SE540802C2

SE540802C2 - Apparatus for improved heating of dielectric loads

Info

Publication number: SE540802C2
Application number: SE1700145A
Authority: SE
Inventors: Ekemar Lars
Original assignee: Ekemar Lars
Priority date: 2017-07-13
Filing date: 2017-07-13
Publication date: 2018-11-13
Also published as: SE1700145A1; WO2019013681A1

Abstract

Denna uppfinning avser en apparat, som möjliggör homogen och effektiv uppvärmning av dielektriska material. Kännetecknande för uppfinningen är att oscillerande elektromagnetiska närfält från två eller flera antenner (Fig.1 (5)), vid två eller flera frekvenser, alstrar värme i gods, massor och/eller material (Fig.1(7)).This invention relates to an apparatus which enables homogeneous and efficient heating of dielectric materials. Characteristic of the invention is that oscillating electromagnetic near fields from two or more antennas (Fig. 1 (5)), at two or more frequencies, generate heat in goods, masses and / or materials (Fig. 1 (7)).

Description

Apparat för förbättrad vämining av dielektriska laster. Apparatus for improved warming of dielectric loads.

Kraven på rationell tining och uppvärmning av organisk material har ökat. Exempelvis förvaras levande celler såsom stamceller i fryst tillstånd. Cellernas viabilitet är avhängig tiningstiden. Ju kortare tiningstid desto bättre viabilitet Inom sjukvården finns behov av snabb tining av blodplasma och värmning av röda blodkroppar före transfusion. Andra exempel är beredning av livsmedel, exempelvis i storkök. The requirements for rational thawing and heating of organic material have increased. For example, living cells such as stem cells are stored in a frozen state. The viability of the cells depends on the thawing time. The shorter the thawing time, the better viability In healthcare, there is a need for rapid thawing of blood plasma and heating of red blood cells before transfusion. Other examples are food preparation, for example in commercial kitchens.

Etablerade värmningstekniker såsom värmning med mikrovågor, och värmning med konventionell värmestrålning och värmekonvektion har det gemensamt att värmeupptagning i lastkännetecknas av ringa till försumbart inträngningsdjup och last inre delars uppvärmning sker medelst värmetransport från uppvärmda ytpartier. Established heating techniques such as heating with microwaves, and heating with conventional heat radiation and heat convection have in common that heat absorption in load is characterized by small to negligible penetration depth and load of internal parts takes place by means of heat transport from heated surface portions.

Det är också sedan tidigare känt att dielektriska material kan värmas av oscillerande högfrekventa elektriska fält som alstras mellan ett elektrodpar. Nackdelen med en sådan teknisk lösning är bristande flexibilitet för variationer i lastens geometri och sammansättning och att det blir stora skrymmande utrustningar som är lämpliga på större industrier men olämpliga för akutavdelningar, blodcentraler och/eller i restaurangkök. It is also previously known that dielectric materials can be heated by oscillating high frequency electric fields generated between a pair of electrodes. The disadvantage of such a technical solution is the lack of flexibility for variations in the geometry and composition of the load and that there will be large bulky equipment that is suitable for larger industries but unsuitable for emergency departments, blood centers and / or in restaurant kitchens.

Det är också sedan tidigare känt att man genom att emittera elektromagnetisk strålning/närfält från en antenn/antenner i en kavitet med elektriskt ledande väggar kan värma i kaviteten placerade dielektriska material. (SE 9400777-0 och SE 9703033-2). It is also previously known that by emitting electromagnetic radiation / near field from an antenna / antennas in a cavity with electrically conductive walls, dielectric materials placed in the cavity can be heated. (SE 9400777-0 and SE 9703033-2).

Apparat/apparater som bygger på ovan nämnda uppfinningar erbjuder mer kompakta utrustningar och en avsevärt bättre homogenitet vid uppvärmning jämfört med många andra uppvärmningstekniker, men beroende på att endast en frekvens används vid uppvärmning är ting/värmning begränsad till en enda strålningskälla. Detta ger som konsekvens att man måste måste använda fältutjämnare (SE 0100051-2) vid tining och vännning av känsliga laster såsom fryst blodplasma och röda blodkroppar). Apparatus / apparatus based on the above-mentioned inventions offers more compact equipment and a considerably better homogeneity in heating compared to many other heating techniques, but due to the fact that only one frequency is used in heating, things / heating are limited to a single radiation source. This has the consequence that field equalizers (SE 0100051-2) must be used when thawing and turning sensitive loads such as frozen blood plasma and red blood cells).

Vid beredning av andra laster så som kött i storkök blir värmefördelningen ojämn så det blir nödvändigt att med jämna mellanrum vända på köttstycket. When preparing other loads such as meat in commercial kitchens, the heat distribution becomes uneven, so it becomes necessary to turn the piece of meat at regular intervals.

Föreliggande uppfinning är ett unikt utomordentligt sätt och apparat att alstra värme i material och massor, där polära/dipolära förhållanden råder och erbjuder en unik homogenitet i uppvärmnings och tiningsprocesser. The present invention is a unique excellent method and apparatus for generating heat in materials and pulps, where polar / dipolar conditions prevail and offers a unique homogeneity in heating and thawing processes.

Uppfinningen erbjuder likaså möjligheter att snabbt och homogent tina och värma ömtåliga dielektriska laster såsom fryst blodplasma utan att använda fältutjämnare. The invention also offers possibilities to quickly and homogeneously thaw and heat fragile dielectric loads such as frozen blood plasma without the use of field equalizers.

Kännetecknande för uppfinningen är att oscillerande elektromagnetiska närfält från två eller flera antenner inom frekvensintervallet 50 kHz-1000MHz, vid två eller flera frekvenser, alstrar värme i gods, massor och/eller material. Varje antenn avger ett fält vid en unik frekvens relativt annan/andra antenner i en reaktionskammare/kavitet. Characteristic of the invention is that oscillating electromagnetic near fields from two or more antennas within the frequency range 50 kHz-1000MHz, at two or more frequencies, generate heat in goods, masses and / or materials. Each antenna emits a field at a unique frequency relative to another antenna (s) in a reaction chamber / cavity.

Apparaten är likaså ekonomiskt fördelaktig eftersom flera frekvenser används för uppvärmning, vilket gör att applicerad totaleffekt är uppdelad mellan olika resonanskretsar, därigenom kan billigare komponenter användas. Eftersom systemet arbetar utanför det upplåtna ISM banden är uppdelningen i två eller flera frekvenser likaså fördelaktig eftersom det reducerar behovet av skärmning för att uppfylla kraven på elektromagnetisk kompatibilitet. The device is also economically advantageous because several frequencies are used for heating, which means that the applied total power is divided between different resonant circuits, thereby cheaper components can be used. Since the system operates outside the leased ISM band, the division into two or more frequencies is also advantageous because it reduces the need for shielding to meet the requirements for electromagnetic compatibility.

Antennerna är placerade i en reaktionskammare/kavitet vars sidor består av ett eller flera elektriskt ledande material. Vid varje unik frekvens/frekvensintervall är kaviteten, lasten , antennen och avstämningarna samt frekvensgenerator en resonansenhet som är avstämd till denna unika våglängd/våglängdsintervall. Vid impedansanpassning medelst frekvensanpassning är kretsen avstämd till ett våglängdsintervall. Differensen mellan varje unik våglängd/medelvåglängdsintervall i kaviteten skall överstiga 5 %, hellre 10%, ändå hellre 15% och allra helst 25% relativt den längre våglängden/medelvåglängdsintervall, därigenom kan energi från en antenn/resonanskrets inte övergå till andra antenner/resonanskretsar och sålunda undviks skador på exempelvis effektgeneratorer. The antennas are placed in a reaction chamber / cavity whose sides consist of one or more electrically conductive materials. At each unique frequency / frequency range, the cavity, the load, the antenna and the tunings as well as the frequency generator are a resonant unit that is tuned to this unique wavelength / wavelength range. In impedance matching by means of frequency matching, the circuit is tuned to a wavelength range. The difference between each unique wavelength / average wavelength range in the cavity should exceed 5%, preferably 10%, still preferably 15% and most preferably 25% relative to the longer wavelength / average wavelength range, thereby energy from one antenna / resonant circuit may not transfer to other antennas / resonant circuits and thus, damage to, for example, power generators is avoided.

I och med att varje resonansenhet är avstämd till en unik frekvens/frekvensintervall som består av den gemensamma kaviteten, lasten , antennen och avstämningarna samt frekvensgenerator fungerar kretsen ifråga som ett filter mot de frekvenser/frekvensintervall som avges från övriga antenner i kaviteten. Since each resonant unit is tuned to a unique frequency / frequency range consisting of the common cavity, the load, the antenna and the tunings and the frequency generator, the circuit in question functions as a filter against the frequencies / frequency ranges emitted from the other antennas in the cavity.

Applicerad våglängd/våglängder kan ibland variera, speciellt vid impedansanpassning medelst frekvensanpassning. Varierar frekvenserna för mycket kan energin från en antenn påverka en annan antenn med risk att effektgeneratorer skadas. Frekvensvariationerna relativt medelfrekvens i antenn/antenner får därför inte överstiga ± 30%, hellre ± 20%, ändå hellre ± 10% och allra helst ± 5%. Applied wavelength / wavelengths can sometimes vary, especially in impedance matching by means of frequency matching. If the frequencies vary too much, the energy from one antenna can affect another antenna with the risk of power generators being damaged. The frequency variations relative to the average frequency in antenna / antennas must therefore not exceed ± 30%, preferably ± 20%, still more preferably ± 10% and most preferably ± 5%.

I syfte att reducera storleken på en apparat kan vid behov en reaktiv enhet placeras i ledaren mellan reaktorkammarens vägg och antenn. Den re aktiva enheten ska ha ett värde som överstiger 10 ohm, ändå hellre 20 ohm och allra helst 30 ohm. In order to reduce the size of an apparatus, if necessary, a reactive unit can be placed in the conductor between the wall of the reactor chamber and the antenna. The re-active device should have a value that exceeds 10 ohms, still preferably 20 ohms and most preferably 30 ohms.

Fig.l är ett exempel på apparat enligt uppfinningen. Fig. 1 is an example of an apparatus according to the invention.

En apparat enligt uppfinningen har minst två frekvensgeneratorer (1) anslutna med elektriska ledare via en anpassningsenhet(2), genom genomföring i kaviteten/reaktorväggen (3), vid behov via en reaktiv enhet (4) till varsin antenn (5) Frekvensgeneratorema är jordade i reaktorkammaren (6) bestående av minst ett elektriskt ledande material. De oscillerande elektromagnetiska fält som genereras alstrar värme i en i reaktionskammaren placerad dielektrisk last (7). Anpassningsenhetema kan antingen vara utformad för impedansanpassning medelst frekvensanpassning och/eller genom induktiv och/eller kapacitiv anpassning. An apparatus according to the invention has at least two frequency generators (1) connected with electrical conductors via an adapter unit (2), by penetration into the cavity / reactor wall (3), if necessary via a reactive unit (4) to each antenna (5) The frequency generators are grounded in the reactor chamber (6) consisting of at least one electrically conductive material. The oscillating electromagnetic fields generated generate heat in a dielectric load (7) placed in the reaction chamber. The matching units can either be designed for impedance matching by means of frequency matching and / or by inductive and / or capacitive matching.

Ett försök har utförts där en reaktionskammare försedd med antenner enligt fig.1 visad utformning beskickas med 1500 gram rostbiff. En konstant radiofrekvens på 100 MHz och en effekt på 250 Watt appliceras i den undre antennen. I den övre antennen appliceras en frekvens på 200 MHz och likaså en effekt på 250 Watt. An experiment has been carried out where a reaction chamber provided with antennas according to the design shown in Fig. 1 is charged with 1500 grams of roast beef. A constant radio frequency of 100 MHz and a power of 250 watts are applied in the lower antenna. A frequency of 200 MHz is applied in the upper antenna, as well as a power of 250 watts.

I början var temperaturen 4°C. Efter 25 minuter var temperaturen i medeltal 70°C i köttet. Köttet uppvisade en god värmefördelning. Initially, the temperature was 4 ° C. After 25 minutes, the average temperature in the meat was 70 ° C. The meat showed a good heat distribution.

Claims

Patent claims

Apparatus for heating dielectric materials with oscillating electric near-field within the frequency range 50kHz-1000Mhz characterized in that oscillating electromagnetic near-field from two or more antennas (Fig.1 (5)), at two or more frequencies / frequency range generates heat in goods (Fig1 (7), masses and / or materials

Apparatus according to the preceding claim, characterized in that the cavity, load (Fig.1 (7)), antenna (Fig.1 (5)) and tuning (Fig.1 (2)) and frequency generator (Fig.1 (1)) is a resonant unit and is tuned to a unique wavelength / wavelength range.

Apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the matching units are designed for impedance matching by means of frequency matching and / or by inductive and / or capacitive matching.

Apparatus according to any one of the preceding claims, characterized in that each resonant unit including antenna acts as a filter against the oscillating near fields emitted from the other antennas in the cavity.

Apparatus according to any one of the preceding claims, characterized in that the difference between each unique wavelength / medium wavelength range shall exceed 5% relative to the longer wavelength / medium wavelength range.

Apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that in the case of impedance matching by means of frequency matching, the frequency generated in the antenna / antennas shall not vary by more than ± 30% relative to the average frequency in the antenna.

Apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that a reactive unit (Fig. 1 (4)) exceeding 10 ohms is placed between the reactor chamber and the antenna (s).