DE19643989A1 - Vorrichtung zur Behandlung von Substanzen mit elektromagnetischer Hochfrequenzenergie - Google Patents
Vorrichtung zur Behandlung von Substanzen mit elektromagnetischer HochfrequenzenergieInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von
Substanzen mit elektromagnetischer Hochfrequenzenergie gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere sollen
durch die erfindungsgemäße Vorrichtung Substanzen in Form
stückiger, rieselfähiger, sprühbarer oder pumpbarer Stoffe
behandelt werden, wobei eine Veränderung der Stoffeigenschaften
hervorgerufen wird, bei der je nach Anwendung (z. B. für die
Papier-, Textil-, chemische, pharmazeutische, Abfallbehand
lungs-, Umwelt- oder Nahrungsmitteltechnologie) eine struktu
relle Veränderung, eine gezielte Erwärmung, eine Beschleuni
gung/Begünstigung verschiedener chemischer Reaktionen, eine
schonende Trocknung, Imprägnierung usw. im Vordergrund stehen.
So gibt es aus der Lebensmittelindustrie bereits eine beträcht
liche Zahl von Anwendungen und Anwendungsversuchen, Instantpro
dukte in einem kontinuierlich arbeitenden Mikrowellen-Vakuum
bandtrockner aus Früchten und Gemüsen, Saftkonzentraten usw.
herzustellen. Eine entsprechende Vorrichtung ist in Microwave
Energy Applications Newsletter, Band XII, Nr.6, 1979, Seiten 4
bis 6, beschrieben und umfaßt einen evakuierbaren Behandlungs
tunnel als Behandlungskammer, in dem mehrere Ankopplungsfenster
für sogenannte Hörner zur Mikrowelleneinspeisung unter Verwen
dung von Magnetrons vorgesehen sind. Infrarotpyrometer dienen
zur Messung der Produkttemperatur der auf ein Umlaufband einge
tragenen Produkte, und die Mikrowellenleistung wird abhängig
von der erfaßten Temperatur ein- bzw. nachgestellt. In diesem
Artikel ist insbesondere auf die Herstellung von Instantfrucht
pulver eingegangen.
Will man ganze Früchte oder Fruchtstücke (dasselbe gilt für
Gemüse) zu Instantprodukten machen, so erwies es sich als vor
teilhaft, zunächst in einer Bandlufttrocknungsstufe für eine
Trocknung der Früchte verbunden mit einer Schrumpfung bis zu
einem gewissen Grad zu sorgen, anschließend in einer evakuier
ten Mikrowellenkammer ein "Wiederaufpuffen" der Früchte zu
bewirken und abschließend durch nochmaliges Trocknen in einer
Vakuumbandtrocknungsstufe eine Nachbehandlung und Struktursta
bilisierung vorzunehmen. Eine solche Anordnung ist aus einem
Prospekt "Vacuum Belt Drying", Franco Ferrari, der Firma MEPRO-
TEC, Bachenbülach, Schweiz, entnehmbar.
Ein völlig anderes Anwendungsgebiet für die Vakuumtrocknung mit
Mikrowellen in z. B. röhrenartigen Kammern findet sich in
Buchentsäuerungsverfahren, bei denen erfolgreich insbesondere
nicht wäßrige Lösemittel für Papierbehandlungsreagenzien ver
schiedenster Art auf schonende Weise wieder aus den zuvor
getränkten Büchern und anderen Papiererzeugnissen entfernt wer
den können.
Es gibt auch eine Reihe von Anlagen, die Produkte ohne Vakuum
mit Mikrowellen behandeln und ebenfalls eine tunnelartige Kam
mer verwenden, durch die ein mit Produkten beschicktes Laufband
geführt wird.
Bei den evakuierten Anlagen werden die zu behandelnden Substan
zen über Schleusen auf ein in der Kammer umlaufendes Band ein- und
ausgetragen.
Insbesondere bei der Vakuumtrocknung ist die je Einkopplungs
stelle zuführbare Mikrowellenleistung vergleichsweise gering,
da sonst Glimmentladungen und Funkenüberschläge auftreten kön
nen. Durch Erweiterung der die Mikrowellenleistung zuführenden
Hohlleiter auf größere runde oder rechteckige Querschnitte
(z. B. als Hörner ausgeführt) und zusätzlicher Taperung der
Hohlleiter zur Unterdrückung unerwünschter Wellentypen kann die
zuführbare Leistung in gewissem Umfang vergrößert werden.
Ferner besteht nach wie vor das Problem einer ungleichmäßigen
Einwirkung des Mikrowellenfeldes auf die behandelten Substan
zen. So beobachtete man im behandelten Produkt auch bei weitge
hend gleichmäßiger Verteilung der Leistungsdichte des umgeben
den Feldes stärker erwärmte Stellen, sogenannte Hot Spots, die
auf lokale Feldresonanzen im Produktinneren zurückzuführen
sind. Bedingt durch den Mitnahmeeffekt des lokalen Feldes be
wirkt hier selbst die Bewegung des Produkts im Feld keine we
sentliche Verbesserung.
Auch die WO 92 10 288 A1 stellte sich die Aufgabe, ein durch
eine Kammer geleitetes Produkt durch eine möglichst gleichmä
ßige örtliche Verteilung der Mikrowellendichte besser zu be
strahlen. Dabei werden die Mikrowellen in eine innere zylindri
sche Kammer in Richtung deren Längsachse von einem Ende der
Kammer eingespeist, deren gelochte Wandung die innere Begren
zung einer äußeren Kammer bildet, durch die das zu behandelnde
Gut geleitet wird. Konusförmige Strukturen mit in Ausbreitungs
richtung der Mikrowellen weiter werdendem Konusöffnungswinkel,
die sich von der inneren in die äußere Kammer erstrecken, sol
len die Mikrowellen konzentriert durch die Löcher der gelochten
Wandung in die äußere Kammer lenken und ferner die Mikrowellen
kreuzweise hin- und her ablenken, um die gewünschte gleiche
Mikrowellendichte im Behandlungsraum zu erzielen.
Daneben gibt es Vorrichtungen, in denen längs eines Behand
lungsraums, durch das das Gut gefördert wird, Zonen verschiede
ner Intensität der Mikrowelleneinwirkung erzeugt werden können.
In der DE 40 32 496 A1 sind hierzu quer zur Förderrichtung an
geordnete Mikrowellensender vorgesehen, deren durch das geför
derte Gut hindurchgetretene Mikrowellenstrahlen an Reflektoren
mit parabolförmigem Querschnitt zurückreflektiert und gebündelt
werden, um auf der Förderlinie eine erhöhte Intensität zu er
halten. Durch Verwenden unterschiedlicher Reflektoren ist es
dann möglich, auch Abschnitte verschiedener Intensität zu
erzielen.
Die DE 91 15 185 U1 lehrt, ein örtlich variabel eingestelltes
Mikrowellenfeld mit einem variable aufgebauten Rohr als Mikro
wellenresonanzraum zu erzielen, das in Transportrichtung des zu
behandelnden Guts ein variierendes Absorptionsvermögen für die
Mikrowellen aufweist, die von Generatoren durch die Rohrwandung
eingekoppelt werden.
In der DE 34 47 544 C2 werden Körbe mit dem zu behandelnden Gut
durch eine Mikrowellenbehandlungskammer transportiert, in die
durch mehrere Magnetrons ein möglichst gleichmäßiges Mikrowel
lenfeld eingekoppelt wird. Um eine Temperaturüberlastung an den
Korbstirnseiten und Trennfugen zwischen den Körben zu vermei
den, werden die Trennfugen zwischen den Körben oben und unten
überlappende Metallteile mit den Körben mitgeführt, um dafür zu
sorgen, daß die Stirnseiten des Korbinhalts annähernd dieselbe
Temperatur wie der mittlere Bereich des Korbinhalts erreichen.
Dabei wird durch die oberhalb und unterhalb der Körbe mitge
führten Metallteile erreicht, daß in den Stirnbereichen der
Körbe die Mikrowellenenergiedichte reduziert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so zu verbessern,
daß die weiter oben geschilderten Nachteile der Mitschleppung
der Hot Spots und einer immer noch unzureichend gleichmäßigen
Erwärmung weitestgehend beseitigt sind und die Hochfrequenz
behandlung wirksam durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen defi
niert.
Erfindungsgemäß wird davon abgegangen, in der gesamten vorzugs
weise langgestreckten Kammer eine gleichmäßige Feldverteilung
zu erzeugen, und es werden hingegen durch das Einbringen elek
tromagnetisch wirksamer Blendeneinrichtungen mit variabler
Entkopplungswirkung einerseits gezielte Feldinhomogenitäten er
zeugt, durch die das zu behandelnde Produkt hindurchläuft.
Andererseits werden erfindungsgemäß durch geeignete Gestaltung
der Blendeneinrichtungen die erzeugten Kammerdurchlaufbereiche
zwischen den Blendeneinrichtungen bis zu einem vorgebbaren Grad
entkoppelbar. Die Blendeneinrichtungen erstrecken sich quer zur
vorzugsweise langgestreckten Kammer, in die die Mikrowellen von
der Seite her an mindestens einer, vorzugsweise mehreren hin
tereinander gelegenen Stellen eingekoppelt werden.
Wie oben dargelegt, sind im Stand der Technik u. a. auch schon
Bereiche unterschiedlicher Intensität erzeugt worden, jedoch
geschah dies nicht durch solche Blendeneinrichtungen und wurde
allein deshalb vorgenommen, um die Intensität der Behandlung im
Kammerdurchlaufbereich örtlich zu variieren. Aus dem Stand der
Technik entnehmbare konusförmige Umlenkstrukturen oder Reflek
toren dienten der Umlenkung der Mikrowellen mit dem Ziel, die
Mikrowellendichte gleichmäßig zu gestalten bzw. die Intensität
auf der Förderlinie zu erhöhen. Eine gezielte Entkopplung von
Bereichen war weder beabsichtigt, noch konnte sie durch diese
Maßnahmen erzielt werden.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung von Sperrfiltern ("Fal
len") an den Blendeneinrichtungen kann die Entkopplung so stark
sein, daß ein angrenzender Kammerbereich praktisch feldfrei
ist. Dies hat den Vorteil, daß in einem solchen Bereich zum
Beispiel Antriebsmittel, Flansche, Stutzen, Versorgungsleitun
gen, Ein- und Austragungseinrichtungen usw. vorgesehen werden
können, die sonst kaum oder nur mit größtem Aufwand so gestal
tet werden können, daß Glimmentladungen oder eine Funkenbildung
noch vermeidbar sind. Erfindungsgemäß können die Ein- und
Austragung des zu behandelnden Guts auf die Förderlinie z. B. in
Form eines Endlosbandes mit den hierzu erforderlichen Mitteln
erfolgreich ohne störende Beeinflussung des elektromagnetischen
Mikrowellenfeldes erreicht werden. Darüber hinaus kann durch
eine solche stark entkoppelnde Blende oder auch z. B. durch
einfache vergleichsweise wenig stark entkoppelnde Metallbleche
innerhalb der Behandlungskammer dafür gesorgt werden, daß im
elektromagnetischen Feld Inhomogenitätsstellen erzeugt werden,
die dazu führen, daß das Feldmuster in den so erzeugten ver
schiedenen Bereichen gezielt geändert ist und auf diese Weise
dem Verschleppen der Hot Spots wirksam entgegengewirkt werden
kann. Daneben kann hierdurch die Lage der Hot Spots so beein
flußt werden, daß die von Teilvolumina des zu behandelnden
Produkts während der Behandlung insgesamt aufgenommenen Mikrowel
lenenergie vom Ort des Teilvolumens unabhängig ist.
Auch ist es so möglich, den Mikrowellenleistungspegel für die
einzelnen abgetrennten Bereiche unterschiedlich einzustellen,
was wiederum diesem Verschleppen entgegenwirkt und eine gestaf
felte und unterschiedliche Behandlung erlaubt.
Die Form der erwähnten Inhomogenitätsstellen des Feldes kann
durch zusätzliches Anbringen geeignet gestalteter elektrisch
leitender oder auch dielektrischer Strukturen (z. B. seitlich
der Förderrichtung angebrachter metallischer oder dielektri
scher Schienen oder Platten und/oder metallischer oder dielek
trischer Traversen oberhalb und/oder unterhalb der Förderrich
tung) im Raum zwischen den Blendenvorrichtungen bzw. Sperrfil
tern weiter optimiert werden.
Die elektrisch leitenden Strukturen können auch so unterein
ander und mit den Blendenvorrichtungen bzw. Sperrfiltern
leitend verbunden sein, daß sie für das elektromagnetische
Strahlungsfeld einen von der Geometrie der eigentlichen Behand
lungskammer abweichenden Resonator bilden, dessen Geometrie so
gewählt wird, daß die gewünschte Verteilung der Inhomogenitäts
stellen entsteht.
Mit Hilfe der stark entkoppelnden Blendeneinrichtungen mit Fal
len ist es ferner möglich, auch mehrere (z. B. vor und hinter
einem Mikrowellenbehandlungsbereich liegende) vom elektromagne
tischen Hochfrequenzfeld freie Bereiche zu schaffen, in denen
ein Wärmeausgleich, eine Abkühlung, Verdunstung oder andere
Vor- und Nachbehandlungen z. B. mittels anderer konventioneller
Kühl- und Heizeinrichtungen erzielbar sind.
Auf diese Weise kann auch ein mehrstufiges Verfahren der weiter
oben genannten Art in einer einzigen Kammer schnell, effizient
und kostengünstig ausgeführt werden.
Die Blendeneinrichtungen sind vorzugsweise positionsmäßig
variabel, so daß die von ihnen begrenzten Hochfrequenzresonanz
räume unterschiedlich bemessen und somit den dielektrischen
Eigenschaften des jeweiligen Behandlungsprodukts optimal ange
paßt werden können. Bereits durch diese Maßnahme war eine
gezielte Anpassung des wirkenden Feldmusters an das jeweils zu
behandelnde Produkt zu erreichen, so daß die gleichmäßige
Behandlungswirkung deutlich verbesserbar war.
Außer den sich quer zur Förderrichtung erstreckenden Blenden
vorrichtungen können die erwähnten leitenden Strukturen (z. B.
bewegbare Metallplatten) parallel zur Förderrichtung und senk
recht zu dieser verschiebbar angeordnet werden, um die Optimie
rung der Resonanzräume bzw. Feldverteilung durch Variationsmög
lichkeiten ihrer Geometrie weiter zu unterstützen. Dasselbe
gilt auch für die möglichen dielektrischen Strukturen.
Die Mikrowellenleistung bzw. Höchstfrequenzleistung im Bereich
von etwa 100 MHz bis 10 GHz wird vorzugsweise in Generatoren
(z. B. Magnetrons) erzeugt, die aus Netzteilen mit geringer Wel
ligkeit ("low ripple") versorgt werden. Damit weist auch die
abgegebene Mikrowellenleistung einen sehr gleichmäßigen Pegel
auf.
Neben den konventionellen Hörnern mit rechteckigem oder rundem
Querschnitt, die zur besseren Einspeisung und Vermeidung von
Glimmentladungseffekten vorzugsweise getapert sind, sind auch
die sogenannten Patch-Antennen (z. B. gemäß der DE-OS 42 40 104)
einsetzbar, die über in die Kammer eingeführte Hochfrequenzlei
tungen (Koaxialkabel) gespeist werden. Auch deren im oben
genannten Frequenzbereich abgegebene Leistung wird entsprechend
dosiert und mit möglichst geringer Welligkeit eingetragen. Zur
Optimierung der Resonanzräume bzw. Feldverteilung gilt auch
hier das oben Gesagte.
Die Einspeisungsstellen für die Hochfrequenzenergie werden in
an sich bekannter Weise analytisch bestimmt und hinsichtlich
des jeweiligen Behandlungsprozesses im Verbund mit der vorgege
benen Blendenstellung und den Resonanzraumgeometrien optimiert.
Die verwendeten Fallen sind nicht auf bestimmte Auslegungen
beschränkt. Der Fachmann findet in der Literatur (z. B. in
"Wärme durch Mikrowellen", Dipl.-Ing. H. Püschner, 1964,
Philips Technische Bibliothek) die Grundlagen für eine mögliche
Auslegung. Solche Fallen werden sonst standardmäßig aus einem
anderen Grund, nämlich für den erforderlichen Personenschutz an
Ein- und Austragungsstellen installiert. Da sie erfindungsgemäß
gegebenenfalls bereits den Ein- und Austragungsbereich inner
halb der Kammer abschirmen, kann auf derartige zusätzliche
Sicherungsfallen vorteilhafterweise verzichtet werden. Im übri
gen sind die Dämpfungsanforderungen für die erfindungsgemäß
eingesetzten Fallen innerhalb der Kammer weniger hoch als der
üblichen Fallen für den Personenschutz, so daß kürzere und
leichtere Konstruktionen möglich sind.
Der Behandlungsprozeß kann kontinuierlich oder in Chargen unter
verschiedenen Druckbedingungen (Vakuum, Normaldruck, Überdruck,
gegebenenfalls in einem besonderen Arbeitsgas) ablaufen.
Als Fördermittel kommen neben Förderbändern (Endlosbänder oder
solche mit Schloß) andere Stetigförderer wie Vibrationsrut
schen, Kettenförderer, Schneckenförderer, Schleppkettenförde
rer, Schüttelrutschen, Schwingrinnen, Saugluftförderer, Druck
luftförderer in Betracht.
Die Ein- und Austragungseinrichtungen können je nach Art des
Druckbetriebs und auch der Art der zu behandelnden Substanzen
(flüssig, fest, größer, schwerer, pulverförmig usw.) gestaltet
werden.
Ferner können neben Drucksteuereinrichtungen auch Sensoren zur
Überwachung des Behandlungsablaufs und dessen Auswirkung zur
Gewinnung von Steuer- und Regelgrößen in der Kammer installiert
werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei
spiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 2 eine Ansicht auf eine mögliche Blendeneinrichtung
dieser Vorrichtung.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist eine gasdichte Behand
lungskammer 1, die aus einer zylindrischen Metallstruktur mit
seitlichen Deckeln besteht, schematisch gezeigt. In der Längs
richtung dieser Kammer 1 ist ein Umlaufbandfördermittel 2 so
angeordnet, daß die zu behandelnden Substanzen auf dem oberen
"hinlaufenden" Bandabschnitt sich etwa im Bereich der Kammer
längsachse befinden. Der Übersichtlichkeit halber sind die
Antriebseinrichtungen sowie Halterungsmittel hierfür nicht
dargestellt, die der Fachmann aus bereits bestehenden Anlagen
der eingangs erwähnten Art ohne weiteres entnehmen kann. Am
oberen in der Zeichnung linken Endbereich der Kammer 1 ist eine
Eintragungseinrichtung 3 im wesentlichen in Form einer luft
dicht in die Kammerwand(wände) eingesetzten Rohrleitung mit
angedeuteten Schleusenklappen vorgesehen. Die Schleusenklappen,
die auch z. B. durch Zellenradschleusen ersetzbar sind, ermögli
chen eine kontinuierliche Vakuumbehandlung von aus einem Trich
ter über die Eintragungseinrichtung 3 auf das Förderband einge
tragenen Substanzen.
In entsprechender Weise ist eine Austragungseinrichtung 4 in
der Zeichnung am rechten Endbereich der Kammer 1 installiert,
in welche vom Endlosband abrollende behandelte Substanzen oder
Stoffe fallen. Im Ausführungsbeispiel wurden vor allem Früchte
und Gemüse im Ganzen und auch in zerteilter Form behandelt.
An die Kammerwand ist ferner eine Mikrowelleneinrichtung 5
angekoppelt. Hierzu ist in der Kammerwand ein für Mikrowellen
insbesondere der Frequenzen zwischen 1 und 10 GHz durchlässiges
Fenster aus einem hinreichend verlustarmen und druckfesten
Dielektrikum (z. B. Quarzglas) eingelassen, auf das in einem
Ausführungsbespiel das Ende eines getaperten Rundhohlleiters
großen Querschnitts aufgesetzt war. Die Leistung der diesen
Rundhohlleiter versorgenden Mikrowelleneinrichtung betrug z. B.
maximal 6 kW auf der Frequenz 2,45 GHz und konnte während des
Betriebs zwischen 10% und 100% variert werden. Durch gleichzei
tigen Betrieb zweier vorgesehener Mikrowelleneinrichtungen
konnte bis zu 12 kW in die Kammer eingekoppelt werden.
Ferner ist in der Kammerwand eine Evakuierungsleitung 6 ange
schlossen, die mit einem nicht dargestellten Pumpstand verbun
den ist. Im Betrieb wurde bis auf einen vom Produkt abhängigen
vorgebbaren Restdruck evakuiert.
Etwa im mittleren Abschnitt der Kammer ist ein Mikrowellenraum
dadurch geschaffen, daß zwei parallel angeordnete Blendenein
richtungen 7, 7 installiert sind. Die Blendeneinrichtungen
bestehen gemäß Fig. 2 aus Metallblechen 7a (aus VA Stahl), die
in ihrer äußeren Zone zur Gewährleistung eines Gasaustauschs
und Druckausgleichs gelocht sind, sowie aus einer sich in den
Raum außerhalb des von den Blechen 7a begrenzten Mikrowellen
raumes erstreckenden Mikrowellenfalle 8, ebenfalls aus VA
Stahl. Die Bleche 7a füllen den gesamten zylindrischen Innen
raum der Kammer 1 aus und weisen zwei parallel angeordnete
rechteckige Aussparungen 7b auf. Durch diese Aussparungen läuft
das Band 2. Am innenliegenden Rand der Aussparungen 7b ist je
weils ein sich waagerecht erstreckendes Metallblech angebracht,
das die Unterseite eines kastenartigen Körpers 8 bildet, der
sich hinter dem Blech 7a in den Raum außerhalb des Mikrowellen
bereichs mit abnehmender Höhe erstreckt, wie in den Zeichnungen
angedeutet ist, wobei seine obere Wand entsprechend geneigt
ist. Von der oberen Wand erstrecken sich jeweils Metallbleche
bis zu einem vorgegebenen Abstand zum hin- und zurücklaufenden
Band und sind an ihrer Unterseite durch eine (in Fig. 1 nicht
dargestellte) Kunststoff-Folie abgeschlossen, die sich parallel
zur Kastenunterseite erstreckt. Durch diese prinzipiell als
Sperrfilter für den Personenschutz bekannte Konstruktion für
Mikrowellenfallen wurden ober- und unterhalb der Durchtritts
öffnungen für das Umlaufband jeweils obere und untere Mikro
wellensperrfilter geschaffen, die im Ausführungsbeispiel dimen
sionsmäßig für die Industriefrequenz von 2,45 GHz so ausgelegt
waren, daß sie die Mikrowellenenergie bis auf geringe Restan
teile sperrten.
Durch diese Blendeneinrichtungen 7 mit Fallen wurden ein Ein
tragungsraum, ein Mikrowellenbehandlungsraum und ein Nachbe
handlungsraum geschaffen, wobei im ersten und letztgenannten
dieser Bereiche oder Räume wasserdurchströmte Heizplatten 9 und
im hinteren Bereich auch Kühlplatten 10 jeweils unterhalb des
mit den Substanzen beladenen Umlaufbandes 2 installiert sind.
Hierdurch konnten zum Beispiel Früchte und Gemüse aller Art in
einer einzigen evakuierten Behandlungskammer zunächst bis zu
einem vorgegebenen Grad vorgetrocknet, dann durch Mikrowellen
einwirkung hauptsächlich "aufgepufft" (weniger entwässert und
erwärmt) werden und anschließend durch weiteres Erwärmen und
Abkühlen erfolgreich zu qualitativ hochwertigen Instantproduk
ten verarbeitet werden. Diese nahmen nach Wasseraufnahme wei
testgehend ihren ursprünglichen Zustand (Aussehen, Geschmack
usw.) wieder an.
Es konnten für die Antriebsmittel des Umlaufförderers in den
praktisch mikrowellenfreien Räumen oder Bereichen ohne Rück
sicht auf die sonst erhebliche Gefahr von Glimmentladungen und
Funkenbildungen beliebige und kostengünstige Lösungen und übli
che Materialien eingesetzt werden. Im von Antriebsmitteln usw.
freien Mikrowellenbereich konnte durch Runden von Kanten und
Spitzen sowie Verwendung geeigneter Materialien (z. B. verlust
arme Dielektrika wie die Materialien Teflon (Handelsname) und
Polypropylen) und speziell durch Verwendung getaperter Rund
hohlleiter großen Querschnitts dafür gesorgt werden, daß es zu
keinerlei Glimmentladungen kam.
Auf sonst übliche Mikrowellenfallen, die zum Beispiel aus
Sicherheitsgründen an Türen, Klappen usw. angebracht werden
müssen, konnte im Ausführungsbeispiel an den Ein- und Austra
gungsstellen verzichtet werden, wodurch sich diese konstruktiv
erheblich vereinfachten. Der Mikrowellenraum wurde dosiert mit
Mikrowellenleistung geringer Welligkeit beaufschlagt und bezüg
lich seiner Länge unter Berücksichtigung der einstellbaren
Bandlaufgeschwindigkeit für die zu behandelnden Substanzen
optimiert.
Die Dosierung der Mikrowellenenergie vor oder während des
Betriebs erfolgte in Abhängigkeit des Feuchtegehalts und/oder
der Temperatur des behandelten Produkts.
Die Vorgebbarkeit der Mikrowellenleistung wurde durch die defi
nierte Eingrenzung des Mikrowellen-Behandlungsraums erheblich
verbessert. Durch Einbringen von (nicht dargestellten) weiteren
Lochblechen ohne Fallen oder mit nur mäßig wirksamen Fallen als
Blendeneinrichtungen parallel zu den Blechen 7a und weiteren
Mikrowelleneinrichtungen in den so eingegrenzten Bereichen
konnte gezielt für Feldinhomogenitäten beim Durchlaufen des
Mikrowellenraums gesorgt werden. Hierdurch gelang es, die Ent
wicklung von Hot Spots zu vermeiden.
Einen ähnlichen Effekt erzielt man, wenn man die in die einzel
nen durch Blenden voneinander abgegrenzten Bereiche der Behand
lungskammer eingekoppelte Leistung während des Substanzdurch
laufs auf geeignete Weise regelt.
Bevorzugt werden vor und hinter einer ersten bzw. letzten
Einkopplungsstelle eines langgestreckten Behandlungsraums mit
mehreren Mikrowelleneinrichtungen 5 jeweils eine in Durchlauf
richtung gesehene vordere und hintere Blendeneinrichtung 7 mit
Falle vorgesehen. Es hat sich dann bewährt, dazwischen vor jede
weitere Einkopplungsstelle wieder eine Blendeneinrichtung in
Form eines gelochten Bleches zu setzen, so daß eine Reihe hin
tereinander geschalteter, durch Inhomogenitätsstellen entkop
pelter kleinerer Bereiche mit eigenen Einkopplungsstellen ent
steht.
Durch die Einrüstung weiterer, nicht dargestellter metallischer
oder dielektrischer Strukturen kann die Gestaltung der Inhomo
genitätsstellen des elektromagnetischen Feldes weiter so opti
miert werden, daß die vom zu behandelnden Produkt während
seines Transports durch den Mikrowellenbehandlungsraum aufge
nommene Leistung weitgehend gleichmäßig verteilt ist. Vorzugs
weise werden leitende Platten vorgesehen, deren Kanten abgerun
det sind und die sich über sämtliche Bereiche des durch die
Blendeneinrichtungen unterteilten und durch Sperrfilter (Fal
len) begrenzten Behandlungsraums beidseitig des Förderbandes
und parallel zur Förderrichtung erstrecken. Um Hot Spots an den
seitlichen Kanten des Durchtritts durch die Blendeneinrichtun
gen zu vermeiden, wird der Abstand dieser leitenden Platten so
gewählt, daß er der Breite der Blendenöffnungen entspricht und
die dem Produkt zugewandten Plattenoberflächen mit den seitli
chen Rändern der vom Produkt durchlaufenen Blendeneinrichtungen
zusammenfallen. Platten und Blendeneinrichtungen sind auf ihrer
gesamten Berührungsfläche leitend miteinander zu verbinden. Er
findungsgemäß können zur Einstellung der Feldverteilung zusätz
lich oder alternativ zu diesen Platten leitende oder dielektri
sche Traversen oder kurze Traversenstücke mit vorzugsweise
kreisrundem, elliptischem oder abgerundet quadratischem Quer
schnitt oberhalb und/oder unterhalb des zu behandelnden Pro
dukts vorgesehen werden, die sich in einem zur Feldoptimierung
einstellbaren Abstand zu den Blendeneinrichtungen quer zur För
derrichtung des Bandes erstrecken. Vorzugsweise werden die Tra
versen an den Platten oder den seitlichen Wänden des Behand
lungsraums befestigt.
Abstand und Höhe der seitlichen metallischen Platten bestimmen
die resonanzfähigen Moden und damit auch die Verteilungen des
elektromagnetischen Feldes sowie die Erwärmung des Produkts
quer zur Förderrichtung. Durch die Resonanzen zwischen den
Traversen und den Blendeneinrichtungen werden Inhomogenitäts
stellen so plaziert, daß die vom Dielektrikum während des
Transports durch den Behandlungsraum aufgenommene Leistung
weitgehend gleichmäßig verteilt ist.
Claims (12)
1. Vorrichtung zur Behandlung von Substanzen in einer Kammer
mit mindestens einer Einkopplungseinrichtung für auf die Sub
stanzen einwirkende elektromagnetische Hochfrequenzenergie und
mit Mitteln zum Fördern der in die Kammer eingetragenen Sub
stanzen innerhalb der Kammer bis zu einer Austragungsstelle,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kammer (1) mindestens eine quer zur Förderrichtung der
Fördermittel (2) angeordnete, elektrisch leitende Blendenein
richtung (7, 8) aufweist, die die Kammer in bis zu einem vorgeb
baren Grad elektromagnetisch entkoppelte Kammerdurchlaufberei
che aufteilt und an vorbestimmten Stellen in der Kammer Inhomo
genitätsstellen des erzeugten Hochfrequenzenergiefeldes hervor
ruft.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der vorgebbare Grad der Entkopplung dadurch erzielt wird,
daß eine oder mehrere der Blendeneinrichtungen Fallen (8) für
die elektromagnetische Hochfrequenzenergie umfassen und/oder
daß Blendeneinrichtungen in Form von Metallblechen (7) vorgese
hen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei beabstandete Blendeneinrichtungen (7, 8) mit Fallen (8)
vorgesehen sind, zwischen denen wahlweise ein oder mehrere
Feldinhomogenitäten hervorrufende Metallbleche (7) angeordnet
sind, wobei in den von den Metallblechen eingegrenzten Berei
chen jeweils Einkopplungseinrichtungen vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Position der Blendeneinrichtungen (7, 8) in der Kammer
(1) variabel ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Fördermittel (2) ein Stetigförderer, insbesondere ein
Laufband ist und daß die Kammer (1) gasdicht mit Schleusen für
die einzutragenden Substanzen ausgebildet ist und mit Einrich
tungen zum Evakuieren und/oder zur Beaufschlagung mit vorgege
benem Gasdruck versehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kammer in vorgegebenen, vorzugsweise von der elektroma
gnetischen Energie weitgehend entkoppelten Kammerdurchlaufbe
reichen von den Hochfrequenzeinkopplungseinrichtungen (5) unab
hängige Heiz- oder auch Kühleinrichtungen (9, 10) aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß für jeden mit Mikrowellenenergie zu beaufschlagenden Kam
merbereich ein oder mehrere Einkopplungseinrichtungen (5)
vorgesehen sind, deren Einkopplungsleistung variabel vorgebbar
oder während der Behandlung dosierbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hochfrequenzeinkopplungseinrichtungen (5) konisch
erweiterte, vorzugsweise getaperte Rund- oder Rechteckhohllei
ter aufweisen und die eingekoppelten Frequenzen aus dem Höchst
freqenz/Mikrowellenbereich zwischen etwa 100 MHz und 10 GHz
ausgewählt sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hochfrequenzeinkopplungseinrichtungen aus in der Kammer
angeordneten Patch-Antennen bestehen, die durch in die Kammer
geführte Hochfrequenzleitungen versorgt sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich zu den Blendeneinrichtungen (7) quer zur Förder
richtung Strukturen vorgesehen sind, die sich im wesentlichen
parallel zur Förderrichtung erstrecken und deren Lage in Rich
tung senkrecht zur Förderrichtung als weitere Verstellmöglich
keit eines Resonanzraums wahlweise verschiebbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Strukturen elektrisch leitend oder dielektrisch sind
und in Form von vorzugsweise abgerundeten Platten seitlich des
Fördermittels und in Form diese Platten wahlweise verbindender
Traversen vorgesehen sind sowie wahlweise parallel und/oder
senkrecht zur Förderrichtung verschiebbar sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine eine Falle (8) umfassende Blendenein
richtung vorgesehen ist, der mindestens eine weitere als
Metallblech ausgebildete Blendeneinrichtung (7) folgt.
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