DE2144956B2

DE2144956B2 - Verfahren zum elektromagnetischen Erhitzen getrennter Körper eines Produktes auf eine vorbestimmte Temperatur wesentlich oberhalb des Gefrierpunktes von Wasser

Info

Publication number: DE2144956B2
Application number: DE2144956A
Authority: DE
Inventors: Lennart Arvid Huddinge Stenstroem (Schweden)
Original assignee: Alfa Laval AB
Current assignee: Alfa Laval AB
Priority date: 1970-09-08
Filing date: 1971-09-08
Publication date: 1980-10-23
Also published as: DE2144956C3; CA956167A; CH540651A; SE355479B; FR2107424A5; DE2144956A1; SU540553A3; JPS5654676B1; NL170692B; GB1364477A; NL170692C; US3809845A; NL7112362A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zurr elektromagnetischen Erhitzen getrennter Körper eines Produktes auf eine vorbestimmte Temperatur wesentlich oberhalb des Gefrierpunktes von Wasser, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1, der vom älteren Vorschlag in Gestalt der DE-PS 19 35 681 ausgeht.
Die Heißsterilisation von Nahrungsmitteln bedeutet in der Praxis, daß die Produkte einer Wärmebehandlung derart unterworfen werden, daß die Sporen der gifterzeugenden Bakterien Clostridium botulinum nicht überleben. Eine Wärmebehandlung von Nahrungsmit-M teln in dieser Weise führt normalerweise jedoch zu einem verschlechterten Geschmack der Nahrungsmittel, was von komplexen chemischen Reaktionen abhängt.

Während die Sterilisationswirkung einer Wärmebehandlung im wesentlichen von der Temperatur während dieser Wärmebehandlung abhängt, sind die chemischen Wirkungen, von denen viele in einem schädlichen Umfang auftreten, wenn ein für das in Frage stehende Produkt typischer kritischer Temperaturbereich erreicht wird, in einem größeren Umfang als die Sterilisationswirkung von der Zeitdauer der Wärmebehandlung abhängig. Daher ist es in Verbindung mit der Heißsterilisation oder Pasteurisierung von Nahrungsmitteln zweckmäßig, sogenannte HTST-Verfahren anzuwenden, d.h. Wärmebehandlung mit kurzzeitiger hoher Temperatur. (HTST ist die engl. Abkürzung für Hoch-Temperatur-Kurz-Zeit).

Seit langem sind HTST-Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten und halbflüssigen Produkten bekannt Für diese Produkte ist eine schnelle und wirkungsvolle Wärmeübertragung in der üblichen Weise zusammen mit einem darauffolgenden aseptischen Abfüllen in Packungen leicht durchführbar. Für feste Produkte sind HTST-Verfahren bisher jedoch nicht durchführbar.

Es ist bekannt, daß elektromagnetische Energie infolge ihrer Fähigkeit zur Erwärmung auch von inneren Teilen eines Produktes eine Wärmebehandlung auch von festen Nahrungsmitteln ähnlich den HTST-Prozessen mit einer schnellen und intensiven Erwärmung ermöglicht Jedoch hat die Entwicklung auf diesem Gebiet bisher zu keinem zufriedenstellenden Verfahren geführt. Es wurden viele Versuchsreihen zur Erwärmung von festen Produkten auf Sterilisations- oder Pasteurisiertemperaturen in einem elektro-magnetischen Feld gemacht, aber selbst wenn es eventueii möglich war, eine im wesentlichen gleichförmige Feldstärke über einen ausreichenden Feldbereich zu erzeugen, wurde festgestellt, daß in diesem Feld behandelte Produkte ungleich erwärmt wurden. Es wurde festgestellt, daß die Randbereiche der Produkte in der Hauptrichtung der Aufbringung des elektro-magnetischen Feldes auf das Produkt mit einem Frequenzbereich, wie er für eine wirtschaftliche Erwärmung geeignet ist, eine wesentlich andere Temperatur annahmen als andere Abschnitte der Produkte. Ferner wurde festgestellt, daß die Wirkung des elektro-magnetischen Feldes beim Eindringen in das Produkt graduell gedämpft wurde, so daß das in diesem Feld behandelte Produkt in seinen mittleren Bereichen weniger erwärmt wurde als an seiner Oberfläche. Dies machte eine ausreichende Wärmebehandlungswirkung in dem Produkt unmöglich, wenn versucht wurde, dieses zu sterilisieren oder zu pasteurisieren, es sei denn, bestimmte Abschnitte des Produktes wurden so stark erwärmt, daß sie in der einen oder anderen Hinsicht verdorben wurden.

Um diese Probleme zu lösen, wurde bereits versucht, z. B. Einrichtungen zu konstruieren, die ein elektromagnetisches Feld derart aufbringen, daß eine gleichförmige Energieumwandlung in dem in das Feld eingesetzten Produkt erreicht wird. Dies hat jedoch bisher nicht zu dem gewünschten Ergebnis geführt. Außerdem wurde versucht, das Produkt in üblicher Weise vorzuwärmen, bevor die Erhitzung in einem elektromagnetischen Feld erfolgt. Dabei hat sich gezeigt, daß dies zu einer der gewünschten -Wirkung entgegengesetzten Wirkung führt, vermutlich da bei der konventionellen Erwärmung in einem noch größeren Grad als bei Erwärmung im elektromagnetischen Feld ein größerer Temperaturanstieg in den Kanten und Außenflächen des Produktes als in aem inneren Teil erfolgt.

Aus der FR-PS 15 75 600 bzw. den US-PS 28 56 497 und 32 71 169 ist es bei der Erhitzung von Naiirungsmitteln und anderen Stoffen durch Mikrowellen bekannt, in die Nähe der zu erhitzenden Stoffe fesie dielektrische Körper zu setzen, die miterwärmt werden und zusätzliche Wärme an den zu erhitzenden Stoff abgeben. In dem gattungsbildenden älteren Recht in Gestalt der DE-PS 19 35 681 ist ein Verfahren zum Erhitzen von Körpern mittels Mikrowellen vorgeschlagen, bei dem während des Erhitzungsvorganges der zu erhitzende Körper von einem pulverförmigen dielektrischen Medium unmittelbar dicht umgeben ist

Mit Hilfe dieses Standes der Technik bzw. gemäß den Lehren des älteren Rechts gelingt es ebenso wenig, wie mit den zuvor erläuterten Einrichtungen bzw. Verfahren, eine kurzzeitige Hochtemperaturbehandlung von getrennten Körpern eines Produktes zu erreichen, wenn hierbei auf möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung im Produkt gesteigerter Wert gelegt wird. Mit anderen Worten soll insbesondere ein Oberhitzen der Randbereiche eines solchen Produktkörpers beim Erhitzen in einem elektromagnetischen Feld vermieden werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die Vorschriften des kennzeichnenden Teils dieses Anspruches gelöst.

Durch Anwendung des Verfahrens wird eine Umhüllung um den Produktkörper erzeugt, welche die Wirkung hat, daß die Kanten und Außenflächen des Produktkörpers im elektromagnetischen Feld so erscheinen, als wenn sie ein Teil des Inneren eines anderen Produktkörpers wären, d. h. wie das Innere eines neuen Produktkörpers aus dem tatsächlichen Produktkörper und dem umgebenden Medium. Die Temperatur in der Außenfläche und den Kanten des neuen Produktkörpers, d. h. die Temperatur in dem den tatsächlichen Produktkörper umgebenden Medium wird so gesteuert, daß diese Temperatur nach Beendigung der elektromagnetischen Erhitzung im wesentlichen den gewünschten Wert hat, den die Außenschicht des tatsächlichen Produktkörpers in diesem Augenblick haben soll.

Diese gewünschte Temperatur wird unter Berücksichtigung der Verteilung des elektromagnetischen Feldes im tatsächlichen Produktkörper ausgewählt. Mit anderen Worten wird die Temperatur betrachtet, die im Inneren des tatsächlichen Produkts auftreten wird. Durch Steuerung der Temperatur des den Produktkörper umgebenden Mediums im Verhältnis zur vorgesehenen Temperatur im Inneren des Produktkörpers, dessen Außenschicht vom Medium durch Wärmeübertragung beeinflußt wird, ist es möglich, die Temperatur in der Oberflächenschicht des Produktkörpers auf einem solchen Wert zu halten, daß eine sehr gleichmäßige Temperatur in dem ganzen Produktkörper erreicht wird.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform, die angewendet wird, wenn der zu erhitzende Produktkörper durch einen Bereich bewegt wird, in welchem das elektro-magnetische Feld aufgebracht wird, ist dieses Medium flüssig und derart, daß es elektro-magnetische Energie in größerem oder kleinerem Umfang absorbiert. Dem flüssigen Medium wird dann vorzugsweise bereits beim Eintritt in das Feld eine Temperatur erteilt, daß an der Stelle, an der der Produktkörper das Feld veriäßt, das Medium durch das Feld auf im wesentlichen die Temperatur erhitzt ist. die für das Innere des

Produktkörpers in diesem Teil des Bereiches vorgesehen ist. '·

Ein flüssiges Medium wird dann mit Vorteil ausgewählt, wenn die elektro-magnetische Erwärmung sehr schnell durchgeführt wird, z. B. während eines kürzeren Zeitraumes als 20 Sekunden. Ein flüssiges Medium kann nämlich am leichtesten in Bezug auf die Temperatur wirkungsvoll gesteuert werden. Darüber hinaus trägt ein flüssiges Medium auch auf andere Weise zum Ausgleich der Temperatur in dem wärmebehandelten Produktkörper bei. Erstens trägt es sehr wirkungsvoll durch Konvektion bei und zweitens hindert es Unregelmäßigkeiten der Form des Produktkörpers daran, das elektromagnetische Feld abzulenken oder in anderer Weise zu beeinflussen, wodurch sich der Produktkörper ungleichmäßig erwärmen würde.

In der Praxis kann die Temperatursteuerung des den Produktkörper in dem Feld umgebenden Mediums auf unterschiedliche Weisen durchgeführt werden. Oben wurde in bezug auf flüssige Medien ausgeführt, daß ein Medium dieser Art eine vorbestimmte Temperatur bereits beim Eintritt in das Feld derart erhalten kann, daß wenn die elektro-magnetische Erhitzung beendet ist, es die gewünschte Temperatur hat. Es ist jedoch auch möglich, ein die Produktkörper in dem Feld umgebendes Medium indirekt zu kühlen, um die ewünschte Temperatur zu erreichen.

In den Fällen, in welchen das flüssige Medium, welches den Produktkörper im elektromagnetischen Feld umgeben soll, von einer Art ist, die elektro-magnetische Energie absorbiert, wird die Höhe dieses Bereiches, d. h. der Abstand zwischen den Begrenzungswänden des Bereichs gesehen in der Hauptrichtung der Aufbringung des elektro-magnetischen Feldes auf die durchlaufenden Produktkörper vorzugsweise derart eingestellt, daß er nur sehr gering über die Höhe des Produktkörpers hinausgeht

Eingangs wurde erwähnt, daß die durch ein Mikrowellenfeld laufenden Produktkörper an ihren \ Kanten mehr Hitze aufnehmen als an anderen Teilen. Dies hängt teilweise damit zusammen, daß die Produktkörper die Feldlinien des Mikrowellenfeldes aus Bereichen seitlich von der Bahn des Produktes anziehen. Es wurde festgestellt, daß wenn diese Wirkung vermieden werden soll, der Bereich, in welchem das Mikrofeld aufgebracht wird, an jeder Seite der durchlaufenden Produktkörper wenigstens bis zu einer der Höhe des Produktkörpers entsprechenden Breite mit einem Medium aufgefüllt sein muß, dessen dielektrische Konstante wenigstens die Hälfte des Produktkörpers für das in Frage stehende Mikrowellenfeld beträgt Wenn dann ein Medium verwendet wird, welches in einem wesentlichen Umfang Mikrowellen absorbiert, muß der Bereich an beiden Seiten der durchlaufenden Produktkörper mit diesem Medium bis zu einer Breite gefüllt sein, die nicht über das Dreifache der Höhe des Produktkörpers hinausgeht Eine zusätzliche Füllung in dem Bereich durch ein Medium dieser Art gibt im Hinblick auf das Obenerwähnte keine bessere Wirkung.

Wenn man infolge der Erfordernisse einer bestimmten dielektrischen Konstanten des den Produktkörper umgebenden Mediums im Verhältnis zur dielektrischen Konstante des Produktkörpers eine Emulsion bzw. Salzoder Stärkelösungen verwenden muß, welche elektromagnetische Feldenergie absorbieren, kann der dabei eintretende Verlust vermindert werden, indem das den Produktkörper umgebende Medium mit die Mikrowellen nur in einem geringen Umfang absorbierenden Feststoffkörpern durchsetzt ist, z. B. nach dem oben erwähnten Beispiel.

Wenn das flüssige Medium nicht ganz eine geeignete dielektrische Konstante im Verhältnis zu dem Produktkörper aufweist, wird ein weiterer Vorteil durch dieses Verfahren dadurch erreicht, daß man durch entsprechende Auswahl der Anzahl und Abmessungen der Feststoffkörper und durch eine passende dielektrische ίο Konstante derselben ein Medium zusammensetzen kann, welches die geeigneten dielektrischen Eigenschaften aufweist.

Die Möglichkeit, Form und Ausdehnung des Mediums oder gegebenenfalls die einen Teil dieses Mediums

■ ^J ui IUCi tuet ι Γ csiaiOt ι IWI pci z-u ναι iici cn, ei lauüi es ferner, ohne Schwierigkeiten Ungleichförmigkeiten des Feldes auszugleichen, welche im Grenzbereich des elektro-magnetischen Feldes nicht vermieden werden können. In Abhängigkeit von der Art der verwendeten Vorrichtung zur Erzeugung des Feldes wird die Form und die Ausdehnung vorzugsweise von Fall zu Fall bestimmt, und zwar am leichtesten empirisch.

Aus unterschiedlichen Gründen können Temperatur spitzen sporadisch in dem Produktkörper auftreten.

Diese Spitzen können durch die Ungleichförmigkeit des Produktes bedingt sein. Sie können auch dadurch verursacht werden, daß die Mikrowellenabsorption durch den Produktkörper mit der Temperatur zunimmt, so daß Abschnitte des Produktkörpers, die eine gewisse hohe Temperatur erreicht haben, dazu neigen, einen weiteren Temperaturanstieg zu erfahren. Wenn nichts dagegen unternommen wird, kann dies beschleunigt erfolgen. Durch das oben beschriebene Verfahren werden diese Probleme normalerweise vermieden.

Ausnahmsweise können z. B. in Verbindung mit der Notwendigkeit einer extrem schnellen Erhitzung in Verbindung mit diesem zu Temperaturspitzen führenden Phänomen weitere Schritte wünschenswert sein, um einen Temperaturausgleich zu erreichen. Erfindungsgemaß kann das flüssige Medium, welches die Produktkörper in dieser Zone umgibt, so zusammengesetzt sein, daß seine dielektrische Konstante für das in Frage stehende Feld mit zunehmender Temperatur abnimmt. Die Wirkung dieser Maßnahme ist folgende: Tempera-

■*5 turspitzen, die in der Oberflächenschicht des Produktkörpers auftreten (wobei die Oberflächenschicht teilweise aus einem dünnen Verpackungsmaterial bestehen kann, das gegen Überhitzung empfindlich ist), bewirken eine besondere Erhitzung des flüssigen Mediums, das im Bereich dieser Temperaturspitzen liegt Dann sinkt aber die dielektrische Konstante in diesem Teil des flüssigen Mediums ab.

Auf diese Weise wird eine gewisse automatische Temperatursteuerung entlang der oberen und unteren

Flächen des Produktkörpers in Abhängigkeit davon erreicht, wie die elektrische Konstante des Mediums sich mit der Temperatur ändert Bei einer Mikrowellenfrequenz von 2450 MHz (2450 Mc/sec) ist z. B. normales Wasser ein Medium, dessen dielektrische Konstante mit der Temperatur in der gewünschten Richtung sich ändert

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert: In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 bis 4 schematisch unterschiedliche Ausführungsformen von Vorrichtungen zur Durchführung des 'Verfahrensund

Fig.5 ein Diagramm, welches die Abhängigkeit

darstellt zwischen dem Temperaturanstieg der verschiedenen Teile eines in einem elektromagnetischen Feld erhitzten Produktkörpers und der seitlichen Ausdehnung eines umgebenden Mediums im Verhältnis zur Höhe des behandelten Produktkörpers. ί

In Fig. 1 bis 4 zeigen zwei Pfeile 1, 2 die mittels zweier Anordnungen 3, 4 erfolgende Hauptaufbringungsrichtung des elektro-magnetischen Feldes gegen einen Produktkörper 5, welcher durch ein Medium 6 bis 10 umgeben ist. Wenn der Produktkörper in der durch ι ο den Pfeil 1 oder den Pfeil 2 dargestellten Richtung betrachtet wird, ist festzustellen, daß er durch bestimmte Teile, z. B. 6, 7, 8 des Mediums umgeben ist. In anderen Richtungen rechtwinklig dazu betrachtet, kann der Produktkörper als durch andere Teile des '^ Mediums umgeben angesehen werden, z. B. durch 9 und 10. Die zuletzt erwähnten Teile können in bestimmten Fällen weggelassen werden, z. B., wenn der Produktkörper zwischen den Flächen der Anordnung 3, 4 zum Aufbringen des elektro-magnetischen Feldes einge- 2« preßt ist, wobei diese Flächen dann vorzugsweise mit einem Isoliermaterial abgedeckt sind.

Die Konstruktion der Anordnung zum Aufbringen des elektro-magnetischen Feldes ist nicht weiter erläutert, da sie sich in Abhängigkeit von der ^ verwendeten Frequenz ändern kann. Für die Verwendung von Mikrowellen sind Anordnungen unterschiedlicher Art mit einer Form bekannt, deren auf den Produktkörper zu gerichtete Seite eine Kontur hat, wie sie für die Anordnung 3 und 4 dargestellt ist. In bestimmten Fällen reicht die Verwendung einer dieser Anordnungen, z. B. der Anordnung 3. Die andere kann dann durch einen Metallspiegel ersetzt werden.

Die Temperatur des Mediums 6 bis 10 (F ig. 1) wird so gesteuert, daß, wenn die elektro-magnetische Erhitzung beendet ist, sie im wesentlichen der Temperatur entspricht, die in diesem Fall an der Oberflächenschicht des Produktkörpers gewünscht wird. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß das in Frage stehende Medium unmittelbar vor der Erhitzung des Produktkörpers mittels des elektro-magnetischen Feldes um die Produktkörper mit einer Temperatur zugeführt wird, welche der errechneten Temperaturänderung des Mediums in dem Feld und der gewünschten Endtemperatur an der Oberflächenschicht des Produkt körpers entspricht Nachdem das Medium an die Produktkörper herangeführt worden ist, kann es auch gekühlt oder erwärmt werden, und zwar vor oder in Verbindung mit der elektromagnetischen Erhitzung des Produktkörpers, wobei darauf hinzuweisen ist, daß die Kühl- oder Heizwicklung in den Zeichnungen nicht dargestellt ist und in die Anordnung 3, 4 (zur Erzeugung des elektro-magnetischen Feldes) eingebaut sein kann.

Wenn das Erhitzen des Produktkörpers z. B. einen Teil einer durchlaufenden Produktion bildet, ist es vorteilhaft, die zu erhitzenden Produkte kontinuierlich durch einen Bereich zu führen, in welchem das elektro-magnetische Feld aufgebracht wird. Eine Vorrichtung dieser Art ist in einem Längsschnitt in F i g. 2 und im Querschnitt in F i g. 3 dargestellt Eine abgewandelte Einrichtung ist im Querschnitt in F i g. 4 dargestellt Durch den Bereich, in dem das elektro-magnetische Feld durch die Anordnung 3, 4 aufgebracht wird, werden die Produktkörper 11 in der durch den Pfeil 12 dargestellten Richtung vorgeschoben. Die Produktkörper 11 sind in Verpackungsmaterial 13 eingeschlossen, welches auch die einzelnen Produktkörper 11 miteinander verbindet Diese Reihen von Packungen können durch asu Verpackungsmaterial oder mittels einer gesonderten Transporteinrichtung transportiert werden. Der Bereich ist durch eine oder mehrere plattenartige Teile 14 begrenzt. Die Temperatur eines Mediums 15, welches die Produktkörper umgibt, wird so gesteuert, daß wenn die elektro-magnetische Erhitzung des Produktkörpers beendet ist, d. h. wenn die Produktkörper 11 das Feld der Anordnung 3,4 verlassen, deren Temperatur im wesentlichen der Temperatur entspricht, welche in dieser Stufe, z. B. im rechten Teil von Fig.2, in der Oberfläche der Produktkörper erreicht sein soll. Zur Durchführung dieser Steuerung kann das Medium 15 kontinuierlich in dem Bereich eingeführt werden, wobei es vorher durch übliche Mitte! auf eine bestimmte Temperstur gebracht wurde. Diese Temperatur kann so bestimmt sein, daß die gewünschte Temperatur an der Stelle erreicht wird, an der die Produktkörper 11 das elektro-magnetische Feld verlassen. Alternativ kann das Medium auf eine andere Temperatur gebracht sein, bevor es in die Zone eingeführt ist. Dann wird diese Temperatur in dem Bereich mittels der Kühl- oder Heizspiralen eingestellt, welche z. B. in die Teile 14 oder in die Anordnung 3, 4 eingebaut sind. Thermostaten, deren Fühler etwa im rechten Teil der F i g. 2 im Medium angeordnet sind, können die Temperatureinstellung steuern.

Damit das die Produktkörper umgebende Medium das erhitzende Feld nicht fokussiert, ablenkt oder auf eine andere unzulässige Weise stört, wird ein Medium ausgewählt, dessen dielektrische Konstante nicht zu stark von dem der Produktkörper abweicht. Einige wäßrige Produkte haben aber eine derart hohe dielektrische Konstante, daß auch das Medium wäßrig gemacht wird, um eine ausreichende dielektrische Konstante zu haben. Dann wird jedoch auch das Medium die elektro-magnetische Energie in einem größeren oder geringeren Umfang absorbieren.

Es ist dann vorteilhaft, das Medium 15 in den in Frage stehenden Bereich mit einer Temperatur zuzuführen, die unter der gewünschten Oberflächentemperatur der Produktkörper an deren Austrittsstelle aus dem Feld liegt. Das Medium wird dann im Feld erhitzt, so daß es an der Austrittsstelle der Produktkörper aus dem Feld eine Temperatur hat, die im wesentlichen dieser gewünschten Temperatur entspricht.

Die elektro-magnetische Energie, die durch das Medium absorbiert wird, kann in Form von Wärmeenergie wieder gewonnen werden, z. B. zum Vorheizen der Produktkörper. Trotzdem kann es wünschenswert sein, daß der Verbrauch an elektro-magnetischer Energie begrenzt wird, was dadurch erfolgen kann, daß das Volumen des den Produktkörper umgebenden Mediums nicht zu groß gewählt wird. Gleichzeitig ist es vorteilhaft, wenn ein- und dieselbe Vorrichtung Produktkörper unterschiedlicher Höhe erwärmen kann. Die plattenbildenden Teile 14 bestehen aus einem Material, das Mikrowellen nur wenig absorbiert und sie können austauschbar und mit unterschiedlichen Dicken ausgebildet sein, wodurch zur Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beigetragen wird, indem die Möglichkeit eröffnet wird, die Höhe dieses Bereiches, d.h. den Abstand zwischen den Begrenzungswänden des Bereiches in der Hauptrichtung (der Pfeile 1 und 2) für das Aufbringen des elektro-magnetischen Feldes auf den Produktkörper so einzustellen, daß diese Höhe wenigstens über die ganze Breite b der Produktkörper in F i g. 3 die Höhe h der Produktkörper nur geringfügig übersteigt Beispiele von geeigneten Werkstoffen für die

plattenbildenden Teile sind Kunststoffe, z. B. Polypropen oder Polytetrafluorethylen.

Zusammen mit den oder anstelle der plattenbildenden Teile 14 kann, wie in F i g. 4 gezeigt, die gleiche Wirkung durch Anbringen einer starren oder halbstarren Membran 16 erreicht werden, die im Zusammenwirken mit Bälgen 17 in ihrer Höhenlage eingestellt werden kann, indem eine genaue Menge eines vom elektromagnetischen Feld nur wenig beeinflußten Mediums durch eine öffnung 18 an derjenigen Seite der Membrane zugeführt wird, die von den durchlaufenden Produktkörpern abgewandt ist. Diese Ausführungsform ist für eine kontinuierliche Einstellung geeignet und macht es außerdem leicht, eine automatische Einstellung vorzusehen, bei der gelegentliche Änderungen der Höhe h der Produktkörper berücksichtigt werden. Der einfachste Weg zum Erreichen einer automatischen Einstellung dieser Art ist es, die Membran die Produktkörper leicht berühren zu lassen, z. B. dadurch, daß das durch die öffnungen 18 zugeführte Medium auf einem sehr geringen Überdruck gehalten wird. Es können selbstverständlich auch Servosteuerungen mit Einrichtungen zum Abtasten der Höhe h des Produktkörpers und mit Mitteln zum Zuführen der entsprechenden Menge des Mediums durch die öffnungen 18 verwendet werden, wobei eine gute Genauigkeit erreichbar ist, ohne daß die Flächen des Produktkörpers berührt werden müssen.

Wenn die dielektrische Konstante des Produktkörpers sich wesentlich von der von Luft unterscheidet, ist es zur Erzielung einer gleichmäßigen Erhitzungswirkung vorteilhaft, wenn ein Spalt 19 (F i£. 3) oder 20 (F i g. 4) auf beiden Seiten der durchlaufenden Produktkörper in dem Bereich zum Aufbringen des Feldes mit Medium einer Art gefüllt ist, dessen dielektrische Konstante wenigstens die Hälfte der des Produktkörpers für das in Frage stehende Feld ist. Versuchsreihen haben gezeigt, daß die Breite S (F i g. 3) dieses Spaltes das Verhältnis zwischen dem maximalen Temperaturanstieg ATmnx und einem minimalen Temperaturanstieg Δ T_mi„ innerhalb der Produkteinheit in dem elektromagnetischen Feld kritisch beeinflußt. Δ T_max wurde in der Nähe der Ecke einer plattenförmigen Produkteinheit und Δ Tmi„ in deren Mitte gemessen. Das genannte Temperaturverhältnis wurde experimentell durch Änderungen der Weite 5 im Verhältnis zu der Dicke h der Produkteinheit in Fig.3 bestimmt Wie aus dem Diagramm in Fig.5 zu ersehen ist, ist es für eine gleichmäßige Erwärmung vorteilhaft, eine Weite S einzustellen, die wenigstens der Dicke h und höchstens dem Dreifachen der Dicke h der Produkteinheit entspricht Eine weitere Verbesserung der Gleichförmigkeit der Erhitzung, die dadurch erreicht werden könnte, daß die Weite 5 auf mehr als das Dreifache von h erhöht würde, ist von zweifelhaftem Wert, da jede Erhöhung von S ein Mehr an elektro-magnetischer Energie erfordert. Die Spalten 19 und 20 werden daher vorteilhafterweise durch Anordnungen 21, 22, bzw. 23 eingeschränkt, die alle eine Weite S haben, die der Bedingung h<S<3h genügt

Es kann gelegentlich schwierig sein, mittels eines flüssigen Mediums, z. B. einer Flüssigkeit, einer Salzlösung, einer Emulsion usw. ein Medium zu erhalten, dessen dielektrische Konstante ausreichend nahe an der des Produktkörpers liegt Dann wird vorteilhafterweise die Eigenschaft des Mediums dadurch modifiziert, daß Feststoffkörper 24, 25 Teile des Mediums bilden, und zwar entweder in einer großen Anzahl (Fig.3) oder in einer kleinen Anzahl (Fig.4). Die dielektrische Konstante und das Gesamtvolumen der Feststoffkörper bestimmen im wesentlichen, wie die Feststoffkörper die Fähigkeit des Mediums beeinflussen, bei einer gleichförmigen Erhitzung des Produktkörpers mitzuwirken.

Wenn die Stärke des elektro-magnetischen Feldes im Bereich der Kanten der wirksamen Oberflächen der Anordnung 3, 4 absinkt, wie dies oft der Fall ist, ist es möglich, eine verbesserte Gleichförmigkeit dadurch zu erhalten, daß die Einrichtung 22 nach außen schräg bzw.

ίο keilförmig verläuft. Alternativ oder in Verbindung damit ist es möglich, Feststoffkörper 24, 25 vorzusehen, die Teile des Mediums sind und die in einigem Abstand von dem Produktkörper stärker konzentriert sind als dicht bei ihm. Im Fall eines flüssigen Mediums in den Räumen 19 und 20 seitlich der Produktkörper wird bevorzugt das gleiche Medium verwendet, wie es dem Bereich zugeführt wird und den Spalt zwischen einem Produktkörper 26 und den Grenzflächen 16 des Bereiches ausfüllt. Dann ist es nicht notwendig. Wände vorzusehen, welche die beiden Medien abdichtend voneinander trennen.

Im folgenden wird ein typisches Temperaturprogramm beschrieben, welches in Verbindung mit der Sterilisation von Produkten mittels Mikrowellen erreicht worden ist. In einem Fall bestand das Produkt aus Portionen von zerkleinertem Fleisch, das mit Hilfe von dünnem, für Mikrowellen durchlässigem Material vakuumverpackt war. Es bestand die Absicht, die Portionen so zu behandeln, daß sie als Ganzes schnell

ίο eine gleichförmige Temperatur von über 130⁰C erreichen.

Die Größe der Portionen war 85 χ 100 χ 20 mm und sie wurden, wie in F i g. 2 gezeigt nur mittels des Verpackungsmaterials 13 verbunden durch ein Mikrowellenfeld bewegt, welches in den Richtungen 1, 2 aufgebaut wurde, wobei die Geschwindigkeit etwa 6 cm/sec. betrug. Die benutzte Frequenz war 2450 MHz. Der Bereich, in welchem das Feld aufgebracht wurde, wurde mit Wasser beschickt, dessen dielektrische

■to Konstante etwa 50% größer als die des zu behandelnden Produktes war. Das Wasser wurde von links zugeführt und verließ den Bereich rechts in Fig.2, so daß es durch den Bereich in der gleichen Richtung wie die Produktkörper bewegt wurde. Diese waren, wenn sie in dem Bereich eingeführt wurden, auf eine Temperatur vorerhitzt die überall etwa die gleiche war, nämlich 69,4 ± 0,1⁰C. Das Wasser war beim Zuführen in dem Bereich ebenfalls auf eine Temperatur vorgewärmt, die auf 65° C festgelegt war. Die Höhe des Bereiches wurde durch 15 mm dicke Tafeln aus Polysulfon begrenzt und war auf 25 mm eingestellt Das Produkt wurde symmetrisch zu diesen Platten und zu der Anordnung zum Aufbringen des eiektro-magnetischen Feldes eingeführt und transportiert Das Wasser wurde so zugeführt daß es den Raum im Bereich an beiden Seiten der durchlaufenden Portionen bis zu einer Weite S (in F i g. 3) von 40 mm ausfüllte. Dieser Raum verlief nach außen etwas schräg oder keilförmig und war durch eine Anordnung begrenzt, wie sie links in der F i g. 4 gezeigt ist Die Mikrowellenbehandlung dauerte etwa 1 Minute. Nachdem der Produktkörper den Bereich verlassen hatte, wurden an neun gleichmäßig über eine Diagonale von Ecke zu Ecke durch einen Körper verteilten Meßpunkten die folgenden Temperatüren in °C gemessen: 1333; 137,3; 135,2; 1333; 133,1; !333; 135,2; 1373; 1333- In der Oberflächenschicht des Produktkörpers mit Ausnahme der Ecken wurde die Temperatur von 135,1 ± 03° C erreicht Das Wasser

hatte beim Verlassen des Bereiches, in welchem die Mikrowellen aufgebracht wurden, eine Temperatur von 133°C, d.h. die gleiche Temperatur, wie sie an den Ecken und den übrigen Oberflächenschichten des Produktes erreicht wurde.
Etwa die gleiche Temperatur wie entlang der

Diagonale wurde auch im Inneren des Produktkörpers erreicht und alle Temperaturen lagen gut über den gewünschten 13O⁰C, wobei die Auswahl des Mediums (Wasser mit 65°C) in Verbindung mit der Mikrowellenbehandlung zu der gewünschten Wirkung führte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum elektromagnetischen Erhitzen getrennter Körper eines Produktes auf eine vorbestimmte Temperatur wesentlich oberhalb des Gefrierpunktes von Wasser, wobei jeder Produktkörper in einem elektromagnetischen Feld mit wenigstens Mikrowellenfrequenz erhitzt und in dem elektromagnetischen Feld, wenigstens entlang der Umgrenzung des Produktkörpers gesehen in einer Ebene rechtwinklig zur Richtung der Hauptaufbringung des Feldes auf den Produktkörper, von einem dielektrischen Medium dicht umgeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Konstante des Mediums wenigstens die Hälfte derjenigen des Produktkörpers für das in Frage stehende Feld ist, und daß der Oberflächenabschnitt des Produktkörpers gekühlt wird, indem die Temperatur dieses Mediums derart gesteuert ist, daß, wenn die elektromagnetische Erhitzung beendet wird, die Temperatur dicht an der Oberfläche des Produktkörpers im wesentlichen der vorbestimmten Temperatur entspricht, die dann im Inneren des Produktkörpers erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Produktkörper enthaltende Umhüllung durch das Medium dicht umgeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Produktkörper in dem elektro-magnetischen Feld durch ein flüssiges Medium umgeben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Produktkörper durch einen Bereich bewegt wird, in welchem das elektro-magnetische Feld aufgebracht wird, wobei die Temperatur in dem Medium so gesteuert wird, daß es an der Austrittsstelle des Produktkörpers aus dem Feld im wesentlichen die Temperatur hat, welche für das Innere des Produktkörpers in diesem Teil des Bereiches vorbestimmt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich, in welchem das elektromagnetische Feld aufgebracht ist, mit einem flüssigen Medium beschickt wird, welches die elektromagnetische Energie absorbiert und eine dielektrische Konstante mit wenigstens der Hälfte der des Produktkörpers in dem in Frage stehenden Feld aufweist, wobei dem flüssigen Medium beim Eintritt in das Feld eine derartige Temperatur erteilt wird, daß es an der Austrittsstelle des Produktkörpers aus dem Feld durch das Feld auf im wesentlichen die Temperatur erhitzt worden ist, welche für das Innere des Produktkörpers in diesem Teil des Bereiches vorgesehen ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Bereiches, d. h. der Abstand zwischen den Begrenzungswänden des Bereiches in der Hauptrichtung der Aufbringung des elektro-magnetischen Feldes gegen den durchlaufenden Produktkörper derart gewählt wird, daß er die Höhe des Produktkörpers wenigstens über dessen Breite nur wenig übersteigt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Bereiches mittels einer starren oder halbstarren Membrane begrenzt wird, deren Stellung durch Einführen eines Mediums mit nur geringer Absorbtion des elektromagnetischen Feldes an der Seite der

Membrane gesteuert wird, welche von den durchlaufenden Produktkörpern abgewandt ist

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Bereiches mittels einsetzbarer und in ihrer Dicke angepaßter Platten aus dielektrischem Material begrenzt wird, welches das elektro-magnet'sche Feld nur wenig absorbiert, z. B. Polypropen oder Polytetrafluoräthylen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich an beiden Seiten des durchlaufenden Produktkörpers mit einem Medium bis zu einer Breite wenigstens entsprechend der Höhe des Produktkörpers gefüllt wird, wobei das Medium eine dielektrische Konstante aufweist, die wenigstens die Hälfte der des Produktkörpers für das in Frage stehende elektrische Feld beträgt

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß der Bereich an beiden Seiten des durchlaufenden Produktkörpers bis zu einer Breite gefüllt wird, die höchstens das Dreifache der Höhe des Produktkörpers beträgt, und zwar mit einem Medium, welches in einem wesentlichen Umfang das elektro-magnetische Feld absorbiert.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet daß der Bereich an beiden Seiten des durchlaufenden Produktkörpers mit dem gleichen Medium gefüllt wird wie das, welches in dem Bereich zwischen dem Produktkörper und den Grenzwänden des Bereiches in der Hauptrichtung der Aufbringung des elektro-magnetischen Feldes gegen den Produktkörper zugeführt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet daß die Zone an beiden Seiten des durchlaufenden Produktkörpers teilweise mit Feststoffkörpern gefüllt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Produktkörper in dem elektro-magnetischen Feld mit einem Medium umgeben wird, welches so zusammengesetzt ist, daß seine dielektrische Konstante für das in Frage stehende Feld mit der Erhöhung der Temperatur absinkt.

14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Produktkörper in dem elektro-magnetischen Feld von einem wäßrigen Medium umgeben wird.