DE19549424A1 - Verfahren zur Erwärmung von wasserhaltiger oder mit Wasser angereicherter Materie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erwärmung von wasserhaltiger oder mit Wasser angereicherter Materie.

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 Behäl­ ter umgeben, wobei sich der innere Behälter an der In­ nenwandung des äußeren Behälters abstützt und als Verkleidung 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 Grenz­ fläche, 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 darin, 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 verschlechtert den Wirkungsgrad der Vorrichtung und erhöht ihre Betriebskosten.

Durch die DE 44 33 214 ist ein Mikrowellengerät mit ei­ nem durch einen Deckel gasdicht verschließbaren Stahlbehälter als Hohlraumresonator bekannt, welcher von einem an sich nicht druckfesten Innenbehälter ausgekleidet ist. Um ein ein­ faches Austauschen des Innenbehälters vor Ort zu ermöglichen, ist eine den Raum zwischen dem Stahlbehälter und dem Innenbe­ hälter teilweise ausfüllende mehrteilige Stützauskleidung zur Aufnahme von Druckkräften vorgesehen. Der Stahlbehälter ver­ fügt über zumindest einen Anschluß, über welchen der Raum zwischen Stahlbehälter und dem Innenbehälter evakuierbar ist. Auch bei dieser bekannten Vorrichtung besteht die Gefahr, daß in erheblichem Maße Wärme über den inneren Behälter zum äuße­ ren Behälter und von diesem nach außen abgeleitet wird, so daß beachtenswerte Wärmeverluste auftreten. Dies verschlech­ tert den Wirkungsgrad des Mikrowellengerätes und erhöht seine Betriebskosten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine gleichmäßige Erwärmung der zu erwärmenden Materie gewährlei­ stet ist.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen dieser Er­ findung sind in den Unteransprüchen angegeben.

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

Auf diese Weise ist ein durch Kondensatbildung an zu Beginn des Verfahrensablaufes noch nicht erwärmter Materie hervorgerufener, unerwünschter Abfall des Druckes verringert, so daß die Mikrowelleneindringzeit und die Gefahr einer Bil­ dung von sogenannten hot spots und von Bereichen, in denen die zu erwärmende Materie nicht oder nicht ausreichend er­ wärmt wird, verringert ist.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung in geschnittener Seitenansicht zur Erwärmung von wasserhaltiger oder mit Wasser angereicherter Materie und

Fig. 2 ein schematisches Diagramm des Druckverlaufs in dem inneren Behälter der Vorrichtung nach Fig. 1 bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens.

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 ge­ eigneten 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 Be­ reich 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 Behälter 6 ist somit ein bei diesem Ausführungsbeispiel ringförmiger Raum 22 gebildet, der eine dicht verschließbare Be- und Ent­ lüftungsöffnung 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 in­ neren 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 Behälters 4 einleitbar ist.

Die Vorrichtung ist in bekannter Weise mit Mikrowellen­ generatoren zur Einstrahlung von Mikrowellen in den Innenraum des inneren Behälters 4 verbunden, von denen zwei Mikrowel­ lengeneratoren in Fig. 1 schematisch angedeutet und mit den Bezugszeichen 30, 32 versehen sind. Die Mikrowellengenerato­ ren strahlen in in Umfangsrichtung und Axialrichtung des in­ neren Behälters 4 zueinander versetzt angeordnete Bereiche 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 Wassergehalt der zu erwärmenden Materie Wasserdampf in den Innenraum des inneren Behälters 4 eingeleitet. Gleichzeitig mit dem Ein­ leiten 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 inneren Behälters 4 eine gewünschte Temperatur bzw. ein gewünschter 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 Be­ trieb 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 Be­ hälter 6 gering, so daß nur geringe Wärmeverluste auftreten. Auf diese Weise sind die Betriebskosten der Vorrichtung 2 und die erforderliche Verweildauer von zu erwärmender Materie 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 In­ nenraum des inneren Behälters 4 gemäß Fig. 1 bei Durchführung 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 inneren Behälters 4 evakuiert, bis sich ein vorgebbarer Druck ein­ stellt.

Dieser Druck wird in einer dritten Phase 38 im wesentli­ chen konstant gehalten.

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

Dann wird der Innenraum des inneren Behälters 4 in einer fünften Phase 42 bis auf einen vorgebbaren Druck evakuiert, so daß die Restluft im Innenraum des inneren Behälters 4 ver­ ringert 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 Druckes wird das Einleiten von Wasserdampf beendet.

In einer sich daran anschließenden siebten Phase 46 wer­ den Mikrowellen in den Innenraum des inneren Behälters 4 ein­ gestrahlt, wobei die Mikrowelleneinstrahlung so geregelt wird, daß der Solldruck erreicht und in einer achten Phase 48 über eine vorgebbare Zeit im wesentlichen konstant gehalten 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 unter den vorgebbaren Druck von beispielsweise 1,2 bar absinken, 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 Behäl­ ters 4 belüftet und die Materie entnommen werden.

Claims (3)

1. Verfahren zur Erwärmung von wasserhaltiger oder mit Wasser angereicherter Materie mit folgenden Verfahrensschritten

• a) Einbringen der zu erwärmenden Materie in einen gas­ dichten, für Mikrowellen wenigstens teilweise durch­ lässigen Behälter,
• b) Evakuieren des gasdichten Behälters,
• c) Zusetzen von Wasser oder Wasserdampf in Abhängigkeit vom Wassergehalt der zu erwärmenden Materie, wobei der Druck im Innenraum des Behälters gemessen wird und das Zusetzen von Wasser oder Wasserdampf bei Erreichen eines vorgebbaren Druckes, der höher ist als ein vorgebbarer Solldruck, beendet wird,
• d) Einstrahlen von Mikrowellen in den Innenraum des Behälters,
• e) Messen des Druckes im Innenraum des Behälters,
• f) Regeln der Mikrowelleneinstrahlung und Wasserdampf­ zugabe zur Erreichung und Konstanthaltung des Soll­ druckes für einen vorgebbaren Zeitraum, indem bei Abfall des Druckes unter den vorgebbaren Druck wie­ der Wasserdampf zugegeben wird und die Mikrowellen­ einstrahlung unterbrochen wird und bei Erreichen oder Überschreiten des vorgebbaren Druckes die Dampfzufuhr wieder unterbrochen wird und Mikrowellen wieder eingestrahlt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte b) und c) vor dem Einstrahlen der Mikrowellen wenigstens einmal wiederholt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgebbare Druck 1,2 bar be­ trägt.