HU214133B - A method, an electrode system and an assembly for heating media flowing through an insulating pipe - Google Patents

Abstract

(57) KIVONAT A találmány tárgya eljárás, elektródelrendezés és szerelvényszigetelőcsövön (12) átáramló közeg fűtésére. A közegetnagyfrekvenciás – NF – villamős árammal fűtjük. A közeg villamősanlényegében nem vezető anyagú és csak igen csekély dielektrőmősveszteségű csövön (12) áramlik át, ami köré két gyűrű alakú elektródát(14,16) helyezünk el egymástól őlyan axiális távőlságb n, hőgy azőkatadőtt csőhőssz választja el egymástól. Az elektródőkat egy NF-generátőr (22) kapcsaira kötjük, NF feszültséget adva rájűk. Azelektródelrendezés, illetve szerelvény két, jó villamős vezető fémből,így rézből, sárgarézből vagy alűmíniűmból készült gyűrű alakú vagyszalag alakú elektródőt (14, 16) tartalmaz, amik nem ezető anyagú,lényegében dielektrőmős veszteség nélküli cső (12) külső őldala körülvannak elhelyezve úgy, hőgy amikőr a két gyűrű alakú elektródra (14,16) NF-feszültség van kapcsőlva, akkőr közöttü hősszirányú villamősmező jön létre. ŕ

Description

(57) KIVONAT

A találmány tárgya eljárás, elektródelrendezés és szerelvény szigetelőcsövön (12) átáramló közeg fűtésére. A közeget nagyfrekvenciás - NF - villamos árammal fütjük. A közeg villamosán lényegében nem vezető anyagú és csak igen csekély dielektromos veszteségű csövön (12) áramlik át, ami köré két gyűrű alakú elektródát (14,16) helyezünk el egymástól olyan axiális távolságban, hogy azokat adott csőhossz választja el egymástól. Az elektródokat egy NF-generátor (22) kapcsaira kötjük, NF feszültséget adva rájuk.

Az elektródelrendezés, illetve szerelvény két, jó villamos vezető fémből, így rézből, sárgarézből vagy alumíniumból készült gyűrű alakú vagy szalag alakú elektródot (14, 16) tartalmaz, amik nem vezető anyagú, lényegében dielektromos veszteség nélküli cső (12) külső oldala körül vannak elhelyezve úgy, hogy amikor a két gyűrű alakú elektródra (14, 16) NF-feszültség van kapcsolva, akkor közöttük hosszirányú villamos mező jön létre.

A leírás terjedelme: 5 oldal (ezen belül 1 lap ábra)

HU 214 133 B

HU 214 133 Β

A találmány tárgya eljárás szigetelőcsövön átáramló közeg fűtésére. A fűtéshez nagyfrekvenciás (NF) villamos áramot alkalmazunk és a közeget villamosán nem vezető, lényegében dielektromos veszteségek nélküli anyagból készült csövön vezetjük át. Az eljárásban a cső körül két elektród van elrendezve, amik egy NF-generátor kapcsaira vannak kötve és így a NF-generátorról NF-feszültség jut az elektródra.

Az eljárás különösen alkalmas folyó vagy áramló közegek fűtésére. Ezek a közegek lehetnek folyadékok vagy gázok, valamint szilárd anyagok, elsősorban por vagy granulátum alakú szilárd anyagok.

A találmány tárgya továbbá elektródelrendezés és szerelvény a találmány szerinti eljárás foganatosítására.

A GB-A-2,027,528 számú szabadalmi bejelentés ismertet egy eljárást és egy berendezést, kártyalemez egyik oldalára felhordott, vastag, nedves réteg szárítására. A kártyalemez áthalad egy elektródrendszeren, ami nagyfrekvenciás villamos mezót ad rá úgy, hogy a villamos mező átmegy egy vastag, nedves rétegen és ezáltal fűti azt.

Az US-PS-4,839,485 számú leírás ismertet egy berendezést szállítószalagon lévő élelmiszerek egy részének mikrohullámú melegítésére.

A GB-A-2,053,629 számú szabadalmi bejelentés ismertet egy eljárást és egy készüléket szálas elemek hőkezelésére, aminek során a szálakat átviszik egy ultranagy frekvenciás (UHF) üregrezonátorok, ahol a villamos mező párhuzamos a szálakkal.

A faiparból és például az SE-A-319,129 számú szabadalmi bejelentésből ismeretes NF-generátorok kapacitív nagyfrekvenciás elektródrendszemek faanyag melegítésére történő alkalmazása, például ragasztással kapcsolatban.

Az US-PS-3,222,491 számú szabadalmi leírásból ismeretes egy berendezés por alakú vagy szemcsés anyagok folyamatos szárítására, amiben az anyag egy motorral forgatható csövön át halad. A csőben lévő granulátumot két, a csövön kívül sugárirányban egymással szemben rögzített, hosszúkás alakú lemezelektród nagyfrekvenciás térrel fűti. A lemezelektródok kissé meg vannak hajlítva úgy, hogy a forgó cső külső felületének görbületét - ettől a felülettől kis távolságban - követik. A csőben a két lemezelektród között az anyag haladására merőleges villamos mező jön létre.

Találmányunk célja az eddig ismert eljárásoknál jóval egyszerűbb eljárás dielektromos veszteséggel rendelkező anyagok fűtésére, amely eljárást mind gáz alakú és folyékony, mind por alakú vagy szilárd anyagoknál alkalmazni lehet anélkül, hogy az elektródok szükségszerűen érintkeznének a szóban forgó anyagokkal.

A találmány szerinti eljárást villamosán nem vezető, lényegében dielektromos veszteségek nélküli anyagból készült csövön átvezetett közegnek nagyfrekvenciás villamos árammal történő fűtésére alkalmazzuk.

A feladatot az eljárás tekintetében úgy oldjuk meg, hogy a cső körül, kerülete mentén, periférikusán, egymástól megfelelő axiális távolságban elhelyezett elektródokat alkalmazunk.

A találmány szerinti elektródelrendezés időben nagyfrekvenciásán változó villamos mezőt eredményez, ami a cső hosszában az egyik gyűrű elektród a másik gyűrű elektródig terjed. Az áramló közegnek veszteséges közegnek, és ebből következőleg ilyen fűtéshez alkalmasnak kell lennie. Ha ez a feltétel teljesül, akkor a hosszirányú mező „behúzódik” a csőbe és „áthúzódik” az áramló közegen és ezáltal füti a közeget.

Ez az eljárás olyan egyszerű, hogy még meglévő csőrendszereken is alkalmazható, ha igény van az áramló közeg hőmérsékletének növelésére. Az egyetlen feltétel az, hogy a csőfal viszonylag kis dielektromos veszteségű, szigetelőanyagból készüljön. Ez gyakran fennáll, mivel csőgyártásra széleskörűen alkalmaznak műanyagokat. Az áthaladó közeg - legyen az szilárd, szemcsés, folyékony vagy gáz alakú - egyenletesen és hatékonyan füthető anélkül, hogy érintkezésbe kerülne a futőeszközzel és anélkül, hogy anyag szökne meg a szállítócsőből. Az utóbbi nagyon előnyös sok esetben, amikor mérgező vagy agresszív közegekről van szó, valamint olyan érzékeny közegek esetében, amik nem viselik el az érintkezést a légkörrel vagy abban az esetben ha a fűtési folyamat alatt védőgázt kell alkalmazni.

Az eljárás során az NF-generátor kimenő teljesítményét előnyös módon hőfokérzékelők és/vagy nedvességtartalom-érzékelők segítségével szabályozzuk.

Az eljárás során a NF-generátor kimenő teljesítményét előnyös módon a csőben áramló közeg vagy folyadék átfolyási sebessége alapján szabályozzuk.

A NF-generátor működési frekvenciája előnyös módon 13,56 MHz vagy az adott közegben alkalmas frekvencia, ami azt jelenti, hogy a generátor kimeneti frekvenciáját úgy választjuk meg, hogy az NF-generátor kimenő energiájának nagyobb része átmenjen a közegen.

A feladatot a találmány szerinti eljárás foganatosítására szolgáló elektródelrendezés tekintetében úgy oldjuk meg, hogy az elrendezés két, jó villamos vezető fémből, így rézből, sárgarézből vagy alumíniumból készült gyűrűelektródát vagy szalagelektródát tartalmaz. Ezek az elektródák egy nem vezető anyagú, lényegében dielektromos veszteség nélküli cső külső oldala körül vannak elhelyezve úgy, hogy amikor a két gyürüelektródra NFfeszültséget kapcsolnak, akkor közöttük hosszirányú villamos mező jön létre.

Az gyűrüelektródok helyzete azok a cső hosszirányában történő elmozdításával előnyös módon változtatható úgy, hogy az elektródok közötti távolság, vagyis csőhossz optimálisan megfeleljen az NF-kezelésnek kitett anyagokhoz.

A gyűrüelektródok belső átmérője előnyös módon megegyezik a cső külső átmérőjével, vagyis ez a belső átmérő lényegében egyenlő a cső külső átmérőjével.

A cső két vége előnyös módon fémkarimákban, különösen jó villamos vezető fémből készült karimákban végződnek és az anyag kiválasztásakor a fütendö közeggel való érintkezést kibíró anyagot kell alkalmazni.

Amint ezt korábban említettük, az elektródelrendezés gyűrűket, előnyös módon körgyűrűket tartalmaz, de a feldolgozásban alkalmazott cső alakjától függően más alakú - négyzet, téglalap, ellipszis, háromszög alakú vagy ezekhez hasonló keresztirányú - elektródokat is lehet alkalmazni.

HU 214 133 Β

A találmány szerinti elektródelrendezés előnye, hogy a szigetelőcső külső oldalára probléma nélkül rá lehet szerelni és az NF-mező révén a feldolgozó csőben lévő anyag egész keresztmetszetében létrehozza a dielektromos veszteségek és rezisztív veszteségek kombinációját.

Az elektródelrendezésben a gyűrűelektródok vagy szalagelektródok helyzete változtatható. Evégett az elektródokat a cső hosszirányában elmozdítjuk úgy, hogy az elektródok közötti távolság, vagyis csőhossz optimálisan megfelel a nagyfrekvenciával kezelendő anyagoknak. Ily módon van biztosítva az NF-generátor kimeneti áramkörének lényegében optimális hangolása.

A fentiek eredményeként könnyen lehet nagyfrekvenciás impedanciaillesztést létrehozni az NF-generátor és a kezelendő anyag között.

Az elrendezés előnye továbbá a sima és egyenletes fűtés az anyag teljes keresztmetszetében. Ennek eredményeként rendkívül gyors fűtés érhető el, mivel a feldolgozócsőben lévő anyagnak jóval nagyobb mennyiségű energiát lehet átadni, mint más módszerekkel.

Minthogy az elektródelrendezés nem kerül érintkezésbe a kezelendő közeggel, ezért alkalmazható agresszív anyagok, gyúlékony anyagok és mérgező gázokat fejlesztő anyagok fűtésére. A mérgező gázokat zárt elszívórendszerekkel lehet a feldolgozó csőből eltávolítani.

Minden anyag fűthető, aminek dielektrikus veszteségi tényezője van, így például víz, vizes oldatok, por, granulátumok, szilárd anyagok, mint fa, kerámia („nyers” állapotban, vagyis amíg nedves), élelmiszerek, gyógyszerek, peszticidek és magvak.

Találmányunkat annak példaképpeni kiviteli alakjai kapcsán ismertetjük részletesebben ábráink segítségével, amelyek közül az

1. ábra a találmány szerinti fűtőrendszer egy példaképpeni kiviteli alakja, a

2. ábra egy másik kiviteli alak.

Az 1. ábra szerinti példában a fűtőrendszer feldolgozó 12 csövet tartalmaz, aminek az átmérője és hossza a feldolgozás szempontjából megfelel. Az átmérő például 10 cm lehet, a hossz például 1 m, egy másik kiviteli alaknál az átmérő például 1 m és a hossz például 3 m lehet. A méretek a feldolgozandó anyagtól és különösen a feldolgozandó anyag mennyiségétől függnek.

A feldolgozandó anyagot bármilyen alkalmas módon lehet a 12 csövön átszivattyúzni, átpréselni vagy átszállítani. Folyadékokon és gázokon kívül az eljárás alkalmazható szilárd anyagokhoz is, amiket például szállítószalagon továbbítanak.

A 12 cső villamosán szigetelőanyagból, előnyös módon kis dielektromos veszteségű vagy dielektromos veszteség nélküli anyagból, így polietilénből, polipropilénből, teflonból (PTFE), üvegből, kvarcüvegből vagy aluminiumoxidból készül. Az anyagválasztást a fütendő anyag tulajdonságai és az azzal kapcsolatos feltételek így a fűtési hőmérséklet, az agresszivitás, a károsanyagkibocsátás - határozzák meg.

A 12 cső keresztmetszeti alakja tetszőleges: lehet kör alakú, ovális, négyzet vagy téglalap alakú. Két, 14 és 16 elektród van a kerületen a cső külső oldalán rögzítve.

Ezek az elektródok a kerületen elhelyezett réz szalagokból készült réz gyűrűk vagy gallérok lehetnek. Szélességük tetszőleges, de figyelembe kell venni a cső keresztmetszeti alakját és a közeggel közlendő NF villamos teljesítményt.

A 14, 16 elektródokat széles fém - réz, sárgaréz, alumínium vagy hasonló fémszalag alakú, nagyfrekvenciás 18, 20 vezető köti össze egy 22 NF-generátor megfelelő kapcsaival. A 22 NF-generátor előnyös módon szimmetrikus kimenettel van ellátva, de a kimenet lehet nem-szimmetrikus is.

A két gyűrű elektród között az 1. ábrán szaggatott vonallaljelöltNF-mezőjön létre. A NF-mező elsősorban a dielektromos veszteséggel rendelkező közegben koncentrálódik és a villamos teljesítmény ebben a közegben hővé alakul át.

A gyűrűs vagy karimás 14 és 16 elektród helyzete előnyös módon oldalirányban szabályozható, vagyis a 14, 16 elektródokat a 12 cső mentén el lehet mozdítani. Ily módon egyszerűen lehet a terhelő impedanciát a 22 NF-generátorhoz illeszteni.

A 2. ábrán a találmány másik kiviteli alakja látható. Ennél a kiviteli alaknál egy-egy, 24 és 26 karima van rögzítve a feldolgozó 12 cső két végén. A 24, 26 karima anyaga réz, rozsdamentes acél, sárgaréz, alumínium, titán, berillium, bronz stb. A fém 24, 26 karimák belső átmérője előnyös módon - de nem feltétlenül - azonos a szigetelő feldolgozó 12 cső belső átmérőjével. Ezeket a 24, 26 karimákat földelni lehet. A 24, 26 karimák lehetővé teszik különleges biztonsági igények kielégítését. A 24, 26 karimák ezen kívül biztosítják, hogy a ráadott feszültség máshol, a szerelvény nem kívánt helyein ne lépjen fel.

A 12 csőbe hőmérséklet-érzékelőket és/vagy nedvességérzékelőket lehet szerelni, amik kijelzik a közeg hőmérsékletét és/vagy nedvességtartalmát és opcionálisan egy vezérlőegységre köthetők, ami vezérli a 22 NF-generátor által leadott kimenő teljesítményt.

A gyűrűelektródok belső oldalát hőálló anyaggal, például teflonnal, vagyis politetrafluoretilénnel lehet bevonni. Ennek a hőálló anyagnak a dielektromos vesztesége kicsi vagy lényegében nulla, hogy a feldolgozó 12 csövet a 24,26 elektródokban a rézveszteség miatt keletkező hő mellett minél kisebb hőhatás érje.

A rendszer azért is előnyös, mivel a beiktatott hőmérséklet-, nedvességérzékelők stb. révén lehetővé teszi a feldolgozó csőben lévő anyagokkal közölt kimeneti teljesítmény automatikus szabályozását. Az eljárással a különböző paraméterek pontos szabályozását igénylő folyamatok, például pasztőrözés, csírátlanítás stb. végezhető.

Az eljárásban leginkább alkalmas működési frekvencia 13,56 MHz és 27,12 MHz, de ennél jóval nagyobb és kisebb nagyfrekvenciákat is lehet használni. A frekvenciát a konkrét alkalmazás határozza meg.

A közeggel vagy folyadékkal közölt kimeneti teljesítményt a következő képlettel becsülhetjük meg.

Kimeneti teljesítmény, kW - 0,07 * t * M, ahol M - a mennyiség, [liter/perc]-ben;

t - a hőmérséklet-különbség, [°C]-ban.

HU214 133 Β

Minthogy a közeg fűtése a teljes keresztmetszetben egyidejű, ezért a közeggel károsodás nélkül, többször olyan nagy teljesítményt lehet közölni mint a szokványos fűtési módszereknél, ahol a fűtés hővezetés útján történik és a közeg hőátviteli tulajdonságai döntőek a fűtési sebesség szempontjából. Ezáltal elkerüljük a feldolgozott anyagnak a szokványos fűtési eljárásokból eredő károsodásait, amiket az okoz, hogy a szokványos fűtési eljárásoknál alkalmazott hővezetés esetén a felület túlmelegszik, és az anyag belsejében túl gyenge a felmelegedés.

Claims (10)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás szigetelőcsövön átáramló közeg fűtésére nagyfrekvenciás -NF- villamos árammal, amely eljárás során a közeg a villamosán nem vezető és lényegében dielektromos veszteség nélküli anyagból készült csövön áramlik át, a cső körül két elektród van, amik egy NFgenerátor kapcsaira vannak kötve, és az NF-generátor NF feszültséget ad az elektródokra, azzal jellemezve, hogy a cső (12) körül, kerülete mentén, periférikusán, adott axiális távolságba elhelyezett elektródokat (14,16) alkalmazunk.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szigetelőcsövön (12) átáramló közeg folyadék.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a NF-generátor (22) kimeneti teljesítményét hőmérséklet-érzékelők és/vagy nedvességérzékelők alapján szabályozzuk.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a NF-generátor (22) kimeneti teljesítményét a csövön (12) átáramló közeg vagy folyadék áramlási sebessége alapján szabályozzuk.
5. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a NF-generátor (22) működési frekvenciája 13,56 MHz vagy az adott közeget melegítő alkalmas frekvencia, azaz az NF-generátor (22) kimeneti frekvenciáját úgy választjuk meg, hogy kimenő energiájának nagyobb része hő alakjában áttevődjék a közegre.
6. 6. Elektródelrendezés az IN. igénypontok bármelyike szerinti eljáráshoz, azzal jellemezve, hogy két darab, jó villamos vezető fémből, így rézből, sárgarézből vagy alumíniumból készült gyűrű alakú vagy szalag alakú elektródot (14, 16) tartalmaz, amik egy nem vezető anyagú, dielektromos veszteség nélküli cső (12) külső oldala körül vannak elhelyezve úgy, hogy amikor a két gyűrű alakú elektródra (14, 16) NF-feszültség van kapcsolva, akkor közöttük hosszirányú villamos mező jön létre.
7. 7. A 6. igénypont szerinti elektródelrendezés, azzal jellemezve, hogy az elektródokat (14, 16) képező gyűrűk vagy szalagok helyzete azoknak a cső (12) hosszirányában történő elmozdításával változtatható úgy, hogy az elektródok (14, 16) közötti távolság, vagyis az elektródok (14, 16) közötti csőhossz optimálisan megfelel az NF-kezelésnek kitett anyagokhoz.
8. 8. A 6. vagy 7. igénypont szerinti elektródelrendezés, azzal jellemezve, hogy gyűrüelektródok belső átmérője megegyezik a cső (12) külső átmérőjével.
9. 9. Az előző igénypontok bármelyike szerinti elektródelrendezés, azzal jellemezve, hogy cső (12) két vége fémből, különösen jó villamos vezető fémből készült, és a fütendő közeggel való érintkezést kibíró anyagú karimákban (24, 26) végződik.
10. 10. Szerelvény az IN. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítására, amiben van egy, a fűtendő közeg szállítására szolgáló rendszer részét képező, szigetelőcsö (12), azzal jellemezve, hogy két kerületi elektród (14, 16) veszi körül a csövet (12) egymástól adott axiális távolságban elhelyezve, és az elektródok (14, 16) egy NF-generátor (12) megfelelő kapcsaira vannak NFvezetővel (18, 20) kötve.

    HU 214 133 Β Int. Cl.⁶: H 05 B 6/78

    NF - GÉN

    l.ÁBRA <24 /26 ^$$$$$$^^7/77ζ^^///////7////////////>)!>>)////)$$$^$$$$$$$