DE2451852A1

DE2451852A1 - Waermebehandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2451852A1
Application number: DE19742451852
Authority: DE
Inventors: Bernard Lucien Desire Hallier
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1973-11-06
Filing date: 1974-10-31
Publication date: 1975-05-07
Also published as: US4004122A

Description

Patentanwalt
Dipl. Phys. Leo T h u 1

7000 Stuttgart-Feuerbach
Postfach 300 929

B.L.D. Hallier 5/6

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION / New York

Wärmebehandlungsvorrichtung

Die Prioritäten der Anmeldungen Nr. V 339 .317 vom 6. November. 1973 und Nr. 7 343 703 vom 7. Dezember 1973 in Frankreich werden beansprucht.

Die Erfindung betrifft eine Wärmebehandlungsvorrichtung für Materialien. Bei einigen dieser Wärmebehandlungen von Materialien ergeben sich Bedingungen, die die Anwendung bekannter Erhitzungsverfahren schwierig machen. Dies ist der Fall, wenn jegliche Verunreinigung des zu behandelnden Materials vermieden werden muß, was äie Erwärmung durch Berührung ausschließt, oder wenn die zu behandelnden Materialien mit hitzebeständigen Materialien der zu ihrer Behandlung vorgesehenen Tiegel oder Gefäße Verbindungen eingehen. Es kann auch erforderlich sein, eine quasimomentane Erhitzung vorzunehmen oder jegliche Erhitzung der Umgebung bzw. Wärmestrahlung in die-Umgebung zu vermeiden.

29. Oktober 1974 Mo/sp

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Unter den Materialien, deren Wärmebehandlung Schwierigkeiten bereitet, befinden sich empfindliche Emulsionen, wie beispielsweise die.in der Fotografie angewandten Emulsionen. Daher sucht man schon lange nach Behandlungsverfahren, die die speziellen Eigenschaften dieser Substanzen nicht beeinträchtigen. Gute Ergebnisse hat man bereits damit erziel¹-, daß diese empfindlichen Substanzen der Einwirkung elektromagnetischer Wellen ausgesetzt wurden. Aus der FR-PS 8O3 064 ist ein solches Behandlungsverfahren-für fotografische Emulsionen bekannt, bei dem diese unter gleichzeitiger Kühlung entweder bei der Bildung des Silberbromids oder während einer späteren Behandlung den elektromagnetischen Wellen ausgesetzt werde:i. Dabei wird die elektrische SchwJ ngungsenergie derart zugeführt, daß "die Emulgierung, die erste Zersetzung und die komplementäre Zersetzung (Digestion)" bei 38°C stattfinden, einer Temperatur, die niedriger ist als die zur Durchführung dieser Behandlung bei üblichen Erhitzungsverfahren erforderliche Temperatur. Die Eigenschaften der durch das bekannte Verfahren hergestellten Emulsion wird als verbessert bezeichnet. Es'sei angemerkt, daß die Schwingungen mittels eines Senders von 100 m Wellenlänge erzeugt werden.

Andererseits ist es bekannt, thermische Spezialbehandlungen mit Mikrowellen vorzunehmen. Ausgehend von den oben angestellten Überlegungen hat sich die Erfindung daher die Aufgabe gestellt, eine Wärmebehandlungsvorrichtung für die erwähnten Materialien anzugeben, Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und werden nun zusammen mit der Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt der Vorrichtung nach der Erfindung zum Schmelzen einer empfindlichen Gelatineemulsion,

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Fig. 2 zeigt den Grundriß der Vorrichtung nach Fig. 1 für den Fall, daß sie mit Zirkulatoren versehen ist, und

Fig. 3 zeigt im Längsschnitt eine Alternative der Vorrichtung nach Fig. 1.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 besteht aus dem aus einem Stück bestehenden Metallmantel 7-13, in dem der Behälter 1-3-4-15 angeordnet ist, der seinerseits zur Aufnahme der zu behandelnden Substanzen bestimmt ist. Der Behälter kann irgendeine Form aufweiten und besteht aus einem für Mikrowellen durchlässigen Material, wie z. B. Polyproylen. Im gewählten Ausführungsbeispiel ist er ein Drehkörper mit der Achse AA¹. Er hat in seinem oberen Teil den kegelstumpf förmigen Beschickungsraum 15, die zylindrische Arbeitszone 1, die zylindrische Nachbehandlungszone 3 und den kegelstumpfförmigen Entnahmeraum 4. Ferner ist er mit dem Gitter 2 versehen, das eine Trennung zwischen der Arbeitszone 1 und der Nachbehandlungszone 2 für das behandelte Material darstellt. Der Metallmantel 7-13 weist das Oberteil 7 auf, das mit dem um das Scharnier 16 drehbaren Dekkel 11 verschlossen ist, sowie das Unterteil 13, das nach oben durch die Zwischenwand 12, die eine Öffnung zur Entnahme des Behälters aufweist und mit der Wandung des Behälters, ohne sie zu berühren, bündig ist, und nach unten durch den Horizontalboden 14 begrenzt ist. Die Teile 12, 13, 14 bilden den Mikrowellenhohlraum, der aus einem nichtoxydierbaren Material, wie z. B. 18/8-Stahl bestehen kann. Die nicht in Berührung mit dem Behälter stehende Zwischenwand 12 begrenzt den den Mikrowellen ausgesetzten Raum derart auf den oberen Teil des Behälters, daß der Beschickungsraum 15 vor den Einwirkungen der Mikrowellen geschützt ist.

Der Metallmantel 7-13 ist beispielsweise parallelepipedformig ausgebildet. Das Unterteil 13 enthält vier seitliche Öffnungen, die

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mit vier Wellenleitern in Verbindung stehen, über die es mit den von vier Generatoren erzeugten Mikrowellen gespeist wird, wie der Wellenleiter 8 und das Magnetron 9 zeigen.

Im Grundriß der Fig. 2 sind die vier Magnetrons 9, 9', 9'¹, 9¹¹¹ deutlich zu sehen. Sie sind am Umfang des Behälters um die Längsachse AA¹ des Behälters 1-3-4-15 herum in rechtem Winkel gegeneinander versetzt angeordnet, wobei der Abstand zwischen den Achsen der Wellenleiter in zwei senkrechten Richtungen zwischen 0 und /t /2 liegt. Im Schnitt der Fig. 1 ist die zwischen 0 und JL /2 liegende Höhendifferenz der Wellenleiter zu sehen, die auf einer Schraubenlinie bezüglich der die Zylinderfläche 1-3 des Behältern bildende« Linie angeordnet sind (/? = Wellenlänge der Mikrowellen, s.u.). Die vier Magnetrons mit einer Leistung von je 3 kW sind senkrecht angeordnet. Ihre Emission geschieht über die Antenne, wie bei 10 für das Magnetron 9 gezeigt. Zwischen jedem Wellenleiter und jedem Magnetron kann ein üblicher Zirkulator, wie z. B. ein Ferrjtzirkulator vorgesehen werden -, wie dies bei 21 zwischen dem Wellenleiter und dem Magnetron 9 in Fig. 2 gezeigt ist.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: In den Behälter wird" über den Beschickungsraum 15 das wärmezubehandelnde feste Material zum Schmelzen eingebracht. Die festen Teilchen werden oberhalb des Gitters 2 gehalten. Der Deckel 11 wird zur Abdichtung gegenüber der Atmosphäre geschlossen. Die vierMagnetrons werden eingeschaltet, so daß die Antennen zu senden beginnen und Energie über jeden Wellenleiter zum Unterteil 13 übertragen wird, der an eine gesendete Frequenz von 2450 MHz angepaßt ist.

Die Wandungen des Behälters sind für die Strahlung durchlässig, so daß die eingebrachte dielektrische Masse erhitzt wird und schmilzt. Sie fließt durch das Gitter 2 in die Nachbehandlungsζone 3 und dann nach außen über die Leitung 5. Die Vorrichtung kann nunmehr wieder durch öffnen des Deckels 11 und Einbringen von zu behandelndem Material in den Beschickungsraum 15 gefüllt werden.

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Nach dem Behandeln der Materialien findet keine hochfrequente Energieabsorption in diesen Materialien mehr statt, so daß die ganze Energie in die Zirkulatoren 21, 21' zurückfließt. Aufgrund eines im Kühlwasser der Zirkulatoren angeordneten Thermoelements kann die Stromversorgung der Magnetrons automatisch unterhalb eines bestimmten, dem Ende der Verarbeitung entsprechenden Schwellwerts unterbrochen werden, wodurch diese vor der zurückfließenden Energie geschützt werden.

In Fig. 3 ist eine Abwandlung der Anordnung nach Fig. 1 gezeigt. Die Anordnung enthält den aus einem Stück bestehenden Mantel mit dem Zentralkörper 7-13-14, der durch den beweglichen Deckel 11 verschlossen ist. Vier seitliche und eine untere Öffnung bei 5 sind in der Wandung des Zentralkörpers angebracht. Die vier seitlichen Öffnungen, wie z. B. die Öffnung 20, sind auf'den Seitenflächen des Zentralkörpers derart verteilt, daß der Abstand d gebildet wird, der kleiner oder gleich der halben Wellenlänge #„/2 der Mxkrowellenstrahlung ist. Die Anordnung der Öffnungen ist dieselbe wie bei der Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2. Zu jeder Öffnung # passende Wellenleiter 8, der mit dem Zirkulator 21 und mit der Antenne 10 des Magnetrons 9 in Verbindung steht.

Der Behandlungsbehälter ist ein Drehkörper um die vertikale Achse AA¹; er besteht aus drei Teilen, nämlich dem Oberteil, dem Zwischenteil und dem Unterteil. Das Oberteil ruht auf dem Zwischenteil und besteht aus dem Teil BCD, während das Unterteil aus dem Teil FGKL besteht. Jedes Teil besteht aus mikrowellendurchlässigem lyiaterial und kann beispielsweise durch Pressen hergestellt sein. Das Oberteil BCD ist hohl und enthält im Ausführungsbeispiel den kegelstumpfformigen Teil BC, der mit seinem kleinen Querschnitt zum zylindrischen Teil CE paßt. Der große Querschnitt BB¹ des Kegelstumpfes BC bildet die Einfüllöffnung der Behandlungszone des Behälters. Diese öffnung endet im horizontalen Rand 10, der

führt ein entsprechender Wellenleiter,

* - 6 wie z. B. der zur öffnung 20

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auf dem Wulst 22 des Oberteils 7 des Behälters 7-13-14 aufliegt. Der zylindrische Teil CD endet im kreisförmigen Rand DD¹, der auf dem Gitter 2 ruht. Dieses besteht aus Polypropylen und hat einen größeren Durchmesser als der Rand DD'. -

Das unterteil 33 (FGKL) enthält den Teil FGK zur Aufnahme der Materialien und einen Teil GL, dessen Rolle lediglich-rein mechanischer Art zur Verstärkung der Stabilität des Mikrowellenhohlraumes ist. Die Mantelfläche des Unterteils ist zylindrisch (Zylinder SGL), in dessen Ianeren der umgekehrt kegelstumpfförmige Teil GK ausgebildet ist. Das unterteil ist fest bei KK¹ entlang dem horizontalen, beispielsweise mit einem Gewinde versehenen, Rand verbunden, was die Schraubbefestigung des Unterteils gegen die übrige,Wand des Horizontalbodens 14 des Hohlraums ermöglicht. Die Befestigung wird dabei im Bereich der Öffnung 5 vorgenommen, die der Entnahme der behandelten Materialien dient.

Das zylindrische Teil FG ist an seiner Innenwand mit dem Vorsprung 19 versehen, der eine Öffnung mit einem etwas kleineren Durchmesser als der gesamte Außendurchmesser des Gitters 2 derart freiläßt, daß für das Gitter ein es zentrierendes Auflager gebildet wird.

Der zylindrische Teil FG kann vorteilhafterwexse bis zur Grundfläche des Unterteils 33 derart verlängert werden, daß dadurch ein guter Sitz auf dem Horizontalboden 14 gewährleistet ist. Der von den Innenwänden des Zylinders FG, des Kegelstumpfes GK und dem Gitter 2 begrenzte Raum ist der Entnahmeraum der behandelten Substanzen bei geöffneter Leitung 5.

Die Vorrichtung nach Fig. 3 hat im Betrieb die gleichen Eigenschaften wie die Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2. Nach der Schmelzbehandlung von Substanzen können die Teile 31 und 32 durch öffnen.am Rand 17 entfernt und durch neue oder gereinigte ersetzt werden. Neues Material^kann nun in die Vorrichtung eingebracht

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und eine neue Schmelzbehandlung vorgenommen werden, wobei dxe neue. Substanz ein wenig abweichend von der ersten sein kann. Das Unterteil 33 kann während zweier aufeinanderfolgender Behandlungen benutzt werden, solange die beiden Substanzen so ähnlich sind, daß keine gegenseitige Verunreinigung zu befürchten ist.

Bei zwei unterschiedlichen Substanzen ist es jedoch sehr einfach und effektiver, zur Vermeidung jeglicher Verunreinigung solche Teile auszuwechseln. In diesem Fall muß nach der bereits beschriebenen Entfernung des Oberteils und des Gitters das Unterteil vom Boden 14 abgeschraubt werden. Dann bringt man durch die obere Öff-. nung ein neues Unterteil in die Vorrichtung und zentriert es so, daß es bei LL¹ und KK¹ auf dem Boden 14 aufliegt. Mit der Schraube 23 wird es im Bereich der Öffnung 5 befestigt. Dann bringt man in die Vorrichtung das Gitter 2 an und zentriert es im zylindrischen Teil FF¹ des Unterteils, wobei es auf dem Wulst 19 dieses Teils aufliegt. Schließlich wird das Oberteil DCD eingebracht, das mit seinem Rand DD¹ auf dem Gitter 2 und mit seinem oberen Rand auf dem Rand 22 aufliegt.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bestehen Oberteil, Gitter und Unterteil aus Polypropylen und sind vorzugsweise durch Pressen hergestellt. Außerhalb der Vorrichtung sind sie leicht zu reinigen. Somit ist die Anwendbarkeit des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 1 und 2 bei der Anordnung nach Fig. 3 verbessert. Obwohl die Kosten für ein entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ausgebildetes Polypropylenteil höher sind als die der Anordnung nach den Fig. 1 und 2, ist es von Vorteil, ein paar solcher Behälr ter vorzusehen, so daß der eine Behälter während der Benutzung des anderen gereinigt werden kann und somit ein Dauerbetrieb ohne Unterbrechung der Vorrichtung bei niedrigen Kosten möcflich ist. Außerdem wird die vielfältige Anwendbarkeit verbessert.

Die Vorteile der Vorrichtung nach der Erfindung sind folgende:

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Große Erhitzungsgeschwindigkeit, die Zeitersparnis erbringt; Gleichmäßigkeit der Erhitzung, selbst wenn der feste Stoff in Stücke zerteilt ist und zwischen diesen nur geringer Kontakt besteht;

die Erhitzungsquelle gibt keine sichtbare Strahlung ab und bewirkt: keine Erhitzung der Umgebung. Dieser Vorteil macht die Vorrichtung der Erfindung insbesondere zur Behandlung von fotografischen Produkten in Dunkelkammern geeignet, in denen die Bädervorbereitung, das Schmelzen von Gelatine, die Behandlung empfindlicher Emulsionen vorgenommen wird, ferner zur Behandlung von Lebensmittel«oder pharmazeutischen Produkten; kleine Abmessungen der Vorrichtung;

keine Verunreinigungen, da das zu behandelnde Material mit dem Behälter nicht in Kontakt kommt und auch keine Gase in seiner Nachbarschaft entstehen;

Mikrovermischungen im Zentrum des Materials, was die Homogenität des Produkts erhöht. Die Restabsorption von Mikrowellenene.rgie im Gebiet 3-4 durch die bereits behandelte Substanz ermöglicht es, die geschmolzene Substanz in diesem Zustand bis zur Öffnung hinzutransportieren.

Die Anwendungsgebiete der Vorrichtung der Erfindung sind zahlreich": Fotografie, Pharmazie, Laboratoriumsverfahren, Industrie, Hochreinigungsverfahren etc. So kann die Vorrichtung beispielsweise zum Schmelzen und Reinigen in einem Arbeitsgang verwendet werden. Hierzu wird ein für Mikrowellen durchlässiger Filterkörper auf dem Gitter 2 bzw. 32 angeordnet, so daß das Schmelzen und Filtern der in festem Zustand eingebrachten Substanz gleichzeitig vor sich geht.

Auch kompliziertere Reinigungsverfahren können mit der Vorrichtung ausgeführt werden. Auch können die Vorrichtung und der Behälter entsprechend abgeändert werden, insbesondere kann eine kontinuier-

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liehe Einbringung des zu behandelnden Materials vorgesehen werden. In diesem Falle muß der Beschickungsraum einerseits die erforderlichen Abmessungen für die Menge eines vollständigen Verfahrensschrittes aufweisen und andererseits muß er gegen Verluste geschützt werden.. Solche Abwandlungen liegen im Rahmen der Erfindung.

Patentansprüche
3 Blatt Zeichnung mit
3 Figuren

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Claims

B.L.D. Hallier 5/6 PATENTANSPRÜCHE

• 1.j Wärmebehandlungsvorrichtung für empfindliche Materialien unter Verwendung von Mikrowellen, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu einem Beschickungsraum (15) und einem Entnahraeraum (4) erste Generatormittel, die die Mikrowellen in einem abgegrenzten Behandlungsraum erzeugen, und zweite Mittel vorgesehen sind, mittels der die zu behandelnden Materialien im abgegrenzten Behandlungsraum den Mikrowellen derart ausgesetzt werden, daß sie gegebenenfalls vom festen in den flüssigen Zustand übergehen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Generatormittel mindestens aus einer Mikrowellenquelle, z. B. einem Magnetron (9, 9¹, 9¹¹, 9"'),bestehen, daß der Behandlungsraum von einem Höchstfrequenzresonator· gebildet wird, daß die zweiten Mittel aus einem Behälter (1-3-4-15) bestehen, der im Inneren mit einer Anordnung zur Trennung . zwischen bereits behandeltem und noch unter Behandlung befindlichem Material versehen ist, und daß der Behälter und die Anordnung zur Trennung aus mikrowellendurchlässigem Material, z. B. Polypropylen, bestehen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu behandelnden Materialien empfindliche, z. B. in der Fotografie angewandte Emulsionen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zum Schmelzen von empfindlichen Gelatineemulsionsschichten dient, aus einem Stück besteht und mehrere Magnetrons als Generatormittel vorgesehen sind sowie eine gleiche Anzahl von Wellenleitern zur Ankopplung der Magnetrons an Öffnungen des Behandlungsraums, ferner ein mit einem Trenngitter versehener

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Behälter zur Aufnahme der Emulsion, das aus mikrowellendurchlässigem Material besteht, daß die Öffnungen auf der Behälterwand entlang einer Schraubenlinie verteilt angeordnet sind, und daß die Achsen zweier benachbarter Öffnungen sowohl in Achsenrichtung des Behälters als auch in der dazu senkrechten Ebene um einen Abstand Cd) versetzt sind, der kleiner oder gleich'der halben Wellenlänge der Mikrowellen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedsm Magnetron"und jedem Wellenleiter ein Zirkulator eingesetzt ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen des Beschickungsraumes so gewählt sind, daß er mindestens die vom Behandlungsraum aufnehmbare Gesamtmenge an zu behandelndem Material enthalten kann.
7. "Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

zweiten Mittel aus mindestens zwei jeweils austauschbaren Teilen eines Behälters bestehen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Teile aus mikrowellendurchlässigem Material, z. B. aus einem durch Pressen hergestellten Polypropylenteil, besteht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Teile aus drei Teilstücken, nämlich einem Oberteil (7), einem als Gitter (2) ausgebildeten Zwischenteil und einem Unterteil (33), besteht, die alle drei aus durch Pressen hergestelltem mikrowellendurchlässigem Material bestehen.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Oberteil in einen kegelstumpfförmigen Teil öffnet, dessen große Öffnung mit einem horizontalen Rand versehen ist, daß der^ Rand des Gitters einen Durchmesser hat, der zwischen dem Außendurchmesser des Oberteils und dem Innendurchmesser des Unterteils liegt, und daß das Unterteil sich in einen Kegelstumpf verengt, dessen kleine Öffnung mit ihrem Rand horizontal durch Verschraubung am Boden des Behandlungsraumes im Bereich seiner Auslaßöffnung befestigt ist, und daß ein Paar Spitzen oder ein umlaufender Vorsprung im oberen Teil der Innenwand mit dem Gitter zu dessen Zentrierung mit ihm zusammenarbeitet.
11. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das bereits verwendete Oberteil des dreiteiligen Behälters und dann das bereits verwendete Gitter entfernt werden, daß anschließend ein sauberes Gitter eingesetzt und ein neues Oberteil aufgesetzt v/erden und daß das entnommene Oberteil+das verschmutzte Gitter gegebenen-.falls gereinigt werden.

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