EP2604090A1 - Method for uniformly heating products by means of a high-frequency electromagnetic alternating field - Google Patents

Method for uniformly heating products by means of a high-frequency electromagnetic alternating field

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Publication number
EP2604090A1
EP2604090A1 EP11758377.3A EP11758377A EP2604090A1 EP 2604090 A1 EP2604090 A1 EP 2604090A1 EP 11758377 A EP11758377 A EP 11758377A EP 2604090 A1 EP2604090 A1 EP 2604090A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
products
tube
electrodes
heating
heating volume
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11758377.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Pfeiffer
Peter Eisner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP2604090A1 publication Critical patent/EP2604090A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/46Dielectric heating
    • H05B6/60Arrangements for continuous movement of material
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A23FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23LFOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L3/00Preservation of foods or foodstuffs, in general, e.g. pasteurising, sterilising, specially adapted for foods or foodstuffs
    • A23L3/005Preservation of foods or foodstuffs, in general, e.g. pasteurising, sterilising, specially adapted for foods or foodstuffs by heating using irradiation or electric treatment
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A23FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23LFOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L3/00Preservation of foods or foodstuffs, in general, e.g. pasteurising, sterilising, specially adapted for foods or foodstuffs
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    • A23L3/01Preservation of foods or foodstuffs, in general, e.g. pasteurising, sterilising, specially adapted for foods or foodstuffs by heating using irradiation or electric treatment using microwaves or dielectric heating
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    • A23L3/00Preservation of foods or foodstuffs, in general, e.g. pasteurising, sterilising, specially adapted for foods or foodstuffs
    • A23L3/02Preservation of foods or foodstuffs, in general, e.g. pasteurising, sterilising, specially adapted for foods or foodstuffs by heating materials in packages which are progressively transported, continuously or stepwise, through the apparatus
    • A23L3/04Preservation of foods or foodstuffs, in general, e.g. pasteurising, sterilising, specially adapted for foods or foodstuffs by heating materials in packages which are progressively transported, continuously or stepwise, through the apparatus with packages on endless chain or band conveyors
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B6/02Induction heating
    • H05B6/10Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/46Dielectric heating
    • H05B6/62Apparatus for specific applications

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for the uniform heating of products, in particular of food, pharmaceutical and / or
  • Cosmetic products in which the products are heated by a high frequency alternating electromagnetic field.
  • Heating methods are used i.a. necessary for
  • Cans or glasses with vegetables, fruits, ready meals, stews or similar contents are usually heated in hot water and hot air or in autoclaves and thus preserved.
  • Sterilizing packaged products in autoclaves is initiated under pressure steam or hot water at temperatures above 120 ° C.
  • the steam transfers the energy to the outside of the cans. From there, a warming of the can interior takes place almost exclusively via heat conduction, so that the products have reached the desired final temperature in the middle of the preserve only after 30 to 60 minutes.
  • Products that need to be heated for pasteurization, sterilization or other reasons include:
  • Suspension in packaging such as jars, cans, Trays, foil bags, tubes, sausage skins, intestines, and others;
  • liquid medicinal food or other substances that need to be heated particularly evenly and gently.
  • HF Heating In addition to microwave heating, whose low penetration depth of 5 to 20 mm is not sufficient for uniform heating of the products mentioned above, the use of a high-frequency alternating field (HF Heating).
  • Conventional HF heaters consist of two parallel electrodes to which a
  • the packages may be transported by means of a suitable transport device through the space between the electrodes where the products are exposed to the high frequency electrical conductors for a sufficient period of time.
  • a suitable transport device To heat liquid or flowable products in a continuous process, they can be pumped through a tube made of an electrically insulating material, the so with electrodes
  • HF heating is a rapid and uniform and thus gentle heating of temperature-sensitive substances that are not or only poorly accessible to conventional heating in heat exchangers.
  • RF heating is widely chosen to deliver products throughout
  • Heat cross-section evenly e.g. with the aim of pasteurization, sterilization or the
  • the tube can be used for heating highly viscous, pasty liquids, suspensions or chunky goods (such as sausages) promoted. It also can
  • the heating volume is to be understood as meaning the spatial area between the electrodes of the HF heater, in which the products are heated by the coupled-in HF radiation. At different times, a different number of food packaging in the
  • Heating volume may be present. This results u. a. when a package enters the Erhitzerrange or the heating volume or from the
  • Packaging leads to a higher electrical load for the generator. Further load fluctuations occur when the electrical properties of the
  • Example in the food packaging keep to a predetermined value.
  • the regulation needs
  • the impedance adapter for electrical adaptation of the generator to the load is also used to control the power flow. But this adapter, also referred to as Matchbox or matching network, with electromechanically adjustable
  • Products in RF fields can be avoided or at least reduced.
  • the task is with the method and the
  • an RF field is to be understood as meaning an electromagnetic field in the frequency range between approximately 10 kHz and approximately 300 MHz, in which the products are heated by dielectric heating.
  • HF power generators that work with semiconductor technology (so-called semiconductor generators) surprisingly lower temperature fluctuations from product to product or packaging to packaging occur than in the previously used tube generators. This also applies correspondingly to flows in a heater tube. Also, a semiconductor generator is over
  • the impedance matching network is preferably equipped with electromechanically adjustable capacitances and inductances.
  • the products in the proposed method are continuously through the
  • Heating volume transported takes place in a liquid medium, preferably a liquid channel, which runs through the HF heater.
  • the electrodes of the HF heater are preferably arranged on both sides of the liquid channel.
  • a liquid for example, water can be used.
  • Heating volume and produced by any change in the product composition or number of products in the heating volume surprisingly significantly lower on the temperatures of
  • a more uniform heating of the products in a series is achieved with the lowest possible thermal load and at the same time ensuring complete pasteurization or sterilization.
  • a typical temperature rise of the products as they pass through the heating volume is from 25 ° C to 90 ° C during pasteurization and from 25 ° C to 125 ° C during sterilization.
  • the semiconductor generator In a further embodiment of the proposed method and the associated device is not the matching network to achieve a constant temperature of the products regulated, but the semiconductor generator itself.
  • an electronic control or regulation of the semiconductor generator can be an up or down rules of Power flow to the electrodes or a change in the electrode voltage can be performed, each resulting in a correspondingly rapid thermal response in the heating volume.
  • temperature inhomogeneities can be further reduced with appropriate control circuits.
  • temperature inhomogeneities in the product along the direction of flow may occur due to, for example, regular or irregular pulsation of the flow.
  • Residence time an average energy consumption of the product and thus the temperature increase can be calculated.
  • the adjustment of the power flow and the electrode voltage can also take place via the matchbox, i. the electrical
  • Capacitance and inductance matching network which measures the electrical impedance of the HF heater, for example an RF heater tube, with the load to be heated therein, i. the products promoted therein, to which the electric impedance of the generator adapts.
  • Control of the power flow can be used.
  • Semiconductor generator can be effectively countered.
  • the skilled person is able, with knowledge of the influence great to make an efficient and sufficiently fast control loop.
  • the regulation can also be applied to cases in which lumpy products, for example packaged foods, are transported through the heating volume.
  • the proposed device for carrying out the method comprises a heating volume with electrodes arranged on both sides, at least one high-frequency generator, which is connected to the electrodes via a matching network, and a transport device for transporting the products through the
  • the high frequency generator is formed in the proposed device as a semiconductor generator.
  • the heating volume can be formed in one embodiment by a liquid channel or a portion of a liquid channel through which the products with the transport device
  • the transport device can by a conveyor belt or similar
  • the heating volume can in another
  • Heater tube may be formed, are promoted by the liquid or flowable products.
  • the transport device can hereby be realized, for example, by a pump or another conveying element.
  • a reduction in the temperature inhomogeneities in the tube cross-section can also be achieved by an alternative embodiment of the device, in which the electrodes are shaped such that they are between their along the
  • This alternative embodiment can be realized both with a tube generator and with a semiconductor generator, wherein in combination with a semiconductor generator, however, a further improved temperature uniformity is achieved.
  • the devices described above also include a control of the matching network to adapt to changing loads and / or an electronic control of the output power of the semiconductor generator, each with the corresponding sensors for receiving the for the
  • Figure 1 shows an example of a device for
  • Figure 2 is a transverse and longitudinal section through a
  • Pipe / electrode assembly of an HF heater wherein the electrodes have a surface contour for improving the field strength distribution in the pipe cross-section.
  • control capability of the combination of the HF generator in semiconductor technology and the associated matchbox is added thereto
  • HF heater control used to set up an HF heater control, detects the fluctuations in the influencing variables already at the input of the HF heater tube and already starts to control them via a disturbance variable switch, before it has noticeably affected the product discharge temperature control variable.
  • FIG. 1 shows a highly schematic illustration of this
  • a HF heater tube 1 for flowable products which are conveyed through the tube with the two electrodes 2.
  • the electrodes 2 are connected via a matchbox 3 with a semiconductor generator 4, through which the high frequency is generated, which is coupled into the limited by the two electrodes 2 heating volume 7.
  • the product 8 is pumped through the heater tube 1 by means of a pump and heats up as it passes through the heating volume 7.
  • a pump for controlling heating, several are used in this example
  • the device comprises one or more sensors 9 for measuring Measured variables recorded.
  • the device comprises one or more sensors 9 for measuring Measured variables recorded.
  • one or more sensors 10 for detecting the inlet temperature one or more sensors 11 for detecting the electrical conductivity of the product, one or more sensors 12 for detecting the electrode voltage and one or more sensors 13 for detecting the outlet temperature.
  • the measured values of the product flow the
  • Inlet temperature, the electrical conductivity and the outlet temperature of the temperature control 6 are supplied, which is connected to the RF power control 5, which in turn the performance of
  • Semiconductor generator 4 controls accordingly.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the
  • Heater volume as a liquid-filled channel through which pieces or packages are transported.
  • Part of a) shows the cross section
  • An HF heater tube is a known type of high frequency heater.
  • This is a tube made of a dielectric material, which is acted upon by a high-frequency field and through the liquid, pasty food or food, which consist of particle suspensions, flow and are heated when flowing through.
  • the good control of the electric field strength in the cross section of the heater tube and the effective coupling of the RF field in the tube of great importance. They require a dielectrically well-controlled connection between the electrodes and the tube, which itself consists of an insulator material (plastic, glass, ceramic, combinations).
  • the electrodes are flat, made of metal
  • the electrodes are arranged on both sides of the heater tube and parallel to this.
  • the electrodes are connected via suitable connecting lines with the matchbox for impedance matching and power regulation and these in turn connected to the high-frequency generator as a voltage and energy source.
  • Electrode voltage for a desired field strength in the product as well as the good control of the field distribution in the tube are possible if completely filled with a moldable or flowable dielectric material, the gap between the electrodes and tube and thus an air gap is avoided.
  • a prerequisite for the effective function of such a filling is that the filling material has a permittivity number significantly greater than air and the dielectric losses of the material are very low.
  • the material must have sufficient thermal stability with respect to the temperatures prevailing at the heater tube. Particularly advantageously, this filling will at the same time create a firm connection between the electrons and the heater tube, for example by using a mass which is poured between the tube and the electrode and hardens there.
  • Electrodes and pipe wall The water is characterized by a high permittivity number and in the
  • An elastic potting compound is characterized by the fact that temperature gradients in the construction of pipe material, potting compound and electrode material no
  • An elastic or solid hardening potting compound which at the same time is a mechanically stable potting compound
  • Pipe wall and electrode surface are the design and in particular the profile of the electrodes for uniform heating of great importance.
  • Food heaters are two flat plates placed on both sides of the tube and parallel to it.
  • the electrical high-frequency field between the electrodes passes through the tube and the food flowing therein and leads to its heating.
  • the plate-shaped electrodes are mounted very close to the tube in order to minimize the electrode voltage required for rapid food warming, it turns out that the field distribution and the power input in the tube cross section become very inhomogeneous. This is especially true
  • Electrode surface over the center of the tube to the other Electrode surface (the axis of symmetry of the arrangement, which is perpendicular to the electrodes) reached.
  • the distribution of the electric field strength in the pipe cross-section can be controlled by suitable deformation of the electrodes or of the electrode surfaces facing the pipe, and thus the power input into the product in the pipe cross-section
  • FIG. 3 shows a cross section through a correspondingly designed one
  • the electrodes 2 then have a surface contour which has the greatest distance (electrode spacing 20 in FIG. 3) on the direct connection axis 19 from electrode to electrode and the smallest distance at the electrode edges (electrode spacing 21 in FIG. 3). , The smallest possible electrode spacing must be chosen so that sufficient electrical insulation for the
  • Electrodes are particularly advantageous in which the electrode width is 50% to 200% of the tube outer diameter, the electrode gap 20 is 100% to 120% of the tube outer diameter and the electrode gap 21 is 10% to 90% of the tube outer diameter.
  • the optimal distances must also depend on the geometric and dielectric ratios of the device,
  • dielectric properties of the tube material the tube wall thickness, the dielectric relationships in the space between the electrode surface and tube wall, z.
  • Figure 3 shows the embodiment of a tube electrode assembly that has been built and tested. This contour of the electrode surface has a width of 146% of the tube outer diameter, the
  • Electrode gap 20 is 100% and the electrode gap 21 is 37% of the tube outside diameter.
  • Working frequency of 27.12 MHz showed an almost ideal uniform field strength distribution and heating uniformity in the tube cross section.
  • effects similar to those of a firing glass can also be achieved in optics, so that the maximum of the energy density can be placed almost in every volume element in the product, for example on the tube axis.
  • the preparation of the electrode contours can be done by molding, by milling from a metal block or by bending a sheet.
  • the efficient dielectric coupling of electrodes and tube is preferably carried out by a dielectric filling compound, as described above.
  • Another aspect that affects the uniformity of heating is the average power density, i. the amount of RF power supplied relative to that exposed in the RF field
  • uniform heating in an HF heater tube is advantageously achieved with a power density of between 1 W / cm 3 and 50 W / cm 3 in order to largely rule out temperature inhomogeneities while at the same time carrying out the heating so quickly that the product quality
  • the heater tube can be short and compact dimensioned. Especially advantageous prove power densities in the range between 4 and 20 W / cm 3 ; this corresponds to heating rates of 1 K / s to 5 K / s in typical food products.

Abstract

The invention relates to a method and device for uniformly heating products, the products (8, 15) being heated by a high-frequency electromagnetic alternating field. The method and the device are characterized in that the high-frequency electromagnetic alternating field for heating the products (8, 15) is produced by means of a semiconductor generator (4). By using a semiconductor generator (4), temperature fluctuations in the event of fluctuating load due to the transport of the products (8, 15) through the heating volume (7, 17) are reduced, so that a more uniform temperature of the products (8, 15) can be achieved in the heating process.

Description

Verfahren zur gleichmäßigen Erhitzung von Produkten durch ein hochfrequentes elektromagnetisches Process for the even heating of products by a high-frequency electromagnetic
Wechselfeld alternating field
Technisches Anwendungsgebiet Technical application
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gleichmäßigen Erhitzung von Produkten, insbesondere von Lebensmittel-, Pharma- und/oder  The invention relates to a method and a device for the uniform heating of products, in particular of food, pharmaceutical and / or
Kosmetikprodukten, bei dem die Produkte durch ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld erhitzt werden . Cosmetic products in which the products are heated by a high frequency alternating electromagnetic field.
Erhitzungsverfahren werden u.a. benötigt, um Heating methods are used i.a. necessary for
Lebensmittel oder Pharmaprodukte zu entkeimen und damit haltbar zu machen. Beispiele sind die Pasteurisierung oder Sterilisierung von Lebensmitteln. To sterilize food or pharmaceutical products and thus to keep them. Examples are the pasteurization or sterilization of food.
Stand der Technik State of the art
Bekannt sind Verfahren zur Erhitzung von flüssigen Produkten mittels Wärmetauschern. So wird z.B. Milch bei der Pasteurisierung in Platten- oder Rohrwärmetauschern erhitzt, eine definierte Zeit auf Pasteu- risierungstemperatur gehalten und anschließend wieder abgekühlt. Dieses Verfahren ist für flüssige Lebensmittel etabliert und seit Langem bewährt.  Methods are known for heating liquid products by means of heat exchangers. For example, Milk is heated during pasteurization in plate or tube heat exchangers, kept at pasteurization temperature for a defined time and then cooled again. This process has been established for liquid foods and has long been proven.
Konservendosen oder -gläser mit Gemüse, Früchten, Fertiggerichten, Eintöpfen oder mit ähnlichen Inhalten werden meist in Heißwasser- und Heißluftapparaten oder in Autoklaven erhitzt und damit haltbar gemacht. Beim Sterilisieren verpackter Produkte in Autoklaven wird unter Druck Dampf oder heißes Wasser bei Temperaturen von über 120 °C eingeleitet. Der Dampf überträgt die Energie an die Außenseite der Dosen. Von dort findet eine Erwärmung des Doseninneren fast ausschließlich über Wärmeleitung statt, so dass die Produkte erst nach 30 bis 60 Minuten die gewünschte Endtemperatur in der Mitte der Konserve erreicht haben. Vergleichbares gilt für die Erhitzung von Flüssigkeiten mit stückigen Anteilen, wie zum Beispiel von Fleischstückchen in Soßen oder von Früchten in Cans or glasses with vegetables, fruits, ready meals, stews or similar contents are usually heated in hot water and hot air or in autoclaves and thus preserved. At the Sterilizing packaged products in autoclaves is initiated under pressure steam or hot water at temperatures above 120 ° C. The steam transfers the energy to the outside of the cans. From there, a warming of the can interior takes place almost exclusively via heat conduction, so that the products have reached the desired final temperature in the middle of the preserve only after 30 to 60 minutes. The same applies to the heating of liquids with chunky proportions, such as pieces of meat in sauces or of fruits in
Fruchtzubereitungen oder Konfitüren. Diese Suspensionen müssen sehr lange auf Temperatur gehalten werden, bis im Kern der Feststoff-Stücke durch Wärmeleitung die gewünschte Temperatur erreicht wird. Fruit preparations or jams. These suspensions must be kept at temperature for a very long time until the desired temperature is reached in the core of the solid pieces by thermal conduction.
In beiden Fällen kann durch die lange Erhitzung eine deutliche Verschlechterung des Geschmacks, des Vitamingehalts sowie der Konsistenz und Farbe der In both cases, the long heating can cause a significant deterioration of the taste, the vitamin content as well as the consistency and color of the fruit
Produkte auftreten. Konservierte Lebensmittel in Dosen haben aus diesem Grund oft eine minderwertige Verzehrqualität und weisen ausgeprägte Veränderungen im  Products occur. Preserved canned foods therefore often have inferior quality of consumption and marked changes in the diet
Vergleich zum frischen Ausgangsprodukt z.B. zu den frischen Früchten auf. Comparison to the fresh starting product e.g. to the fresh fruits.
Produkte, die zum Zwecke der Pasteurisierung, Sterilisierung oder aus anderen Gründen erwärmt werden müssen, sind unter anderem: Products that need to be heated for pasteurization, sterilization or other reasons include:
• Verpackte Lebensmittel, Pharmaprodukte und • Packaged food, pharmaceutical products and
Kosmetika als Flüssigkeit, Feststoff oder  Cosmetics as liquid, solid or
Suspension in Verpackungen wie Gläsern, Dosen, Schalen, Folienbeuteln, Schläuchen, Wursthäuten, Därmen, und anderen; Suspension in packaging such as jars, cans, Trays, foil bags, tubes, sausage skins, intestines, and others;
• Niedrig- und hochviskose oder pastöse Flüssigkeiten und Pasten, Soßen, Cremes, Schäume und andere mehrphasige Systeme, die auch stückige • Low and high viscous or pasty liquids and pastes, sauces, creams, foams and other multiphase systems, which also lumpy
Anteile wie Fleischstücke, Fruchtstücke und andere enthalten können und die aufgrund der heterogenen Zusammensetzung und/oder Feststoff- und/oder Contain shares such as pieces of meat, fruit pieces and others and due to the heterogeneous composition and / or solid and / or
Gasgehalte in konventionellen Plattenwärme- tauschern oder Rohrwärmetauschern nicht oder nur sehr inhomogen erwärmt werden können;  Gas contents in conventional plate heat exchangers or tube heat exchangers can not or only very inhomogeneously heated;
• Stoffe, die an den überhitzten Wärmetauscherflächen zu Belagsbildung, Verkrustungen, und dergleichen führen; sowie  • substances which lead to deposits, incrustations, and the like on the superheated heat exchanger surfaces; such as
· Stoffe, die sehr temperaturempfindlich sind, wie z.B. Pharmaprodukte , Infusionslösungen,  Substances which are very temperature sensitive, e.g. Pharmaceutical products, infusion solutions,
medizinische Flüssignahrung oder andere Stoffe, die besonders gleichmäßig und schonend erwärmt werden müssen.  liquid medicinal food or other substances that need to be heated particularly evenly and gently.
In der vorliegenden Patentanmeldung werden die genannten Stoffe und Stoffgemische als Produkte In the present patent application, the substances and mixtures mentioned are used as products
bezeichnet . Ein Lösungsansatz zur Verkürzung der Aufheizzeit und damit zur Verbesserung der Qualität der designated . A solution to reduce the heating time and thus to improve the quality of the
konservierten Produkte stellt die schnelle, preserved products represents the fast,
durchdringende Erhitzung mit elektromagnetischen penetrating heating with electromagnetic
Wechselfeldern dar. Neben der Mikrowellenerwärmung, deren geringe Eindringtiefe von 5 bis 20 mm für eine gleichmäßige Erhitzung der genannten Produkte nicht ausreichend ist, bietet sich hierfür vor allem die Verwendung eines hochfrequenten Wechselfeldes (HF- Erhitzung) an. Übliche HF-Erhitzer bestehen aus zwei parallel angeordneten Elektroden, an die ein In addition to microwave heating, whose low penetration depth of 5 to 20 mm is not sufficient for uniform heating of the products mentioned above, the use of a high-frequency alternating field (HF Heating). Conventional HF heaters consist of two parallel electrodes to which a
elektrisches Wechselfeld mit einer Frequenz von beispielsweise 27,12 MHz und einer Spannung von 2 bis 10 kV angelegt wird. Diese Felder sind in der Lage, tief in elektrisch leitfähige feuchte Feststoffe und Suspensionen einzudringen und diese zu erwärmen. Im Idealfall können Stoffe vollkommen gleichmäßig erwärmt werden. Zur Erhitzung verpackter Produkte können die Verpackungen mittels einer geeigneten Transportvorrichtung durch den Raum zwischen den Elektroden transportiert werden, in dem die Produkte für einen ausreichenden Zeitraum den elektrischen Hochfrequenz- feidern ausgesetzt sind. Zur Erhitzung flüssiger bzw. fließfähiger Produkte im Durchlaufverfahren können diese durch ein Rohr aus einem elektrisch isolierenden Material gepumpt werden, das so mit Elektroden alternating electric field with a frequency of, for example 27.12 MHz and a voltage of 2 to 10 kV is applied. These fields are able to penetrate deep into electrically conductive wet solids and suspensions and to heat them. Ideally, fabrics can be heated completely evenly. In order to heat packaged products, the packages may be transported by means of a suitable transport device through the space between the electrodes where the products are exposed to the high frequency electrical conductors for a sufficient period of time. To heat liquid or flowable products in a continuous process, they can be pumped through a tube made of an electrically insulating material, the so with electrodes
ausgerüstet ist, dass die Produkte beim Durchlauf dem elektrischen Hochfrequenzfeld ausgesetzt sind. is equipped so that the products are exposed to the electrical high-frequency field during the passage.
Das Ziel der HF-Erhitzung ist eine schnelle und gleichmäßige und damit eine schonende Erwärmung von temperaturempfindlichen Stoffen, die einer konventionellen Erhitzung in Wärmetauschern nicht oder nur schlecht zugänglich sind. Eine HF-Erhitzung wird vielfach gewählt, um Produkte über den gesamten The aim of HF heating is a rapid and uniform and thus gentle heating of temperature-sensitive substances that are not or only poorly accessible to conventional heating in heat exchangers. RF heating is widely chosen to deliver products throughout
Querschnitt gleichmäßig zu erwärmen z.B. mit dem Ziel der Pasteurisierung, Sterilisierung oder der Heat cross-section evenly, e.g. with the aim of pasteurization, sterilization or the
Zubereitung. Es zeigt sich aber, dass in HF-Erhitzern beim Betrieb mit den genannten Produkten teilweise deutliche Temperaturinhomogenitäten auftreten. Die Produkte werden inhomogen erhitzt, was den Vorteil der durchdringenden Erhitzung aufhebt und zu erheblichen ProduktSchädigungen führen kann. Preparation. It turns out, however, that in HF heaters when operating with the products mentioned some significant temperature inhomogeneities occur. The products are heated inhomogeneously, which has the advantage of pervasive heating and can lead to significant product damage.
So können z.B. bei verpackten Lebensmitteln besonders an den Rändern der Verpackungen, an der Thus, e.g. in packaged foods, especially on the edges of the packaging, on the
Außenseite und an besonders dünnen Stellen der Produkte ausgeprägte Übertemperaturen auftreten. Es kann an diesen Stellen zu Überhitzungen und zu Schädigungen der Produkte kommen. Ähnliche Effekte sind auch bei der Erwärmung fließfähiger Produkte in rohrförmigen HF- Durchlauferhitzern zu beobachten. Durch das Rohr können zur Erhitzung hochviskose, pastöse Flüssigkeiten, Suspensionen oder stückige Güter (z.B. Wurstwaren) gefördert werden. Dabei können sich ebenfalls  Outside and in very thin areas of the products pronounced overtemperatures occur. Overheating and damage to the products can occur at these locations. Similar effects are also observed in the heating of flowable products in tubular HF water heaters. The tube can be used for heating highly viscous, pasty liquids, suspensions or chunky goods (such as sausages) promoted. It also can
Schädigungen durch starke Überhitzungen zeigen. An einigen Stellen im Rohr werden nur unzureichende Damage caused by severe overheating. In some places in the pipe are only inadequate
Temperaturen erreicht, trotz hoher Temperaturen an anderen Stellen. So sind in einzelnen Fällen entlang der Strömungsrichtung TemperaturInhomogenitäten Temperatures reached, despite high temperatures elsewhere. Thus, in individual cases along the flow direction temperature inhomogeneities
festzustellen. Dies ist besonders ausgeprägt bei pulsierenden Strömungen, deren inhomogene Strömungs- charakteristik vielfach durch Pulsation im Förderaggregat (z.B. in der Pumpe) hervorgerufen wird. Trotz der Versuche zur Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes und der Energiedichte zwischen den Elektroden durch Anpassung der Elektrodengeometrie gelingt es mit den bekannten Verfahren nach Stand der Technik nicht, Überhitzungen und Temperaturinhomo- genitäten gänzlich zu vermeiden. Dies gilt im determine. This is especially pronounced with pulsating flows whose inhomogeneous flow characteristic is often caused by pulsation in the delivery unit (for example in the pump). Despite the attempts to equalize the electric field and the energy density between the electrodes by adjusting the electrode geometry, it is not possible to completely avoid overheating and temperature inhomogeneities with the known methods according to the prior art. This is true in
Besonderen für verpackte Produkte, die im HF-Feld erwärmt werden und für hochviskose Flüssigkeiten und Suspensionen in HF-Erhitzerrohren. Die Erhitzung von Produkten in einem HF-Erhitzer führt zu einer schwankenden Belastung des Hochfrequenz- Generators. Diese tritt sowohl im Falle von Erhitzer- röhren durch die bereits erläuterte pulsierende Especially for packaged products that are heated in the HF field and for high-viscosity fluids and suspensions in HF heater tubes. The heating of products in an HF heater leads to a fluctuating load of the high-frequency generator. This occurs both in the case of Erhitzer- tubes through the already explained pulsating
Strömung oder andere Effekte als auch in Fällen auf, in denen stückige Produkte, bspw. verpackte Lebensmittel, durch das vom HF-Erhitzer vorgegebene Erhitzungsvolumen transportiert werden. Unter dem Erhitzungsvolumen ist dabei der räumliche Bereich zwischen den Elektroden des HF-Erhitzers zu verstehen, in dem die Produkte durch die eingekoppelte HF-Strahlung erhitzt werden. Zu verschiedenen Zeitpunkten kann dabei eine unterschiedliche Anzahl an Lebensmittelverpackungen in dem  Flow or other effects as well as in cases in which lumpy products, such as packaged food, are transported by the specified by the RF heater heating volume. The heating volume is to be understood as meaning the spatial area between the electrodes of the HF heater, in which the products are heated by the coupled-in HF radiation. At different times, a different number of food packaging in the
Erhitzungsvolumen vorhanden sein. Dies ergibt sich u. a. dann, wenn eine Verpackung in die Erhitzerstrecke bzw. das Erhitzungsvolumen einläuft oder aus dem Heating volume may be present. This results u. a. when a package enters the Erhitzerstrecke or the heating volume or from the
Erhitzungsvolumen ausläuft. Eine höhere Anzahl an Heating volume expires. A higher number of
Verpackungen führt dabei zu einer höheren elektrischen Last für den Generator. Weitere LastSchwankungen treten auf, wenn sich die elektrischen Eigenschaften der Packaging leads to a higher electrical load for the generator. Further load fluctuations occur when the electrical properties of the
Produkte ändern, bspw. in Folge von Serienvariationen der Produkte . Zur Vermeidung dieser Problematik kann eine aktiveChange products, for example as a result of serial variations of the products. To avoid this problem can be an active
Regelung eingesetzt werden, die über Stellglieder den Leistungsfluss in die Last, d. h. im vorliegenden Regulation are used, which via actuators the power flow into the load, d. H. in the present
Beispiel in die Lebensmittelverpackungen, auf einem vorgegebenen Wert halten. Die Regelung benötigt Example in the food packaging, keep to a predetermined value. The regulation needs
allerdings eine gewisse Zeit für die messtechnischehowever, a certain amount of time for the metrological
Erfassung des Leistungsflusses und für die Einwirkung auf die Stellglieder, bis schließlich eine Regelreaktion erfolgen kann. Für die Speisung der HF-Erhitzer werden Detecting the power flow and acting on the actuators until finally a control response can occur. For the supply of HF heaters are
Generatoren mit einem Impedanzanpassglied genutzt. Das Impedanzanpassglied für die elektrische Anpassung des Generators an die Last (Erhitzervolumen mit den enthaltenen Produkten) wird auch zur Regelung des Leistungsflusses eingesetzt. Dafür ist dieses Anpassglied, auch als Matchbox oder Anpassungsnetzwerk bezeichnet, mit elektromechanisch einstellbaren Generators with an impedance matching element used. The impedance adapter for electrical adaptation of the generator to the load (heater volume with the products contained) is also used to control the power flow. But this adapter, also referred to as Matchbox or matching network, with electromechanically adjustable
Kapazitäten und Induktivitäten ausgerüstet. Capacities and inductors equipped.
Die Nachteile der bekannten Verfahren und The disadvantages of the known methods and
Vorrichtungen zur Erhitzung von Produkten durch ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld lassen sich daher wie folgt zusammenfassen: Devices for heating products by a high-frequency alternating electromagnetic field can therefore be summarized as follows:
• ungleichmäßige Erhitzung der verpackten Produkte entlang des Transports durch das HF-Feld; • uneven heating of the packaged products along the transport through the RF field;
• ungleichmäßige Erhitzung des ProduktStromes  • uneven heating of the product stream
entlang eines HF-Erhitzerrohrs durch Pulsation während des Förderns durch das HF-Feld.  along an RF heater tube by pulsation during conveyance through the RF field.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen die obigen Nachteile der Erhitzung von The object of the present invention is to provide a method and a device with which the above disadvantages of the heating of
Produkten in HF-Feldern vermieden oder zumindest reduziert werden können. Products in RF fields can be avoided or at least reduced.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren und der  The task is with the method and the
Vorrichtung nach Anspruch 1, 7 und 11 gelöst. Device according to claim 1, 7 and 11 solved.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Patent- ansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Advantageous embodiments of the method and the device are the subject of the dependent patent claims or can be the following
Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen. Description and the exemplary embodiment.
Im vorgeschlagenen Verfahren werden die Produkte einem HF-Feld ausgesetzt, das in einem HF-Leistungsgenerator erzeugt wird, der in Halbleitertechnik ausgeführt ist. Unter einem HF-Feld ist hierbei ein elektromagnetisches Feld im Frequenzbereich zwischen etwa 10kHz und etwa 300MHz zu verstehen, in dem die Produkte durch dielektrische Erwärmung erhitzt werden. Vorzugsweise werden die Frequenzen 13,56 MHz, 27,12 MHz oder 40,68 MHz verwendet, die für industrielle In the proposed method, the products are exposed to an RF field generated in an RF power generator implemented in semiconductor technology. An RF field is to be understood as meaning an electromagnetic field in the frequency range between approximately 10 kHz and approximately 300 MHz, in which the products are heated by dielectric heating. Preferably, the frequencies 13.56 MHz, 27.12 MHz or 40.68 MHz used for industrial
Anwendungen freigegeben sind. Generell sind aber auch andere Frequenzen für eine HF-Erhitzung geeignet. Applications are released. In general, however, other frequencies are suitable for HF heating.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass beim The inventors have found that at
Einsatz von HF-Leistungsgeneratoren, die mit Halbleitertechnik arbeiten (sog. Halbleitergeneratoren) überraschenderweise geringere Temperaturschwankungen von Produkt zu Produkt bzw. Verpackung zu Verpackung auftreten als bei den bisher eingesetzten Röhrengeneratoren. Dies gilt auch entsprechend für Strömungen in einem Erhitzerrohr. Auch ein Halbleitergenerator wird über ein Use of HF power generators that work with semiconductor technology (so-called semiconductor generators) surprisingly lower temperature fluctuations from product to product or packaging to packaging occur than in the previously used tube generators. This also applies correspondingly to flows in a heater tube. Also, a semiconductor generator is over
Impedanzanpassungsnetzwerk mit der Last verbunden, d. h. mit dem zwischen den Elektroden liegenden Erhitzungsvolumen mit den darin befindlichen Produkten bzw. dem darin befindlichen Medium verbunden. Das Impedanz- anpassungsnetzwerk ist vorzugsweise mit elektro- mechanisch verstellbaren Kapazitäten und Induktivitäten ausgerüstet . Vorzugsweise werden die Produkte beim vorgeschlagenen Verfahren kontinuierlich durch das Impedanzanpassungsnetzwerk connected to the load, that is connected to the lying between the electrodes heating volume with the products therein or the medium therein. The impedance matching network is preferably equipped with electromechanically adjustable capacitances and inductances. Preferably, the products in the proposed method are continuously through the
Erhitzungsvolumen transportiert. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens für verpackte Produkte erfolgt dieser Transport in einem flüssigen Medium, vorzugsweise einem Flüssigkeitskanal, der durch den HF- Erhitzer verläuft. Die Elektroden des HF-Erhitzers sind dabei vorzugsweise beidseitig des Flüssigkeitskanals angeordnet. Als Flüssigkeit kann beispielsweise Wasser eingesetzt werden. Die schwankende Last, die durch den Ein- und Austritt der einzelnen Produkte aus dem Heating volume transported. In an advantageous embodiment of the method for packaged products, this transport takes place in a liquid medium, preferably a liquid channel, which runs through the HF heater. The electrodes of the HF heater are preferably arranged on both sides of the liquid channel. As a liquid, for example, water can be used. The fluctuating load caused by the entry and exit of the individual products from the
Erhitzungsvolumen sowie durch eventuelle Änderung der ProduktZusammensetzung oder Produktanzahl im Erhitzungsvolumen erzeugt wird, wirkt sich überraschender- weise deutlich geringer auf die Temperaturen der Heating volume and produced by any change in the product composition or number of products in the heating volume, surprisingly significantly lower on the temperatures of
Produkte aus als bei Einsatz eines Röhrengenerators. Damit wird mit dem vorgeschlagenen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung eine gleichmäßigere Erhitzung der Produkte in einer Serie bei möglichst geringer thermischer Belastung und gleichzeitiger Sicherstellung der vollständigen Pasteurisierung bzw. Sterilisierung erreicht . Ein typischer Temperaturanstieg der Produkte beim Durchlauf durch das Erhitzungsvolumen erfolgt dabei von 25°C auf 90°C bei der Pasteurisierung und von 25°C auf 125°C bei der Sterilisierung.  Products than when using a tube generator. Thus, with the proposed method and the associated device, a more uniform heating of the products in a series is achieved with the lowest possible thermal load and at the same time ensuring complete pasteurization or sterilization. A typical temperature rise of the products as they pass through the heating volume is from 25 ° C to 90 ° C during pasteurization and from 25 ° C to 125 ° C during sterilization.
In einer weiteren Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens sowie der zugehörigen Vorrichtung wird nicht das Anpassungsnetzwerk zur Erzielung einer möglichst konstanten Temperatur der Produkte geregelt, sondern der Halbleitergenerator selbst. Durch eine elektronische Ansteuerung bzw. Regelung des Halbleitergenerators kann ein Hoch- oder Herunterregeln des Leistungsflusses zu den Elektroden oder eine Änderung der Elektrodenspannung durchgeführt werden, was jeweils zu einer entsprechend schnellen thermischen Antwort im Erhitzungsvolumen führt. In a further embodiment of the proposed method and the associated device is not the matching network to achieve a constant temperature of the products regulated, but the semiconductor generator itself. By an electronic control or regulation of the semiconductor generator can be an up or down rules of Power flow to the electrodes or a change in the electrode voltage can be performed, each resulting in a correspondingly rapid thermal response in the heating volume.
Sowohl durch die direkte elektronische Regelung des Halbleitergenerators als auch durch die Regelung des Anpassungsnetzwerks ergeben sich zusätzliche Both the direct electronic control of the semiconductor generator and the regulation of the matching network result in additional
Möglichkeiten zur Vergleichmäßigung der Temperatur- Verteilung im Erhitzungsvolumen bzw. in den Produkten. Durch die schnelle thermische Antwort in den Produkten können mit entsprechenden Regelkreisen Temperaturinhomogenitäten weiter reduziert werden. Im Falle der Erwärmung von flüssigen Produkten in einem röhrförmigen HF-Erhitzer können Temperaturinhomogenitäten im Produkt entlang der Strömungsrichtung beispielsweise infolge regelmäßige oder unregelmäßige Pulsation der Strömung auftreten. Options for equalizing the temperature distribution in the heating volume or in the products. Due to the fast thermal response in the products, temperature inhomogeneities can be further reduced with appropriate control circuits. In the case of heating liquid products in a tubular RF heater, temperature inhomogeneities in the product along the direction of flow may occur due to, for example, regular or irregular pulsation of the flow.
Für eine Leistungsregelung bietet sich in dieser Situation z.B. eine kontinuierliche Messung der For power control, in this situation, e.g. a continuous measurement of
Strömungsgeschwindigkeit an. Bei exakter Kenntnis dieser Größe kann dabei die mittlere Verweilzeit des Produktes im elektrischen Feld ermittelt und über das Produkt aus Leistung des Feldes und der mittleren Flow rate. With exact knowledge of this size, the mean residence time of the product in the electric field can be determined and the product of field power and the mean
Verweilzeit eine mittlere Energieaufnahme des Produktes und damit die Temperaturerhöhung errechnet werden. Residence time an average energy consumption of the product and thus the temperature increase can be calculated.
Ändert sich nun die Strömungsgeschwindigkeit z.B. auf Grund von Pulsationseffekten, kann eine Kompensation durch Anpassung der Feldstärke durchgeführt werden. Die Stellgröße, die zur Regelung der Feldstärke zur If the flow rate changes, e.g. due to pulsation effects, compensation can be made by adjusting the field strength. The manipulated variable used to control the field strength
Verfügung steht, ist im Falle des HF-Erhitzers die Elektrodenspannung bzw. der Leistungsfluss vom HF- Generator zum HF-Erhitzer bzw. den Elektroden. Is available in the case of the HF heater the Electrode voltage or the power flow from the HF generator to the HF heater or the electrodes.
Alternativ kann die Einstellung des Leistungsflusses und der Elektrodenspannung wie bereits erwähnt auch über die Matchbox erfolgen, d.h. das elektrische Alternatively, as already mentioned, the adjustment of the power flow and the electrode voltage can also take place via the matchbox, i. the electrical
Anpassungsnetzwerk aus Kapazitäten und Induktivitäten, das die elektrische Impedanz des HF-Erhitzers, bspw. eines HF-Erhitzerrohres, mit der darin aufzuwärmenden Last, d.h. den darin geförderten Produkten, an die elektrische Impedanz des Generators anpasst. Capacitance and inductance matching network, which measures the electrical impedance of the HF heater, for example an RF heater tube, with the load to be heated therein, i. the products promoted therein, to which the electric impedance of the generator adapts.
Durch eine derartige Regelung kann die By such a scheme, the
Produkttemperatur in Strömungsrichtung zusätzlich vergleichmäßigt werden. Es sind weitere Messgrößen vorstellbar, wie die Temperatur oder die elektrische Leitfähigkeit der Produkte, die als Messgröße zur Product temperature in the flow direction are evened out. Other parameters are conceivable, such as the temperature or the electrical conductivity of the products, which are used as a measure of the
Regelung des Leistungsflusses genutzt werden können. Control of the power flow can be used.
Der Aufheizvorgang der Produkte und damit auch die Gleichmäßigkeit der Produkttemperatur am Ausgang des HF-Erhitzers unterliegt neben der Strömungsgeschwindigkeit einer Reihe von weiteren Einflussgrößen, die im realen Produktionsprozess oft erheblichen Schwankungen und Störungen unterworfen sind. Wichtige Größen sind: The heating process of the products and thus also the uniformity of the product temperature at the outlet of the HF heater is subject to the flow rate of a number of other factors that are often subject to considerable fluctuations and disturbances in the real production process. Important sizes are:
+ die Produkteintrittstemperatur + the product inlet temperature
+ die Wärmekapazität des Produkts  + the heat capacity of the product
+ die elektrische Leitfähigkeit des Produktes  + the electrical conductivity of the product
Auch Schwankungen dieser Einflussgrößen kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei Einsatz eines Variations in these influencing variables can also be achieved with the method according to the invention when using a
Halbleitergenerators wirkungsvoll begegnet werden. Der Fachmann ist in der Lage, bei Kenntnis der Einfluss- großen einen effizienten und ausreichend schnellen Regelkreis zu gestalten. Semiconductor generator can be effectively countered. The skilled person is able, with knowledge of the influence great to make an efficient and sufficiently fast control loop.
Die Regelung lässt sich selbstverständlich auch auf Fälle anwenden, in denen stückige Produkte, bspw. verpackte Lebensmittel, durch das Erhitzungsvolumen transportiert werden. Of course, the regulation can also be applied to cases in which lumpy products, for example packaged foods, are transported through the heating volume.
Die vorgeschlagene Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst ein Erhitzungsvolumen mit beidseitig angeordneten Elektroden, mindestens einen Hochfrequenzgenerator, der über ein Anpassungsnetzwerk mit den Elektroden verbunden ist, und eine Transporteinrichtung zum Transport der Produkte durch das The proposed device for carrying out the method comprises a heating volume with electrodes arranged on both sides, at least one high-frequency generator, which is connected to the electrodes via a matching network, and a transport device for transporting the products through the
Erhitzungsvolumen. Der Hochfrequenzgenerator ist bei der vorgeschlagenen Vorrichtung als Halbleitergenerator ausgebildet. Das Erhitzungsvolumen kann dabei in einer Ausgestaltung durch einen Flüssigkeitskanal oder einen Abschnitt eines Flüssigkeitskanals gebildet sein, durch den die Produkte mit der Transporteinrichtung Heating volume. The high frequency generator is formed in the proposed device as a semiconductor generator. The heating volume can be formed in one embodiment by a liquid channel or a portion of a liquid channel through which the products with the transport device
transportiert werden. Die Transporteinrichtung kann dabei durch ein Fließband oder eine ähnliche be transported. The transport device can by a conveyor belt or similar
Einrichtung zur Führung der Produkte durch das Device for guiding the products through the
Erhitzungsvolumen realisiert sein. Heating volume to be realized.
Das Erhitzungsvolumen kann in einer weiteren The heating volume can in another
Ausgestaltung auch durch einen Abschnitt eines Design also by a section of a
Erhitzerrohrs gebildet sein, durch den flüssige oder fließfähige Produkte gefördert werden. Die Transport - einrichtung kann hierbei bspw. durch eine Pumpe oder ein anderes Förderelement realisiert sein. Im Falle der Nutzung eines Erhitzerrohrs kann eine Verringerung der Temperaturinhomogenitäten im Rohrquer- schnitt auch durch eine alternative Ausgestaltung der Vorrichtung erreicht werden, bei der die Elektroden so geformt sind, dass sie zwischen ihren entlang der Heater tube may be formed, are promoted by the liquid or flowable products. The transport device can hereby be realized, for example, by a pump or another conveying element. In the case of using a heater tube, a reduction in the temperature inhomogeneities in the tube cross-section can also be achieved by an alternative embodiment of the device, in which the electrodes are shaped such that they are between their along the
Längsachse des Rohrs verlaufenden Rändern einen A longitudinal axis of the tube extending edges
geringeren gegenseitigen Elektrodenabstand aufweisen als zwischen ihren Zentren. Diese alternative Ausgestaltung lässt sich sowohl mit einem Röhrengenerator als auch mit einem Halbleitergenerator realisieren, wobei in Kombination mit einem Halbleitergenerator jedoch eine nochmals verbesserte Temperaturvergleichmäßigung erreicht wird. have smaller mutual electrode spacing than between their centers. This alternative embodiment can be realized both with a tube generator and with a semiconductor generator, wherein in combination with a semiconductor generator, however, a further improved temperature uniformity is achieved.
In vorteilhaften Ausgestaltungen umfassen die oben beschriebenen Vorrichtungen auch eine Regelung des Anpassungsnetzwerkes zur Anpassung an veränderte Lasten und/oder eine elektronische Regelung der Ausgangsleistung des Halbleitergenerators, jeweils mit den entsprechenden Sensoren zur Aufnahme der für die In advantageous embodiments, the devices described above also include a control of the matching network to adapt to changing loads and / or an electronic control of the output power of the semiconductor generator, each with the corresponding sensors for receiving the for the
Regelung erforderlichen Messgrößen. Control required measured variables.
Das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörige Vorrichtung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen: The proposed method and the associated apparatus will be explained in more detail below with reference to an embodiment in conjunction with the drawings. Hereby show:
Figur 1 ein Beispiel für eine Vorrichtung zur Figure 1 shows an example of a device for
gleichmäßigen Erhitzung von Produkten gemäß der vorliegenden Erfindung;  uniform heating of products according to the present invention;
Figur 2 einen Quer- und Längsschnitt durch einen  Figure 2 is a transverse and longitudinal section through a
beispielhaften Flüssigkeitskanal mit Elektroden, durch den feste Produkte oder Verpackungen transportiert werden können, um sie gleichmäßig zu erwärmen; und exemplary fluid channel with electrodes through which solid products or Packaging can be transported to heat evenly; and
Figur 3 einen Querschnitt durch eine beispielhafte 3 shows a cross section through an exemplary
Rohr- /Elektrodenanordnung eines HF-Erhitzers, bei der die Elektroden eine Oberflächenkontur zur Verbesserung der Feldstärkeverteilung im Rohrquerschnitt aufweisen.  Pipe / electrode assembly of an HF heater, wherein the electrodes have a surface contour for improving the field strength distribution in the pipe cross-section.
Im folgenden Ausführungsbeispiel wird die Regel - fähigkeit der Kombination HF-Generator in Halbleitertechnik mit dazugehöriger Matchbox dazu In the following exemplary embodiment, the control capability of the combination of the HF generator in semiconductor technology and the associated matchbox is added thereto
eingesetzt, eine HF-Erhitzer-Regelung aufzubauen, die Schwankungen der Einflussgrößen bereits am Eingang des HF-Erhitzerrohres erfasst und über eine Störgrößen- aufSchaltung bereits beginnt auszuregeln, bevor sie sich auf die Regelgröße Produktaustrittstemperatur merkbar ausgewirkt hat . used to set up an HF heater control, detects the fluctuations in the influencing variables already at the input of the HF heater tube and already starts to control them via a disturbance variable switch, before it has noticeably affected the product discharge temperature control variable.
Figur 1 zeigt hierzu stark schematisiert ein FIG. 1 shows a highly schematic illustration of this
Beispiel für eine Ausgestaltung der vorgeschlagenenExample of an embodiment of the proposed
Vorrichtung mit einem HF-Erhitzerrohr 1 für fließfähige Produkte, die durch das Rohr mit den beiden Elektroden 2 gefördert werden. Die Elektroden 2 sind über eine Matchbox 3 mit einem Halbleitergenerator 4 verbunden, durch den die Hochfrequenz erzeugt wird, die in das von den beiden Elektroden 2 begrenzte Erhitzungsvolumen 7 eingekoppelt wird. Das Produkt 8 wird mittels einer Pumpe durch das Erhitzerrohr 1 gepumpt und erwärmt sich beim Durchlaufen des Erhitzungsvolumens 7. Zur Regelung der Erhitzung werden in diesem Beispiel mehrere Device with a HF heater tube 1 for flowable products, which are conveyed through the tube with the two electrodes 2. The electrodes 2 are connected via a matchbox 3 with a semiconductor generator 4, through which the high frequency is generated, which is coupled into the limited by the two electrodes 2 heating volume 7. The product 8 is pumped through the heater tube 1 by means of a pump and heats up as it passes through the heating volume 7. For controlling heating, several are used in this example
Messgrößen aufgenommen. So umfasst die Vorrichtung in diesem Beispiel ein oder mehrere Sensoren 9 zur  Measured variables recorded. Thus, in this example, the device comprises one or more sensors 9 for
Erfassung des ProduktStroms, ein oder mehrere Sensoren 10 zur Erfassung der Eintrittstemperatur, ein oder mehrere Sensoren 11 zur Erfassung der elektrischen Leitfähigkeit des Produktes, ein oder mehrere Sensoren 12 zur Erfassung der Elektrodenspannung sowie ein oder mehrere Sensoren 13 zur Erfassung der Austrittstemperatur. Die Messwerte des Produktstroms, der Acquisition of product flow, one or more sensors 10 for detecting the inlet temperature, one or more sensors 11 for detecting the electrical conductivity of the product, one or more sensors 12 for detecting the electrode voltage and one or more sensors 13 for detecting the outlet temperature. The measured values of the product flow, the
Eintrittstemperatur, der elektrischen Leitfähigkeit sowie der Austrittstemperatur werden der Temperaturregelung 6 zugeführt, die mit der HF-Leistungsregelung 5 verbunden ist, die wiederum die Leistung des Inlet temperature, the electrical conductivity and the outlet temperature of the temperature control 6 are supplied, which is connected to the RF power control 5, which in turn the performance of
Halbleitergenerators 4 entsprechend regelt . Semiconductor generator 4 controls accordingly.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Figure 2 shows an embodiment of the
Erhitzervolumens als flüssigkeitsgefüllter Kanal, durch den Stücke oder Verpackungen transportiert werden. Heater volume as a liquid-filled channel through which pieces or packages are transported.
Teilabbildung a) zeigt dabei den Querschnitt und Part of a) shows the cross section and
Teilabbildung b) einen Längsschnitt durch den Kanal. Der Kanal ist mit zwei gegenüberliegenden Elektroden 2 ausgerüstet und einer Flüssigkeit 14, beispielsweise Wasser, gefüllt. Mit Hilfe einer Transportvorrichtung 16 werden Verpackungen oder Stücke 15 durch das Teilabbildung b) a longitudinal section through the channel. The channel is equipped with two opposite electrodes 2 and a liquid 14, such as water, filled. With the help of a transport device 16, packages or pieces 15 through the
Erhitzervolumen 17 transportiert. Die Anzahl der gleichzeitig im Erhitzervolumen vorhandenen Packungen kann schwanken und damit die Belastung des Generators . Heater volume 17 transported. The number of packages present in the heater volume at the same time can fluctuate and thus the load on the generator.
Der Einsatz von Halbleitergeneratoren zur The use of semiconductor generators for
Erzeugung von HF-Wechselfeldern kann zur weitergehenden Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung in den Generation of alternating RF fields can for further homogenization of the temperature distribution in the
Produkten mit einer Reihe von weiteren Maßnahmen kombiniert werden. So sind eine Verbesserung der Products can be combined with a number of other measures. So are an improvement of
Aufheizgleichmäßigkeit und eine Verringerung der benötigten Elektrodenspannung durch effektive dielektrische Ankopplung der Elektroden an ein HF- Erhitzerrohr möglich. Heating uniformity and a reduction of the required electrode voltage by effective Dielectric coupling of the electrodes to an HF heater tube possible.
Ein HF-Erhitzerrohr ist eine bekannte Ausführung des Hochfrequenzerhitzers. Dabei handelt sich um ein Rohr aus einem dielektrischen Material, das mit einem Hochfrequenzfeld beaufschlagt wird und durch das flüssige, pastöse Lebensmittel oder Lebensmittel, die aus Partikelsuspensionen bestehen, strömen und beim Durchströmen erwärmt werden. Für die Funktion einer solchen Anordnung sind die gute Kontrolle der elektrischen Feldstärke im Querschnitt des Erhitzerrohres und die effektive Einkopplung des HF-Feldes in das Rohr von großer Bedeutung. Sie erfordern eine dielektrisch gut kontrollierte Verbindung zwischen Elektroden und Rohr, das seinerseits aus einem Isolatormaterial besteht (Kunststoff, Glas, Keramik, Kombinationen) . Die Elektroden sind flächige, aus Metall ausgeführte An HF heater tube is a known type of high frequency heater. This is a tube made of a dielectric material, which is acted upon by a high-frequency field and through the liquid, pasty food or food, which consist of particle suspensions, flow and are heated when flowing through. For the function of such an arrangement, the good control of the electric field strength in the cross section of the heater tube and the effective coupling of the RF field in the tube of great importance. They require a dielectrically well-controlled connection between the electrodes and the tube, which itself consists of an insulator material (plastic, glass, ceramic, combinations). The electrodes are flat, made of metal
Gebilde, im einfachsten Fall Metallplatten, die Structures, in the simplest case metal plates, the
beidseitig des Erhitzerrohrs und parallel zu diesem angeordnet sind. Die Elektroden sind über geeignete Verbindungsleitungen mit der Matchbox zur Impedanz- anpassung und Leistungsregelung verbunden und diese ihrerseits mit dem Hochfrequenzgenerator als Spannungs- und Energiequelle. Durch die über den Generator are arranged on both sides of the heater tube and parallel to this. The electrodes are connected via suitable connecting lines with the matchbox for impedance matching and power regulation and these in turn connected to the high-frequency generator as a voltage and energy source. Through the over the generator
angelegte Elektrodenspannung entsteht im Raum zwischen den Elektroden ein starkes elektrisches Hochfrequenz- feld, das auch das Erhitzerrohr und das darin fließende Lebensmittel durchsetzt. applied electrode voltage arises in the space between the electrodes a strong electrical high-frequency field, which also penetrates the heater tube and the food flowing therein.
Bei Einsatz von HF-Erhitzerrohren zeigt sich, dass größere Luftstrecken (> 5% des Elektrodenabstands) zwischen Elektroden und Rohr dazu führen, dass ein erheblicher Teil der zur Verfügung stehenden Elek¬ trodenspannung über der Luftstrecke ansteht und When using HF heater tubes, it can be seen that larger air gaps (> 5% of the electrode gap) between electrodes and tube lead to a considerable part of the available Elek ¬ troden voltage over the air gap is pending and
folglich für die Strecke durch das zu erwärmende hence for the route through which to be heated
Produkt nur noch ein geringer Anteil der Elektroden- Spannung übrig bleibt . Um unter diesen Umständen imProduct only a small proportion of the electrode voltage remains. To be in these circumstances in the
Produkt hohe elektrische Feldstärken und hohe Aufheiz- raten zu erzielen, muss mit sehr hohen Elektrodenspannungen gearbeitet werden, die wiederum aufwändige To achieve high electric field strengths and high heating rates, very high electrode voltages have to be used, which in turn require extensive electrode voltages
Maßnahmen zur Verhinderung von elektrischen Über- schlagen zwischen den Elektroden und zwischen Elektroden und Apparateteilen erfordern. Take measures to prevent electrical flashover between the electrodes and between electrodes and parts of the equipment.
Das Verringern der Luftstrecke durch Heranführen der Elektroden an die Rohrwand führt auf der anderen Seite aufgrund von mechanischen Toleranzen zu ungleichmäßigen Luftspalten (< 1% des Elektrodenabstands) , die bei Rohrkonstruktionen nur schlecht zu kontrollieren sind. Örtliche Variationen des Luftspalts zwischen 0 und 1 % der Elektrodenstrecke können zu erheblichen Variationen der elektrischen Feldstärke im Rohrinneren führen, die ihrerseits eine örtliche Variation des Leistungseintrags und Ungleichmäßigkeit der Erwärmung bewirken . Es zeigt sich, dass sowohl das Minimieren desReducing the air gap by bringing the electrodes to the tube wall on the other hand, due to mechanical tolerances leads to uneven air gaps (<1% of the electrode gap), which are difficult to control in pipe designs. Local variations of the air gap between 0 and 1% of the electrode span can lead to significant variations in the electric field strength in the tube interior, which in turn cause a local variation of the power input and unevenness of the heating. It turns out that both minimizing the
Abstands Elektroden Rohrwand bis zur direkten Berührung und damit auch das Minimieren der erforderlichen Distance electrodes tube wall to direct contact and thus minimizing the required
Elektrodenspannung für eine gewünschte Feldstärke im Produkt als auch die gute Kontrolle der Feldverteilung im Rohr möglich sind, wenn mit einem formbaren oder fließfähigen dielektrischen Material der Spalt zwischen Elektroden und Rohr vollständig ausgefüllt und damit ein Luftspalt vermieden wird. Voraussetzung für die effektive Funktion einer derartigen Füllung ist, dass das Füllmaterial eine Permittivitätszahl deutlich größer als Luft hat und die dielektrischen Verluste des Materials sehr gering sind. Ferner muss das Material eine ausreichende thermische Stabilität gegenüber der am Erhitzerrohr herrschenden Temperaturen besitzen. Besonders vorteilhaft wird diese Füllung gleichzeitig eine feste Verbindung zwischen Elektronen und Erhitzerrohr schaffen, indem z.B. eine Masse verwendet wird, die zwischen Rohr und Elektrode vergossen wird und dort aushärtet . Electrode voltage for a desired field strength in the product as well as the good control of the field distribution in the tube are possible if completely filled with a moldable or flowable dielectric material, the gap between the electrodes and tube and thus an air gap is avoided. A prerequisite for the effective function of such a filling is that the filling material has a permittivity number significantly greater than air and the dielectric losses of the material are very low. Furthermore, the material must have sufficient thermal stability with respect to the temperatures prevailing at the heater tube. Particularly advantageously, this filling will at the same time create a firm connection between the electrons and the heater tube, for example by using a mass which is poured between the tube and the electrode and hardens there.
Mögliche Ausgestaltungen vorgeschlagenen Füllung sind: Possible embodiments proposed filling are:
• Entionisiertes Wasser als Koppelmedium zwischen • Deionized water as coupling medium between
Elektroden und Rohrwand. Das Wasser zeichnet sich durch eine hohe Permittivitätszahl aus und imElectrodes and pipe wall. The water is characterized by a high permittivity number and in the
Falle des entionisierten Wassers gleichzeitig durch sehr geringe dielektrische Verluste im Case of deionized water at the same time due to very low dielectric losses in the
Hochfrequenzbereich .  High frequency range.
Eine elastisch oder fest aushärtende Vergussmasse, die den Zwischenraum zwischen Elektroden und  An elastic or hard-hardening potting compound, the space between electrodes and
Rohrwand ausfüllt. Eine elastische Vergussmasse zeichnet sich dadurch aus, dass Temperaturgradienten in der Konstruktion aus Rohrmaterial, Vergussmasse und Elektrodenmaterial keine  Filling the pipe wall. An elastic potting compound is characterized by the fact that temperature gradients in the construction of pipe material, potting compound and electrode material no
mechanischen Spannungen aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnung entstehen lassen.  create mechanical stresses due to different thermal expansion.
Eine elastisch oder fest aushärtende Vergussmasse, die gleichzeitig eine mechanisch stabile  An elastic or solid hardening potting compound, which at the same time is a mechanically stable potting compound
Verbindung zwischen Elektroden und Rohrwand herstellt und damit zusätzliche Befestigungs- elemente für die Hochspannung führenden Elektroden überflüssig macht . Establishes a bond between the electrodes and the pipe wall and thus provides additional fastening eliminates the need for high-voltage electrodes.
Praktisches Ausführungsbeispiel ist eine elas- tische Vergussmasse aus 2-Komponenten-Silikonkautschuk, die zusätzlich zur elektrischen Kopplung für die mechanische Verbindung zwischen Elektroden und Rohr sorgt . Neben der Ausgestaltung der Füllung zwischen Practical embodiment is an elastic potting compound of 2-component silicone rubber, which provides in addition to the electrical coupling for the mechanical connection between the electrode and pipe. In addition to the design of the filling between
Rohrwand und Elektrodenoberfläche sind die Gestaltung und hier im Besonderen das Profil der Elektroden für eine gleichmäßige Erhitzung von großer Bedeutung. Die einfachste Elektrodenanordnung für rohrförmige Pipe wall and electrode surface are the design and in particular the profile of the electrodes for uniform heating of great importance. The simplest electrode arrangement for tubular
HF-Erhitzer für Lebensmittel sind zwei ebene Platten die beiderseits des Rohrs und parallel zu diesem angeordnet werden. Das elektrische Hochfrequenzfeld zwischen den Elektroden durchsetzt das Rohr und das darinnen fließende Lebensmittel und führt zu dessen Erwärmung. Werden die plattenförmigen Elektroden allerdings sehr nah am Rohr angebracht, um die für die schnelle Lebensmittelerwärmung benötigte Elektrodenspannung zu minimieren, so zeigt sich, dass die Feld- Verteilung und der Leistungseintrag im Rohrquerschnitt sehr inhomogen werden. Dies ist vor allem dann Food heaters are two flat plates placed on both sides of the tube and parallel to it. The electrical high-frequency field between the electrodes passes through the tube and the food flowing therein and leads to its heating. However, if the plate-shaped electrodes are mounted very close to the tube in order to minimize the electrode voltage required for rapid food warming, it turns out that the field distribution and the power input in the tube cross section become very inhomogeneous. This is especially true
ungünstig, wenn die ProduktStrömung im Rohr bei unfavorable if the product flow in the tube at
hochviskosen Produkten laminar erfolgt und eine high-viscosity products laminar and a
Durchmischung der Strömung und damit ein konvektiver Temperaturausgleich nicht statt findet. Besonders hohe Feldstärken und Aufheizraten werden im Rohrquerschnitt auf der kürzesten Verbindungslinie von einer Mixing of the flow and thus a convective temperature compensation does not take place. Particularly high field strengths and heating rates are in the tube cross section on the shortest connecting line of a
Elektrodenfläche über den Rohrmittelpunkt zur anderen Elektrodenfläche (der Symmetrieachse der Anordnung, die senkrecht auf den Elektroden steht) erreicht. Electrode surface over the center of the tube to the other Electrode surface (the axis of symmetry of the arrangement, which is perpendicular to the electrodes) reached.
Hierbei wurde erkannt, dass sich durch geeignete Verformung der Elektroden bzw. der dem Rohr zugewandten Elektrodenoberflächen die Verteilung der elektrischen Feldstärke im Rohrquerschnitt steuern und damit der Leistungseintrag ins Produkt im Rohrquerschnitt In this case, it was recognized that the distribution of the electric field strength in the pipe cross-section can be controlled by suitable deformation of the electrodes or of the electrode surfaces facing the pipe, and thus the power input into the product in the pipe cross-section
beeinflussen lässt. can be influenced.
Insbesondere lässt sich durch eine Verringerung des Elektrodenabstands an den Rändern der Elektroden eine Vergleichmäßigung der Feldstärkeverteilung im Rohrquerschnitt erreichen. Figur 3 zeigt hierzu einen Querschnitt durch ein entsprechend ausgebildetes In particular, a reduction of the electrode spacing at the edges of the electrodes makes it possible to even out the field strength distribution in the pipe cross section. FIG. 3 shows a cross section through a correspondingly designed one
Erhitzerrohr 1 mit der Rohrwandung 18. Die Elektroden 2 besitzen dann eine Oberflächenkontur, die auf der direkten Verbindungsachse 19 von Elektrode zu Elektrode den größten Abstand (Elektrodenabstand 20 in Figur 3) und an den Elektrodenrändern den geringsten Abstand hat (Elektrodenabstand 21 in Figur 3) . Der geringste mögliche Elektrodenabstand muss so gewählt werden, dass eine ausreichende elektrische Isolation für die  Heater tube 1 with the tube wall 18. The electrodes 2 then have a surface contour which has the greatest distance (electrode spacing 20 in FIG. 3) on the direct connection axis 19 from electrode to electrode and the smallest distance at the electrode edges (electrode spacing 21 in FIG. 3). , The smallest possible electrode spacing must be chosen so that sufficient electrical insulation for the
höchsten zu erwartenden Elektrodenspannungen bestehen bleibt. highest expected electrode voltages remains.
Besonders vorteilhaft sind Anordnungen von Rohr und Elektroden, bei der die Elektrodenbreite 50 % bis 200 % des Rohraußendurchmessers, der Elektrodenabstand 20 100 % bis 120 % des Rohraußendurchmessers und der Elektrodenabstand 21 10 % bis 90 % des Rohraußendurchmessers beträgt. Die optimalen Abstände müssen darüber hinaus in Abhängigkeit von den geometrischen und dielektrischen Verhältnissen der Anordnung, Arrangements of tube and electrodes are particularly advantageous in which the electrode width is 50% to 200% of the tube outer diameter, the electrode gap 20 is 100% to 120% of the tube outer diameter and the electrode gap 21 is 10% to 90% of the tube outer diameter. The optimal distances must also depend on the geometric and dielectric ratios of the device,
insbesondere von den dielektrischen Eigenschaften des Produktes im Rohr, dem Rohrdurchmesser, den in particular the dielectric properties of the product in the pipe, the pipe diameter, the
dielektrischen Eigenschaften des Rohrmaterials, der Rohrwandstärke, den dielektrischen Verhältnissen im Raum zwischen Elektrodenoberfläche und Rohrwand, z. B. dem Vorhandensein einer dielektrischen Füllmasse, der Elektrodenbreite und der Arbeitsfrequenz des HF- Erhitzers gewählt werden. dielectric properties of the tube material, the tube wall thickness, the dielectric relationships in the space between the electrode surface and tube wall, z. Example, the presence of a dielectric filling material, the electrode width and the operating frequency of the HF heater are selected.
Figur 3 zeigt das Ausführungsbeispiel einer Rohr- Elektrodenanordnung, die gebaut und getestet wurde. Diese Kontur der Elektrodenoberfläche besitzt eine Breite von 146 % des Rohraußendurchmessers, der Figure 3 shows the embodiment of a tube electrode assembly that has been built and tested. This contour of the electrode surface has a width of 146% of the tube outer diameter, the
Elektrodenabstand 20 beträgt 100 % und der Elektrodenabstand 21 37 % des Rohraußendurchmessers. Bei einem Produkt mit einer relativen Dielektrizitätszahl von 45, einem Verlustfaktor von 120, einem Rohrmaterial mit einer relativen Dielektrizitätszahl von 3,78, einem Rohraußendurchmesser von 48 mm, einer Rohrwandstärke von 4 mm, einer dielektrischen Füllmasse mit einer relativen Dielektrizitätszahl von 2,7, und einer Electrode gap 20 is 100% and the electrode gap 21 is 37% of the tube outside diameter. For a product with a relative dielectric constant of 45, a loss factor of 120, a pipe material with a relative permittivity of 3.78, a pipe outside diameter of 48 mm, a pipe wall thickness of 4 mm, a dielectric filler with a relative dielectric constant of 2.7, and one
Arbeitsfrequenz von 27,12 MHz zeigte sich eine fast ideal gleichmäßige Feldstärkeverteilung und Aufheiz- gleichmäßigkeit im Rohrquerschnit . Working frequency of 27.12 MHz showed an almost ideal uniform field strength distribution and heating uniformity in the tube cross section.
Durch geeignete geometrische Anordnungen können auch Effekte ähnlich einem Brennglas in der Optik erzielt werden, so dass das Maximum der Energiedichte nahezu in jedes Volumenelement im Produkt gelegt werden kann, beispielsweise auf die Rohrachse. Die Herstellung der Elektrodenkonturen kann durch Formgießen, durch Ausfräsen aus einem Metallblock oder durch Biegen eines Bleches erfolgen. Die effiziente dielektrische Kopplung von Elektroden und Rohr erfolgt vorzugsweise durch eine dielektrische Füllmasse, wie oben beschrieben. By means of suitable geometrical arrangements, effects similar to those of a firing glass can also be achieved in optics, so that the maximum of the energy density can be placed almost in every volume element in the product, for example on the tube axis. The preparation of the electrode contours can be done by molding, by milling from a metal block or by bending a sheet. The efficient dielectric coupling of electrodes and tube is preferably carried out by a dielectric filling compound, as described above.
Ein weiterer Aspekt, der sich auf die Gleichmäßigkeit der Erwärmung auswirkt, ist die mittlere Leistungsdichte, d.h. die Höhe der zugeführten HF- Leistung bezogen auf das im HF-Feld exponierte Another aspect that affects the uniformity of heating is the average power density, i. the amount of RF power supplied relative to that exposed in the RF field
Produktvolumen, die in einem HF-Erhitzer für verpackte Produkte oder in einem HF-Rohr in das Produkt eingetragen wird. Dabei zeigt sich, dass bei niedrigen Product volume that is introduced into the product in an HF heater for packaged products or in an HF tube. It turns out that at low
Leistungsdichten unter 1 W/cm3 die Erwärmung des Power densities below 1 W / cm 3, the heating of the
Produktes unnötig langsam verläuft und entsprechend lange Erhitzerrohre mit höheren Wärmeverlusten, längerer Reaktionszeit bei Regelvorgängen und höherem Bedarf an Pumpendruck benötigt werden.  Product runs unnecessarily slow and correspondingly long heater tubes with higher heat losses, longer reaction time during control operations and higher demand for pump pressure are needed.
Bei sehr hohen Leistungsdichten (größer 50 W/cm3) steigt andererseits die Gefahr einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung durch Hot Spots, d.h. durch lokale Überhitzungen, was zu Schädigung der Produktqualität führen kann. At very high power densities (greater than 50 W / cm 3 ), on the other hand, the danger of an uneven temperature distribution through hot spots, ie due to local overheating, increases, which can lead to damage to the product quality.
Eine gleichmäßige Erhitzung in einem HF- Erhitzerrohr wird aus diesem Grund vorteilhaft mit einer Leistungsdichte zwischen 1 W/cm3 und 50 W/cm3 erreicht, um Temperaturinhomogenitäten weitgehend auszuschließen und gleichzeitig die Erwärmung so schnell durchzuführen, dass die Produktqualität For this reason, uniform heating in an HF heater tube is advantageously achieved with a power density of between 1 W / cm 3 and 50 W / cm 3 in order to largely rule out temperature inhomogeneities while at the same time carrying out the heating so quickly that the product quality
geschont wird und das Erhitzerrohr kurz und kompakt dimensioniert werden kann. Besonders vorteilhaft erweisen sich Leistungsdichten im Bereich zwischen 4 und 20 W/cm3; dies entspricht Aufheizraten von 1 K/s bis 5 K/s in typischen Lebensmittelprodukten. is conserved and the heater tube can be short and compact dimensioned. Especially advantageous prove power densities in the range between 4 and 20 W / cm 3 ; this corresponds to heating rates of 1 K / s to 5 K / s in typical food products.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 HF-Erhitzerrohr 1 HF heater tube
2 Elektroden  2 electrodes
3 Matchbox  3 matchbox
4 Halbleitergenerator  4 semiconductor generator
5 HF-Leistungsregelung  5 RF power control
6 Temperaturregelung  6 temperature control
7 Erhitzungsvolumen  7 heating volume
8 Produkt  8 product
9 Sensor für Produktstrom  9 Sensor for product flow
10 Sensor für Einsatztemperatur  10 sensor for operating temperature
11 Sensor für elektrische Leitfähigkeit  11 Sensor for electrical conductivity
12 Sensor für Erfassung der Elektrodenspannung 12 Sensor for detecting the electrode voltage
13 Sensor für Erfassung der Austrittstemperatur13 Sensor for detecting the exit temperature
14 Flüssigkeit 14 liquid
15 Produkte/Stücke  15 products / pieces
16 Transporteinrichtung  16 transport device
17 Erhitzungsvo1umen  17 heating volumes
18 Rohrwand des Erhitzerrohrs  18 Pipe wall of the heater pipe
19 Symmetrieachse senkrecht zu den Elektroden 19 symmetry axis perpendicular to the electrodes
20 Elektrodenabstand 20 electrode gap
21 E1ektrodenabstand  21 electrode distance

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zur gleichmäßigen Erhitzung von Process for the uniform heating of
Produkten, bei dem die Produkte (8, 15) durch ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld erhitzt werden, Products in which the products (8, 15) are heated by a high-frequency alternating electromagnetic field,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das hochfrequente elektromagnetische that the high frequency electromagnetic
Wechselfeld für die Erhitzung der Produkte (8, 15) mit einem Halbleitergenerator (4) erzeugt wird. Alternating field for the heating of the products (8, 15) with a semiconductor generator (4) is generated.
Verfahren nach Anspruch 1, Method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Produkte (8, 15) kontinuierlich durch ein Erhitzungsvolumen (7, 17) transportiert werden, in dem sie dem hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeld ausgesetzt sind. in that the products (8, 15) are transported continuously through a heating volume (7, 17) in which they are exposed to the high-frequency electromagnetic alternating field.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , Method according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Produkte (8, 15) in einem Flüssigkeits- kanal durch das hochfrequente elektromagnetische Wechselfeld transportiert werden. the products (8, 15) are transported in a fluid channel through the high-frequency alternating electromagnetic field.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, Method according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Produkte (8, 15) in einem Rohr (1) aus elektrisch isolierendem Material fließen und in dem Rohr (1) durch das elektrische Wechselfeld transportiert werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, in that the products (8, 15) flow in a tube (1) of electrically insulating material and are transported in the tube (1) by the alternating electric field. Method according to one of claims 1 to 4, characterized
dass das hochfrequente elektromagnetische Wechsel- feld über Elektroden (2) in das Erhitzungsvolumen (7, 17) eingekoppelt wird, die beidseitig des Erhitzungsvolumens (7, 17) angeordnet sind. the high-frequency electromagnetic alternating field is coupled via electrodes (2) into the heating volume (7, 17), which are arranged on both sides of the heating volume (7, 17).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, Method according to one of claims 1 to 5, characterized
dass das hochfrequente elektromagnetische Wechsel - feld über ein elektromechanisch verstellbares Anpassungsnetzwerk (3) zur Impedanzanpassung in das Erhitzungsvolumen (7, 17) eingekoppelt wird, das über eine aktive Regelung (5, 6) in that the high - frequency electromagnetic alternating field is coupled into the heating volume (7, 17) via an electromechanically adjustable adaptation network (3) for impedance matching, which is connected to the heating volume (7, 17) via an active control (5, 6)
Abhängigkeit von der momentanen Last geregelt wird . Depending on the instantaneous load is regulated.
Vorrichtung zur gleichmäßigen Erhitzung von Apparatus for uniform heating of
Produkten durch ein hochfrequentes Products through a high-frequency
elektromagnetisches Wechselfeld, die alternating electromagnetic field, the
- ein Erhitzungsvolumen (7, 17) mit beidseitig angeordneten Elektroden (2) ,  a heating volume (7, 17) with electrodes (2) arranged on both sides,
- mindestens einen Hochfrequenzgenerator,  at least one high-frequency generator,
der über ein Anpassungsnetzwerk (3) mit den the via a matching network (3) with the
Elektroden (2) verbunden ist, und Electrodes (2) is connected, and
- eine Transporteinrichtung (16) zum Transport der Produkte (8, 15) durch das Erhitzungsvolumen (7, 17) aufweist,  a transport device (16) for transporting the products (8, 15) through the heating volume (7, 17),
wobei der Hochfrequenzgenerator ein Halbleitergenerator (4) ist. Vorrichtung nach Anspruch 7, wherein the high frequency generator is a semiconductor generator (4). Device according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Erhitzungsvolumen (7, 17) durch einen Flüssigkeitskanal oder einen Abschnitt eines that the heating volume (7, 17) through a liquid channel or a portion of a
Flüssigkeitskanals gebildet wird. Liquid channel is formed.
Vorrichtung nach Anspruch 7, Device according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Erhitzungsvolumen (7, 17) durch ein Rohr (1) oder einen Abschnitt eines Rohres (1) aus elektrisch isolierendem Material gebildet wird. the heating volume (7, 17) is formed by a tube (1) or a section of a tube (1) of electrically insulating material.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet , Device according to one of claims 7 to 9, characterized
dass das Anpassungsnetzwerk (3) zur Anpassung an eine veränderte Last elektromechanisch verstellbar ausgebildet und mit einer aktiven Regelung (5, 6) verbunden ist, die das Anpassungsnetzwerk (3) in Abhängigkeit von der momentanen Last regelt . the adaptation network (3) is designed to be electromechanically adjustable for adaptation to a changed load and is connected to an active control (5, 6) which regulates the matching network (3) as a function of the instantaneous load.
Vorrichtung zur gleichmäßigen Erhitzung von Apparatus for uniform heating of
Produkten durch ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld, insbesondere nach Products by a high-frequency alternating electromagnetic field, in particular after
Patentanspruch 7, die Claim 7, the
- ein Erhitzungsvolumen (7, 17) mit beidseitig angeordneten Elektroden (2) ,  a heating volume (7, 17) with electrodes (2) arranged on both sides,
- mindestens einen Hochfrequenzgenerator,  at least one high-frequency generator,
der über ein Anpassungsnetzwerk (3) mit den the via a matching network (3) with the
Elektroden (2) verbunden ist, und Electrodes (2) is connected, and
- eine Transporteinrichtung (16) zum Transport der Produkte (8, 15) durch das Erhitzungsvolumen (7, 17) aufweist,  a transport device (16) for transporting the products (8, 15) through the heating volume (7, 17),
- wobei das Erhitzungsvolumen (7, 17) durch ein Rohr (1) oder einen Abschnitt eines Rohrs (1) aus elektrisch isolierendem Material gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, - Wherein the heating volume (7, 17) by a Tube (1) or a portion of a tube (1) is formed of electrically insulating material, characterized
dass die Elektroden (2) so geformt sind, dass sie zwischen ihren entlang einer Längsachse des Rohrsthat the electrodes (2) are shaped so as to be between their along a longitudinal axis of the tube
(1) verlaufenden Rändern einen geringeren gegen¬ seitigen Elektrodenabstand (21) aufweisen als zwischen ihren Zentren. (1) extending edges have a smaller gegen¬ side electrode spacing (21) than between their centers.
Vorrichtung nach Anspruch 11, Device according to claim 11,
dadurch gekennzeichnet , characterized ,
dass die Elektroden (2) eine entlang der Längsachse des Rohrs (1) bemessene Elektrodenbreite aufweisen, die 50 % bis 200 % eines Außendurchmessers des Rohrs (1) beträgt, und so geformt sind, dass der Elektrodenabstand (21) zwischen ihren Rändern 10 % bis 90 % eines Außendurchmessers des Rohrs (1) und der Elektrodenabstand (20) zwischen ihren Zentren 100 % bis 120 % des Außendurchmessers des Rohrs (1) betragen. in that the electrodes (2) have an electrode width measured along the longitudinal axis of the tube (1), which is 50% to 200% of an outside diameter of the tube (1), and are shaped so that the distance between the electrodes (21) between their edges is 10% to 90% of an outer diameter of the tube (1) and the distance between the electrodes (20) between their centers amount to 100% to 120% of the outer diameter of the tube (1).
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, Device according to claim 11 or 12,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Elektroden (2) so über ein formbares ode fließfähiges dielektrisches Füllmaterial mit dem Rohr (1) verbunden sind, dass kein Luftspalt zwischen Elektroden (2) und Rohr (1) auftritt. in that the electrodes (2) are connected to the tube (1) via a moldable or flowable dielectric filling material such that no air gap occurs between the electrodes (2) and the tube (1).
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