DE69123001T2 - Elektronischer Verbrennungsofen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mikrowellen- Verbrennungsofen mit einem Heizelement, insbesondere einen Mikrowellen-Verbrennungsofen zum Schmelzen eines zu erwärmenden Objekts oder Gegenstands unter Verwendung eines Heizelements&sub1; das bei Bestrahlung mit Mikrowellen eine hohe Temperatur erzeugt.
• Für die Erwärmung eines Gegenstands unter Anwendung von Mikrowellen wurde bisher verbreitet ein Mikrowellenofen bzw. herd benutzt. Der Mikrowellenherd dient jedoch hauptsächlich zum Garen von Nahrungsmitteln, etwa zum Wiedererwärmen oder Auftauen (derselben); mit einem solchen Mikrowellenherd ist es daher nicht möglich, den zu erwärmenden und zu beseitigenden (wasted) Gegenstand zu erwärmen, zu schmelzen und dann zu beseitigen (waste) und zu entsorgen, weil es bei den herkömmlichen Geräten schwierig war, die Temperatur des zu erwärmenden Gegenstands in dem Maße zu erhöhen, daß der Gegenstand beseitigt bzw. vernichtet wird.
• Die die Grundlage für den Oberbegriff von Anspruch 1 darstellende US-A-4 822 966 offenbart einen Mikrowellenofen oder -herd, in welchem ein Kohlenstoffpulver enthaltendes Mikrowellenenergieabsorbiermedium mit Mikrowellen bestrahlt wird, um eine hohe Temperatur zu erreichen.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Lösung der geschilderten Probleme bei den herkömmlichen Geräten und die Bereitstellung eines Heizelements, das durch bzw. bei Bestrahlung mit einer Mikrowelle eine hohe Temperatur erzeugt, sowie eines Mikrowellen-Verbrennungsofens zum Erwärmen des zu erwärmenden und zu beseitigenden Gegenstands unter Nutzung der durch das Heizelement generierten hohen Temperatur.
• Gegenstand dieser Erfindung ist demgemäß ein Mikrowellen-Verbrennungsofen, umfassend:
• einen Aufnahmeabschnitt zum Aufnehmen von zu erwärmenden Gegenständen,
• mindestens einen Mikrowellengenerator und
• eine Anzahl von im Aufnahmeabschnitt angeordneten Heizelementen, wobei jedes Heizelement Kohlenstoffpulver enthält und der mindestens eine Mikrowellengenerator angeordnet ist zum Bestrahlen der Heizelemente im Aufnahmeabschnitt mit Mikrowellenstrahlung, um deren Temperatur für das Erwärmen der Gegenstände zu erhöhen, der dadurch gekennzeichnet ist,
• das Kohlenstoffpulver der Heizelemente in einem evakuierten Zustand innerhalb eines warmfesten Werkstoffs eingesiegelt ist.
• Im folgenden ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten zeichnungen erläutert, in denen zeigen:
• Fig. 1 eine teilweise weggebrochene perspektivische Darstellung des Gesamtaufbaus eines ein Heizelement verwendenden Mikrowellen-Verbrennungsofens gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung,
• Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der Ausgestaltung des Hochtemperatur-Heizelements,
• Fig. 3 eine Draufsicht zur Veranschaulichung der Anordnung eines in einen Aufnahmeabschnitt des Mikrowellen- Verbrennungsofens eingebauten Mikrowellengenerators und
• Fig. 4 und 5 eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht einer Absaugvorrichtung und einer Abgasreinigungsvorrichtung, die an der Peripherie des Aufnahmeabschnitts montiert bzw. eingebaut sind.
• Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Darstellung des Gesamtaufbaus des Mikrowellenofens 2 zum Erwärmen und Beseitigen (wasting) eines zu erwärmenden und zu beseitigenden Gegenstands sowie (mit) einer Anzahl von zum Erwärmen des Gegenstands dienenden Heizelementen 1 gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mikrowellen-Verbrennungsofens.
• Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung einer Ausgestaltung des hohe Temperatur erzeugenden Heizelements 1, bei dem ein Gemisch 12 aus Kohlenstoffpulver und Aluminiumoxidpulver in einem Vakuumzustand in ein Quarzrohr 11 eingefüllt ist. An beiden Endabschnitten des Quarzrohrs 11 ist jeweils Quarzwolle 13 zum Abdichten oder Einsiegeln des 24 Gemisches 12 eingefüllt; die beiden Enden des Quarzrohrs 11 sind verschlossen bzw. versiegelt. Das Quarzrohr 11 kann einen Durchmesser von etwa 8 mm und eine Länge von etwa 100 mm aufweisen.
• Wenn die Mikrowelle einer hohen Frequenz von etwa 2450 MHz, wie sie gewöhnlich bei einem elektronischen Herd o.dgl. eingesetzt wird, auf das Heizelement 1 aufgestrahlt wird, wird hauptsächlich das Kohlenstoffpulver aufgrund einer dielektrischen Heiz- oder Erwärmungsfunktion auf eine hohe Temperatur erwärmt. Durch Einstellen eines Mischungsverhältnisses von Kohlenstoff- und Aluminiumoxidpulver kann die generierte Temperatur innerhalb eines Bereichs von etwa 30ºC bis etwa 1600ºC eingestellt werden. Die Schmelztemperatur des Quarzrohrs beträgt dabei etwa 1200ºC. Wie erwähnt, ändert sich die Temperatur des Heizelements in Abhängigkeit vom Mischungsverhältnis; die folgende Tabelle veranschaulicht die Versuchsergebnisse, welche die Beziehung zwischen der verstrichenen Zeit, in welcher das Gemisch 12 mit etwa 30 g auf die Temperatur im Bereich von etwa 600 - 700ºC erwärmt wird, und dem Mischungsverhältnis (Volumenverhältnis) zeigen.
• Aus obiger Tabelle geht folgendes hervor: Wenn kein Aluminiumoxidpulver vorhanden ist, erreicht das Heizelement die angegebene hohe Temperatur von 600 - 700ºC in nur einer Minute; mit erhöhtem Anteil an Aluminiumoxidpulver verlängert sich aber auch die Zeit, die bis zum Erreichen der vorbestimmten Temperatur nötig ist. Dies bedeutet, daß das Aluminiumoxidpulver eine Funktion zum Begrenzen eines abrupten Anstiegs (increment) der Temperatur des Heizelements und zum Erhalten der Temperatur des Heizelements erfüllt. Wenn weiterhin der Anteil an Aluminiumoxidpulver gegenüber dem Kohlenstoffpulver erhöht wird, wird nicht nur eine spätere (vermutlich: niedrigere) Temperaturanstiegsgeschwindigkeit erreicht, vielmehr kann auch die erreichte Temperatur auf etwa 400 - 500ºC begrenzt werden.
• Der Aufbau des Verbrennungsofens 2 umfaßt hauptsächlich einen kastenförmigen Aufnahmeabschnitt 3 zum Aufnehmen eines zu erwärmenden Gegenstands, zwölf am Boden des Aufnahmeabschnitts 3 angeordnete Heizelemente 1, einen Mikrowellengenerator 4 (Fig. 3), z.B. ein Magnetron, eine Absaugvorrichtung 5 zum Absaugen eines bei der Verbrennung entstehenden Gases, wie Kohlendioxid, mittels einer (nicht dargestellten) Vakuumpumpe, eine aus einem Mikrowellengenerator 61 und einem Hochtemperatur-Heizelement 62 bestehende Abgasreinigungsvorrichtung 6, die in der Absaug 6 strecke der Absaugvorrichtung 5 angeordnet ist, einen Abwerfmechanismus 7 zum Abwärts-Abwerfen von (nicht dargestellten) Rückständen (dregs) im bzw. aus dem Aufnahmeabschnitt 3 und einen Zertrümmerungsmechanismus 8 zum Zertrümmern oder Zermalmen der abgeworfenen Rückstände mittels Zahnrädem bzw. -walzen.
• Die Innenwand des Aufnahmeabschnitts 3 besteht z.B. aus nichtrostendem Stahl; sein Bodenteil besteht aus zwei Klappen oder Türen 31 und 32, welche auf die durch Pfeile A und B gezeigte Weise um die Wellen 33 bzw. 34 drehbar sind. Die Wellen 33 und 34 sind fest mit Zahn- bzw. Kettenrädern 35 bzw. 36 verbunden, die durch eine Kette 37 miteinander verbunden sind. Wenn ein an der Welle 34 befestigter Handgriff 38 gegen die Federkraft einer Feder 39 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, werden die Türen 31 und 32 in Richtung der Pfeile A bzw. B gedreht bzw. verschwenkt, wobei die auf dem Bodenteil des Aufnahmeabschnitts angesammelten (nicht dargestellten) Rückstände abgeworfen werden. Die Bodenfläche des Aufnahmeabschnitts ist mit einem wärmebeständigen Werkstoff, wie Asbest, belegt; die mehreren Heizelemente sind an dem wärmebeständigen Werkstoff mit Hilfe eines wärmebeständigen Klebstoffs befestigt.
• Gemäß Fig. 3 sind Magnetrongeneratoren 4A und 4B als Enrgiequelle zum Erwärmen der Hochtemperatur-Heizelemente vorgesehen. Bei einem normalen Mikrowellenherd ist ein einziger Magnetrongenerator eingebaut; bei Verwendung von zwei oder mehr Magnetrongeneratoren im Mikrowellenherd erwies es sich als sehr schwierig, die mehreren Magnetrongeneratoren zweckmäßig so anzuordnen, daß zwischen ihnen keine Interferenz auftritt. Erfindungsgemäß sind die mehreren Magnetrongeneratoren gemäß Fig. 3 so angeordnet, daß die Achsen der Wellenleiterrohre 41 und 42, die jeweils mit der Ausgangsseite der Magnetrongeneratoren 4A bzw. 4B verbunden sind, einander unter einem Winkel θ schneiden. Dieser Winkel kann auf weniger als 90º eingestellt sein. Der Magnetron-6 generator 4 kann die üblicherweise bei einem normalen elektronischen Herd eingesetzte Mikrowelle der Frequenz von 2450 MHz abstrahlen. Als Stromquelle für den Generator 4 wird eine übliche Stromquelle für den normalen elektronischen Herd verwendet, so daß auf ihre Erläuterung verzichtet werden kann.
• Im Verbrennungsofen entstehender Rauch, wie Kohlendioxid, Dampf o.dgl. wird mittels einer (nicht dargestellten) Vakuumpumpe über einen Raucheinlaß 51 in der Seitenwand des Aufnahmeabschnitts 3 in eine(n) Leitung oder Kanal 52 eingesaugt. Der über den Raucheinlaß 51 in den Kanal 52 eingesaugte Rauch wird weiter durch ein durch den Magnetrongenerator 61 der Abgasreinigungsvorrichtung 6 angesteuertes Heizelement 62 verbrannt; infolgedessen wird der Rauch gereinigt und (dann) nach außen entlassen. Der abgesaugte Rauch wird dabei auf eine hohe Temperatur von etwa 700ºC erwärmt; folglich wird Gas, wie Kohlenmonoxid, zu einem unschädlichen Gas (Kohlendioxid) oxidiert, während auch Keime sterilisiert (abgetötet) werden.
• Die abgeworfenen Rückstände werden bei Drehung der Zahnwalzen 81 und 82 des Zertrümmerungsmechanismus 8 zermalmt. Da die Achse der einen Zahnwalze 82 in dem als Langloch ausgebildeten Lager gelagert bzw. geführt ist, kann durch Verschiebung der Achse im Langloch eine Zerstörung der Zahnwalzen 81 und 82 auch dann vermieden werden, wenn ein durch die Zahnwalzen schwierig zu zermalmendes (oder zu zerkleinerndes) Material zwischen erstere eingeführt wird. Die Zahnwalzen 81 und 82 werden durch einen Antriebsmotor 9 angetrieben.
• Die Betriebstemperatur des Hochtemperatur-Heizelements kann in an sich bekannter Weise unter Verwendung eines (nicht dargestellten) Temperatursensors geregelt werden.
• Das Heizelement kann kreisrund oder plattenförmig ausgebildet sein.
• Darüber hinaus ist es möglich, zumindest Kohlenstoffpulver oder das Gemisch aus Kohlenstoff- und Aluminiumoxidpulver in einem solchen Quarzwerkstoff zu dispergieren. Außerdem kann auch das Heizelement teller- oder pfannenförmig ausgebildet sein. Weiterhin ist es möglich, mehr als zwei Mikrowellengeneratoren vorzusehen.
• Wie vorstehend beschrieben, wird erfindungsgemäß durch Verwendung eines Hochtemperatur-Heizelements aufgrund der Bestrahlung mit Mikrowelle einfach und schnell eine hohe Temperatur erreicht. Infolgedessen können benutzte Gaze, aus Papier bestehende chirurgische Operationsartikel, eine benutzte Injektionsnadel, ein für die Dialyse mit künstlicher Niere benutztes Filter sowie bei einer chirurgischen Operation entfernte Organe, wie sie in medizinischen Einrichtungen (Kliniken usw.) anfallen, sowie rohe Küchenabfälle einfach verbrannt werden.

Claims (9)

1. Mikrowellen-Verbrennungsofen (2), umfassend:

einen Aufnahmeabschnitt (3) zum Aufnehmen von zu erwärmenden Gegenständen,

mindestens einen Mikrowellengenerator (4) und

eine Anzahl von im Aufnahmeabschnitt (3) angeordneten Heizelementen (1), wobei jedes Heizelement (1) Kohlenstoffpulver (12) enthält und der mindestens eine Mikrowellengenerator (4) angeordnet ist zum Bestrahlen der Heizelemente (1) im Aufnahmeabschnitt (3) mit Mikrowellenstrahlung, um deren Temperatur für das Erwärmen der Gegenstände zu erhöhen, dadurch gekennzeichnet, daß

das Kohlenstoffpulver der Heizelemente (1) in einem evakuierten Zustand innerhalb eines warmfesten Werkstoffs (11) eingesiegelt ist.

2. Ofen nach Anspruch 1, ferner umfassend:

mindestens ein zusätzliches Heizelement (62) mit Kohlenstoffpulver (12), das in einem evakuierten Zustand innerhalb eines warmfesten Werkstoffs (11) eingesiegelt ist, und

einen Mikrowellengenerator (61) zum Bestrahlen des oder jedes zusätzlichen Heizelements zur Erhöhung seiner bzw. ihrer Temperatur,

wobei das oder jedes zusätzliche Heizelement (62) zum Reinigen von Rauch und/oder Gas, der bzw. das von den Gegenständen emittiert wird, in einem Kanal (52) angeordnet ist, der über einen Raucheinlaß (51) mit dem Aufnahmeabschnitt (3) in Verbindung steht.

3. Ofen nach Anspruch 2, ferner umfassend eine Absaugvorrichtung zum Absaugen von Rauch und/oder Gas aus dem Aufnahmeabschnitt (3) in den Kanal (52).

4. Ofen nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Heizelemente (1, 62) zusätzlich zum Kohlenstoffpulver weiterhin Aluminiumoxidpulver enthalten.

5. Ofen nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der warmfeste Werkstoff ein Quarzrohr (11) ist.

6. Ofen nach Anspruch 5, ferner umfassend an beiden Enden des Quarzrohrs angeordnete Quarzwolle (13).

7. Ofen nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend im Boden des Aufnahmeabschnitts (3) vorgesehene Türen bzw. Klappen (31, 32) zum Abwerfen der Rückstände der erwärmten Gegenstände.

8. Ofen nach Anspruch 7, wobei die mehreren Heizelemente (1) an den Türen bzw. Klappen (31, 32) montiert sind.

9. Ofen nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Zertrümmerungsmechanismus zum Zertrümmern oder Zermalmen der Rückstände der erwärmten Gegenstände.