NO126044B - - Google Patents

Description

Apparat for elektromagnetisk oppvarmn ing av væsker.

Ved oppvarmning av væsker anvendes for tiden den ene av

to metoder, indirekte eller direkte oppvarmning.

Indirekte oppvarmning består i at væsken mottar varme fra

en varm flate, f.eks. en varmevekslingsplate i en platevarme-veksler, mens direkte oppvarmning som regelen skjer ved innblås-ning av damp i væsken.

Begge disse oppvarmningsmetoder er imidlertid forbundet

med visse ulemper i forbindelse med væsker av forskjellig art. Således oppstår det i forbindelse med indirekte oppvarmning ofte vanskeligheter ved at væsken som oppvarmes brenner seg fast på

den varmende flate hvilket medforer vanskelige rengjoringspro-blemer og som regelen nSdvendiggjor stadige driftaavbrytelser for

vedkommende oppvarmningsanordning. Direkte oppvarmning ved hjelp av damp medforer på sin side riktignok ikke disse problemer, men metoden har andre ulemper. F.eks. er den ikke egnet for alle væsker på grunn av den fortynning av væsken som finner sted under

oppvarmningen som folge av kondensert og ofte forurenset damp.

Da utviklingen .av den såkalte mikrobolgeteknikk i senere tid har gått raskt fremover, og kunnskapene på dette område er blitt storre i vide kretser, er det fremsatt forskjellige forslag for anvendelse av mikrobolger også i forbindelse med oppvarmning av væsker. Ingen av disse forslag har imidlertid hittil fort til et praktisk brukbart apparat for oppvarmning av særlig folsomme væsker. Således steriliseres melk idag ved hjelp av en av de to forstnevnte metoder som er særlig uheldige for oppvarmning av melk.

Det er tidlig fremsatt den ide å la en fri væskestråle passere gjennom et elektromagnetisk felt for derved å oppvarmes av dette. Denne ide kunne imidlertid ikke uten videre tillempes i praksis idet det viste seg vanskelig å få i stand en absolutt jevn fordeling av den elektromagnetiske energi i væskestrålen.

Den elektromagnetiske energi dempes nemlig av væsken efter hvert som den trenger inn i væskestrålen hvilket medforer at visse deler av væskestrålen oppvarmes mere enn andre.

For å unngå denne ulempe, har det vært foreslått å frembringe en væskestråle i form av et tynt bånd idet det elektromagnetiske felt 3kulle falle tilnærmet vinkelrett mot båndets bredside og bare i liten grad endre sin styrke ved gjennomgang av strålen. (Se U.S patent 2.508.365). Herunder oppstår imidlertid et annet elektromagnetisk fenomen som i og for seg forekommer også i forbindelse med en væskestråle med sirkelformet tverssnitt. Fenomenet ytrer seg slik at det oppstår en annen temperatur i kantpartiene av den båndformede væskestråle enn i de Cvrige deler av strålen. Dette kan forklares slik at væskestrålen virker tiltrekkende på de deler av det elektromagnetiske felt som, hvis væskestrålen ikke hadde hatt denne tiltrekkende evne, ville ha befunnet seg straks utenfor væskestrålen.

En annen i forbindelse med en /båndformet væskestråle for-styrrende kanteffekt som også resulterer i en ujevn oppvarmning av væsken i væskestrålen, er den av væskens overflatespenning frem-bragte gradvise deformering av strålen.

Foreliggende oppfinnelse har til formål å eliminere de for-annevnte ulemper ved de hittil fremsatte forslag for oppvarmning

av en fri væskestråle i et elektromagnetisk felt.

Det oppnås ifolge oppfinnelsen ved hjelp av et apparat som

er karakterisert ved en anordning for å frembringe en i tverssnitt ringformet stråle av den væske som skal oppvarmes samt en anordning innrettet til å overfSre elektromagnetisk energi til stålen jevnt fordelt omkring strålens omkrets sett i tverssnitt gjennom stålen.

Ved hjelp av et slikt apparat er det mulig å få et tynt

sjikt av en væske som skal oppvarmes jevnt bestrålet med elektromagnetisk energi uten at de tidligere beskrevne kantfenemener opptrer. Hoyt stillede krav til jevn fordeling av den elektromagnetiske energi i væskestrålen kan dermed tilfredsstilles.

For å unngå energitap ved utstråling fra apparatet if61ge oppfinnelsen, omfatter den nevnte anordning for overforing av elektromagnetisk energi til væskestrålen hensiktsmessig to på i og for seg kjent måte samvirkende organer som er anordnet koaksialt i forhold til den dannede væskestråle og av hvilke i det minste det ene er innrettet til å utstråle elektromagnetisk energi, fortrinnsvis mikrobolger. Begge de nevnte organer kan være plassert i eller omgi væskestrålen som skal oppvarmes, men fortrinnsvis er det ene organ anbragt i væskestrålen, mens det annet omgir den. En slik anordning gj5r apparatet ifolge oppfinnelsen konstruktivt enkel og gir en direkte elektromagnetisk energi overforing til væskestrålen som er særlig fordelaktig for å oppnå en hoy virknings-r grad.

Ved apparatet ifolge oppfinnelsen er anordningen for overfSring av elektromagnetisk energi til væskestrålen fortrinnsvis innrettet til å tilveiebringe elektromagnetiske bolger i det rom hvor væskestrålen 3kal oppvarmes og hvilke belger har en slik frekvens at det oppstår resonans i dette rom. En slik resonans gir nemlig stor elektromagnetisk feltstyrke og muliggjor derfor en god oppvarmning også av slike væsker som bare i forholdsvis liten grad absorberer elektromagnetiske energi.

I det folgende skal oppfinnelsen forklares nærmere under henvisning til tegningen som viser en foretrukken utforelsesform for et apparat iffilge oppfinnelsen.

Apparatet på tegningen omfatter en anordning 1 som danner

et ringformet kammer 2. Kammeret 2 har et radielt innlop 3 for en væske som skal varmébehandles i apparatet og et ringformet aks-

sielt utlop 4 i form av en spalte i bunnen av kammeret 2.

Sentralt gjennom anordningen 1 strekker det seg en holder

5 for et antennelignende organ 6 som er plasssrt under og koaksialt med kammerets 2 ringformede utlSp 4. Såvel anordningen 1 som organet 6 omgis av et koaksialt sylinderisk hylser 7 som i sin nedre del, dvs. et stykke under organet 6, har et kammer 8. Kammeret 8 som er adskilt fra den dvrige del av hylsterets J indre av en fra hylsterets omkretsvegg radielt innadstrekkende ringformet flens 9> har for allerede varmebehandlet avkjtilt væske et radialt innlop 10 og et ringformet utlOp 11 som munner ut i hylsterets 7 ovrige indre hulrom straks under flensen 9. Hylsteret 7 har videre en ringformet flens 12 som strekker seg i form av en trakt oppover fra hylsterets bunnvegg 13 og omgir et i bunnveggen beliggende utl6p 14. Den sistnevnte traktformede flens 12 danner det ovre endeparti av et utlOpsror 15 som strekker seg nedover fra hylsterets 7 bunnvegg 13* Apparatet virker på folgende måtee: Væske som skal oppvarmes, ledes gjennom innlopet 3 til kammeret 2. Fra kammeret 2 strommer væsken videre gjennom utlopet 4 og danner i hylsteret 7 ®n fritt fallende i tverrssnitt ringformet væskestråle 16. Ved anordningen av organet 6 i forhold til kammerets 2 ringformede utlop 4> vil organet være plassert sentralt og strekker seg koaksialt med den dannede i tverrsnitt ringformede væskestråle 16. Organet 6 som er innrettet til å utsende mikro-bSlger jevnt fordelt langs hele sin periferi, frembringer en jevn oppvarmning av den fallende væskestråle 16. For å nyttiggjore mest mulig av energien som utstråles fra organet 6, er hylsteret 7 som omgir strålen 16 utfort med en innvendig overflate som re-flekterer de mikrobølger som passerer gjennom strålen 16. Derved kommer mikrobolgene til på ny å treffe strålen 16 jevnt fordelt langs dennes omkrets, denne gang fra strålens utside. Også organet 6 er reflekterende slik at de opprinnelige utsendte mikro-bQlger kommer til å reflekteres mellom hylsteret 7 og organet 6 flere ganger inntil de helt er absorbert av væskestrålen 16. ;Den frekvens med hvilken mikrobolgene utsendes fra organet 6 er valgt slik at de utsendte bolger samvirker med reflekterende bolger slik at det oppstår resonans i rommet mellom organet 6 og hylsteret 7';Efter at den nedadstrommende væske har passert organet 6 ;og er oppvarmet i onsket grad, havner den i den traktformede flens 12. Flensens 12 innside overstrommes kontinuerlig ovenfra og ned- ;over av kold væske av samme slag som væsken i strålen 16. ;Den kolde væske strommer inn i det indre av hylsteret ;over flensens 12 overkant gjennom den ringformede spalte 11 ;mellom flensene 9 og 12. Derved avkjoles den oppvarmede væske raskt hvorefter den sammen med den gjennom spalten 11 innkommende kolde væske forlater hylsteret gjennom utlopsroret 15• Takket være formen av strålen av den oppvarmede væske, kan en meget rask kjoling gjennomfores. Dette kan være nodvendig når væsken er oppvarmet til en meget hoy temperatur f.eks. i forbindelse med sterilisering og raskt må kj61es for ikke å skades på noen måte. Kjolingen kan gjores ennu mere effektiv hvis man foruten det kjolende væskesjikt som strommer over flensen 12, anordner ytterligere et kjolende væskesjikt. Dette kan da bringes til å mote den oppvarmede væske fra væskestrålens 16 innside slik som illustrert på tegningen. I dette oyemed er det i det indre av den traktformede flens 12 anordnet et organ 18 utfort med en sentral kanal 19 som tilfores kold væske fra nedsiden, hensiktsmessig fra samme kilde som forsyner innlopet 10 med væske. Organet l8 har oventil en omkringlopende mot innsiden av væskestrålens 16 rettet sliss 20 som fra den sentrale kanal 19 mottar kold væske og leder denne i periferisk kontakt med væskestrålen 16. ;Som det fremgår av tegningen, forblir det et mellomrom 17 mellom organets 6 holder 5 og anordningen 1 gjennom hvis sentrum holderen 5 strekker seg. Herved sikres forbindelse mellom rommet i hylsteret 7 på innsiden av strålen 16 og på utsiden av strålen. ;I hylsteret bor det herske et overtrykk, men anordningen for å frembringe dette er ikke vist på tegningen da den ikke har noe med den egentlige oppfinnelsetanke å gjore. ;Istedenfor å anordne et mellomrom 17 mellom holderen 5 og anordningen 1, kan man for å sikre samme trykk på innsiden og utsiden av væskestrålen 16 forbinde disse rom individuelt med samme trykk-kilde. Det er også mulig, hvis det skulle onskes, å frembringe forskjellige gasstrykk på innsiden og utsiden av strålen 16. På denne måten, eventuelt i kombinasjon med modifisering av an-ordningens 1 ringformede utl6p, kan det i hylsteret 7 oppnås forskjellige rotasjonssymmetrisk formede væskestråler f.eks. f6rst divergerende og derefter konvergerende. Grunnen til at det kan være onskelig å kunne regulere strålens form, kan være betinget av at apparatet skal kunne anvendes for oppvarmning av væsker med forskjellig viskositet og overflatespenning. Man kan også ha bruk for å kunne regulere strålens diameter eller anslagsvinkel mot det eller de kjelende sjikt av kold væske som strommer i hylsterets 7 nedre del for å oppnå best mulig kjiiling av den oppvarmede væske. Strålen må videre hindres i å komme i beroring med organet 6 og hylsteret 7* Av betydning for væskestrålens 16 form, er og-så bredden av den ringformede sliss som danner utlopet 4 fra kammeret 2. Slissens bredde kan tenkes variert ved hjelp av i forhold til hverandre bevegelige organer. F.eks. kan slissen dannes mellom en sentral konisk del og en omkring denne koaksialt beliggende ring hvis innerkant er bestemt til å passe til den kon-iske del. Ved aksial relativ bevegelse mellom disse to deler, kan slissens bredde varieres. Nettopp denne anordning kan forovrig nodvendiggjQre de ovenfor beskrevne anordninger for å tilveiebringe forskjellige gasstrykk på innsiden og utsiden av væskestrålen 16 idet utstrømningen av væske fra slissen.ikke lenger blir rent aksial.

I den foranstående er bare beskrevet en foretrukken utf6r-elsesform for en anordning ifolge oppfinnelsen. Mange andieut-forelser faller imidlertid innenfor rammen for de folgende patent-krav.

Claims (2)

1. Apparat for elektromagnetisk oppvarmning av væsker, karakterisert ved en anordning (1) for å frembringe en i tverssnitt ringformet stråle (16) av den den væske som skal oppvarmes, og en anordning (6,7) innrettet til å overfore elektromagnetisk energi til den dannede stråle (16) jevnt fordelt langs strålens omkrets sett i tverssnitt gjennom strålen.

2. Apparat som angitt i krav 1,karakterisert ved at anordningen for overforing av elektromagnetisk energi til strålen omfatter to på i og for seg kjent måte samvirkende organer (6,7) som er anordnet koaksialt i forhold til den dannede væskestråle (16) og av hvilke i det minste det ene er innrettet til å utstråle elektromagnetisk energi, fortrinnsvis i form av mikrobolger.

3« Apparat som angitt i krav 2,karakterisert ved at det ene (6) av de nevnte organer er plassert inne i den dannede væskestråle (16), mens det annet (7) omgir væskestrålen.

4* Åpparat som angitt i et hvilket som helst av de foranstående krav, karakterisert ved at anordningen (6,7) for overfSring av elektromagnetisk energi til væskestrålen (16) er innrettet til å frembringe elektromagnetiske bolger i det rom hvor væskestrålen skal oppvarmes hvilke bdlger har en slik frekvens at det oppstår resonans i dette rom.