DEP0008857DA - Hochfrequenzerwärmungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenzerwärmungseinrichtung, in der ein hochfrequentes elektrisches Feld erzeugt und der zu behandelnde Gegenstand diesem Feld ausgesetzt wird, wobei vorzugsweise Schwingungen mit einer in Luft gemessenen Wellenlänge von weniger als 10 m angewendet werden. Solche Einrichtungen dienen beispielsweise dazu, um organische oder anorganische Massen zu erwärmen, zu schmelzen, zu trocknen, zu kochen oder zu entkeimen. Um Behandlungsgut, das schon in kaltem Zustande nicht formhaltig ist oder während der Behandlung erweicht oder verflüssigt wird, z. B. Flüssigkeiten oder Schüttgut, in den Feldraum bringen zu können, muss man es in Behälter füllen und in diesen in das Gerät einsetzen. Die Erfindung zielt darauf ab, eine solche gegenseitige Anordnung des Behälters und der zur Felderzeugung notwendigen Elektroden zu finden, dass unabhängig von dem Zustand und der Menge des im Behälter befindlichen Behandlungsgutes eine möglichst gute Ausnutzung der Feldenergie für den Wärmeumsatz gewährleistet ist.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass gemäss der Erfindung der napf-, trog- oder rinnenförmig ausgebildete Behälter in dem von einem Kondensator erzeugten Hochfrequenzfeld derart angeordnet wird, dass die elektrischen Feldlinien im wesentlichen parallel zur freien Oberfläche des Behandlungsgutes verlaufen und die Elektroden an der Seitenwand des Behälters unmittelbar anliegen oder einen Teil derselben bilden. Man erreicht dadurch, dass der auf das Behandlungsgut entfallende Anteil am Kondensatorfeld stets den grösstmöglichen Wert annimmt und von dem Füllungsgrad des Behälters sowie etwaigen, während der Behandlung auftretenden Aenderungen des Rauminhaltes des beispielsweise quellenden oder schwindenden Behandlungsgutes nur wenig beeinflusst wird.

Es ist bereits bekannt, Flüssigkeiten, deren Verhalten im elektrischen Hochfrequenzfeld untersucht werden sollte, in Probierröhrchen von kreisförmigem Querschnitt zu füllen und diese zwischen ebenen kreisförmigen Kondensatorplatten zu halten, deren Abstand etwa das dreifache des Durchmessers der Probierröhrchen betrug (vgl. Hochfrequenztechnik und Elektroakustik 42 (1933) 190). Bei dieser Anordnung verlaufen zwar die elektrischen Kraftlinien des Kondensatorfeldes ebenfalls parallel zum Flüssigkeitsspiegel, jedoch ist weder erkannt worden, dass sich aus diesem Umstand Nutzen ziehen lässt, noch ist die Anordnung so beschaffen, dass sich ein solcher Nutzen auswirken könnte, weil die Länge der Luftspalte zwischen den Kondensatorelektroden und dem Behandlungsgut die Länge des Kraftlinienfeldes innerhalb des Behandlungsgutes bei weitem übertrifft.

Das Wesen der Erfindung und der durch sie erzielte Fortschritt sollen nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert werden. In Abb. 1 befindet sich das Behandlungsgut 1 in einem würfelförmigen, oben offenen Behälter 2 von z. B. 10 cm Seitenlänge, der unter Freilassung je eines Luftspaltes 3, 4 von 1 cm Länge zwischen den parallelen ebenen Kondensatorelektroden 5, 6 eingesetzt ist. Die mit 7 bezeichnete freie Oberfläche des Behandlungsgutes verläuft im wesentlichen parallel zur Richtung des elektrischen Feldes. Wenn man davon ausgeht, dass das Behandlungsgut eine grössere Leitfähigkeit und/oder Dielektrizitätskonstante hat als Luft, so erkennt man, dass die Feldstärke in den Luftspalten grösser seine muss als im Behandlungsgut. Von der zwischen den Kondensatorelektroden wirksamen Spannung wird ein als Verlust zu bewertender Teil verbraucht, um das elektrische Feld durch die Luftspalte zu treiben, während der Rest zur Verfügung steht, um das Feld in dem Behandlungsgut zu erzeugen, und dieser Rest allein führt die gewünschte Erwärmung des Behandlungsgutes herbei. Je länger man den Luftspalt macht, desto grösser ist bei gleichbleibender Spannung zwischen den Kondensatorplatten der auf die Luftspalte entfallende Anteil der Kondensatorspannung. Da die Kondensatorelektroden gemäss der Erfindung an der Behälterwand unmittelbar anliegen, wie in Abb. 2 es veranschaulicht, oder sogar einen Teil der Behälterwand bilden, werden die Luftspalte auf den kleinstmöglichen Betrag verringert und es wird die Ausnutzung der Feldenergie für den Wärmeumsatz auf ein Höchstmass gesteigert. In vielen Fällen ist es nicht zulässig, das Behandlungsgut mit den metallischen Kondensatorelektroden ind Berührung zu bringen, so dass man davon absehen muss, einen Teil der Gefässwand als Kondensatorelektroden auszubilden. Dann kann man den Spannungsabfall in den zwischenräumen zwischen dem Behandlungsgut und den Kondensatorelektroden, welche im wesentlichen durch die Gefässwände ausgefüllt sind, dadurch klein halten, dass man zumindest diesen Teil des Behälters aus einem Werkstoff herstellt, dessen Dielektrizitätskonstante mit derjenigen des Behandlungsgutes wenigstens grössenordnungsmässig gleich ist.

Damit sind jedoch die durch die Erfindung erreichten Vorteile nicht erschöpft. Es kommt nämlich hinzu, dass sich an der Aufteilung der Feldstärke nichts ändert, wann der Behälter weniger hoch gefüllt ist, also beispielsweise das Behandlungsgut durch die Erwärmung zusammenschrumpft oder schwindet. Dies ist eine Folge davon, dass die elektrischen Feldlinien parallel zur freien Oberfläche des Behandlungsgutes verlaufen.

Die Tragweite dieses Umstandes ermisst man am besten durch einen Vergleich mit einer Anordnung, die man erhält, wenn man die Kondensatorplatten gemäss Abb. 3 um 90° derart versetzt, dass die Feldrichtung im wesentlichen senkrecht zur freien Oberfläche des Behandlungsgutes verläuft. Solange der Behälter 2 bis zum Rand gefüllt ist und die Luftspalte dieselbe Länge haben, ändert sich hinsichtlich des Hochfrequenzspannungsgefälles im Kondensatorraum und der Grösse der Kapazität der Kondensatoranordnung praktisch nichts gegenüber den Verhältnissen in einer Anordnung nach Abb. 1. Füllt man jedoch den Behälter nur bis zur halben Höhe oder betrachtet man die Anordnung in einem Zeitpunkt, in welchem das Behandlungsgut infolge eines durch die Behandlung bewirkten Schwundes nurmehr halb so hoch, das ist für das gewählte Zahlenbeispiel 5 cm hoch, in dem Behälter steht, so sieht der Verlauf des Hochfrequenzspannungsgefäl- les im Kondensatorraum wesentlich anders aus, das der obere Luftspalt 3 von 1 cm auf 6 cm angewachsen ist und die Summe beider Luftspalte jetzt 7 cm beträgt, während die Schichthöhe des Behandlungsgutes von 10 cm auf 5 cm abgenommen hat. Infolgedessen wird ein erheblich grösserer Teil der zwischen den Kondensatorelektroden wirksamen Hochfrequenzspannung zur Ueberwindung der Luftspalte durch das elektrische Feld verbraucht und es entfällt nur ein entsprechend kleinerer Teil der Spannung auf das Behandlungsgut. Da der Leistungsumsatz im Behandlungsgut dem Quadrat des darauf entfallenden Spannungsabfalls verhältnisgleich ist, zieht in der Anordnung des Behandlungsgutes nach Abb. 3 die unvollständige Ausfüllung des Behälters eine beträchtliche Verringerung des Leistungsumsatzes nach sich, während die gemäss der Erfindung gewählte Anordnung nach Abb. 2 frei von diesen Nachteilen ist.

Geht man davon aus, dass die Luftspalte 3 und 4 im Falle der Abb. 3 bei vollem Behälter vernachlässigbar kurz sind und der obere Luftspalt 3 infolge des Schwindens des Behandlungsgutes auf 5 cm anwächst, so wird der Unterschied des Leistungsumsatzes noch wesentlich krasser als bei Annahme einer Luftspaltlänge von 1 cm. Man sieht daraus, dass auch die unmittelbare Auflage der Elektroden am Behälter wohl beim Gegenstand der Erfindung, nicht aber in einer davon abweichenden Anordnung gemäss Abb. 3 einen Vorteil bedeutet.

Die Form des Behälters 2 ist für das Ergebnis der vorstehend mitgeteilten Ueberlegungen ohne Bedeutung.

Claims (1)

1. Hochfrequenzerwärmungseinrichtung, bei welcher das Behandlungsgut sich in einem hochfrequenten Kondensatorfeld befindet, dadurch gekennzeichnet, dass ein das Behandlungsgut aufnehmender napf- trog- oder rinnenförmiger Behälter zwischen den das Hochfrequenzfeld erzeugenden Kondensatorelektroden derart angeordnet ist, dass die elektrischen Feldlinien im wesentlichen parallel zur freien Oberfläche des Behandlungsgutes verlaufen und die Kondensatorelektroden an der Seitenwand des Behälters unmittelbar anliegen oder einen Teil derselben bilden.