PL212906B1 - Urządzenie grzewcze cieczy w przepływie - Google Patents

Abstract

Urządzenie grzewcze cieczy w przepływie, zawiera co najmniej jeden przewód cieczy (1) z materiału przewodzącego fale elektromagnetyczne wysokiej częstotliwości. Przewód cieczy (1) umieszczony jest wewnątrz obudowy komory grzewczej (2) wykonanej z materiału nie przewodzącego fal elektromagnetycznych wysokiej częstotliwości. Do ściany (5) obudowy komory grzewczej (2) zamocowane są magnetrony (4). Komora grzewcza (2) ma kształt wzdłużnego kanału, którego przekrój poprzeczny ma jeden wymiar większy. Ten większy wymiar wewnętrzny komory grzewczej (2) odpowiada co najmniej połowie długości fali emitowanej przez magnetron (4). Mniejszy wymiar wewnętrzny przekroju poprzecznego komory grzewczej (2) jest większy od średnicy zewnętrznej przewodu (1) cieczy.

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie grzewcze cieczy w przepływie ciągłym, gdzie dla podwyższenia temperatury cieczy, zwłaszcza cieczy stanowiącej roztwór wodny, wykorzystuje się energię promieniowania mikrofalowego.

Warunkiem prowadzenia szeregu procesów przemysłowych w tym z dziedzinie chemii, farmacji, ale także w dziedzinie uprawy kultur biologicznych, na przykład sadzonek roślin przez rozmnażanie in vitro, jest zachowanie sterylnych warunków, poprzez eliminację wszelkich niepożądanych drobnoustrojów oraz ich postaci zarodnikowych z całości procesu produkcyjnego.

Jednym z warunków prawidłowości rezultatu wymienionych procesów produkcyjnych, jest czystość użytych substratów, w tym cieczy. W szeregu przypadkach składniki cieczy mogą sprzyjać rozwojowi drobnoustrojów, jeśli użyte substraty, w tym ciecze są niedokładnie wyjałowione. Dla eliminacji tych zagrożeń, niezbędna jest sterylizacja w kierunku jak najpełniejszego wyjałowienia cieczy używanych jako substraty do wymienionych wyżej przykładowo procesów produkcyjnych.

Znanych jest szereg sposobów i urządzeń do wyjaławiania płynów. W większości przypadków proces ten polega na ogrzewaniu płynu, w tym znane są technologie i urządzenia wykorzystujące do tego celu promieniowanie lub mikrofale. W szeregu rozwiązaniach wykorzystano energię promieniowania mikrofalowego, o częstotliwości w zakresie od 1 GHz do 150 GHz, do podgrzania cieczy w przepływie. W sytuacji, gdy ze względów technologicznych ciecz nie powinna mieć styku z powierzchnią grzewczą, szereg rozwiązań przewiduje zastosowanie technologii z wykorzystaniem ultradźwięków.

Jednak wynalazek dotyczy urządzenia do ogrzewania cieczy w wykorzystaniem generatorów mikrofal, czyli magnetronów.

W rozwiązaniu znanym z publikacji zgłoszenia międzynarodowego nr W092/22180-PCT/DK92/00166 przedstawiono sposób i układ elektrod do ogrzewania czynników przepływających przez rurę izolacyjną. Sposób polega na tym, że ciecz ogrzewana przepływa przez rurę z materiału elektrycznie nieprzewodzącego. Wokół tej rury umieszczone są w pewnej odległości od siebie dwie elektrody pierścieniowe, odsunięte od siebie o ustalony odcinek rury przepływu czynnika. Elektrody połączone są z końcówkami wyjścia generatora wysokiej częstotliwości. W tym znanym urządzeniu uzyskano równomierne bezkontaktowe ogrzanie przepływającego czynnika, bez strat tego czynnika.

Według innego rozwiązania, znanego z publikacji zgłoszenia międzynarodowego nr WO01/84889-PCT/US00/11597, komora do napromieniowania elektromagnetycznego ma zewnętrzną przewodzącą ścianę, która ogranicza jej wnętrze. Przewodzący charakter materiału, z którego wykonane są ściany komory jest istotny ze względu na zadanie eliminacji rozpływu promieniowania elektromagnetycznego na zewnętrz komory. Zewnętrzna przewodząca powierzchnia ma dwie płaskie ściany oraz ścianę przednią i tylną. Całość ma postać zamkniętej komory, gdzie w przedniej ścianie znajduje się otwór dla fal elektromagnetycznych. Przekrój części roboczej tej komory ma kształt eliptyczny. Fale elektromagnetyczne podawane do otworu w przedniej ścianie tworzą pole elekromagnetyczne. Obudowa, która ma eliptyczny kształt, skupia falę elektromagnetyczną w ognisku, czyli wąskiej strefie w kształcie zbliżonym do walca, który rozciąga się pomiędzy bocznymi płaskimi ścianami komory. W tej strefie znajduje się otwór przez jedną płaską ścianę oraz otwór przez drugą płaską ścianę. Oba otwory w płaskich ścianach umożliwiają transport czynnika, który ma zostać ogrzany, przez wnętrze komory. Oba otwory ustawione są zwykle w opisanym ognisku tego obszaru, które jest obszarem skupienia fal elektromagnetycznych zarówno wprost z magnetronu, jak i fal odbitych od ścian wewnętrznych komory. Taka konstrukcja komory powoduje, że ogrzewanie przepływającego materiału jest wzmocnione. Może się wówczas okazać, że obudowa komory wymaga dodatkowych elementów dielektrycznych dla zmniejszenia upływu promieniowania. Według tego znanego rozwiązania, krawędź otworu zabezpieczona jest kołnierzem przed upływem energii elektromagnetycznej. Otwór w drugiej płaskiej ścianie komory pozwala utrzymać ciągły przepływ czynnika ogrzewanego przez komorę. Przy zwiększaniu długości drogi przepływu cieczy przez komorę, zmniejsza się zapotrzebowanie energii. Przy zmniejszaniu długości drogi przepływu materiału przez komorę, natężenie energii musi być zwiększone.

Według kolejnego rozwiązania znanego z japońskiego opisu patentowego nr JP 63065251, ciecz przeznaczona do ogrzewania przepływa przez przewód z tworzywa sztucznego z określoną prędkością przepływu. Na ten przewód skierowana jest wiązka mikrofal z generatora mikrofal. Wewnątrz odcinka przewodu, na który oddziałuje wiązka mikrofal, następuje wzrost temperatury cieczy.

PL 212 906 B1

Generator mikrofal oraz fragment przewodu przepływu cieczy są zamknięte wewnątrz obudowy zapobiegającej rozpływowi mikrofal.

Urządzenie grzewcze cieczy w przepływie, zawiera co najmniej jeden przewód przepływu cieczy z materiału przepuszczalnego dla fal elektromagnetycznych wysokiej częstotliwości, umieszczony wewnątrz obudowy komory grzewczej. Obudowa komory grzewczej wykonana jest z materiału nie przepuszczalnego dla fal elektromagnetycznych wysokiej częstotliwości, przy czym na ścianach tej obudowy komory grzewczej zamocowane są magnetrony.

Według wynalazku, urządzenie grzewcze cieczy w przepływie charakteryzuje się tym, że komora grzewcza ma kształt wzdłużnego kanału, którego przekrój poprzeczny ma jeden wymiar większy. Ten większy wymiar wewnętrzny komory grzewczej odpowiada co najmniej połowie długości fali emitowanej przez magnetron. Mniejszy wymiar wewnętrzny tego przekroju poprzecznego komory grzewczej jest natomiast większy od średnicy zewnętrznej przewodu przepływu cieczy. Przewód cieczy może więc być ułożony wewnątrz komory grzewczej, wzdłuż jej węższej ściany i w korzystnej postaci wynalazku ten przewód przepływu cieczy umiejscowiony jest w pobliżu ściany bocznej komory grzewczej.

W innej korzystnej postaci wynalazku w pobliżu każdej ze ściany bocznej komory grzewczej umiejscowiony jest co najmniej jeden przewód przepływu cieczy. Nie wyklucza się więc umieszczenia wzdłuż wewnętrznej powierzchni ściany bocznej dwóch lub więcej przewodów przepływu cieczy, co może prowadzić do zwielokrotnienia wydajności urządzenia grzewczego według wynalazku. W wyniku przeprowadzonych badań zaproponowano wykonanie wymienionego przewodu przepływu cieczy z teflonu.

Według wynalazku, komora grzewcza ma przekrój porzeczny w kształcie prostokąta.

Na powierzchni komory grzewczej znajduje sie szereg generatorów mikrofal w postaci magnetronów. Wymieniony szereg magnetronów, według wynalazku zamocowany jest wzdłuż tej ściany komory grzewczej, której szerokość odpowiada co najmniej połowie długości mikrofali.

W innym korzystnym rozwiązaniu według wynalazku, dwa lub więcej szeregi magnetronów zamocowane są na dwóch przeciwległych ścianach komory grzewczej. Anteny magnetronów znajdują się we wnętrzu komory grzewczej.

Przewód cieczy, doprowadzający i odprowadzający ciecz podgrzewaną, zamocowany jest na komorze grzewczej za pośrednictwem króćca wlotowego i króćca wylotowego przewodu cieczy. Te króćce wyposażone są w dwuzłączki szczelne dla promieniowania mikrofalowego.

Dwuzłączka szczelna zawiera zaciśniętą pomiędzy powierzchniami styku dwóch tulei końcowa część przewodu cieczy. Tuleje dwuzłączki połączone są nakrętką i zawierają dodatkowy styk szczelny dla promieniowania mikrofalowego. Ogranicza to rozpływ promieniowania mikrofalowego w niepożądanych kierunkach. Ten styk szczelny występuje pomiędzy powierzchniami czołowymi połączonych tulei dwuzłączki.

Urządzenie według wynalazku opracowano dla umożliwienia prowadzenia procesów sterylizacji cieczy w przepływie, w warunkach braku kontaktu cieczy z powierzchnią grzewczą. Dla tego celu zaproponowano usytuowanie przewodu cieczy w pobliżu połowy długości fali, gdzie mikrofala ma największą energię, co przekłada się korzystnie na sprawność ogrzewania cieczy przepływającej przez przewód cieczy. Zarówno przewód cieczy, jak i anteny magnetronów zamknięte są wewnątrz kanałowej komory grzewczej. Ogrzewana ciecz przepływa w przewodzie cieczy przez komorę grzewczą w strefie najwyższej energii mikrofal gdyż tam umieszczono teflonowy przewód cieczy. Przy zaproponowanej konstrukcji urządzenia okazało się możliwe w tej samej komorze grzewczej umieszczenie drugiego przewodu cieczy, a nawet zwielokrotnienie tych przewodów w strefach w pobliżu węższych ścianek kanału komory grzewczej. Pozwala to zwielokrotnić wydajność urządzenia, przy wykorzystaniu odpowiedniej wydajności lub liczby magnetronów, albo dostosowaniu prędkości przepływu cieczy w przewodzie cieczy.

Przedmiot wynalazku pokazano w przykładach wykonania na załączonym rysunku, na którym poszczególne figury przedstawiaj ą:

Fig. 1 - urządzenie grzewcze cieczy,

Fig. 2 - przekrój poprzeczny urządzenia z jednym przewodem cieczy,

Fig. 3 - przekrój poprzeczny urządzenia według fig. 1 z dwoma przewodami cieczy,

Fig. 4 - przekrój dwuzłączki.

Jak to pokazano w przykładzie wykonania na załączonym rysunku fig. 1 oraz fig. 2, urządzenie grzewcze cieczy w przepływie, zawiera jeden przewód 1 cieczy, umieszczony wewnątrz obudowy komory grzewczej 2. Obudowa komory grzewczej 2 wykonana jest w tym przykładzie wykonania

PL 212 906 B1 z blachy stalowej. Na dwóch przeciwległych ścianach 3 tej obudowy komory grzewczej 2 zamocowane są magnetrony 4.

Na rysunku fig. 1 oraz fig. 2, komora grzewcza 2 ma kształt wydłużonego kanału, którego przekrój poprzeczny ma kształt prostokąta o jednej parze ścian 5 szerszych i drugiej parze ścian 6 węższych. Wewnętrzna szerokość szerszej ściany 5 komory grzewczej 2 odpowiada, co do rozmiaru połowie długości fali emitowanej przez magnetron 4. Ta szerokość może być różna, w zależności od długości fali, lecz w opisywanym, przykładzie wykonania szerokość wewnętrzna szerszej ściany wynosi 61mm. Szerokość wewnętrznej powierzchni węższej ściany 6 komory grzewczej 2, jest natomiast większa od średnicy zewnętrznej przewodu przepływu cieczy 1, dlatego przewód cieczy 1 może być ułożony wewnątrz komory grzewczej 2, wzdłuż jej węższej ściany 6. Nie wyklucza w innych przykładach wykonania, umieszczenia przewodu cieczy 1 w innych miejscach wnętrza komory grzewczej 2.

W przykładzie wykonania rozwiązania według wynalazku, pokazanym na załączonym rysunku fig. 2, w pobliżu każdej węższej ściany bocznej 6 komory grzewczej 2 umiejscowiony jest jeden przewód cieczy 1. W innych jeszcze przykładach wykonania nie wyklucza się możliwości umieszczenia wzdłuż wewnętrznej powierzchni węższej ściany bocznej 6 dwóch lub nawet większej ilości przewodów cieczy 1, co może prowadzić do zwielokrotnienia wydajności urządzenia grzewczego według wynalazku. Na rysunku fig. 3 pokazano inny przykład wykonania, gdzie dwa przewody cieczy 1 ułożono w pobliżu dwóch węższych ścian komory grzewczej. W opisanych przykładach wykonania, przewód cieczy 1 wykonany jest z teflonu. Nie wyklucza to w innych przykładach wykonania przewodu cieczy 1 z innych materiałów.

W przykładzie wykonania pokazanym na załączonych rysunkach fig. 1, fig. 2 oraz fig. 3, komora grzewcza ma przekrój porzeczny w kształcie prostokąta, co nie wyklucza jednak innych kształtów takiej wydłużonej komory w innych przykładowych wykonaniach.

Jak to pokazano przykładowo na załączonym rysunku fig. 1 oraz fig. 2, na powierzchni szerszych ścian 5 bocznych komory grzewczej 2, znajdują się dwa szeregi generatorów mikrofal w postaci magnetronów 4. Nie wyklucza się w innych przykładach wykonania urządzenia według wynalazku z jednym szeregiem magnetronów 4 zamocowanych na jednej ścianie 5 urządzenia, lub z więcej niż jednym szeregiem magnetronów zamocowanym na tej ścianie 5. Wymieniony szereg magnetronów, według wynalazku zamocowany jest wzdłuż szerszej ściany 5 komory grzewczej 2, której szerokość odpowiada co najmniej połowie długości mikrofali i przykładowo wynosi 6 cm.

W innym korzystnym rozwiązaniu według wynalazku, dwa lub więcej szeregi magnetronów 4 zamocowane są na dwóch przeciwległych ścianach 5 komory grzewczej. Anteny 7 magnetronów znajdują się we wnętrzu komory grzewczej 2.

Przewód cieczy 1, doprowadzający i odprowadzający ciecz podgrzewaną, zamocowany jest do komory grzewczej 2 korzystnie za pośrednictwem króćców wlotowego i wylotowego 8. Te króćce 8, wyposażone są w dwuzłączki 9, szczelne dla promieniowania mikrofalowego.

Dwuzłączka 9 szczelna zawiera zaciśniętą pomiędzy powierzchniami styku dwóch tulei 10.1, 10.2 końcową część przewodu cieczy 1. Pokazano to na załączonym rysunku fig. 4. Tuleje 10.1, 10.2, dwuzłączki 9 połączone są nakrętką 11 i zawierają pomiędzy powierzchniami czołowymi styk 12 szczelny dla promieniowania mikrofalowego. Ogranicza to rozpływ promieniowania mikrofalowego w niepożądanych kierunkach. Ten styk 12 szczelny występuje pomiędzy powierzchniami czołowymi połączonych tulei 10.1,10.2 wymienionej dwuzłączki 9.

Claims (12)

1. Urządzenie grzewcze cieczy w przepływie, zawierające co najmniej jeden przewód cieczy z materiału przepuszczającego fale elektromagnetyczne wysokiej częstotliwości, umieszczony wewnątrz obudowy komory grzewczej wykonanej z materiału nieprzepuszczającego fal elektromagnetycznych wysokiej częstotliwości, przy czym do ściany obudowy komory grzewczej zamocowane są magnetrony, znamienne tym, że komora grzewcza (2) ma kształt wzdłużnego kanału, którego przekrój poprzeczny ma jeden wymiar większy i ten większy wymiar wewnętrzny komory grzewczej (2) odpowiada co najmniej połowie długości fali emitowanej przez magnetron (4), zaś mniejszy wymiar wewnętrzny przekroju poprzecznego komory grzewczej (2) jest większy od średnicy zewnętrznej przewodu (1) przepływu cieczy.

PL 212 906 B1

2. Urządzenie grzewcze według zastrz. 1, znamienne tym, że przewód (1) cieczy umiejscowiony jest w pobliżu węższej ściany bocznej (6) komory grzewczej (2).

3. Urządzenie grzewcze według zastrz. 1, znamienne tym, że w pobliżu każdej z węższych ścian bocznych (6) komory grzewczej (2) umiejscowiony jest co najmniej jeden przewód (1) cieczy.

4. Urządzenie grzewcze według jednego z zastrzeżeń od 1 do 3, znamienne tym, że przewód (1) cieczy wykonany jest z teflonu.

5. Urządzenie grzewcze według jednego z zastrzeżeń od 1 do 3, znamienne tym, że komora grzewcza (2) ma przekrój porzeczny w kształcie prostokąta.

6. Urządzenie grzewcze według jednego z zastrzeżeń od 1 do 5, znamienne tym, że zawiera szereg magnetronów (4) zamocowanych na komorze grzewczej (2).

7. Urządzenie grzewcze według jednego z zastrzeżeń od 1 do 6, znamienne tym, że szereg magnetronów (4) zamocowany jest wzdłuż szerszej ściany (5) komory grzewczej (2), której szerokość odpowiada co najmniej połowie długości mikrofal.

8. Urządzenie grzewcze według jednego z zastrzeżeń od 1 do 7, znamienne tym, że szeregi magnetronów (4) zamocowane są na przeciwległych ścianach (5) komory grzewczej (2).

9. Urządzenie grzewcze według jednego z zastrzeżeń od 1 do 8, znamienne tym, że anteny (7) magnetronów (4) znajdują się we wnętrzu komory grzewczej (2).

10. Urządzenie grzewcze według zastrz. 1, znamienne tym, że króćce (8) przewodu cieczy (1) na komorze grzewczej (2) wyposażone są w dwuzłączki (9) szczelne dla promieniowania mikrofalowego.

11. Urządzenie grzewcze według zastrz. 10, znamienne tym, że pomiędzy powierzchniami styku tulei (10.1, 10.2) dwuzłączki (9) znajduje się końcowa część przewodu (1), przy czym te tuleje (10.1, 10.2) dwuzłączki (9) połączone są nakrętką (11) i zawierają styk szczelny (12) dla promieniowania mikrofalowego.

12. Urządzenie grzewcze według zastrz. 11, znamienne tym, że styk szczelny (12) występuje pomiędzy powierzchniami czołowymi połączonych tulei (10.1, 10.2) dwuzłączki (9).