EP3784004B1 - Mikrowellenapplikatorsteuerung - Google Patents

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EP3784004B1
EP3784004B1 EP19192286.3A EP19192286A EP3784004B1 EP 3784004 B1 EP3784004 B1 EP 3784004B1 EP 19192286 A EP19192286 A EP 19192286A EP 3784004 B1 EP3784004 B1 EP 3784004B1
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EP
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microwave
power
product
amount
absorbed
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EP3784004C0 (de
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Carlo Groffils
Vincent GOOVAERTS
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    • H05B6/64Heating using microwaves
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    • HELECTRICITY
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    • H05B2206/04Heating using microwaves
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    • H05B2206/04Heating using microwaves
    • H05B2206/046Microwave drying of wood, ink, food, ceramic, sintering of ceramic, clothes, hair

Definitions

  • step f) further comprises the step of determining a temperature distribution in the product based on the image data, and wherein in step g), the applied microwave power to the product is further controlled based on a maximum, average, or minimum value of the temperature distribution in the product.
  • the method comprises the step of providing cooling water.
  • the cooling water is used in a dummy load or isolator to absorb mismatched (i.e. reflected) microwaves, thereby preventing them from bouncing back to the magnetron.
  • the cooling water is used for cooling the magnetron.
  • Using cooling water both in the isolator and for cooling the magnetron significantly improves the operation of the microwave applicator and the life expectancy of the electronics inside.
  • the microwave (MW) unit is preferably not operated without a supply of cooling water at the correct temperature of, for example, between 10°C and 30°C. This can be enforced by requiring, for example, that the magnetron will not start if the water flow is too low or if the cooling water is too hot.
  • the imaging device comprises an infrared camera.
  • the camera allows capturing image data indicative of a temperature distribution in a product which is treated in the microwave applicator.
  • the camera then provides real-time input data which can be used by the controller to adapt the power at which the microwaves are applied to the product based on the captured image data.
  • the cavity has a door which is equipped with one or more of, preferably all of, the following types of sealing: Copper alloy spring contactor for the protection for MW radiation; Teflon seal for the protection against irradiated heat; and/or Rubber seal for the air-tightness of the cavity.
  • the imaging device is a spectral imaging device.
  • the system further comprises one or more positioning blocks for supporting the product.
  • the camera allows capturing image data indicative of a temperature distribution in in a product which is treated in the microwave applicator.
  • the controller (300) of the microwave system (100) then adapts the power at which the microwaves are applied to the product based on the captured image data.
  • the microwave system (100) is equipped with an emergency stop button in the door panel of an associated electrical cabinet. After pressing it, the whole microwave system (100) shuts down, including the vacuum pump (280), and the integrated water pump and chiller (285). The alarm indicator light will be on until the emergency stop button is released and the system is reset by pushing a reset button. The emergency stop button is released by pulling the knob of the button back.
  • the upper valve (291) When the upper valve (291) is opened, the bottom of the drying vessel opens and the product falls to the collector chute. Furthermore, the product is transferred to the collection tank by opening the lower valve (292). After the discharge, the collection tank is kept under vacuum by closing the lower valve (292).
  • the applied microwave power to the product is further controlled by 1) determining a temperature distribution in the product based on the image data, and 2) a maximum, average, or minimum value of the temperature distribution in the product.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Drying Of Solid Materials (AREA)

Claims (15)

  1. Verfahren zum Anwenden einer Mikrowellenbehandlung auf ein Produkt, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
    a) Bereitstellen eines Mikrowellensystems, umfassend einen Mikrowellenapplikator (200), eine Bildgebungsvorrichtung (220), eine Steuerung (300) und einen Mikrowellengenerator (400);
    b) Platzieren des Produkts in dem Mikrowellenapplikator (200);
    c) Generieren von Mikrowellen mittels des Mikrowellengenerators (400) mit einer vorbestimmten generierten Mikrowellenleistung;
    d) Lenken der Mikrowellen zu dem Produkt in dem Mikrowellenapplikator (200);
    e) Aussetzen des Produkts den Mikrowellen mit einer vorbestimmten angewendeten Mikrowellenleistung;
    f) Erfassen von Bilddaten, die eine Temperaturverteilung des Produkts angeben, mittels der Bildgebungsvorrichtung (220);
    g) Steuern der auf das Produkt angewendeten Mikrowellenleistung mittels der Steuerung (300) und basierend auf den Bilddaten;
    h) Messen einer Menge an einfallender Leistung mittels eines Leistungsmessgeräts;
    i) Messen einer Menge an reflektierter Leistung mittels eines Leistungsmessgeräts;
    j) Bestimmen einer Menge an absorbierter Mikrowellenleistung durch Subtrahieren der Menge an einfallender Leistung und der Menge an reflektierter Leistung;
    k) eines von
    - Verwenden der Menge an absorbierter Mikrowellenleistung als Näherung der Menge an Mikrowellenleistung, die durch das Produkt absorbiert wurde; oder
    - Berechnen einer Menge an Hohlraumverlusten, und Berechnen der Menge an Mikrowellenleistung, die durch das Produkt absorbiert wurde, durch Subtrahieren der Menge an Hohlraumverlusten von der Menge an absorbierter Mikrowellenleistung; und
    l) Steuern der auf das Produkt angewendeten Mikrowellenleistung mittels der Steuerung (300) und basierend auf der Mikrowellenleistung, die durch das Produkt absorbiert wurde.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bildgebungsvorrichtung eine Infrarotkamera (220) umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei Schritt b) die folgenden Teilschritte umfasst:
    b1) Bereitstellen von einem oder mehreren Positionierungsblöcken in dem Mikrowellenapplikator (200); und
    b2) Platzieren des Produkts auf dem einen oder den mehreren Positionierungsblöcken.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Schritt g) die Schritte umfasst:
    g1) Bestimmen einer Menge an überschüssiger generierter Mikrowellenleistung mittels der Steuerung und basierend auf den durch die Bildgebungsvorrichtung erfassten Bilddaten; und
    g2) Lenken der generierten überschüssigen Mikrowellenleistung an eine Ersatzlast (600) mittels eines Zirkulators (500).
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Produkt ein flüssiges Produkt ist, und wobei das Verfahren des Weiteren den Schritt des Rührens des Produkts umfasst.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei Schritt f) des Weiteren den Schritt des Bestimmens einer Temperaturverteilung in dem Produkt basierend auf den Bilddaten umfasst, und wobei in Schritt g) die auf das Produkt angewendete Mikrowellenleistung des Weiteren basierend auf einem Maximal-, Durchschnitts- oder Mindestwert der Temperaturverteilung in dem Produkt gesteuert wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in Schritt g) die angewendete Mikrowellenleistung des Weiteren mittels eines Leistungsbegrenzers gesteuert wird, der die maximal angewendete Mikrowellenleistung begrenzt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Mikrowellensystem des Weiteren eine Austragungs- und Sammelvorrichtung (290), die ein oberes Ventil (291) und ein unteres Ventil (292) umfasst, zum Produkttransfer umfasst; und wobei das Verfahren des Weiteren umfasst:
    - funktionelles Koppeln der Austragungs- und Sammelvorrichtung mit dem Mikrowellenapplikator;
    - Geschlossenhalten von sowohl dem oberen als auch dem unteren Ventil, während das Produkt in dem Mikrowellenapplikator (200) behandelt wird;
    - Öffnen des oberen Ventils (291), wenn die Produktbehandlung beendet ist, wodurch das behandelte Produkt in eine Sammlerrutsche fallen kann;
    - Öffnen des unteren Ventils, nachdem das obere Ventil (291) geöffnet worden ist, wodurch das behandelte Produkt in einen Sammeltank transferiert wird;
    - Schließen des unteren Ventils (292), wodurch der Sammeltank abgeriegelt und ein Vakuum darin gehalten wird;
    - Entfernen des Vakuums von dem Mikrowellenapplikator (200) und der Sammlerrutsche;
    - Ablösen des Sammeltanks, der das behandelte Produkt enthält, von dem Mikrowellenapplikator (200) .
  9. Mikrowellensystem (100) zum Aussetzen eines Produkts einer Mikrowellenbehandlung, wobei das System einen Mikrowellenapplikator (200), eine Bildgebungsvorrichtung (220), eine Steuerung (300) und einen Mikrowellengenerator (400) umfasst;
    wobei die Steuerung funktionell mit dem Mikrowellenapplikator (200), der Bildgebungsvorrichtung (220) und dem Mikrowellengenerator (400) gekoppelt ist;
    wobei der Mikrowellengenerator (400) angeordnet ist, um Mikrowellen mit einer vorbestimmten Leistung zu generieren;
    wobei das System (100) angeordnet ist, um das Produkt den Mikrowellen auszusetzen;
    wobei die Bildgebungsvorrichtung (220) angeordnet ist, um Bilddaten zu erfassen, die eine Temperaturverteilung in dem Produkt angeben;
    wobei die Steuerung (300) angeordnet ist, um die Leistung, mit der die Mikrowellen auf das Produkt angewendet werden, basierend auf den erfassten Bilddaten zu adaptieren;
    dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrowellensystem (100) ein Leistungsmessgerät, das zum Messen einer Menge an einfallender Leistung ausgestaltet ist, und ein Leistungsgerät, das zum Messen einer Menge an reflektierter Leistung ausgestaltet ist, umfasst; und
    wobei die Steuerung ausgestaltet ist zum:
    - Bestimmen einer Menge an absorbierter Mikrowellenleistung durch Subtrahieren der Menge an einfallender Leistung und der Menge an reflektierter Leistung;
    - Berechnen einer Menge an Hohlraumverlusten, und Berechnen der Menge an Mikrowellenleistung, die durch das Produkt absorbiert wurde, durch Subtrahieren der Menge an Hohlraumverlusten von der Menge an absorbierter Mikrowellenleistung; und
    - Adaptieren der Leistung, mit der Mikrowellen auf das Produkt angewendet werden, basierend auf der Menge an Mikrowellenleistung, die durch das Produkt absorbiert wurde.
  10. System nach Anspruch 9, wobei die Bildgebungsvorrichtung eine Infrarotkamera umfasst.
  11. System nach Anspruch 9 oder 10, des Weiteren umfassend einen oder mehrere Positionierungsblöcke zum Tragen des Produkts.
  12. System nach einem der Ansprüche 9 bis 11, des Weiteren umfassend einen Zirkulator (500) und eine Ersatzlast (600), wobei die Steuerung (300) des Weiteren ausgestaltet ist, um eine Überschussmenge an generierter Mikrowellenleistung basierend auf den durch die Bildgebungsvorrichtung erfassten Bilddaten zu bestimmen; und wobei der Zirkulator (500) ausgestaltet ist, um die überschüssige generierte Mikrowellenleistung zu einer Ersatzlast (600) zu lenken.
  13. System nach einem der Ansprüche 9 bis 12, des Weiteren umfassend ein Ultraschallhilfsmittel, einen Rührer und/oder einen Leistungsbegrenzer.
  14. System nach einem der Ansprüche 9 bis 13, des Weiteren umfassend eine Austragungs- und Sammelvorrichtung (290); wobei die Austragungs- und Sammelvorrichtung ein oberes Ventil (291) und ein unteres Ventil (292) umfasst, die zum Produkttransfer ausgestaltet sind.
  15. Verwendung eines Systems nach einem der Ansprüche 9 bis 14 zum
    - Trocknen eines Produkts;
    - Unterstützen einer chemischen Reaktion; und/oder
    - Sterilisieren eines Volumens.
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