ITFI980200A1

ITFI980200A1 - MICROWAVE OVEN FOR COOKING CERAMIC MATERIAL UNDER PRESSURE

Info

Publication number: ITFI980200A1
Application number: IT98FI000200A
Authority: IT
Inventors: Gaudenzio Borelli
Original assignee: Gaudenzio Borelli
Priority date: 1998-09-08
Filing date: 1998-09-08
Publication date: 2000-03-08
Also published as: ES2181383T3; IT1304897B1; EP0985893B1; ITFI980200A0; ATE222646T1; EP0985893A1; DK0985893T3; DE69902570D1; DE69902570T2

Abstract

A microwave kiln for firing ceramic material under pressure comprises a container (2), a box-shaped body (13) made of low-density alumina and rotatable inside the container (2) about a vertical axis, a firing chamber for the ceramic material, consisting of the internal cavity (14) of the box-shaped body (13), a magnetron (28) for generating microwaves and a waveguide (27) for introducing said waves inside the container (2) through an opening (24), means designed to generate a pressure greater than atmospheric pressure inside the container (2); the magnetron (28) and the waveguide (27) being movable along the opening (24) in order to produce a substantially uniform electromagnetic field inside the container (2); elements (15) made of material with a high dielectric loss factor being provided adjacent to the walls of the internal cavity (14) of the box-shaped body (13). <IMAGE>

Description

D E SC R I Z IO N E DESCRIPTION

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo attached to a patent application for INDUSTRIAL INVENTION entitled

FORNO A MICROONDE PER LA COTTURA DI MATERIALE CERAMICO SOTTO PRESSIONE MICROWAVE OVEN FOR COOKING CERAMIC MATERIAL UNDER PRESSURE

DE5CRIZIONE DE5CRIPTION

La presente invenzione concerne un forno a microonde per la cottura di materiale ceramico sotto pressione. The present invention relates to a microwave oven for cooking ceramic material under pressure.

E ' noto che per la cottura di materiali ceramici sono impiegati forni comprendenti una camera per la combustione di una miscela di aria/metano (o altro) e dotata di un condotto o camino per L'Evacuazione dei fumi. Nei forni di questo tipo la camera di combustione funge anche da camera di reazione per il materiale ceramico in cottura. E' altresì noto che. al fine di ottenere particolari materiali ceramici. quali ad es. pigmenti cosiddetti "ad inclusione". si. genera una sovrappressione all’ interno della camera di combustione/reazione strozzando parzialmente il condotto di uscita dei fumi. It is known that kilns comprising a chamber for the combustion of a mixture of air / methane (or other) and equipped with a duct or chimney for the evacuation of fumes are used for firing ceramic materials. In kilns of this type, the combustion chamber also acts as a reaction chamber for the ceramic material being fired. It is also known that. in order to obtain particular ceramic materials. such as eg. so-called "inclusion" pigments. yes. generates an overpressure inside the combustion / reaction chamber, partially throttling the smoke outlet duct.

In questo modo, per altro, le condizioni di reazione sono difficilmente riproducibili ed inoltre la pressione generabile all'interno della camera è limitata a qualche decimo di atmosfera. Inoltre, poiché la reazione avviene all'interno della camera di combustione, i fumi di combustione contengono notevoli quantità di prodotti di reazione tossici, con conseguente necessità di predisporre mezzi adeguati di abbattimento e filtraggio. In this way, however, the reaction conditions are difficult to reproduce and furthermore the pressure that can be generated inside the chamber is limited to a few tenths of an atmosphere. Furthermore, since the reaction takes place inside the combustion chamber, the combustion fumes contain considerable quantities of toxic reaction products, with the consequent need to provide adequate means of abatement and filtering.

I forni del tipo sopra indicato richiedono poi tempi di cottura ragguardevoli , e danno luogo a notevoli sprechi di energia in quanto buona parte del calore viene perduta nelle emissioni al camino. Ovens of the type indicated above also require considerable cooking times, and give rise to considerable wastes of energy since a large part of the heat is lost in the emissions to the chimney.

Fornetti a microonde ad uso di laboratorio sono anche noti per la cottura di piccole quantità di materiale ceramico . Microwave ovens for laboratory use are also known for firing small quantities of ceramic material.

Scopo principale della presente invenzione è quello di proporre un forno a microonde per la cottura sotto pressione di materiale ceramico in quantità industriale e che sia esente dagli inconvenienti sopra menzionati. The main object of the present invention is to propose a microwave oven for cooking under pressure of ceramic material in industrial quantities and which is free from the drawbacks mentioned above.

Detto scopo è ottenuto con un forno avente le caratteristiche indicate nella allegata rivendicazione 1. Forme di attuazione particolarmente vantaggiose sono definite nelle rivendicazioni dipendenti. Said object is achieved with an oven having the characteristics indicated in the attached claim 1. Particularly advantageous embodiments are defined in the dependent claims.

I vantaggi e le caratteristiche dell'invenzione risulteranno evidenti dalla descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano una forma di realizzazione puramente esemplificativa e non limitativa, in cui: The advantages and characteristics of the invention will become evident from the detailed description that follows, made with reference to the attached drawings, which represent a purely exemplary and non-limiting embodiment thereof, in which:

- la figura 1 illustra una vista frontale schematica, parzialmente in sezione, di un forno per la cottura di materiale ceramico realizzato in accordo con la presente invenzione: Figure 1 illustrates a schematic front view, partially in section, of an oven for firing ceramic material made in accordance with the present invention:

- la figura £ illustra una vista schematica in pianta del forno di figura 1: Figure £ shows a schematic plan view of the oven of Figure 1:

- la figura 3 illustra un particolare ingrandito di figura 1. - figure 3 shows an enlarged detail of figure 1.

Conformemente alle figure allegate, con 1 è indicato nel suo complesso un forno per la cottura di materiale ceramico . In accordance with the attached figures, 1 indicates as a whole an oven for firing ceramic material.

Tale forno 1 comprende un reattore costituito da un contenitore 2 presentante forma sostanzialmente cilindrica, il quale si sviluppa secondo un asse longitudinale 3 sostanzialmente orizzontale ed è realizzato in materiale metallico amagnetico, preferibilmente in acciaio inossidabile. Il contenitore 2 è costituito da un elemento tubolare chiuso alle estremità e provvisto di uno o due porteiIoni 5 collegati all'elemento tubolare 4 stesso a tenuta di pressione. Said furnace 1 comprises a reactor consisting of a container 2 having a substantially cylindrical shape, which develops along a substantially horizontal longitudinal axis 3 and is made of non-magnetic metal material, preferably of stainless steel. The container 2 consists of a tubular element closed at the ends and provided with one or two doors 5 connected to the tubular element 4 itself in a pressure-tight manner.

Una porzione latero/superiore ed assialmente centrale del contenitore 2 è interessata da una apertura 24 presentante forma rettangolare allungata dall'alto verso il basso. la quale è chiusa a tenuta tramite una piastra 25 arcuata realizzata in materiale trasparente alle microonde.. preferibilmente in teflon. A tale piastra è affacciata la bocca di uscita di una guida d'onda rettangolare 27 , la quale è collegata, all'estremità opposta, ad un magnetron E8. A lateral / upper and axially central portion of the container 2 is affected by an opening 24 having a rectangular shape elongated from top to bottom. which is sealed by means of an arched plate 25 made of a material transparent to microwaves, preferably of Teflon. The output mouth of a rectangular waveguide 27 faces this plate, which is connected, at the opposite end, to a magnetron E8.

Secondo l'invenzione, il magnetron 28 è supportato, in maniera non rappresentata, su idonee guide in modo tale da poter compiere delle traslazioni nei due sensi., lungo un arco di cerchio di circa 90° avente centro sull'asse 3 sotto l'azione di un dispositivo attuatore costituito, per esempio, da un pistone idrodinamico E9 o da altro dispositivo idoneo alla movimentazione descritta. Nel corso di tali traslazioni, la guida d'onda 27 si muove solidalmente al magnetron, di modo che la bocca di uscita si mantiene costantemente a contatto della piastra 25. According to the invention, the magnetron 28 is supported, in a manner not shown, on suitable guides in such a way as to be able to make translations in both directions, along an arc of a circle of about 90 ° having a center on axis 3 under the action of an actuator device consisting, for example, of a hydrodynamic piston E9 or other device suitable for the movement described. During these translations, the wave guide 27 moves integrally with the magnetron, so that the output mouth is constantly kept in contact with the plate 25.

Allo scopo di evitare la fuoriuscita di microonde riflesse all'interno del contenitore E attraverso la finestra in teflon 25. la guida d’onda E7 è collegata, sui due lati che guardano i versi di traslazione, a lamine E6 metalliche di materiale amagnetico flessibile. Ciascuna di dette lamine.£6 è col legata, all'estremità opposta ad un dispositivo arrotolatore 31. di per sé noto, fissato al contenitore 2 all’estremità superiore (inferiore) della finestra 25. In questo modo in qualsiasi posizione si trovi il magnetron 28 con la guida d'onda 27 nel corso delle traslazioni, la parte della finestra in teflon 25, non interessata dalla bocca d'uscita della guida d'onda 27, risulta costantemente schermata dalle porzioni di ciascuna lamina 26 che si sviluppano dai dispositivi arrotolatori 31 ai due lati della bocca della guida d'onda (si veda in particolare f ig. 3). In order to avoid the escape of microwaves reflected inside the container E through the Teflon window 25. the waveguide E7 is connected, on the two sides facing the translation directions, to metal E6 sheets of flexible non-magnetic material. Each of said laminae 6 is connected, at the opposite end, to a rolling device 31, known per se, fixed to the container 2 at the upper (lower) end of the window 25. In this way, in any position the magnetron 28 with the wave guide 27 during the translations, the part of the Teflon window 25, not affected by the output mouth of the wave guide 27, is constantly shielded by the portions of each sheet 26 which develop from the devices reels 31 on the two sides of the mouth of the wave guide (see in particular fig. 3).

All'interno del contenitore 2 è previsto un corpo scatolare 13 realizzato in mattoni di allumina a bassa densità (bubble allumina) preferibilmente pura al 98%. La cavità interna 14 di detto corpo scatolare 13 costituisce la camera di cottura per il materiale ceramico. Poiché i mattoni sono realizzati in materiale scarsamente in grado di assorbire microonde, la camera di cottura 14 risulta isolata termicamente all'interno del contenitore 2. Inside the container 2 there is a box-like body 13 made of low-density alumina bricks (bubble alumina) preferably 98% pure. The internal cavity 14 of said box-like body 13 constitutes the cooking chamber for the ceramic material. Since the bricks are made of material which is poorly capable of absorbing microwaves, the cooking chamber 14 is thermally insulated inside the container 2.

Adiacenti alle pareti della cavità 14 (inferiormente e lateralmente nell'esempio illustrato in fio. 1) sono posti elementi 15 assorbitori di microonde, ad es . in forma di barrette. Detti elementi sono, in pratica, realizzati in un materiale ad alta perdita dielettrica e presentano la caratteristica di riscaldarsi notevolmente se sottoposti all'azione delle microonde. Adjacent to the walls of the cavity 14 (inferiorly and laterally in the example illustrated in flo. 1) there are elements 15 absorbing microwaves, eg. in the form of bars. Said elements are, in practice, made of a material with high dielectric loss and have the characteristic of heating up considerably when subjected to the action of microwaves.

Vantaggiosamente sono previsti mezzi per provocare la rotazione del materiale ceramico attorno ad un asse verticale. In particolare, nella preferita forma di attuazione illustrata nelle figg. 1 e 2, una porzione inferiore assialmente centrale del contenitore 8 è attraversata da un foro 6 verticale. entro il quale è inserito coassialmente a tenuta un albero 7 dotato di una estremità inferiore 8 disposta al disotto del contenitore 8 stesso e collegata coassialmente al perno di uscita di un motore 9 elettrico. Detto albero 7 è altresì provvisto di una estremità superiore 10 protesa all'interno del contenitore 8 e presentante la propria estremità libera disposta al disotto dell'asse 3 del contenitore 2 medesimo. All'estremità superiore 10 dell'albero 7 è rigidamente col legata una porzione centrale di un ripiano 11 orizzontale, sul quale poggia la massa di mattoni 13 racchiudente la camera di cottura 14. Una porzione di bordo del ripiano 11 costeggia inferiormente un elemento anulare 18 in acciaio inossidabile, saldato a porzioni determinate della superficie interna del contenitore 8 ed avente la funzione di schermo dell'albero 7. In uso, il motore 9 conduce in rotazione il ripiano 11 attorno all'asse dell'albero 7, in un solo senso o alternativamente nei due sensi. Il caricamento e lo scaricamento del forno avvengono, attraverso i portelloni 5, mediante l'estrazione del corpo scatolare 13 dal contenitore 8. Advantageously, means are provided for causing rotation of the ceramic material about a vertical axis. In particular, in the preferred embodiment illustrated in figs. 1 and 2, an axially central lower portion of the container 8 is crossed by a vertical hole 6. within which a shaft 7 is coaxially sealed and fitted with a lower end 8 arranged below the container 8 itself and coaxially connected to the output pin of an electric motor 9. Said shaft 7 is also provided with an upper end 10 protruding inside the container 8 and having its own free end arranged below the axis 3 of the container 2 itself. A central portion of a horizontal shelf 11 is rigidly connected to the upper end 10 of the shaft 7, on which the mass of bricks 13 enclosing the cooking chamber 14 rests. An edge portion of the shelf 11 runs along an annular element 18 below. made of stainless steel, welded to certain portions of the internal surface of the container 8 and having the function of shielding the shaft 7. In use, the motor 9 rotates the shelf 11 around the axis of the shaft 7, in one direction only or alternatively in both directions. The loading and unloading of the furnace takes place, through the doors 5, by extracting the box-like body 13 from the container 8.

A seguito delle traslazioni del magnetron 28 e della rotazione del ripiano 11. il campo elettromagnetico a microonde investe in modo uniforme, attraverso la piastra 85 di teflon, gli elementi 15 assorbitori ed il materiale ceramico posto all'interno della camera di cottura 14, generalmente contenuto all'interno di un crogiolo. Grazie a tali accorgimenti la temperatura del materiale risulta sostanzialmente omogenea, senza che si generino zone di surriscaldamento (hot points) o zone fredde e può raggiungere valori anche superiori a 1300 C°. Following the translations of the magnetron 28 and the rotation of the shelf 11. the microwave electromagnetic field uniformly strikes, through the Teflon plate 85, the absorber elements 15 and the ceramic material placed inside the cooking chamber 14, generally contained inside a crucible. Thanks to these measures, the temperature of the material is substantially homogeneous, without generating overheating zones (hot points) or cold zones and can reach values even higher than 1300 C °.

Secondo quanto rappresentato in figura 8 a titolo esemplificativo, il contenitore 8 è dotato di due fori 16 di immissione (e, quando necessario, di estrazione) di flussi di .gas a pressione superiore alla pressione atmosferica (per esempio, quattro bar e oltre), ed è dotato di due fori 17 di collegamento ad apposite valvole (non illustrate) utilizzabili per mantenere sotto controllo la pressione all'interno del contenitore 8 stesso. Il contenitore 8 è inoltre dotato di un foro 18 comunicante con una valvola di sicurezza (non illustrata), ed è provvisto di un foro 17 attraverso il quale si protende entro il contenitore 8 stesso una termocoppia 20 Ni/Cr dotata di guaina in acciaio ed atta a mantenere costantemente sotto controllo la temperatura del guscio esterno del contenitore 2 medesimo Un ulteriore foro 21, praticato nel contenitore 2, consente l 'accesso entro il contenitore 2 medesimo di una termocoppia 22 Ft/Rh, dotata di una guaina di platino e protesa attraverso il rivestimento 13 fino all'interno della camera di cottura 14 per misurare la temperatura interna del corpo scatolare 14 stesso. senza subire l'effetto di interferenze derivanti dal campo elettromagnetico a microonde. As shown in figure 8 by way of example, the container 8 is equipped with two holes 16 for inlet (and, when necessary, for extraction) of gas flows at a pressure higher than atmospheric pressure (for example, four bars and more) , and is equipped with two holes 17 for connection to suitable valves (not shown) which can be used to keep the pressure inside the container 8 itself under control. The container 8 is also equipped with a hole 18 communicating with a safety valve (not shown), and is provided with a hole 17 through which a thermocouple 20 Ni / Cr with a steel sheath protrudes within the container 8 itself. able to constantly keep under control the temperature of the outer shell of the container 2 itself. through the lining 13 to the inside of the cooking chamber 14 to measure the internal temperature of the box-like body 14 itself. without being affected by interference from the microwave electromagnetic field.

I citati flussi di gas hanno funzioni di lavaggio e di saturazione dell'ambiente di reazione interno al contenitore 2, e la loro pressione è determinata e pari a valori che, in uso, si sono dimostrati ideali per il raggiungimento dei risultati desiderati. The aforementioned gas flows have functions of washing and saturating the reaction environment inside the container 2, and their pressure is determined and equal to values which, in use, have proved to be ideal for achieving the desired results.

Secondo quanto rappresentato nella figura 2, due porzioni del contenitore 2 disposte in prossimità delle estremità assiali del contenitore 2 stesso sono trasversalmente delimitate da rispettive griglie 23 preferibilmente realizzate in lamiera di acciaio inox, le quali, hanno lo scopo di delimitare la zona di azione del nominato campo elettromagnetico. According to what is shown in Figure 2, two portions of the container 2 arranged near the axial ends of the container 2 itself are transversely delimited by respective grids 23 preferably made of stainless steel sheet, which have the purpose of delimiting the area of action of the named electromagnetic field.

Si noti che, secondo una preferita forma di attuazione della presente invenzione ed in accordo con quanto rappresentato schematicamente in figura 2. sono previsti mezzi a computer di tipo di per sé noto, tipicamente costituiti da un F'LC e schematizzati sotto la forma di un blocco 30, per regolare le citate valvole associate ai fori 16 ed il generatore 28 in maniera tale da controllare secondo un programma prefissato la pressione all'interno del contenitore 2 e per impostare curve di cottura temperatura/tempo con un meccanismo di feedback dalla termocoppia 22 al generatore 28 stesso. It should be noted that, according to a preferred embodiment of the present invention and in accordance with what is schematically represented in Figure 2, computer means of a per se known type are provided, typically consisting of an F'LC and schematized in the form of a block 30, to adjust the aforementioned valves associated with the holes 16 and the generator 28 in such a way as to control the pressure inside the container 2 according to a predetermined program and to set temperature / time cooking curves with a feedback mechanism from the thermocouple 22 to the generator 28 itself.

Le prove effettuate utilizzando un forno in conformità di quanto descritto ed illustrato hanno dimostrato che il forno stesso, in accordo con gli scopi prefissati.. consente di ottenere in scala industriale prodotti ceramici innovativi, per esempio del tipo citato nelle premesse della presente descrizione, dando luogo ad un impatto economico sul mercato di grande importanza. The tests carried out using a kiln in accordance with what has been described and illustrated have shown that the kiln itself, in accordance with the intended purposes ... allows to obtain innovative ceramic products on an industrial scale, for example of the type mentioned in the introduction to the present description, giving resulting in an economic impact on the market of great importance.

Inoltre. il forno descritto consente di evitare la presenza di fumi di combustione contenenti gas nocivi per l'ambiente, nonché di polveri, permettendo di evitare elevati costi di depurazione. Furthermore. the furnace described makes it possible to avoid the presence of combustion fumes containing gases harmful to the environment, as well as dust, allowing to avoid high purification costs.

Si è inoltre constatato che il forno 1 è in grado di operare in regime di grande risparmio energetico, in quanto sostanzialmente tutta l'energia fornita rimane confinata all'interno del contenitore 2: nei forni tradizionali, invece, almeno il dell'energia fornita viene perduta nelle emissioni al cannino. It has also been found that the oven 1 is capable of operating in a highly energy-saving regime, since substantially all the energy supplied remains confined inside the container 2: in traditional ovens, on the other hand, at least the energy supplied is lost in cannine emissions.

Inoltre, il forno 1 consente dì ridurre notevolmente i tempi di cottura del materiale ceramico, in particolare se lo stesso è assorbitore di microonde. Furthermore, the oven 1 allows to considerably reduce the cooking times of the ceramic material, in particular if it is a microwave absorber.

In un forno industriale in conformità dell'invenzione possono, a titolo di esempio, essere impiegati uno o più magnetron a 2,45 GHz, di potenza complessiva 100-150 KWat-t e con una capacità di produzione di 500-800 Kg per ciclo di cottura. In an industrial furnace according to the invention, one or more 2.45 GHz magnetrons, with a total power of 100-150 KWat-t and with a production capacity of 500-800 kg per cycle, can be used by way of example. of cooking.

L'invenzione così concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo. Inoltre, tutti i dettagli descritti possono essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti. The invention thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept. Furthermore, all the details described can be replaced by technically equivalent elements.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Microwave oven for cooking ceramic material under pressure, comprising a container (2), a cooking chamber placed inside said container (2), microwave generating means external to said container (2) and suitable for conveying the microwaves inside said container (2) through an opening (24) provided in the wall of the same, means able to rotate the ceramic material around a vertical axis, means able to generate a pressure higher than the atmospheric pressure at interior of said container (2), characterized in that it comprises means adapted to move said microwave generating means with respect to said opening (24) so as to determine a substantially uniform electromagnetic field inside said container (2).

2. Oven according to claim 1, characterized in that said microwave generating means comprise at least one magnetron (28) connected by means of a wave guide (27) to said opening (24) and movable along it together with the guide d wave, a plate (25) made of a material transparent to microwaves being provided for sealing the opening.

3. Oven according to claim 2, characterized in that said container (2) is cylindrical in shape. that said opening (24) affects a portion of the side wall of the container (2) and that the magnetron (28) moves in both directions, with the wave guide (27), along an arc of a circle substantially centered on the axis (3) of the container.

4. Oven according to one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises means suitable for shielding the portions of the opening (24) not affected by the passage of the microwaves generated by the magnetron.

5. Furnace according to claim 4, characterized in that said shielding means are constituted by metal sheets (26) of non-magnetic flexible material and of variable length.

6. Oven according to one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises, inside said container (8), a box-shaped body (13) made of a material which is poorly capable of absorbing microwaves, preferably low alumina density, the internal cavity (14) of said box-like body (13) constituting the firing chamber for the ceramic material.

7. Oven according to claim 6, characterized in that it comprises microwave absorbing elements (15). made of material with high dielectric loss and placed adjacent to the walls of said cavity (14)

8. Oven according to claim 6 or 7, characterized in that said box-like body (13) rests on a rotating shelf (11),

9. Oven according to one of claims 3 to 8, characterized by the fact that two portions of said container (2) arranged in proximity to the axial ends of the container (2) itself are transversely delimited by respective metal grids (83) having the purpose , in use, to delimit the zone of action of the said electromagnetic field.

10. Furnace according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises means for controlling the pressure and temperature inside the container (2) and computer means (30) for managing the cooking times of the ceramic material.