der Sterilisierung kann die Hülle an der metalli­ schen Wandung der Kammer zur Anlage kommen, die für die Aus­ breitung der Mikrowellen eine Grenzfläche bildet, an der die elektrische Feldstärke des Mikrowellenfeldes gleich Null ist. Materie, die sich im Bereich der Wandung befindet, wird daher nicht oder nur unzureichend sterilisiert.

Aus der EP 0 476 004 B1 ist eine Vorrichtung der be­ treffenden Art bekannt, die einen dicht verschließbaren in­ neren Behälter zur Aufnahme der zu erwärmenden Materie auf­ weist, der für Mikrowellen durchlässig ist und einen Einlaß für Wasser oder Wasserdampf aufweist. Der innere Behälter ist von einem als Hohlraumresonator ausgebildeten äußeren Behälter umgeben, wobei sich der innere Behälter an der In­ nenwandung des äußeren Behälters abstützt und als Verklei­ dung der Innenwandung des äußeren Behälters ausgebildet ist.

Bei Betrieb der bekannten Vorrichtung befindet sich zu erwärmende Materie im Innenraum des inneren Behälters. Über den Einlaß wird Wasser oder Wasserdampf in den inneren Be­ hälter eingeleitet, und es werden zur Erwärmung der zu er­ wärmenden Materie und des zugesetzten Wassers oder Wasser­ dampfes Mikrowellen in den inneren Behälter eingestrahlt.

Dadurch, daß der innere Behälter als Auskleidung des äußeren Behälters ausgebildet ist, ist an der Innenwandung des inneren Behälters anliegende Materie entfernt von der durch die Innenwandung des äußeren Behälters gebildeten Wan­ dung des Hohlraumresonators und damit entfernt von der Grenzfläche, an der die elektrische Feldstärke des Mikrowel­ lenfeldes gleich Null ist, angeordnet. Auf diese Weise ist vermieden, daß Teile der zu erwärmenden Materie nicht oder nicht ausreichend erwärmt werden.

Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht dar­ in, daß in erheblichem Maße Wärme über den inneren Behälter zum äußeren Behälter und von diesem nach außen abgeleitet wird, so daß hohe Wärmeverluste auftreten. Dies verschlech­ tert den Wirkungsgrad der Vorrichtung und erhöht ihre Be­ triebskosten.

Aus der GB 2 132 325 A ist eine Vorrichtung zum Trock­ nen von Gegenständen mittels Mikrowellen bekannt, die eine Trockenkammer aufweist, deren Wandungen aus einem für Mikro­ wellen durchlässigen Material bestehen. Die Trockenkammer ist innerhalb einer für Mikrowellen undurchlässigen Abschir­ mung angeordnet, in die ein mit einem Mikrowellenoszillator verbundener Wellenleiter mündet, über den die Mikrowellen in die Trockenkammer eingestrahlt werden.

Aus der FR-A-2 250 254 ist eine Vorrichtung zur thermi­ schen Behandlung von Gegenständen mittels Mikrowellen be­ kannt, bei der in einem metallischen Gehäuse ein für Mikro­ wellen durchlässiger Rezipient zur Aufnahme der zu behan­ delnden Gegenstände angeordnet ist. In die Wandung des Ge­ häuses münden mit Mikrowellengeneratoren verbundene Wellen­ leiter, über die Mikrowellen in den Rezipienten eingestrahlt werden.

Aus der US-4 606 650 ist ein Mikrowellenofen bekannt, in dem ein dicht verschließbares, evakuierbares Gefäß ange­ ordnet ist, das aus einem für Mikrowellen durchlässigen Ma­ terial besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der betreffenden Art so auszubilden, daß die Erwärmung der zu erwärmenden Materie gleichmäßig erfolgt und die Wär­ meverluste verringert sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Lehre gelöst.

Der zwischen dem inneren Behälter und dem äußeren Be­ hälter gebildete Raum ist erfindungsgemäß evakuierbar ausge­ bildet. Auf diese Weise ist eine wirksame Wärmeisolierung erzielt, so daß die Wärmeleitung von dem inneren Behälter zu dem äußeren Behälter und somit die Wärmeverluste verringert sind. Auf diese Weise ist der Wirkungsgrad der Vorrichtung verbessert, so daß ihre Betriebskosten gesenkt sind. Außer­ dem ist bei Verwendung der Vorrichtung zur Desinfektion oder Sterilisation aufgrund der verringerten Wärmeverluste die für eine zuverlässige Desinfektion oder Sterilisation erfor­ derliche Verweildauer der zu erwärmenden Materie verringert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährleistet eine gleichmäßige Erwärmung der zu erwärmenden Materie, so daß verhindert ist, daß Teile der zu erwärmenden Materie nicht oder nur unzureichend erwärmt werden. Dies ist insbesondere bei Betrieb der Vorrichtung zur Desinfektion oder Sterilisa­ tion von Bedeutung.

Form, Größe und Material der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung sind in weiten Grenzen wählbar.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch die im Anspruch 2 angegebene Lehre gelöst.

Diese Lehre sieht vor, daß sich in den zwischen dem inneren Behälter und dem äußeren Behälter gebildeten Raum ein wärmeisolierendes Material befindet.

Bei dieser Ausführungsform ist ebenfalls eine wirksame Wärmeisolierung erzielt, so daß die Wärmeverluste verringert sind.

Zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen der Lehren der Ansprüche 1 und 2 sind in den Unteransprüchen 3 bis 11 gekennzeichnet.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erwärmen von wasserhaltiger oder mit Wasser angereicherter Materie anzugeben, bei dem eine gleichmäßige Erwärmung der zu erwärmenden Materie gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 12 angegebene Lehre gelöst.

Der Grundgedanke dieser Lehre besteht darin, zunächst in dem Behälter, in dem sich die zu erwärmende Materie be­ findet, einen vorgebbaren Druck aufzubauen, der höher ist als ein vorgebbarer, für den Betrieb der Vorrichtung er­ wünschter Solldruck und beim Erreichen dieses vorgebbaren Druckes Mikrowellen in den Innenraum des Behälters ein­ strahlen.

Auf diese Weise ist ein durch Kondensatbildung an zu Beginn des Verfahrensablaufes noch nicht erwärmter Materie hervorgerufener, unerwünschter Abfall des Druckes verrin­ gert, so daß die Mikrowelleneindringzeit und die Gefahr ei­ ner Bildung von sogenannten hot spots und von Bereichen, in denen die zu erwärmende Materie nicht oder nicht ausreichend erwärmt wird, verringert ist.

Zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen dieser Lehre sind in den Unteransprüchen 13 bis 16 gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in geschnittener Seitenansicht und

Fig. 2 ein schematisches Diagramm des Druckverlaufes in dem inneren Behälter der Vorrichtung gemäß Fig. 1 bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 2 dargestellt, die einen zylindrischen und einseitig offenen inneren Behälter 4 zur Aufnahme von in der Zeichnung nicht dargestellter zu erwär­ mender Materie aufweist. Der innere Behälter 4 ist druckfest ausgebildet und mittels eines in der Zeichnung nicht darge­ stellten Deckels in bekannter Weise dicht verschließbar. Um eine Einstrahlung von Mikrowellen in den Innenraum des inne­ ren Behälters 4 zu ermöglichen, ist dieser für Mikrowellen durchlässig ausgebildet und besteht bei diesem Ausführungs­ beispiel aus Silikonharz-Glasgewebe, das eine hohe Steifig­ keit, eine hohe Temperaturbeständigkeit sowie eine geringe Längenausdehnung und eine geringe Dampfdurchlässigkeit auf­ weist. Der innere Behälter 4 kann auch aus einem anderen geeigneten Material, beispielsweise Polypropylen, bestehen.

Der innere Behälter 4 ist von einem zylindrischen äuße­ ren Behälter 6 umgeben, wobei die Außenwandung 8 des inneren Behälters 4 im Bereich seines Umfanges mit Abstand zu der Innenwandung 10 des äußeren Behälters angeordnet ist. Im Bereich seines Bodens 12 ist der innere Behälter 4 über eine aus Silikonkautschuk bestehende Isolation 14 mit dem Boden 16 des äußeren Behälters 6 verbunden. Der äußere Behälter 6 weist an seinem dem Boden 16 abgewandten Ende einen Flansch 18 auf, der sich radial nach innen zu dem inneren Behälter 4 erstreckt und mit diesem über eine umlaufende Dichtung 20 dicht verbunden ist.

Zwischen dem inneren Behälter 4 und dem äußeren Behäl­ ter 6 ist somit ein bei diesem Ausführungsbeispiel ringför­ miger Raum 22 gebildet, der eine dicht verschließbare Be- und Entlüftungsöffnung 24 aufweist, an die eine in der Zeichnung nicht dargestellte Vakuumpumpe anschließbar ist. Auf diese Weise ist der Raum 22 evakuierbar ausgebildet.

Im Boden 12 des Behälters ist eine Be- und Entlüftungs­ öffnung 26 gebildet, an die eine in der Zeichnung nicht dar­ gestellte Vakuumpumpe zum Evakuieren des Innenraumes des inneren Behälters 4 anschließbar ist. Ferner ist im Boden des inneren Behälters 4 ein Einlaß 28 gebildet, durch den Wasser oder Wasserdampf in den Innenraum des inneren Behäl­ ters 4 einleitbar ist.

Die Vorrichtung ist in bekannter Weise mit Mikrowellen­ generatoren zur Einstrahlung von Mikrowellen in den Innen­ raum des inneren Behälters 4 verbunden, von denen zwei Mi­ krowellengeneratoren in Fig. 1 schematisch angedeutet und mit den Bezugszeichen 30, 32 versehen sind. Die Mikrowellen­ generatoren strahlen in in Umfangsrichtung und Axialrichtung des inneren Behälters 4 zueinander versetzt angeordnete Be­ reiche Mikrowellen in den Innenraum des inneren Behälters 4 ein.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wie folgt:
Bei Betrieb der Vorrichtung 2 befindet sich die zu er­ wärmende Materie im Innenraum des inneren Behälters 4, der mit dem in der Zeichnung nicht dargestellten Deckel dicht verschlossen ist. Der Innenraum des inneren Behälters 4 und der zwischen dem inneren Behälter 4 und dem äußeren Behälter 6 gebildete Raum 22 sind evakuiert.

Über den Einlaß 28 wird in Abhängigkeit vom Wasserge­ halt der zu erwärmenden Materie Wasserdampf in den Innenraum des inneren Behälters 4 eingeleitet. Gleichzeitig mit dem Einleiten des Wasserdampfes oder zeitlich danach werden von den Mikrowellengeneratoren 30, 32 erzeugte Mikrowellen in den Innenraum des inneren Behälters 4 eingestrahlt.

Eine in der Zeichnung nicht dargestellte Regelungsein­ richtung regelt das Einleiten von Wasserdampf und/oder die Einstrahlung von Mikrowellen, so daß im Innenraum des inne­ ren Behälters 4 eine gewünschte Temperatur bzw. ein ge­ wünschter Druck erreicht und aufrechterhalten wird.

Falls durch Kondensation an der zu erwärmenden Materie Kondensat entsteht, so sammelt sich dieses am Boden 12 des inneren Behälters 4. Dadurch, daß der Einlaß 28 im Boden 12 des inneren Behälters 4 gebildet ist, wird das Kondensat durch den in den Innenraum des inneren Behälters 4 eingelei­ teten Wasserdampf erwärmt. Auf diese Weise werden ggf. in dem Kondensat enthaltene Keime zuverlässig abgetötet. Nach Betrieb der Vorrichtung 2 kann das Kondensat über den Einlaß 28 aus der Vorrichtung 2 abgelassen werden.

Dadurch, daß der zwischen dem inneren Behälter 4 und dem äußeren Behälter 6 gebildete Raum 22 evakuiert ist, ist die Wärmeleitung von dem inneren Behälter 4 zu dem äußeren Behälter 6 gering, so daß nur geringe Wärmeverluste auftre­ ten. Auf diese Weise sind die Betriebskosten der Vorrichtung 2 und die erforderliche Verweildauer von zu erwärmender Ma­ terie in der Vorrichtung 2 verringert.

Außerdem ist verhindert, daß an der Innenwandung des inneren Behälters 4 anliegende Materie nicht oder nicht aus­ reichend erwärmt wird. Insgesamt ist somit eine gleichmäßige Erwärmung der zu erwärmenden Materie gewährleistet.

Ein anderes, in der Zeichnung nicht dargestelltes Aus­ führungsbeispiel sieht vor, daß sich in dem Raum 22 ein wär­ meisolierendes Material befindet, das den Raum 22 vorzugs­ weise ausfüllt.

Fig. 2 zeigt ein Zeitdiagramm des Druckverlaufes im Innenraum des inneren Behälters 4 gemäß Fig. 1 bei Durchfüh­ rung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

In einer ersten Phase 34 wird die zu erwärmende Materie in den Innenraum des inneren Behälters 4 eingebracht, der innere Behälter 4 dicht verschlossen und der zwischen dem inneren Behälter 4 und dem äußeren Behälter 6 gebildete Raum 22 evakuiert.

In einer zweiten Phase 36 wird der Innenraum des inne­ ren Behälters 4 evakuiert, bis sich ein vorgebbarer Druck einstellt.

Dieser Druck wird in einer dritten Phase 38 im wesent­ lichen konstant gehalten.

Daran anschließend wird in einer vierten Phase 40 Was­ serdampf in den Innenraum das inneren Behälters 4 einge­ leitet, bis der Druck einen vorgebbaren Wert erreicht.

Dann wird der Innenraum des inneren Behälters 4 in ei­ ner fünften Phase 42 bis auf einen vorgebbaren Druck evaku­ iert, so daß die Restluft im Innenraum des inneren Behälters 4 verringert und die Qualität des Wasserdampfes erhöht wird.

In einer sich daran anschließenden sechsten Phase 44 wird erneut Wasserdampf in den Innenraum des inneren Behäl­ ters 4 bis zum Erreichen eines vorgebbaren Druckes einge­ leitet, der höher als ein vorgebbarer Solldruck ist, bei­ spielsweise um 200 mbar. Bei Erreichen des vorgebbaren Druc­ kes wird das Einleiten von Wasserdampf beendet.

In einer sich daran anschließenden siebten Phase 46 werden Mikrowellen in den Innenraum des inneren Behälters 4 eingestrahlt, wobei die Mikrowelleneinstrahlung so geregelt wird, daß der Solldruck erreicht und in einer achten Phase 48 über eine vorgebbare Zeit im wesentlichen konstant gehal­ ten wird.

Dadurch, daß in der sechsten Phase 44 der Druck im In­ nenraum des inneren Behälters 4 über den Solldruck angehoben wird, ist die Gefahr einer Kondensatbildung an noch nicht erwärmter Materie verringert, so daß die Mikrowellenein­ dringzeit und die Gefahr einer Bildung von sogenannten hot spots und von Bereichen, in denen die zu erwärmende Materie nicht oder nicht ausreichend erwärmt wird, verringert ist. Sollte der Druck vor Beendigung des Erhitzungsvorganges un­ ter den vorgebbaren Druck von beispielsweise 1,2 bar absin­ ken, wird bis zum Wiedererreichen dieses Druckes erneut Was­ serdampf eingeleitet und die Mikrowelleneinstrahlung unter­ brochen.

Nach Beendigung beispielsweise des Desinfektions- oder Sterilisationsvorganges kann der Innenraum des inneren Be­ hälters 4 belüftet und die Materie entnommen werden.

Neben der erfindungsgemäßen Vorrichtung können zur Durchführung des Verfahrens auch andere geeignete Vorrich­ tungen verwendet werden.

Claims (16)

1. Vorrichtung zum Erwärmen von wasserhaltiger oder mit Wasser angereicherter Materie,
mit einem dicht verschließbaren inneren Behälter zur Aufnahme der zu erwärmenden Materie, der we­ nigstens teilweise von einem als Hohlraumresonator ausgebildeten äußeren Behälter umgeben ist, wobei der innere Behälter wenigstens teilweise für Mi­ krowellen durchlässig ausgebildet ist und einen Einlaß für Wasser oder Wasserdampf aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Außenwandung (8) des inneren Behälters (4) im wesentlichen mit Abstand zu der Innenwandung (10) des äußeren Behälters (6) angeordnet ist und
daß der auf diese Weise zwischen dem inneren Behälter (4) und dem äußeren Behälter (6) gebildete Raum (22) evakuierbar ausgebildet ist.

2. Vorrichtung zum Erwärmen von wasserhaltiger oder mit Wasser angereicherter Materie,
mit einem dicht verschließbaren inneren Behälter zur Aufnahme der zu erwärmenden Materie, der we­ nigstens teilweise von einem als Hohlraumresonator ausgebildeten äußeren Behälter umgeben ist, wobei der innere Behälter wenigstens teilweise für Mi­ krowellen durchlässig ist und einen Einlaß für Wasser oder Wasserdampf aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Außenwandung (8) des inneren Behälters (4) im wesentlichen mit Abstand zu der Innenwandung (10) des äußeren Behälters (6) angeordnet ist und
daß sich in dem auf diese Weise zwischen dem inneren Behälter (4) und dem äußeren Behälter (6) gebildete Raum (22) ein wärmeisolierendes Material befindet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeisolierende Material den zwischen dem in­ neren Behälter (4) und dem äußeren Behälter (6) gebil­ deten Raum im wesentlichen ausfüllt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der innere Behälter (4) im Bereich seines Bodens (12) und/oder im Bereich seines dem Boden (12) abgewandten Endes mit dem äußeren Behälter (6) verbun­ den ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Behälter (4) aus Silikonharz-Glasgewebe oder dergleichen besteht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Behälter (4) aus Poly­ propylen besteht.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (28) für Wasser oder Wasserdampf im Boden (12) des inneren Behälters (4) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem Boden (12) des inneren Behälters (4) und dem Boden (16) des äußeren Behälters (6) ein wärmeisolierendes Material befindet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeisolierende Material Silikonkautschuk oder dergleichen ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Einstrahlen von Mikrowellen in den inneren Behälter (4) vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Meß- und/oder Regelungsmit­ tel vorgesehen sind, die den Druck und/oder die Tempe­ ratur im Innenraum des inneren Behälters (4) messen und/oder regeln.

12. Verfahren zur Erwärmung von wasserhaltiger oder mit Wasser angereicherter Materie mit folgenden Verfahrens­ schritten

• a) Einbringen der zu erwärmenden Materie in einen gasdichten, für Mikrowellen wenigstens teilweise durchlässigen Behälter,
• b) Evakuieren des gasdichten Behälters,
• c) Zusetzen von Wasser oder Wasserdampf in Abhängig­ keit vom Wassergehalt der zu erwärmenden Materie, wobei der Druck im Innenraum des Behälters gemes­ sen wird und das Zusetzen von Wasser oder Wasser­ dampf bei Erreichen eines vorgebbaren Druckes, der höher ist als ein vorgebbarer Solldruck, beendet wird,
• d) Einstrahlen von Mikrowellen in den Innenraum des Behälters,
• e) Regeln der Mikrowelleneinstrahlung zur Erreichung und Konstanthaltung des Solldruckes für einen vor­ gebbaren Zeitraum.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abfall des Druckes unter den vorgebbaren Druck wie­ der Wasserdampf zugegeben wird und die Mikrowellenein­ strahlung unterbrochen wird und bei Erreichen oder Überschreiten des vorgebbaren Druckes die Dampfzufuhr wieder unterbrochen wird und Mikrowellen wieder einge­ strahlt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verfahrensschritte b) und c) vor dem Einstrahlen der Mikrowellen wenigstens einmal wieder­ holt werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgebbare Druck 1,2 bar be­ trägt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgeführt wird.