DE3930337A1

DE3930337A1 - Boosting microwave effects on flowing material - by internal displacement with mechanical stirrer or bellow

Info

Publication number: DE3930337A1
Application number: DE3930337A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Schulze
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-09-12
Filing date: 1989-09-12
Publication date: 1991-03-14

Abstract

A charge of material (2) to be melted and/or dissolved by microwave action undergoes such action while in a container (1) inside an outer housing (3), e.g. with magnetions (5) at opposite side walls. To accelerate the desired treatment, during or after irradiation at least part of the charge is circulated within the inner container by a mixer, e.g. a turbo-mixer (7) of known type, which while supported on a drive shaft (7) is lowered into the container, where it may execute a rotary pendulum motion. When not in use, the mixer may be withdrawn via an aperture in the outer housing into an upper safety container, with the aperture then covered by a sliding panel (12) to prevent microwave emission. Displacement of material may be provided by a fluid inflated bellows expanded and contracted while lowered into the inner container. ADVANTAGE - Distribution of energy and heat within the treated charge is more uniform, independently of techniques concerning microwave distribution.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Mikrowellenbehandlung, insbesondere zum Schmelzen und/oder Auflösen, von in einem Behälter befindlichen, fließfähigen oder plastisch verformbaren Materialien sowie eine entsprechende Einrichtung.The invention relates to a method for microwave treatment, especially for melting and / or dissolving, in one Contained, flowable or plastically deformable Materials and an appropriate facility.

Bei der Mikrowellenbehandlung von Materialien der vorgenannten Art ist es oft schwierig, eine ausreichend gleichförmige räumliche Verteilung der Energieabsorption und damit der im allgemeinen angestrebten Temperaturerhöhung über das Volumen des Behandlungsgutes zu erreichen. Zwar kann dieser Schwierigkeit grundsätzlich durch gezielte Beeinflussung des Feldverlaufes begegnet werden, jedoch ist dies in vielen Fällen mit hohem apparativem Aufwand verbunden.In the microwave treatment of materials of the aforementioned Art is often difficult to get a sufficiently uniform spatial distribution of energy absorption and thus that in general desired temperature increase over the volume of the To achieve good treatment. Although this can be difficult basically through targeted influencing of the field course encountered, but in many cases this is high associated equipment expenditure.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens bzw. einer Einrichtung, mit deren Hilfe eine räumliche Vergleich mäßigung der Energie- bzw. Temperaturverteilung ohne mikro wellentechnische Maßnahmen oder allenfalls zusätzlich zu solchen Maßnahmen erreichbar ist. Hinsichtlich des Verfahrens ist die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe bestimmt durch die Merkmale des Anspruchs 1, hinsichtlich der Einrichtung durch diejenigen des Anspruchs 2 bzw. 3.The object of the invention is therefore to create a method or a facility with whose help a spatial comparison moderate energy and temperature distribution without micro Wave measures or, if necessary, in addition to such Measures is achievable. Regarding the procedure is the inventive solution to this problem determined by the Features of claim 1, with regard to the establishment by those of claims 2 and 3 respectively.

Fig. 1 und 2 zeigen eine Einrichtung zur Mikrowellenbehandlung, insbesondere zum Schmelzen und/oder Auflösen, von in einem Behälter 1 befindlichem, fließfähigem oder plastisch ver formbarem Material 2. Es ist eine den Behälter aufnehmende Mikrowellenkammer 3 sowie eine bezüglich der Mikrowellenkammer ein- und ausfahrbare und im eingefahrenen Zustand mit der Behälterladung in Wirkverbindung setzbare Mischvorrichtung 4 vorgesehen. Im Bereich einander gegenüberliegender Kammer wandungen sind Magnetrons 5 mit in die Kammer einkoppelnden Antennen rasterförmig verteilt angeordnet. Fig. 1 and 2 show a device for microwave treatment, in particular for melting and / or dissolving, is currency in a container 1, a flowable or plastically formable material 2 ver. There is provided a container receiving the microwave chamber 3, and a with respect to the microwave chamber retractable and extendable and in the retracted state with the container charge in operative connection settable mixing device. 4 In the area of opposite chamber walls, magnetrons 5 are arranged in a grid pattern with antennas coupling into the chamber.

Die Mischvorrichtung umfaßt einen Turbomischer 6 an sich bekannter Art, der über eine in einem Tragrohr 7a gelagerte Welle 7 mit einem Rotations-Antriebsaggregat 8 verbunden ist und infolge einer sphärischen Lagerung 10 eine räumliche Pendel bewegung gemäß Pfeil P1 bzw. längs einer Kegelmantelfläche 9 und damit innerhalb des Behandlungsgutes eine Kreisbewegung mit Erfassung verschiedener Gutbereiche ausführen kann. Eine zweckentsprechende Pendel-Antriebsvorrichtung mit Kreuzschlitten 40 und zwei aneinander rechtwinklig verschiebbar gelagerten, mit dem Tragrohr 7a verbundenen Führungs- und Linear-Antriebsele menten 41, 42 ist in Fig. 7 angedeutet. Mit einer solchen Vorrichtung können praktisch beliebige ebene Bewegungsbahnen des Mischorgans im Behandlungsgut erreicht werden, z. B. auch elliptische Bahnen zur Anpassung an entsprechende Behälter querschnitte. The mixing device comprises a turbo mixer 6 of a known type, which is connected via a shaft 7 mounted in a support tube 7 to a rotary drive unit 8 and, as a result of a spherical bearing 10, a spatial pendulum movement according to arrow P 1 or along a conical lateral surface 9 and thus can execute a circular movement with detection of different areas of the good within the material to be treated. An appropriate pendulum drive device with cross slide 40 and two mutually perpendicularly slidably mounted, with the support tube 7 a connected guide and linear drive elements 41, 42 is indicated in Fig. 7. With such a device practically any plane movement paths of the mixing element in the material to be treated can be achieved, for. B. also elliptical tracks to adapt to corresponding container cross sections.

Vermöge einer längsverschiebbaren Lagerung des Tragrohres 7a und eines nicht näher dargestellten Hub- und Senkantriebes kann der Turbomischer 6 und der anschließende Abschnitt von Welle 7 und Tragrohr 7a im Betrieb aus dem Mikrowellenbereich heraus und in eine an der Kammerwandung vorgesehene Schutzhaube 11 eingefahren werden. Demgemäß können diese Elemente ohne Rücksicht auf die mikrowellenbezogenen Materialeigenschaften ausgeführt werden. Im eingefahrenen Zustand der Mischvorrichtung wird die Schutzhaube gegen den Mikrowellenraum durch einen mit Antriebszylindern 13 verbundenen Schieber 12 abgeschlossen.Due to the longitudinally displaceable mounting of the support tube 7 a and a lifting and lowering drive, not shown in detail, the turbomixer 6 and the subsequent section of the shaft 7 and support tube 7 a can be moved out of the microwave area during operation and into a protective hood 11 provided on the chamber wall. Accordingly, these elements can be made regardless of the microwave-related material properties. In the retracted state of the mixing device, the protective hood against the microwave space is closed by a slide 12 connected to drive cylinders 13 .

Fig. 3 zeigt dagegen eine Mischvorrichtung 14 mit Turbomischer 16, Welle 17 und Tragrohr 17a aus bezüglich der Mikrowelle absorp tions- und/oder reflexionsarmem Material. Diese Ausführung macht ein Verfahren der Mischvorrichtung entbehrlich. Außerdem ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß der Mischvorgang während der Mikrowellenbeaufschlagung aufrechterhalten werden kann. Fig. 3 shows, on the other hand, a mixing device 14 with turbo mixer 16 , shaft 17 and support tube 17 a with respect to the microwave absorption and / or low reflection material. This embodiment makes a method of the mixing device unnecessary. In addition, there is the essential advantage that the mixing process can be maintained during the microwave exposure.

Fig. 4 zeigt eine Mischvorrichtung 24 entsprechend Fig. 1 und 2, jedoch mit einem Turbomischer 26, der zwei zueinander gegensinnig wirkenden Turboelementen 26a, 26b zur Erzeugung sich über lagernder Wirbelströmungen in der Behälterladung. Wie die angedeuteten Strömungspfeile veranschaulichen, ergibt sich damit eine besonders wirksame Verwirbelung und Umwälzung des Behandlungsgutes. Fig. 4 shows a mixing device 24 corresponding to Figs. 1 and 2, but with a turbo mixer 26 , the two mutually opposing turbo elements 26 a, 26 b for generating overlapping vortex flows in the container charge. As the flow arrows indicated illustrate, this results in a particularly effective swirling and circulation of the material to be treated.

Die Ausführung nach Fig. 5 umfaßt eine Mischvorrichtung mit einem in die Behälterladung eintauchenden, balgartigen und elastisch expansionsfähigen Verdrängungselement 30. Der Innenraum dieses Elementes steht über ein am unteren Ende abgeschlossenes Trag- und Fluidspeiserohr 31 mit einer Speisevorrichtung 32 in Verbindung, die gemäß Doppelpfeil P3 zwischen einem Zuführ- und Abführzustand umsteuerbar ist. Durch aufeinanderfolgende Umsteuerung kann der Verdrängungskörper oszillierend zwischen der strichliert angedeuteten, kollabierten Form 30a und ihrer expandierten Form verstellt werden. Dadurch ergibt sich eine intensive Umwälzungsströmung im Behandlungsgut. Wegen der schlauchartigen, am Trag- und Fluidspeiserohr 31 eng anliegenden Form im kollabierten Zustand und begünstigt durch eine spitze Form des unteren Rohrendes kann der Verdrängungskörper z. B. in einen verfestigten Bodensatz des Behandlungsgutes eindringen und dieses verfestigte Material bei der anschließenden Expansion wirksam auflockern. Als Fluid kommt insbesondere ein inertes Gas in Betracht, das im Fall eines Lecks im Balgkörper keine schädlichen Einflüsse auf das Behandlungsgut ausüben kann. Ein besonderer Vorteil dieser Bauart ist der einfache Aufbau, der auch eine Ausführung in mikrowellenfestem Kunststoff begünstigt.The embodiment according to Fig. 5 comprises a mixing device with a plunging, bellows-like container in the charge and elastically expandable displacement member 30. The interior of this element is connected via a support and fluid feed tube 31 , which is closed at the lower end, to a feed device 32 which, according to double arrow P 3, can be switched between a feed and discharge state. By successive reversing, the displacement body can be adjusted oscillating between the dashed, collapsed shape 30 a and its expanded shape. This results in an intensive circulation flow in the material to be treated. Because of the hose-like, close to the support and fluid feed tube 31 shape in the collapsed state and favored by a pointed shape of the lower tube end, the displacer z. B. penetrate into a solidified sediment of the material to be treated and loosen this solidified material effectively in the subsequent expansion. In particular, an inert gas can be considered as the fluid, which in the event of a leak in the bellows body cannot exert any harmful effects on the material to be treated. A particular advantage of this design is the simple construction, which also favors a version made of microwave-proof plastic.

Die Einrichtung nach Fig. 6 umfaßt zwei durch die Fluid-Speise vorrichtung zueinander gegensinnig expandierend und kontrahierend aktivierbare Verdrängungselemente 30, 32. Diese Ausführung ermöglicht eine besonders intensive Materialumwälzung. The device according to FIG. 6 comprises two displacement elements 30, 32 which can be activated and contracted in opposite directions by the fluid-feeding device. This version enables particularly intensive material circulation.

Die bereits erläuterte Pendel-Antriebsvorrichtung 40 gemäß Fig. 7 kann in Verbindung mit einer schwenkbaren Lagerung des Trag organs, etwa gemäß Fig. 1, auch für die Mischvorrichtungen nach Fig. 5 und 6 angewendet werden.The already described pendulum drive device 40 according to FIG. 7 can also be used for the mixing devices according to FIGS. 5 and 6 in connection with a pivotable mounting of the support member, for example according to FIG. 1.

Die Einrichtung nach Fig. 8 umfaßt zwei in die Behälterladung eintauchende, scheiben- oder plattenförmige Mischorgane 50 und 51, die durch eine Tragstange 53 mit einer im Winkel, vorzugsweise im wesentlichen quer zur Scheiben- bzw. Plattenebene gerichtet oszillatorisch wirkenden Antriebsvorrichtung 54 verbunden sind. Einfache, z. B. membranartige Rückschlagventile 52 sorgen bei der oszillierenden Hubbewegung für einen inten siven Mischvorgang des Behandlungsgutes. Dies gilt noch verstärkt für eine Ausführung nach Fig. 9, bei der die Mischvorrichtung mindestens zwei zueinander gegensinnig oszillierend angetriebene Mischorgane 60, 62 aufweist. Zugehörige Trag- und Antriebsorgane 63 bzw. 64 sind teleskopartig ausgebildet und ermöglichen die entsprechenden unabhängigen Hubbewegungen der Mischorgane.The device according to FIG. 8 comprises two disk-shaped or plate-shaped mixing elements 50 and 51 which are immersed in the container load and which are connected by a support rod 53 to a drive device 54 which acts in an oscillating manner and is oriented essentially at right angles to the plane of the disk or plate. Simple, e.g. B. membrane-like check valves 52 ensure an intensive mixing process of the material to be treated in the oscillating stroke movement. This applies even more to an embodiment according to FIG. 9, in which the mixing device has at least two mixing elements 60, 62 driven to oscillate in opposite directions. Associated support and drive members 63 and 64 are telescopic and enable the corresponding independent lifting movements of the mixing members.

Die Einrichtung nach Fig. 10 umfaßt zwei an der Innenwandung des Behälters 1 angeordnete und mit der Behälterladung in Berührung stehende, balgartige und elastisch expansionsfähige Verdrän gungselemente 70, 72. Auch hier sind die Innenräume der Verdrän gungselemente über Anschlüsse 71 bzw. 73 mit zueinander gegen sinnig zwischen einem Zuführzustand und einem Abführzustand umsteuerbaren Fluid-Speisevorrichtungen verbunden. The apparatus of Fig. 10 includes two disposed on the inner wall of the container 1 and stationary with the container charge in contact, and elastic bellows-like expandable Verdrän supply elements 70, 72. Here, too, the interiors of the displacement elements are connected via connections 71 and 73, respectively, to fluid feed devices which can be reversed in a mutually sensible manner between a supply state and a discharge state.

Das Verdrängungselement 70 erstreckt sich in Umfangsrichtung längs der zylindrischen Behälterwandung und bewirkt eine Verlagerung der Materialbereiche in mittlerer Höhe des Behälters. Das Verdrängungselement 72 ist im Bodenbereich des zylinderartigen Behandlungsgutbehälters angeordnet und bewirkt eine Umwälzung in den untenliegenden Materialbereichen.The displacement element 70 extends in the circumferential direction along the cylindrical container wall and causes the material regions to be displaced in the middle height of the container. The displacement element 72 is arranged in the bottom area of the cylinder-like treatment goods container and causes circulation in the material areas below.

Claims

1. A method for microwave treatment, in particular for melting and / or dissolving, in a container Lichen, flowable or plastically deformable materials, characterized in that at least one material charge is applied essentially holistically with a microwave field and that within at least one Part of the charge during the microwave exposure or following such exposure a preferably revolutionary material shift between different areas of the microwave field is generated.

2. Device for microwave treatment, in particular for Melting and / or dissolving, in a container Liche, flowable or plastically deformable Materials with a container Microwave chamber, in particular for carrying out the A method according to claim 1, characterized in that a retractable and extendable with respect to the microwave chamber and in the retracted state with the container load in Active connection settable mixing device is provided.

3. Device for microwave treatment, especially for Melting and / or dissolving, in a container Liche, flowable or plastically deformable Materials with a container Microwave chamber, in particular for carrying out the A method according to claim 1, characterized in that one engaging in the microwave chamber and in its in this chamber engaging section microwave safe trained, preferably at least partially regarding the microwave absorption and / or reflection poor material existing and with the container load in Active connection settable mixing device is provided.

4. Device according to claim 2 or 3, characterized in that the mixing device at least one rotating Mixing device with at least two in opposite directions acting turbo elements to generate themselves at least partially overlapping eddy currents in the container has charge.

5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized characterized in that the mixing device at least one in the container load is immersed, bellows-like and elastic has expandable displacement element, the Interior with one between a supply condition and one Removable state reversible fluid feed device connected is.

6. Device according to claim 5, characterized in that the mixing device at least two through the fluid Feeder expanding in opposite directions and has contracting activatable displacement elements.

7. Device according to one of claims 2 to 6, characterized characterized in that the mixing device at least one in immersing, loading or disc-loading the container load has shaped mixing element which is at an angle, preferably essentially transverse to the disc or Plate level directed oscillatory drive device is connected.

8. Device according to one of claims 5 to 7, characterized characterized in that the mixing device at least two Mixing elements driven oscillating in opposite directions to one another having.

9. Device according to one of claims 2 to 8, characterized characterized in that the mixing device with at least one Mixing element that can be put into operative connection with the container load which engages in the microwave chamber the and connected with a pendulum drive device Support or drive shaft is arranged.

10. Device according to one of claims 2 to 9, characterized characterized in that the mixing device at least one the inner wall of the container arranged and with the Container load in contact, bellows and has an elastically expandable displacement element, whose interior with a between a supply state and a discharge state reversible fluid feed device connected is.

11. The device according to claim 10, characterized in that at least one hose-like, extending along the container inner wall, preferably in the circumferential direction of a cylinder The elastic tank expanse the tank wall sionable displacement element is provided.

12. The device according to claim 10 or 11, characterized records that at least one in the bottom area of a arranged cylinder-like treatment goods container, elastically expandable displacement element is provided.