DE3639717A1 - Device for generating water vapour - Google Patents
Device for generating water vapourInfo
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- DE3639717A1 DE3639717A1 DE19863639717 DE3639717A DE3639717A1 DE 3639717 A1 DE3639717 A1 DE 3639717A1 DE 19863639717 DE19863639717 DE 19863639717 DE 3639717 A DE3639717 A DE 3639717A DE 3639717 A1 DE3639717 A1 DE 3639717A1
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- H05B6/80—Apparatus for specific applications
- H05B6/802—Apparatus for specific applications for heating fluids
- H05B6/804—Water heaters, water boilers
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserdampf, insbesondere zur Luftbefeuchtung, be stehend aus einem mit Wasser gefüllten Behälter, der mit Wasserdampfaustrittsöffnungen versehen ist und in welchem dem Wasser Wärmeenergie zugeführt wird.The invention relates to a device for generating of water vapor, especially for humidification, be standing out of a container filled with water, the is provided with water vapor outlet openings and in which thermal energy is added to the water.
Vorrichtungen zur Erzeugung von Wasserdampf werden insbesondere zur Luftbefeuchtung eingesetzt. Dadurch werden Schwankungen der natürlichen Luftfeuchtigkeit ausgeglichen oder generell ein höheres Feuchtigkeits niveau geschaffen. Dies hat sowohl vorteilhafte Aus wirkungen auf den Menschen, da seine Schleimhäute bes ser auf infektöse Angriffe reagieren können, als auch auf Holzgegenstände, technische Geräte, Lebensmittel sowie Produktionsverfahren. Devices for generating water vapor used especially for air humidification. Thereby fluctuations in natural humidity balanced or generally higher moisture level created. This has both beneficial out effects on humans, since its mucous membranes he can respond to infectious attacks as well on wooden objects, technical devices, food as well as production processes.
So wird bei Holzgegenständen eine Austrocknung und eine damit einhergehende Rißbildung verhindert. Bei technischen Geräten werden elektrostatische Aufladun gen und Materialversprödungen verhindert. Als Beispiel sei hier die Fernmeldetechnik erwähnt. Bei Lebensmit teln, insbesondere Milchprodukten, wird ein konstanter Reifeprozeß und ein gleichbleibender Wassergehalt er zielt. In Produktionsverfahren ist u.a. die Textilin dustrie zu nennen, wo eine konstante Luftfeuchtigkeit für eine Geschmeidigkeit der Fasern sorgt, was für den störungsfreien Ablauf der Verarbeitung bei hohen Ar beitsgeschwindigkeiten außerordentlich wichtig ist. Schließlich werden in der Papierindustrie bei der Papier verarbeitung statische Aufladungen verhindert.This is how drying out of wooden objects and an associated crack formation prevented. At technical devices are electrostatic charging and material embrittlement prevented. As an an example telecommunications technology should be mentioned here. At Lebensmit tle, especially dairy products, becomes a constant Maturation process and a constant water content aims. In production processes, the textile to call industry where a constant humidity makes the fibers supple, which makes the trouble-free processing at high ar speed is extremely important. Finally, in the paper industry, paper Processing prevents static charges.
Darüberhinaus gibt es aber auch Anwendungsbereiche für Vorrichtungen zur Erzeugung von Wasserdampf, bei denen die Luftbefeuchtung nicht primär im Mittelpunkt steht. Zu erwähnen sind hier Dampfsaunen, medizinische Inha lationsgeräte sowie Dampfbügeleinrichtungen.In addition, there are also areas of application for Devices for generating steam, in which air humidification is not the primary focus. Steam saunas, medical content are worth mentioning lation devices and steam ironing devices.
Es sind schon unterschiedliche Prinzipien der Luftbefeuch tung bzw. der Erzeugung von Wasserdampf bekannt, die unter den Oberbegriffen Verdunstung, Zerstäubung und Verdampfung zusammengefaßt werden können.There are already different principles of humidification device or the generation of water vapor known, the the generic terms evaporation, atomization and evaporation can be summarized.
Verdunster saugen oder blasen Raumluft mit Hilfe eines Ventilators durch oder über ständig mit Wasser benetztes Material verschiedenster Beschaffenheit, wobei sich die Luft mit Feuchtigkeit anreichert. Dabei entsteht Ver dunstungskälte. Die Nachteile eines Verdunstungs-Luft befeuchters sind der hohe indirekte Energieverbrauch durch Absenken der Raumtemperatur, außerdem sind sie unhygienisch, denn durch das Ansaugen von Raumluft ge langen Bakterien, Viren und Keime ins Wasser und der Ventilator erzeugt störende Geräusche und Zugluft. Die Leistung ist, da abhängig von der Raumtemperatur, nur gering.Evaporators suck or blow room air with the help of a Fan through or over constantly wetted with water Material of various qualities, the Air enriches with moisture. This creates Ver evaporative cold. The disadvantages of an evaporative air humidifiers are the high indirect energy consumption by lowering the room temperature, moreover they are unsanitary, because ge sucked in room air long bacteria, viruses and germs into the water and the Fan generates disturbing noises and drafts. The Performance is only dependent on the room temperature low.
Zerstäuber zertrümmern das Wasser in mikrofeine Mole küle (Aerosole), die die Raumluft mit Wasser anreichern. Auch dabei entsteht Verdunstungskälte. Die Nachteile des Zerstäubungs-Luftbefeuchters sind wie bei Verdunstern der hohe Energieverbrauch durch Absenken der Raumtempe ratur, die Bildung von Bakterien, Viren usw. und das besonders laute Geräusch. Da die Mineralien im Wasser mit an die Raumluft abgegeben werden, kommt es zu dem sogenannten Kalkniederschlag. Es sind zwar Systeme be kannt, die das zu zerstäubende Wasser vorher entmine ralisieren, der Aufwand hierzu ist meist jedoch verhält nismäßig groß und nur bedingt wirksam.Atomizers smash the water into microfine moles coolers (aerosols) that enrich the room air with water. Evaporative cold also arises here. The disadvantages of the atomizing humidifier are like evaporators the high energy consumption by lowering the room temperature rature, the formation of bacteria, viruses, etc. and that particularly loud noise. Because the minerals in the water are released into the room air, this happens so-called lime precipitation. There are systems knows who mine the water to be atomized beforehand Realize, but the effort is usually quite large and only partially effective.
Verdampfer erhitzen das Wasser und geben den entstehen den Dampf an die Raumluft ab. Ein Absenken der Raumtem peratur erfolgt nicht, da keine Verdunstungskälte ent steht. Verdampfer arbeiten geräuschlos, Keime werden durch das Sieden abgetötet und Mineralien bleiben im Gerät. Einige der Nachteile, wie sie bei den nach an deren Prinzipien arbeitenden Luftbefeuchtern vorhanden sind, treten somit bei Verdampfern nicht auf. Dafür leiden aber die bisher bekannten nach dem Verdampfungs prinzip arbeitenden Vorrichtungen an einem sehr hohen Energieverbrauch (Stromverbrauch) und weiteren system bedingten Mängeln.Evaporators heat the water and give rise to it the steam to the room air. Lowering the room temperature temperature does not occur because no evaporative cooling ent stands. Evaporators work silently, germs become killed by boiling and minerals remain in the Device. Some of the disadvantages, as with the after whose principles exist in working humidifiers thus do not occur with evaporators. Therefore but suffer the previously known after the evaporation principle working devices at a very high Energy consumption (electricity consumption) and other system contingent defects.
So ist aus der DE-PS 20 14 338 eine Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserdampf zur Luftbefeuchtung bekannt, bei der das in einem Behälter befindliche Wasser da durch erwärmt wird, daß Elektroden in das Wasser ge taucht und Strom hindurchgeleitet wird. Neben der Ge fahr, daß die Elektroden verkalken und somit keine Stromleitung mehr möglich ist, besteht die unerwünschte Möglichkeit einer Knallgasentwicklung und einer elektro chemischen Zersetzung der Elektroden. Außerdem ist die Leitfähigkeit des Wassers sehr unterschiedlich, da sie von der Salzzusammensetzung abhängt.DE-PS 20 14 338 is a device for Generation of water vapor for air humidification known where the water in a container is there is heated by that electrodes in the water ge dives and electricity is passed through. In addition to the Ge Drive that the electrodes calcify and therefore none Power line is more possible, there is the undesirable Possibility of a detonating gas development and an electro chemical decomposition of the electrodes. Besides, that is Conductivity of the water varies widely as it depends on the salt composition.
Aus der DE-PS 26 42 911 ist eine Luftbefeuchtungsein richtung bekannt, bei der ein Heizelement in einer Verdampfungskammer angeordnet ist. Bei dieser Wärme übertragung wird der Wärmegradient zwischen dem Heiz element und dem Wasser ausgenutzt. Da das Heizelement zu diesem Zweck eine erheblich höhere Temperatur als das siedende Wasser annimmt, kommt es an der Ober fläche zu Kalkablagerungen. Diese führen zu einer Ver schlechterung des Wärmeübergangs, so daß nun mit einer noch höheren Temperatur gearbeitet werden muß. Der Wartungsaufwand ist dementsprechend hoch und die Le bensdauer derartiger Heizelemente gering. Ein Fahren mit entmineralisiertem Wasser ist sehr teuer. From DE-PS 26 42 911 is a humidifier direction known in which a heating element in a Evaporation chamber is arranged. With this warmth The heat gradient between the heating is transferred element and the water exploited. Because the heating element for this purpose a significantly higher temperature than the boiling water takes on, it comes to the waiter area for limescale. These lead to a ver deterioration of the heat transfer, so that now with a even higher temperature must be worked. The Maintenance is accordingly high and the le Life of such heating elements is low. A driving with demineralized water is very expensive.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich tung zur Erzeugung von Wasserdampf, insbesondere zur Luftbefeuchtung zu schaffen, welche neben einer Ver minderung der Keimbildung sowie von Zugluft und Geräu schen einen geringen Energiebedarf und geringe Wärmever luste hat, Verkalkungen vermeidet und so einen sicheren, wartungsarmen Betrieb ermöglicht.The invention has for its object a Vorrich device for generating water vapor, in particular for To create humidification, which in addition to a ver reduction of nucleation as well as drafts and noise low energy consumption and low heat consumption lusts, avoids calcifications and thus a safe, low-maintenance operation.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserdampf nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved in a device for production of water vapor according to the preamble of claim 1 by the features specified in the characterizing part solved.
Die Wärmeenergie wird bei der erfindungsgemäßen Vor richtung durch ein Mikrowellenfeld zugeführt. Da Was ser ein polares Medium ist, werden die Wassermoleküle bei dem Versuch, sich den hochfrequenten Änderungen des Mikrowellenfeldes anzupassen, in thermische Schwin gungen versetzt. Dabei absorbieren sie einen großen Teil der im Mikrowellenfeld vorhandenen Energie. So mit geht die Erwärmung nicht von einem diskreten Heiz element aus, sondern wird in jedem der Moleküle selbst hervorgerufen. Große Temperaturgradienten sind demzu folge nicht vorhanden.The thermal energy is in front of the invention direction supplied by a microwave field. Because what is a polar medium, the water molecules when trying to face the high frequency changes to adapt the microwave field to thermal vibr staggered. In doing so, they absorb a large one Part of the energy present in the microwave field. Like this with the heating does not go from a discrete heating element, but is in each of the molecules themselves evoked. There are large temperature gradients do not follow.
Somit gibt es auch keine hartverkrusteten Kalkablage rungen. Eine entscheidene Ursache für eine allmählich eintretende Leistungsminderung ist so ausgeschaltet. Dies gilt selbst dann, wenn sich aus dem Wasser ausge fällte Kalkbestandteile auf dem Behälterboden oder an den Wänden absetzen. Besonders hervorzuheben ist der gegenüber diskreten Heizelementen wesentlich geringere Energieverbrauch, der sich in überraschender Weise ein stellt. Dies gilt gerade deshalb, weil es nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik keine Rolle spielen dürfe, auf welche Art die Energie einem Medium zugeführt wird.So there is no hard-encrusted limescale stanchions. A key cause of a gradual the resulting reduction in performance is thus eliminated. This applies even if it emerges from the water accumulated lime components on the tank bottom or put down on the walls. Of particular note is that significantly lower than discrete heating elements Energy consumption, which is surprisingly one poses. This is precisely because it is after the first Principle of thermodynamics may not play a role, the way in which the energy is supplied to a medium.
Bei der Mikrowellenbestrahlung von Wasser scheint sich hingegen ein besonders günstiger Ablösungseffekt der Oberflächenmolekülschichten einzustellen. Dieser führt bereits zu einer intensiven Verdampfung, ohne daß es einer Temperaturerhöhung der gesamten Wassermenge bis an den Siedepunkt bedarf.With the microwave irradiation of water appears however, a particularly favorable detachment effect of the Adjust surface molecular layers. This leads already to an intense evaporation without it a temperature increase in the total amount of water up to to the boiling point.
Abgesehen davon läßt sich die Mikrowellenenergie aber auch besser auf das Medium Wasser konzentrieren. Inso fern findet keine unerwünschte Erwärmung der Umgebungs luft oder umgebender Gegenstände statt.Apart from that, however, the microwave energy also better concentrate on the medium of water. Inso there is no unwanted warming of the surroundings air or surrounding objects instead.
In Weiterbildung der Erfindung besteht der Behälter aus einem nicht metallischen, nicht polaren Material, vorzugsweise aus Kunststoff, Glas oder Keramik.In a development of the invention, the container made of a non-metallic, non-polar material, preferably made of plastic, glass or ceramic.
Durch diese Materialauswahl wird eine Erwärmung der Behälterwandung vermieden. Im bereits vorerwähnten Sinne führt dies zu einer Verminderung der Abstrahl verluste und zu einer Konzentration der Mikrowellen energie auf den Wasserinhalt.This selection of materials will heat the Avoided container walls. In the aforementioned This leads to a reduction in radiation losses and to a concentration of microwaves energy on water content.
Bei einer ersten Ausführung der Erfindung ist der das Mikrowellenfeld erzeugende Generator im Inneren des Behälters angeordnet.In a first embodiment of the invention, this is the Microwave field generating generator inside the Container arranged.
Durch diese Ausgestaltung wird eine hohe Energiekonzen tration erreicht. Außerdem wird nur eine geringe Ab schirmwirkung benötigt, da der größte Teil der Mikro wellenenergie bereits auf dem Wege durch das Wasser absorbiert wird. Zusätzlich wird auch die bei der Er zeugung von Mikrowellen unvermeidliche Verlustwärme direkt an das Wasser abgegeben und führt auf diese Weise zu einer, wenn auch mäßigen Temperaturerhöhung.This configuration results in a high energy concentration tration reached. In addition, only a small Ab shielding effect is required because most of the micro wave energy already on the way through the water is absorbed. In addition, the Er generation of microwaves inevitable heat loss released directly to the water and leads to it Way to an albeit moderate increase in temperature.
In Weiterbildung dieser Ausführung besitzt der das Mikrowellenfeld erzeugende Generator Abstrahlöffnun gen, die in unterschiedliche Richtungen weisen.In a further development of this version, the Microwave field generating generator radiation opening conditions that point in different directions.
Diese Ausgestaltung trägt zu einer homogenen Erwär mung bei und verbessert so den Wirkungsgrad.This configuration contributes to a homogeneous heating and improves efficiency.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform ist der das Mikrowellenfeld erzeugende Generator außerhalb des Behälters angeordnet.In a modified embodiment, this is the Microwave field generating generator outside the Container arranged.
Da hier das zur Verfügung stehende Volumen für die Unterbringung des Mikrowellengenerators größer ist, bietet sich diese Möglichkeit für Vorrichtungen beson ders hoher Leistung an.Since here the available volume for the Housing the microwave generator is larger, offers this possibility for devices in particular high performance.
Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist der das Mikrowellenfeld erzeugende Generator in mehrere Ge neratoreinheiten unterteilt, die um den Behälter ver teilt angeordnet sind.In a further development of this embodiment, the the generator generating the microwave field into several Ge nerator units divided ver around the container divides are arranged.
Diese Ausgestaltung bietet sich für Hochleistungsvor richtungen zur Erzeugung von Wasserdampf an, wie sie in der Industrie benötigt werden. Die nach der Weiter bildung vorgenommene Unterteilung sorgt dafür, daß eine homogene Mikrowellenfeldverteilung erzielt wird und so auch eine entsprechend homogene Erwärmung statt findet.This configuration lends itself to high-performance projects devices for the production of water vapor as they are needed in the industry. The one after the next education subdivision ensures that a homogeneous microwave field distribution is achieved and so a correspondingly homogeneous heating takes place finds.
Bei einer weiteren Abwandlung umfaßt der das Mikro wellenfeld erzeugende Generator eine Mikrowellenlei tung, z.B. einen Hohlleiter, der wenigstens teilweise um den Behälter herumgeführt ist und mehrere in Rich tung des Behälters weisende Abstrahlöffnungen für Mi krowellen besitzt.In a further modification, this includes the micro generator generating a wave field tion, e.g. a waveguide, at least partially around the container and several in rich direction of the container-facing radiation openings for Mi owns crown waves.
Mit dieser Lösung läßt sich die gleiche Leistung wie mit der vorgenannten erfüllen, jedoch ist hier eine höhere Wirtschaftlichkeit zu erwarten, da mit einem einzigen Mikrowellengenerator ein höherer Wirkungs grad zu erzielen ist und auf dem kurzen Weg um den Behälter herum praktisch kein in der Mikrowellenlei tung auftretender Verlust leistungsmindernd zu berück sichtigen ist.With this solution, the same performance as meet with the above, but here is one higher profitability to be expected as with a single microwave generator has a higher effect is to be achieved and on the short way around the Containers around practically no in the microwave oven loss to reduce performance is visible.
Bei einer praktischen Ausführungsform ist der Behälter und der das Mikrowellenfeld erzeugende Generator von einem metallischen Abschirmkäfig umgeben, in dem Was serdampfaustrittsöffnungen angeordnet sind.In a practical embodiment, the container and the generator of the microwave field from surrounded by a metallic shielding cage in which Steam outlet openings are arranged.
Dieser Abschirmkäfig besitzt gleichzeitig mehrere vorteilhafte Wirkungen. Zum einen hält er die Mi krowellenstrahlung von Menschen und Tieren oder Pflanzen ab, die sich in der näheren Umgebung befinden, zum anderen verhindert er den Austritt von Mikrowellenenergie und sorgt somit dafür, daß die Mi krowellenenergie im Inneren des Abschirmkäfigs, vor zugsweise im Wasser des Behälters absorbiert wird.This shielding cage has several at the same time beneficial effects. For one, he holds the Mi radiation from humans and animals or plants that are in the vicinity on the other hand it prevents the escape of Microwave energy and thus ensures that the Mi crown wave energy inside the shielding cage is preferably absorbed in the water of the container.
In Weiterbildung der letztgenannten Ausgestaltung ist zwischen dem Behälter und dem Abschirmkäfig eine Wär meisolationszone mit wärmeisolierten Abstands- und Be festigungsmitteln gebildet. In training of the latter configuration a heat between the container and the shielding cage insulation zone with heat-insulated spacing and loading strengthening agents formed.
Die Wärmeisolationszone sorgt dafür, daß die von dem erwärmten Wasser im Behälter abgestrahlte Wärme nicht sofort an die Umgebung übertreten kann. Vielmehr bil det sich um den Behälter eine wärmende Hülle, die dazu beiträgt, daß die absorbierte Mikrowellenenergie statt zur Kompensation der Wärmeverluste zur Dampfbildung verwendet wird.The heat insulation zone ensures that that of the warm water radiated in the container does not heat can immediately transfer to the environment. Rather bil a warming sheath surrounds the container contributes to the absorbed microwave energy instead to compensate for heat losses for steam formation is used.
Vorzugsweise ist der Abschirmkäfig als Mikrowellenre flektor ausgebildet.The shielding cage is preferably in the form of a microwave trained as a reflector.
Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß die das Wasser durchdringende Mikrowellenstrahlung nicht im Abschirm käfig absorbiert wird, sondern ein weiteres Mal durch das im Behälter befindliche Wasser gelenkt wird und so eine weitere Absorbtion stattfinden kann. Im übrigen wird dadurch auch eine unerwünschte Aufheizung des Abschirmkäfigs und damit eine Verbrennungsgefahr bei Berührung vermieden.This measure ensures that the water penetrating microwave radiation not in the shield is absorbed by the cage but one more time the water in the tank is directed and so another absorption can take place. Furthermore this will also cause undesirable heating of the Shielding cage and thus a risk of burns Avoided touch.
In Ausgestaltung der Weiterbildung ist der Abschirm käfig doppelwandig ausgebildet und besitzt einen inne ren und äußeren Mantel. Die Wasserdampfaustrittsöff nungen sind durch die äußeren Enden labyrinthartiger Kanäle gebildet, die von innen nach außen führen. The shielding is in one embodiment of the further training cage is double-walled and has an inside outer and outer coat. The steam outlet The outer ends of the openings are more labyrinthine Channels formed that lead from the inside to the outside.
Durch die doppelte Ausbildung des Abschirmkäfigs wird eine noch bessere Abschirmung nicht absorbierter Mikro wellenenergie erreicht. Gleichzeitig wird auch durch die weitere Luftschicht zwischen den Abschirmkäfigen die Wärmeisolation erhöht. Da bei einem einwandigen Abschirmkäfig das Problem der durch die Wasserdampf austrittsöffnung auch entweichenden Mikrowellenstrah lung besteht, läßt sich diese unerwünschte Erschei nung durch die Doppelwandigkeit in Verbindung mit der labyrinthartigen Gestaltung der Kanäle beheben. Diese Kanäle wirken für die nicht absorbierte Mikrowellen strahlung als Falle.The double design of the shielding cage an even better shielding of non-absorbed micro wave energy reached. At the same time is also through the further air layer between the shielding cages the heat insulation increases. Because with a single-walled Shielding cage the problem of water vapor outlet opening also escaping microwave beam lungs exists, this undesirable appearance double wall in connection with the Fix the labyrinthine design of the channels. These Channels act for the non-absorbed microwaves radiation as a trap.
In Weiterbildung der Erfindung umfaßt der Behälter eine Wasserstandsregelvorrichtung.In a further development of the invention, the container comprises a water level control device.
Hierdurch wird erreicht, daß die Mikrowellenenergie immer an das gleiche Wasservolumen abgegeben wird und somit auch die Verdampfungsverhältnisse vorhersehbar sind. Es ist allerdings hervorzuheben, daß die Wasser standsregelung nicht einer so strengen Einhaltung ei nes bestimmten Pegels bedarf, wie ein in das Wasser eingetauchtes Heizelement. Dies liegt daran, daß auch bei einem verminderten Wasserstand die Mikro wellenenergie von diesem Wasservolumen absorbiert wird, dann aber eine höhere spezifische Energiezufuhr statt findet.This ensures that the microwave energy is always delivered to the same volume of water and thus the evaporation conditions are predictable are. However, it should be emphasized that the water level regulation not such a strict compliance needs a certain level, like one in the water immersed heating element. This is because even if the water level is low, the micro wave energy is absorbed by this volume of water, but then a higher specific energy supply takes place finds.
Vorzugsweise ist die Wasserstandsregelvorrichtung durch ein außerhalb des Mikrowellenfeldes angeordnetes Frisch wassergefäß wesentlich größeren Volumens gebildet. Die ses Frischwassergefäß ist mit dem Behälter verbunden.The water level control device is preferably through a freshness arranged outside the microwave field water vessel formed of much larger volume. The This fresh water container is connected to the container.
Diese Ausgestaltung kommt ohne mechanische Steuermittel aus, da der Wasserstand nach dem Prinzip der kommuni zierenden Röhren eingehalten wird. Die Gefahr einer Keimbildung durch längere Stillstandszeit des Wassers im Frischwassergefäß spielt deshalb keine Rolle, weil auch durch die Mikrowellenbestrahlung, und hier in noch wirkungsvollerer Weise als bei einem Heizelement, eine entkeimende Wirkung eintritt.This configuration comes without mechanical control means because the water level is based on the principle of commun decorative tubes is observed. The danger of one Nucleation due to the longer downtime of the water in the fresh water container doesn't matter because also by microwave radiation, and here in more effective than a heating element, a disinfectant effect occurs.
Wird die Vorrichtung in einem variablen Leistungsbereich betrieben, so wird vorteilhaft der das Mikrowellenfeld erzeugende Generator in der Amplitude und/oder dem Puls-Pausen-Verhältnis regelbar ausgeführt. Auf diese Weise läßt sich eine elektrisch oder elektronisch steu erbare, für den Mikrowellengenerator sehr schonende Be einflussung der Verdampfungsleistung erzielen. The device is in a variable power range operated, the microwave field is advantageous generating generator in amplitude and / or Pulse-pause ratio adjustable. To this An electrical or electronic control can be used in this way erable, for the microwave generator very gentle Be influence the evaporation performance.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschrei bung und der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbei spiele veranschaulicht sind.Further developments and advantageous embodiments of the Invention result from the claims, the description exercise and the drawing, in which several execution examples games are illustrated.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine erste Ausführung der Vorrichtung mit einem innenlie genden Mikrowellengenerator, Fig. 1 shows a schematic cross section through a first embodiment of the device with a innenlie constricting microwave generator,
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch eine zweite Ausführung der Vorrichtung mit einem außenlie genden Mikrowellengenerator aus mehreren Generatoreinheiten, Fig. 2 shows a schematic cross section through a second embodiment of the device with a außenlie constricting microwave generator from a plurality of generator units,
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch eine dritte Ausführung der Vorrichtung mit einem außenlie genden Mikrowellengenerator und einer Mikrowellenleitung, Fig. 3 shows a schematic cross section through a third embodiment of the device with a außenlie constricting microwave generator and a microwave line,
Fig. 4 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführung der Vor richtung unter Hervorhebung kon struktiver Ausgestaltungen eines mehrteiligen Abschirmkäfigs mit einem innenliegenden Mikrowel lengenerator, und Fig. 4 is a schematic cross section through an embodiment of the device before highlighting con structive designs of a multi-part shielding cage with an internal microwave lengenerator, and
Fig. 5 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführung der Vor richtung mit einer doppelwan digen Abschirmung und einem Frischwassergefäß. Fig. 5 is a schematic cross section through an embodiment of the on device with a double walled shield and a fresh water tank.
Die in den Fig. 1-5 dargestellen Ausführungen ei ner Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserdampf besitzen als gemeinsame Merkmale einen mit Wasser 10 gefüllten Behälter 12, der mit einer Wasserdampfaustrittsöffnung 14 versehen ist. Der Behälter 12 besteht aus Kunststoff oder einer Keramikmasse, also einem Material ohne pola re Molekülausbildungen. Der Behälter 12 befindet sich in einem Abschirmkäfig 28 für Mikrowellen, welcher im oberen Bereich mit einer oder mehreren Wasserdampfaus trittsöffnungen 30 versehen ist. Zwischen dem Behälter 12 und dem Abschirmkäfig 28 ist eine Wärmeisolations zone 32 gebildet. The embodiments shown in FIGS. 1-5 egg ner device for generating water vapor have as common features a container 12 filled with water 10 , which is provided with a water vapor outlet opening 14 . The container 12 consists of plastic or a ceramic mass, that is, a material without polar molecular formations. The container 12 is located in a shielding cage 28 for microwaves, which is provided in the upper region with one or more water vapor outlet openings 30 . Between the container 12 and the shielding cage 28 , a heat insulation zone 32 is formed.
In den Fig. 1-3 sind mehrere Ausführungen für die Anordnung und Ausbildung eines ein Mikrowellen feld erzeugenden Generators 16 dargestellt. In Fig. 1 befindet sich der Generator 16 im Inneren des Be hälters 14 und besitzt über seinen Außenumfang ver teilt Abstrahlöffnungen 18 für Mikrowellen. In den Fig. 2 und 3 ist der Generator außerhalb des Be hälters 12 angeordnet.In FIGS. 1-3 several embodiments for the arrangement and configuration of a field generating a microwave generator 16 are shown. In Fig. 1, the generator 16 is inside the loading container 14 and has ver on its outer circumference dividing radiation openings 18 for microwaves. In FIGS. 2 and 3, the generator is disposed outside the loading hälters 12th
Fig. 2 zeigt hierbei einen Vorschlag mit mehreren Ge neratoreinheiten 20, die in Richtung des Behälters 12 weisende Abstrahlöffnungen 22 für Mikrowellen und Fig. 3 läßt eine Anordnung erkennen, in der nur ein Mikro wellengenerator 16 vorhanden ist, die Mikrowellenener gie aber über eine Mikrowellenleitung 24 verteilt und über Abstrahlöffnungen 26 abgestrahl wird. Die Mikro wellenleitung 24, z.B. ein Hohlleiter, umgibt den Be hälter 12 fast vollständig und die Abstrahlöffnungen 26 sind jeweils auf ihn gerichtet. Fig. 2 shows a proposal with several Ge generator units 20 , the 12 in the direction of the container facing radiation openings 22 for microwaves and Fig. 3 shows an arrangement in which only a micro wave generator 16 is present, but the microwave energy via a microwave line 24 is distributed and emitted via radiation openings 26 . The micro wave line 24 , for example a waveguide, surrounds the loading container 12 almost completely and the radiation openings 26 are each directed towards him.
Fig. 4 zeigt konstruktive Einzelheiten des Abschirm käfigs 28. In dieser Darstellung ist der Mikrowellen generator 16 aus Gründen der besseren Übersicht nicht mit eingezeichnet. Der Abschirmkäfig 28 besteht aus Segmenten, z.B. in Form abgewinkelter Blechtafeln, die nicht integral miteinander verbunden sind. Sie können deshalb für Wartungsarbeiten einfach zerlegt werden. Die durch die Zwischenräume austretende Mikrowellen strahlung ist, verglichen mit der übrigen Oberfläche, gering. Fig. 4 shows structural details of the shielding cage 28th In this illustration, the microwave generator 16 is not shown for reasons of clarity. The shielding cage 28 consists of segments, for example in the form of angled metal sheets, which are not integrally connected to one another. They can therefore be easily dismantled for maintenance work. The microwave radiation emerging through the gaps is small compared to the rest of the surface.
Bei kleiner und mittlerer Leistung führt dies zu einer ausreichenden Abschirmung, so daß außerhalb der Abschir mung das meßbare Mikrowellenfeld unterhalb zulässiger Grenzwerte bleibt. Zur räumlichen Fixierung und zur besseren Isolation des Behälters 12 im Abschirmkäfig 28 sind Abstands- und Befestigungsmittel 34 aus wärmeiso lierendem Material, z.B. aus Kunststoff, Steinwolle oder Keramik vorgesehen und die Hohlräume werden mit wärmeisolierendem Material ausgefüllt.With small and medium power this leads to sufficient shielding so that outside the shielding the measurable microwave field remains below the permissible limit values. For spatial fixation and for better insulation of the container 12 in the shielding cage 28 , spacing and fastening means 34 made of heat-insulating material, for example made of plastic, rock wool or ceramic, are provided and the cavities are filled with heat-insulating material.
Reicht die Abschwirmwirkung eines einwandigen Abschirm käfigs 28 wegen einer besonders hohen Leistung des Mi krowellengenerators 16 nicht aus, so kann auch ein dop pelwandiger Abschirmkäfig aus einem inneren Mantel 36 und einem äußeren Mantel 38 ausgeführt werden, wie ihn Fig. 5 zeigt. Bei dieser Ausgestaltung überlappen sich die durchgehenden und unterbrochenen Bereiche des inneren und äußeren Mantels 36, 38, so daß keine direkte, gerad linige Verbindung von innen nach außen besteht. Dies gilt insbesondere für Kanäle 40, über die Wasserdampf zu Wasserdampfaustrittsöffnungen 30 gelangt. Die Kanäle 40 und der übrige Zwischenraum zwischen den Mänteln 36 und 38 wirkt für die Mikrowellenstrahlen als Strah lenfalle. Dabei nimmt die Intensität der Mikrowellen nach mehrmaliger Reflektion und damit einhergehender Absorbtion stark ab.If the scouring effect of a single-walled shielding cage 28 is not sufficient because of a particularly high output of the microwave generator 16, a double-walled shielding cage can also be made from an inner jacket 36 and an outer jacket 38 , as shown in FIG. 5. In this embodiment, the continuous and interrupted areas of the inner and outer jacket 36 , 38 overlap, so that there is no direct, straight-line connection from the inside to the outside. This applies in particular to channels 40 through which water vapor reaches water vapor outlet openings 30 . The channels 40 and the rest of the space between the jackets 36 and 38 acts as a radiation trap for the microwave rays. The intensity of the microwaves decreases sharply after repeated reflection and the associated absorption.
Als Weiterbildung einer Wasserstandsregulierung des Wassers 10 im Behälter 12 zeigt die Ausgestaltung in Fig. 5 ein Frischwassergefäß 42, das über eine Ver bindungsleitung mit dem Behälter 12 kommuniziert. Da das Volumen des Frischwassergefässes 42 wesentlich größer ist als das des Behälters 12, kommt es auch nach Verdampfen einer erheblichen Wassermenge in dem Behälter kaum zu einer Absenkung des Wasserspiegels. Da das Frischwassergefäß 42 außerhalb des Abschirm käfigs 28 angeordnet ist, tritt hier keine Erwärmung des Vorratswassers ein.As a further development of a water level regulation of the water 10 in the container 12 , the embodiment in FIG. 5 shows a fresh water vessel 42 which communicates with the container 12 via a connecting line. Since the volume of the fresh water vessel 42 is significantly larger than that of the container 12 , there is hardly any lowering of the water level even after the evaporation of a considerable amount of water in the container. Since the fresh water vessel 42 is arranged outside the shielding cage 28 , there is no heating of the supply water here.
Zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird mittels des Mikrowellengenerators 16 eine im Mikro wellenbereich liegende elektromagnetische Schwingung erzeugt. Die aus den Austrittsöffnungen austretende Strahlung als Folge dieser elektromagnetischen Schwin gung durchdringt die Umgebung des Mikrowellengenera tors 16 und bildet ein Mikrowellenfeld aus. Stoffe aus nicht polaren Molekülen werden dabei ohne Abschwächung der Mikrowellenstrahlung durchdrungen. Befinden sich jedoch Stoffe aus polaren Molekülen, wie z.B. Wasser im Mikrowellenfeld, so werden die Moleküle in Folge der elektromagnetischen Strahlung in Schwingungen versetzt, wobei jedoch aufgrund der Trägheit der Moleküle Ener gie aus dem Mikrowellenfeld absorbiert wird. Diese Ener gie führt zu einer Erwärmung des Stoffs aus polaren Molekülen.To operate the device according to the invention, an electromagnetic vibration lying in the microwaves range is generated by means of the microwave generator 16 . The radiation emerging from the outlet openings as a result of this electromagnetic vibration penetrates the surroundings of the microwave generator 16 and forms a microwave field. Substances made of non-polar molecules are penetrated without weakening the microwave radiation. However, if there are substances made of polar molecules, such as water in the microwave field, the molecules are caused to vibrate as a result of the electromagnetic radiation, but energy is absorbed from the microwave field due to the inertia of the molecules. This energy leads to heating of the substance made of polar molecules.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird so das im Behälter 12 vorhandene Wasser 10 gezielt erwärmt, wäh rend der Behälter 12 keine Erwärmung durch Absorbtion der Mikrowellenenergie erfährt. Er erwärmt sich ledig lich über die Wärmeabgabe des Wassers 10.In the device according to the invention, the water 10 present in the container 12 is heated in a targeted manner, while the container 12 is not heated by absorption of the microwave energy. It only heats up via the heat emitted by the water 10 .
Im Zuge der Erwärmung gehen besonders die im Oberflächen bereich des Wassers 10 befindlichen Wassermoleküle leicht in den dampfförmigen Zustand über. Dieses Ereignis tritt dabei schon bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen, also solchen unterhalb des Siedepunktes des Wassers ein, so daß in überraschender Weise weniger Energie verbraucht wird, als es bei bisher bekannten Vorrichtungen der Fall war. In the course of the heating, especially the water molecules located in the surface area of the water 10 easily pass into the vapor state. This event occurs at relatively low temperatures, that is, below the boiling point of the water, so that surprisingly less energy is consumed than was the case with previously known devices.
Für den Aufbau des Mikrowellenfeldes ist es prinzipiell gleichgültig, ob sich der Mikrowellengenerator 16 im Behälter 12 oder außerhalb befindet. Beide Ausgestal tungen haben jedoch von Fall zu Fall Vorteile. So wird bei der Ausführung gemäß Fig. 1 auch die unvermeidliche Verlustwärme des Mikrowellengenerators 16 direkt an das Wasser abgegeben und trägt zu dessen Erwärmung bei. Außerdem wird die Mikrowellenstrahlung bei ihrem Durch tritt durch das Wasser 10 so stark absorbiert, daß nur noch eine geringe äußere Abschirmung nötig ist und die Umgebungsstrahlung unter bestimmten Grenzwerten bleibt.For the construction of the microwave field, it is in principle irrelevant whether the microwave generator 16 is in the container 12 or outside. However, both configurations have advantages from case to case. Thus, in the embodiment according to FIG. 1, the inevitable heat loss of the microwave generator 16 is also given off directly to the water and contributes to its heating. In addition, the microwave radiation is so strongly absorbed when it passes through the water 10 that only a little external shielding is necessary and the ambient radiation remains below certain limit values.
Andererseits läßt sich mit den Lösungen nach Fig. 2 und 3 eine wesentlich höhere Mikrowellenenergie in das Was ser 10 einkoppeln, da die äußere Oberfläche größer und das für den Mikrowellengenerator 16 zur Verfügung ste hende Volumen größer ist.On the other hand, with the solutions according to FIGS. 2 and 3, a significantly higher microwave energy can be coupled into the water 10 , since the outer surface is larger and the volume available for the microwave generator 16 is larger.
Die vom Wasser 10 beim ersten Durchtritt der Mikrowel lenstrahlung nicht absorbierte Energie ist bei den dar gestellten Ausgestaltungen nicht verloren. Vielmehr werden die Strahlen durch Reflektion an den Wänden des Abschirmkäfigs 28 reflektiert und so erneut dem Wasser zugeführt. Dazu ist der Abschirmkäfig 28 gleichzeitig als Reflektor ausgebildet, was durch Verwendung gut leitender Materialien mit glatter Oberfläche erreicht wird. Der im Abschirmkäfig 28 absorbierte Anteil an Mikrowellenenergie kann so gering gehalten werden.The energy that is not absorbed by the water 10 when the microwave radiation passes through the first time is not lost in the embodiments presented. Rather, the rays are reflected by reflection on the walls of the shielding cage 28 and are thus returned to the water. For this purpose, the shielding cage 28 is simultaneously designed as a reflector, which is achieved by using highly conductive materials with a smooth surface. The portion of microwave energy absorbed in the shielding cage 28 can thus be kept low.
Die zwischen dem Behälter 12 und dem Abschirmkäfig 28 befindliche Luft bildet eine Wärmeisolationszone 32, die verhindert, daß Wärme aus dem Behälter 12 direkt an die Umgebung abgeführt wird und den Wirkungsgrad verschlechtert. Bei der Ausgestaltung nach Fig. 5 wird die Wärmeisolation durch den zweiten äußeren Mantel 38 noch zusätzlich verbessert.The air located between the container 12 and the shielding cage 28 forms a heat insulation zone 32 which prevents heat from the container 12 from being dissipated directly to the surroundings and deteriorates the efficiency. In the embodiment of FIG. 5, the heat insulation is further improved by using the second outer jacket 38.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 zeigt als Abwandlung eine Anordnung des Mikrowellengenerators 16 in einer mittigen Ausnehmung des Behälters 12, die von unten zugänglich ist. Dadurch läßt sich der Mikrowellengenera tor 16, der sich hier nicht im Wasser 10 befindet, leicht auswechseln bzw. warten.The embodiment according to FIG. 4 shows a modification of an arrangement of the microwave generator 16 in a central recess of the container 12 , which is accessible from below. As a result, the microwave generator 16 , which is not in the water 10 here, can be easily replaced or maintained.
Die Intensität des Mikrowellenfeldes läßt sich dem Wasserdampfbedarf entsprechend anpassen, indem die Amplitude der elektromagnetischen Schwingungen oder Puls-Pausen-Verhältnis verändert wird.The intensity of the microwave field can be Adjust the steam requirement accordingly by the Amplitude of electromagnetic vibrations or Pulse-pause ratio is changed.
Die Vorrichtung arbeitet geräuschlos, da keine Raum luftumwälzung oder Zerstäubung stattfindet und auch keine starken Siedeerscheinungen auftreten, wie sie bei Erwärmung mit Heizelementen bekannt sind. Beson ders hervorzuheben ist auch die entkeimende Wirkung. Da die in den Keimen befindlichen Wassermoleküle eben falls dem Mikrowellenfeld ausgesetzt werden, führt die direkte Erwärmung dieser polaren Moleküle zu einer Ver änderung der Molekülstruktur und damit zu einer Abtö tung der Keime.The device works silently because there is no space air circulation or atomization takes place and also no strong boiling phenomena occur, as they do when heating with heating elements are known. Especially Another highlight is the sterilizing effect. Because the water molecules in the germs are flat if exposed to the microwave field, the direct heating of these polar molecules to a ver Change in the molecular structure and thus a killing germination.
Auch Kalkablagerungen beeinträchtigen die Funktion nicht, da sie der Energiezufuhr zu den Wassermolekülen nicht im Wege stehen. Bei dem Ausfall von Kalk und an deren Salzen tritt auch keine harte Verkrustung ein, denn es gibt keine konkreten Kristallisationskerne, wie sie z.B. ein bekanntes Heizelement darstellt. So bleibt die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung über lan ge Zeit konstant, was sich auch günstig auf die War tungsintervalle auswirkt. Die Wartungsarbeiten selbst gestalten sich einfach, da ein vorhandener Kalkanfall leicht entfernt werden kann.Lime deposits also impair the function not because it supplies energy to the water molecules don't stand in the way. In the event of lime failure and on there is no hard incrustation of their salts, because there are no concrete crystallization nuclei, such as represents a known heating element. So the performance of the device remains above lan constant over time, which is also beneficial for the war intervals. The maintenance work itself are easy because of the presence of lime can be easily removed.
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