DE69102587T2 - Method and device for the rapid drying of a material by using microwaves. - Google Patents
Method and device for the rapid drying of a material by using microwaves.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen eines beliebigen Materials durch den Einsatz von Mikrowellen, vorzugsweise unter Berücksichtigung des Brewster- Einfallswinkels, wie im Hauptanspruch angegeben.The invention relates to a method and a device for drying any material by using microwaves, preferably taking into account the Brewster angle of incidence, as specified in the main claim.
Das in Rede stehende Material kann in Form von Halbfertig- oder Fertigprodukten vorliegen, deren Querschnitt eine verhältnismäßig geringe Dicke aufweist, und die Mikrowellen können in der Größenordnung der inneren Wellenlänge des Materials sein.The material in question may be in the form of semi-finished or finished products having a relatively small cross-section and the microwaves may be of the order of magnitude of the internal wavelength of the material.
Die Erfindung kann auch auf dem Gebiet der Sterilisation von Stoffen für Gesundheitszwecke angewendet werden.The invention can also be applied in the field of sterilization of materials for health purposes.
Nachstehend wird die Erfindung für eine spezielle Anwendung erläutert, nämlich für das Trocknen von Holz in Form von Brettern, beispielsweise für Parkettböden, Paneele, Tischlereielemente und Faßbinder-Erzeugnisse.The invention is explained below for a specific application, namely for drying wood in the form of boards, for example for parquet floors, panels, joinery elements and cooperage products.
Es ist jedoch klar, daß das Verfahren gemäß der Erfindung auch auf andere Holzprodukte angewendet werden kann, die eine große Querschnittsdicke haben.However, it is clear that the method according to the invention can also be applied to other wood products having a large cross-sectional thickness.
Die Erfindung kann auch auf andere Produkte angewendet werden, unabhängig davon, ob diese eine durchgehende oder eine geteilte Form haben oder von anderer Zusammensetzung sind, beispielsweise industriell hergestellte Lebensmittel, landwirtschaftlich erzeugte Nahrungsmittel, Arzneimittel oder andere Materialien, z.B. Keramik, Terrakotta, Kork, Textilien, Gewebe, Garne, Materalien für sanitäre oder chirurgische Zwecke und dgl., und zwar bis zu dem Maß, das ihre Formabmessung erlaubt.The invention can also be applied to other products, regardless of whether they have a continuous or a divided form or are of a different composition, for example industrially produced foodstuffs, agriculturally produced foodstuffs, pharmaceuticals or other materials, e.g. ceramics, terracotta, cork, textiles, fabrics, yarns, materials for sanitary or surgical purposes and the like, up to the extent permitted by their shape.
Der Brewster-Winkel ist derjenige Einfallswinkel einer Welle zu einer Linie, die senkrecht auf einem Medium steht, das dem elektrischen Feld einer polarisierten Welle ausgesetzt ist, wobei keine reflektierte Welle existiert; mit anderen Worten hat dieser Polarisationswinkel die Wirkung, daß die gesamte auftreffende Leistung im wesentlichen in das Medium geleitet wird. Dieser Einfallswinkel verändert sich für ein und dasselbe Medium in Abhängigkeit von dessen Feuchtigkeitsgrad und allgemeiner in Funktion von dessen absoluter Dielektrizitätskonstante.The Brewster angle is the angle of incidence of a wave to a line perpendicular to a medium subjected to the electric field of a polarized wave, where no reflected wave exists; in other words, this angle of polarization has the effect of directing essentially all of the incident power into the medium. This angle of incidence varies for one and the same medium as a function of its degree of humidity and, more generally, as a function of its absolute dielectric constant.
Die Erfindung wird in vorteilhafter Weise mit einer Vorrichtung realisiert, mit deren Hilfe Produkte durch Mikrowellen bearbeitet werden; in einer solchen Vorrichtung werden die Gegenstände vor einer Anzahl von Mikrowellenstrahlern vorbeigeführt, deren Symmetrieachsen zu der Bewegungsbahn der Gegenstände geneigt sind, wobei die Neigung variiert werden kann. Die Neigungsgrade hängen von dem Grad der Feuchtigkeit der Produkte ab, die vor jedem Strahler vorbeilaufen, so daß jeder Strahler Mikrowellen mit dem Brewster-Winkel aufbringen kann.The invention is advantageously implemented with a device with the aid of which products are processed by microwaves; in such a device the objects are passed in front of a number of microwave radiators, the axes of symmetry of which are inclined to the path of movement of the objects, whereby the inclination can be varied. The degrees of inclination depend on the degree of moisture of the products that pass in front of each radiator, so that each radiator can apply microwaves at the Brewster angle.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gefahren einer Zerstörung durch die auf die behandelten Produkte oder Gegenstände einwirkende Hitze zu vermeiden und gleichzeitig die Energiemenge zu verringern, die für ein optimales Trocknen dieser Produkte oder Werkstoffe erforderlich ist.The invention is based on the object of avoiding the risks of destruction caused by the heat acting on the treated products or objects and at the same time reducing the amount of energy required for optimal drying of these products or materials.
In der FR-A 2 076 405 ist beispielsweise ein Verfahren erläutert, das mit Risiken einer Beschädigung von Werkstoffen verbunden ist.For example, FR-A 2 076 405 describes a process that involves risks of damaging materials.
Gemäß der FR-A 1 499 628 wird Material in einem Tunnel behandelt, in dem Mikrowellengeneratoren zusammenwirken. Diese Generatoren arbeiten nicht parallel zueinander. Darüber hinaus liegen die Einfallswinkel der Mikrowellen zwischen 20º und 70º und sind nach einer Spirale angeordnet.According to FR-A 1 499 628, material is treated in a tunnel in which microwave generators interact. These generators do not work parallel to each other. In addition, the angles of incidence of the microwaves are between 20º and 70º and are arranged in a spiral.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Trocknungszeit soweit wie möglich abzukürzen.A further object of the invention is to shorten the drying time as much as possible.
Die Erfindung ist im Hauptanspruch angegeben, und die Unteransprüche erläutern Varianten der grundsätzlichen Idee der Erfindung.The invention is defined in the main claim, and the subclaims explain variants of the basic idea of the invention.
Mit der Erfindung liegt ein Verfahren zum schnellen Trocknen oder Sterilisieren eines Materials zur Verfügung, das zerbrechlich sein kann, wobei Mikrowellen mit dem Brewster-Einfallswinkel zur Einwirkung gebracht werden. Gemäß dem Verfahren werden die Mikrowellen mit einer Energie aufgebracht, die ausreicht, um die Temperatur an der Oberfläche und/oder im Inneren des Materials auf einen vorgegebenen oberen Grenzwert zu erhöhen, der von der Beschaffenheit des Materials abhängt.The invention provides a method for rapidly drying or sterilizing a material that may be fragile, using microwaves at the Brewster angle of incidence. According to the method, the microwaves are applied with an energy sufficient to increase the temperature on the surface and/or inside the material to a predetermined upper limit that depends on the nature of the material.
Gemäß dem Verfahren werden auch danach Mikrowellen zur Einwirkung gebracht, wenn die Temperatur oder die Tempteraturen auf einen vorgegebenen unteren Grenzwert abfallen, der ebenfalls von der Beschaffenheit dieses Materials abhängt. Diese zusätzliche, nachfolgende Anwendung der Mikrowellen dauert so lange, bis die Temperatur oder die Temperaturen erneut den oberen Grenzwert erreichen.According to the process, microwaves are also applied when the temperature or temperatures fall to a predetermined lower limit, which also depends on the nature of the material. This additional, subsequent application of microwaves continues until the temperature or temperatures reach the upper limit again.
Die nachfolgenden Einwirkungen der Mikrowellen gemäß der Erfindung werden unter denselben Bedingungen wiederholt, bis der gewünschte Feuchtigkeitsgrad erreicht worden ist.The subsequent exposures to microwaves according to the invention are repeated under the same conditions until the desired degree of humidity has been achieved.
Wenn ein solches Verfahren zum Trocknen von Paneelen oder Holzelementen eingesetzt wird, beispielsweise für Tischlereiprodukte, ergibt sich ein schnelles und wirkungsvolles Trocknen, das ohne Verformungen oder Qualitätseinbußen oder Verschlechterungen des Aussehens des Holzes erreicht wird, wobei der Energiebedarf im Vergleich zu herkömmlichen Techniken einer kontinuierlichen Mikrowellenbehandlung erheblich reduziert ist.When such a process is used to dry panels or wooden elements, for example for joinery products, it results in rapid and effective drying without deformation or loss of quality or deterioration. of the appearance of the wood, with energy requirements being significantly reduced compared to conventional continuous microwave treatment techniques.
Das Verfahren kann vorzugsweise, aber nicht ausschließlich auf bewegte Teile angewendet werden. Die Relativbewegung wird dabei zwischen dem zu behandelnden Gegenstand und der Mikrowellenquelle bzw. den Mikrowellenquellen erzeugt.The method can preferably, but not exclusively, be applied to moving parts. The relative movement is generated between the object to be treated and the microwave source or sources.
Die Bewegungsgeschwindigkeit, die Abstände zwischen den Mikrowellenquellen oder die Einwirkungsdauer der Quelle bzw. Quellen werden so bestimmt, daß die Oberflächentemperaturen und/oder Kerntemperaturen innerhalb der oberen und unteren Grenzwerte bleiben.The speed of movement, the distances between the microwave sources or the duration of exposure to the source or sources are determined so that the surface temperatures and/or core temperatures remain within the upper and lower limits.
Gemäß einer Variante der Erfindung erzeugt die Mikrowellenquelle verschiedene, spezifische Mikrowellen mit unterschiedlichen Wellenlängen.According to a variant of the invention, the microwave source generates different, specific microwaves with different wavelengths.
Bei einer anderen Variante der Erfindung kann die Neigung der Anstiegsflanke der aufgebrachten Leistung oder Intensität der einwirkenden Leistung innerhalb eines Zyklus verändert werden.In another variant of the invention, the inclination of the rising edge of the applied power or intensity of the acting power can be changed within a cycle.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels für ein Verfahren zur Durchführung der Erfindung am Beispiel der Behandlung von Holz. Die folgende Beschreibung bezieht sich lediglich auf ein Ausführungsbeispiel und ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:Further features and advantages of the invention emerge from the following description of an embodiment of a method for implementing the invention using the example of the treatment of wood. The following description refers only to an embodiment and is shown in the drawings. They show:
Figur 1 die grafische Darstellung der Kurven der Temperaturen an der Oberfläche und im Inneren eines Werkstoffs, der mit Hilfe von Mikrowellen gemäß der Erfindung behandelt wird,Figure 1 is a graphical representation of the temperature curves on the surface and inside of a material treated with microwaves according to the invention,
Figur 2 den Verlauf der aufgewendeten Mikrowellen-Energie zur Erzielung der Temperaturkurven der Figur 1,Figure 2 shows the course of the microwave energy used to achieve the temperature curves in Figure 1,
Figur 3 die schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung undFigure 3 shows a schematic representation of a device for carrying out the method according to the invention and
Figur 4 ein Diagramm zur Darstellung der Abnahme der Feuchtigkeit in Funktion der Zeit für ein Probenstück aus Eichenholz, das gemäß der Erfindung behandelt wird.Figure 4 is a diagram showing the decrease in moisture as a function of time for a sample of oak wood treated according to the invention.
In Figur 1 ist in Funktion von der Zeit mit einer durchgehenden Linie der Verlauf der Temperatur im wesentlichen in der Mitte eines zu trocknenden Holzstückes dargestellt, beispielsweise aus Eichenkernholz mit rechtwinkligem Querstück und einer Dicke von 40 mm, und zwar während der Trocknungsbehandlung gemäß der Erfindung, wobei die Mikrowellen entsprechend dem Brewsterwinkel oder einem nur geringfügig davon abweichenden Winkel zur Einwirkung gebracht werden.In Figure 1, the temperature profile is shown as a function of time with a continuous line essentially in the middle of a piece of wood to be dried, for example made of oak heartwood with a rectangular crosspiece and a thickness of 40 mm, during the drying treatment according to the invention, the microwaves being applied according to the Brewster angle or an angle that only slightly deviates therefrom.
Mit gestrichelten Linien ist der parallele Verlauf der Oberflächentemperatur desselben Holzstückes eingezeichnet, wobei die Temperatur beispielsweise mit Hilfe von Thermometern gemessen wird, die nicht mit den Mikrowellen interferieren, beispielsweise Infrarot-Thermometer.Dashed lines show the parallel course of the surface temperature of the same piece of wood, where the temperature is measured using thermometers that do not interfere with microwaves, such as infrared thermometers.
Die Temperatur in der Mitte des Werkstückes wird während der ersten Phase des Verfahrens von Umgebungstemperatur (Ta) auf einen oberen Grenzwert gebracht, der im dargestellten Ausführungsbeispiel bei 140º C liegt.During the first phase of the process, the temperature in the center of the workpiece is brought from ambient temperature (Ta) to an upper limit value, which in the illustrated embodiment is 140º C.
Figur 2 zeigt den Verlauf der Mikrowellenleistung, die während des Trocknungsverfahrens für das Holzstück aufgebracht wird, das beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von einem Meter je Minute unter entsprechenden Heizstrahlern vorbeigeführt wird. Dabei werden Heizstrahler mit einer Rücklaufleistung von 1200 W verwendet, die Mikrowellen mit einer Frequenz von 2450 MHz abgeben. Der Einsatz dieser Frequenz ist guter Kompromiß, da sie einer Wellenlänge von 12,24 cm in freier Luft entspricht. Diese Frequenz liegt nämlich im Bereich des Schnittpunktes der Kurven der Absorption elektromagnetischer Wellen durch freies Wasser und gebundenes Wasser.Figure 2 shows the course of the microwave power applied during the drying process for the piece of wood, which is passed under appropriate heaters at a speed of one meter per minute, for example. Heaters with a return power of 1200 W are used, which emit microwaves at a frequency of 2450 MHz. The use of this frequency is a good compromise, since it corresponds to a wavelength of 12.24 cm in free air. This frequency is in fact in the area of the intersection of the curves the absorption of electromagnetic waves by free water and bound water.
Dieser Frequenz, die sich zum Trocknen von Brettern, Paneelen, Dielen und Tischlereielementen eignet, wird vorzugsweise auf Werkstücke beschränkt, deren Querschnitt in der Größenordnung von 200 x 100 mm liegt, wenn diese Stücke sehr feucht sind, wobei die Querschnittsabmessungen größer werden können, wenn der Feuchtigkeitsgrad geringer ist.This frequency, which is suitable for drying boards, panels, planks and joinery elements, is preferably limited to pieces with a cross-section of the order of 200 x 100 mm when these pieces are very damp, although the cross-sectional dimensions may be larger when the degree of dampness is lower.
Wenn gemäß einer Variante der Erfindung mehrere Wellenemitter eingesetzt werden, senden diese Wellen aus, deren Frequenz entsprechend zwei oder mehr Größenordnungen voneinander verschieden sind.If, according to a variant of the invention, several wave emitters are used, they emit waves whose frequencies differ from one another by two or more orders of magnitude.
Wie das Diagramm der Figur 2 zeigt, werden im ersten Verfahrensschritt Mikrowellen bei der oben angegebenen Leistung für 90 Sekunden auf das Holzstück zur Einwirkung gebracht. Auf diese Weise werden die Temperaturen in der Mitte und an der Oberfläche des Werkstückes von Umgebungstemperatur bis auf den oberen Grenzwert erhöht, der bei 140º C bzw. bei 100º C liegt.As the diagram in Figure 2 shows, in the first step of the process, microwaves are applied to the piece of wood at the power specified above for 90 seconds. In this way, the temperatures in the middle and on the surface of the workpiece are increased from ambient temperature to the upper limit, which is 140º C and 100º C respectively.
Gemäß einer Variante, bei der mehrere Mikrowellenemitter eingesetzt werden, geben diese Wellen unterschiedlicher Leistung ab, beispielsweise mit progressiv steigender oder abfallender Leistung.According to a variant in which several microwave emitters are used, they emit waves of different power, for example with progressively increasing or decreasing power.
Wenn die oberen Temperatur-Grenzwerte erreicht sind, wird die Einwirkung der Mikrowellen unterbrochen, bis die Temperaturen auf einen unteren Grenzwert abgefallen sind, der bei 110º C bzw. 80º C liegt. Diese Temperaturen werden nach etwa drei Minuten erreicht.When the upper temperature limits are reached, the exposure to microwaves is interrupted until the temperatures have fallen to a lower limit of 110º C or 80º C. These temperatures are reached after about three minutes.
Danach können erneut Mikrowellen zur Einwirkung gebracht werden, wobei die Einwirkungsdauer geringer ist und bei sechs Sekunden liegt. Diese Einwirkungszeit reicht aus, um die Temperaturen im Inneren und an der Oberfläche wieder auf die oberen Grenzwerte zu erhöhen, die bei 140º C bzw. 100º C liegen.Afterwards, microwaves can be applied again, but the exposure time is shorter and is six seconds. This exposure time is sufficient to bring the temperatures in the Interior and surface temperatures to the upper limits of 140º C and 100º C respectively.
Danach fallen diese Temperaturen wieder auf die unteren Grenzwerte, wozu jedoch eine längere Zeit von etwa sieben Minuten verstreicht, da der Feuchtigkeitsgehalt bereits reduziert ist.Afterwards, these temperatures fall back to the lower limits, but this takes a longer time of about seven minutes, since the moisture content has already been reduced.
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine dritte Einwirkung von Mikrowellen über einen Zeitraum von sechs Sekunden, um die Temperatur wieder auf die oberen Grenzwerte zu erhöhen. Danach wird das Holzstück nicht noch einmal der Einwirkung von Mikrowellen ausgesetzt, so daß dessen Temperatur wieder auf die Umgebungstemperatur absinkt.Figures 1 and 2 show a third exposure to microwaves for a period of six seconds to raise the temperature back to the upper limit. After that, the piece of wood is not exposed to microwaves again, so that its temperature drops back to the ambient temperature.
Die Einwirkung von Mikrowellen in Sequenzen wird dann abgebrochen, wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Molzstückes auf einen gewünschten Wert verringert worden ist.The exposure to microwaves in sequences is then terminated when the moisture content of the molten piece has been reduced to a desired value.
Die oberen und unteren Grenzwerte der Temperaturen im Inneren und an der Oberfläche, die aufgebrachte Leistung der Mikrowellen und die Dauer der verschiedenen Schritte sowie die Pausen zwischen den Einwirkungsschritten hängen von unterschiedlichen Faktoren oder Parametern ab, beispielsweise der Beschaffenheit des Werkstoffes (Holz, Keramik, Ton o. dgl.), das zu behandeln ist, der Form und den Abmessungen der zu behandelnden Gegenstände oder Produkte, der Anfangsfeuchtigkeit, der gewünschten Endfeuchtigkeit etc.The upper and lower limits of the temperatures inside and on the surface, the power of the microwaves applied and the duration of the various steps as well as the pauses between the exposure steps depend on various factors or parameters, such as the nature of the material (wood, ceramic, clay, etc.) to be treated, the shape and dimensions of the objects or products to be treated, the initial humidity, the desired final humidity, etc.
Die Temperatur-Grenzwerte, insbesondere der obere Grenzwert werden so gewählt, daß Risse, Brüche, Schwächungen oder andere Fehler im Material vermieden werden.The temperature limits, especially the upper limit, are chosen so that cracks, breaks, weakening or other defects in the material are avoided.
Figur 3 zeigt schematisch eine bevorzugte Art und Weise zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung, wobei die Relativbewegung zwischen dem zu behandelnden Produkt, beispielsweise einem Paneelbrett, und der Mikrowellenquelle erzeugt wird.Figure 3 shows schematically a preferred way of carrying out the method according to the invention, wherein the relative movement is generated between the product to be treated, for example a panel board, and the microwave source.
Dabei werden mehrere Mikrowellen-Heizstrahler 1, die gemäß dem Brewster-Einfallswinkel einwirken, entlang der Bewegungsbahn eines zu behandelnden Gegenstandes positioniert. Der Gegenstand wird mit Hilfe eines Förderorgans 2 gehalten, das durch einen horizontalen Tunnel 3 läuft, an dem die Wellenleiter 4 der Emitter 1 angebracht sind. Der Horizontaltunnel 3 kann Abschirmungen aufweisen, um eine Diffusion der Mikrowellen zu verhindern.In this case, several microwave heaters 1, which act according to the Brewster angle of incidence, are positioned along the path of movement of an object to be treated. The object is held with the aid of a conveyor element 2, which runs through a horizontal tunnel 3 to which the waveguides 4 of the emitters 1 are attached. The horizontal tunnel 3 can have shields to prevent diffusion of the microwaves.
Die Zahl der Heizstrahler oder Emitter 1 und der Abstand zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Emittern 1 kann von den Anwendungsfällen abhängen.The number of heaters or emitters 1 and the distance between any two consecutive emitters 1 may depend on the application.
In Figur 3 sind die Achsen der Wellenleiter 4 als Beispiel mit demselben Winkel zur Achse des Tunnels 3 geneigt. Es ist jedoch hervorzuheben, daß dieser Winkel gemäß der Erfindung variiert werden kann. Dieser Winkel kann auch für jeden Emitter 1 in vorteilhafter Weise eingestellt werden, insbesondere angesichts der Einwirkungen der Wellen jedes Wellenleiters entsprechend dem Brewster-Einfallswinkel oder einem diesem ungefähr entsprechendem Einfallswinkel.In Figure 3, the axes of the waveguides 4 are, by way of example, inclined at the same angle to the axis of the tunnel 3. However, it should be emphasized that this angle can be varied according to the invention. This angle can also be advantageously adjusted for each emitter 1, particularly in view of the effects of the waves of each waveguide, according to the Brewster angle of incidence or an angle of incidence approximately corresponding thereto.
Die Emitter 1 können gleiche oder unterschiedliche Leistungen haben. So kann der erste Emitter, der auf das in den Tunnel 3 eintretende Produkt einwirkt, in vorteilhafter Weise eine größere Leistung haben, um den Feuchtigkeitsgehalt und die Anfangstemperaturen des Holzes zu berücksichtigen.The emitters 1 may have equal or different powers. Thus, the first emitter acting on the product entering the tunnel 3 may advantageously have a higher power in order to take into account the moisture content and the initial temperatures of the wood.
Es sollte im Auge behalten werden, daß gemäß der Erfindung die Behandlungszeiten für das durch die Mikrowellen zu trocknende Stück bei jedem Heizstrahler oder Emitter direkt von der Geschwindigkeit des Förderers abhängen.It should be borne in mind that, according to the invention, the treatment times for the piece to be dried by microwaves, for each heater or emitter, depend directly on the speed of the conveyor.
Bei einer solchen Vorrichtung ist es nicht erforderlich, die Temperaturen des zu behandelnden Gegenstandes zu messen.With such a device it is not necessary to measure the temperatures of the object to be treated.
Mit Hilfe von zuvor durchgeführten Versuchen, bei denen die Temperaturen gemessen werden, ist es möglich, die Geschwindigkeit des Förderers, die Temperatur-Grenzwerte und den optimalen Trocknungszyklus für jedes Produkt und für jede Anfangsfeuchtigkeit des Produktes zu definieren.By means of previously carried out tests in which the temperatures are measured, it is possible to define the conveyor speed, the temperature limits and the optimal drying cycle for each product and for each initial humidity of the product.
In einem vorbereitenden Schritt bestimmt man für eine industrielle Trocknungsanlage die Parameter wie die Zahl der Mikrowellen-Emitter 1, die Bemessung der Abstände zwischen diesen, ihre Leistung und möglicherweise ihre Frequenz sowie die Neigung ihrer Wellenleiter 4, ferner die Geschwindigkeit des Förderbandes 2, wobei diese Parameter gesteuert werden durch die Bewegung des Materials innerhalb des Tunnels 3. Da diese Parameter zuvor definiert und eingestellt worden sind, ist es danach nicht mehr notwendig, mit Ausnahme von Stichproben und Überprüfungen weitere Korrekturen vorzunehmen.In a preparatory step, the parameters of an industrial drying plant are determined, such as the number of microwave emitters 1, the dimensioning of the distances between them, their power and possibly their frequency, the inclination of their waveguides 4, and the speed of the conveyor belt 2, these parameters being controlled by the movement of the material inside the tunnel 3. Since these parameters have been previously defined and set, it is no longer necessary to make any further corrections, apart from spot checks and checks.
Auf diese Weise ist die Bewegungsgeschwindigkeit des zu trocknenden Gegenstandes konstant und bestimmt die Durchlaufzeit der aufeinander folgenden Teile des zu trocknenden Gegenstandes, der unter den verschiedenen Wellenleitern 4 vorbeiläuft.In this way, the speed of movement of the object to be dried is constant and determines the transit time of the successive parts of the object to be dried passing under the various waveguides 4.
Bei gleichen Werkstoffen und identischen Einstellungen der Wellenleiter ist die Durchlaufzeit des zu trocknenden bzw. sterilisierenden Materials identisch.With the same materials and identical waveguide settings, the throughput time of the material to be dried or sterilized is identical.
Wie bereits erwähnt, kann im Bereich des ersten Mikrowellen- Emitters oder jedes folgenden Emitters eine größere Leistung als durch die anderen Emitter aufgebracht werden, wozu die Leistung dieses spezifischen Emitters erhöht wird.As mentioned above, a greater power can be applied in the area of the first microwave emitter or any subsequent emitter than by the other emitters, thereby increasing the power of that specific emitter.
Figur 4 zeigt die Anwendung eines Verfahrens gemäß der Erfindung auf ein Werkstück aus Eichenholz mit einem Querschnitt von 80 mm x 40 mm, das von einem Heizstrahler getrocknet wird, der von einem Emitter mit einer konstanten Rücklaufleistung von 1200 W versorgt wird.Figure 4 shows the application of a method according to the invention to an oak workpiece with a cross-section of 80 mm x 40 mm, which is dried by a radiant heater supplied by an emitter with a constant return power of 1200 W.
Die Abszisse zeigt die Zeit in Minuten, während die Ordinate die prozentuale Feuchtigkeit wiedergibt, die sich aus der FormelThe abscissa shows the time in minutes, while the ordinate shows the percentage of moisture, which is calculated from the formula
H% + 100 (m - mbs) / mbsH% + 100 (m - mbs) / mbs
ergibt, wobei m die Masse des behandelten Gegenstandes im Zeitpunkt t und mbs die trockene Basismasse des Gegenstandes nach vollständiger Wasserentnahme ist. Der Heizstrahler und das Holzstück sind stationär, wobei die Behandlung erfolgt durch Abgabe von Mikrowellen-Impulsen über variable Zeitabschnitte, die voneinander getrennt sind durch inaktive Intervalle in der Art der Figur 2. Die Mikrowellen-Impulse sind durch vertikale Segmente angedeutet, die in Gruppen zusammengefaßt sind.where m is the mass of the object being treated at time t and mbs is the dry base mass of the object after all water has been removed. The heater and the piece of wood are stationary, the treatment being carried out by emitting microwave pulses over variable periods of time separated by inactive intervals in the manner of Figure 2. The microwave pulses are indicated by vertical segments grouped together.
Die erste Gruppe 5 entspricht der ersten Einwirkung der Mikrowellen und hat eine Dauer, die größer als die der anderen Einwirkungen (6 bis 15) ist, welche alle dieselbe Einwirkungszeit haben. Im Diagramm der Figur 4 repräsentiert ein Segment einen Impuls mit einer Dauer von sechs Sekunden.The first group 5 corresponds to the first exposure to microwaves and has a duration longer than that of the other exposures (6 to 15), which all have the same exposure time. In the diagram in Figure 4, a segment represents a pulse with a duration of six seconds.
Die Impulsgruppen von 5 bis 15 sind durch unterschiedliche Zeitintervalle voneinander getrennt.The pulse groups from 5 to 15 are separated from each other by different time intervals.
Durch die Messung des Feuchtigkeitsgehaltes, die alle zweieinhalb Minuten erfolgte, konnte der Verlauf der Feuchtigkeitsabnahme des untersuchten Probenstückes eingezeichnet werden.By measuring the moisture content every two and a half minutes, the course of the moisture loss of the sample piece under investigation could be plotted.
Das Ende der ersten Einwirkung der Mikrowellen (5) und der Beginn und das Ende der folgenden Einwirkungen (6 bis 15), die während der Messungen bei der Definition des Tunnels erhalten wurden, werden durch die Messungen der Temperatur an der Oberfläche des Probenstückes gemäß Figur 1 eingestellt.The end of the first exposure to microwaves (5) and the beginning and end of the following exposures (6 to 15) obtained during the measurements when defining the tunnel are set by the temperature measurements on the surface of the sample piece according to Figure 1.
Das Probenstück gilt nach 30 min als trocken genug; in diesem Zeitraum war die Einwirkungsdauer der Mikrowellen lediglich 3 min und 32 sec.The sample piece is considered dry enough after 30 minutes; during this period the exposure time to the microwaves was only 3 minutes and 32 seconds.
Das Verfahren ist somit sehr wirtschaftlich und gestattet ein homogenes Trocknen auf einen gewünschten Wert sowie eine innere chemische Umwandlung ohne jede Veränderung, insbesondere ohne Rißbildung an den Oberflächen des behandelten Gegenstandes.The process is therefore very economical and allows homogeneous drying to a desired value as well as internal chemical transformation without any alteration, in particular without cracking on the surfaces of the treated object.
Für die industriell einsetzbare Trocknungsvorrichtung gemäß der Erfindung können Mikrowellen-Emitter auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten des zu behandelnden Produktes vorgesehen sein. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Gegenstand dick oder sehr feucht ist.For the industrially usable drying device according to the invention, microwave emitters can be provided on two opposite sides of the product to be treated. This is particularly advantageous when the object is thick or very moist.
Mit der Behandlung gemäß der Erfindung kann eine Trocknungsbehandlung kombiniert werden, die eine Zwangsströmung heißer Luft oder eine einfache Heißluft verwendet, von der die gesamte Menge oder eine Teilmenge als Kühlluft für die Magnetrone verwendet wird, und zwar vor dem Einsatz der Mikrowellen und/oder zwischen zwei Mikrowelleneinsätzen.The treatment according to the invention can be combined with a drying treatment using a forced flow of hot air or a simple hot air, all or part of which is used as cooling air for the magnetrons, before the use of the microwaves and/or between two microwave uses.
Die Mikrowellen können auf die Flächen der kleineren Seiten des Gegenstandes einwirken, um das innere Feld durch Reduzierung des Depolarisationsfeldes zu vergrößern.The microwaves can act on the surfaces of the smaller sides of the object to increase the internal field by reducing the depolarization field.
Die in Form von Wasser abgegebene Flüssigkeit am Eingang des Tunnels sollte schrittweise abgezogen werden durch Anströmen, Absaugen oder Abschaben, da verbleibende Flüssigkeit eine Energievergeudung bedeuten würde.The liquid released in the form of water at the entrance of the tunnel should be gradually removed by flowing, suctioning or scraping, since remaining liquid would mean a waste of energy.
Die Relativbewegung zwischen dem Gegenstand und den Mikrowellenstrahlern kann auch dadurch erzeugt werden, daß die Emitter bewegt werden, während der Gegenstand stationär bleibt.The relative motion between the object and the microwave emitters can also be generated by moving the emitters while the object remains stationary.
In bestimmten Anwendungsfällen kann ein einzelner, stationärer Emitter vorgesehen sein, während die Gegenstände unbeweglich unter dem Wellenleiter positioniert werden, wobei die Zeitdauer der verschiedenen Behandlungsphasen wie in Figur 2 verteilt ist.In certain applications, a single, stationary emitter may be provided, while the objects are positioned immobile beneath the waveguide, with the duration of the different treatment phases distributed as in Figure 2.
Schließlich ist hervorzuheben, daß die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsverfahren beschränkt ist, sondern alle Varianten einschließt, insbesondere hinsichtlich der Leistung der Strahler, der eingesetzten Mikrowellen-Frequenz, der Form und der Dimension der Wellenleiter und der Einstrahlungsfenster sowie deren Lage auf jeder der Oberflächen des Tunnels.Finally, it should be emphasized that the invention is not limited to the described embodiment, but includes all variants, in particular with regard to the power of the radiators, the microwave frequency used, the shape and dimensions of the waveguides and the irradiation windows, as well as their position on each of the surfaces of the tunnel.
Es ist außerdem möglich, zwei oder drei Tunnel hintereinander zu schalten, beispielsweise ein Tunnel für eine hohe Feuchtigkeit (z.B. mehr als 45%), und die anderen für geringere Feuchtigkeiten, so daß für jeden von ihnen die Mittelwerte der Brewster- Winkel so nahe wie möglich an den theoretischen Werten liegen, ohne daß Emitter mit einstellbarem Einfallswinkel eingesetzt werden müssen.It is also possible to connect two or three tunnels in series, for example one tunnel for high humidity (e.g. more than 45%) and the others for lower humidities, so that for each of them the mean values of the Brewster angles are as close as possible to the theoretical values, without having to use emitters with adjustable angle of incidence.
Die anderen beiden ebenfalls verfügbaren Parameter sind die Leistung der Generatoren und die Bewegungsgeschwindigkeit, die durch kontinuierliche Messung der Feuchtigkeit eingestellt werden können, so daß eine kontinuierliche Kontrolle und Steuerung mit Hilfe bekannter Steuerungs- und Betätigungsinstrumente möglich ist.The other two parameters also available are the power of the generators and the speed of movement, which can be adjusted by continuously measuring the humidity, so that continuous monitoring and control is possible using known control and actuation instruments.
Die Gegenstände können auf einem Förderband oder einem Sieb gehalten werden, die vorzugsweise nicht aus einem polaren Material bestehen; sie können aber auch unter Druck gehalten werden zwischen Rollen, die innerhalb des Tunnels vorstehen. Die Gegenstände, insbesondere aus Holz, sollten auch nach dem Verlassen des Tunnels für eine ausreichende Zeit unter Druck gehalten werden, um Verformungen zu verhindern.The objects may be held on a conveyor belt or a screen, preferably made of a non-polar material, but they may also be held under pressure between rollers projecting inside the tunnel. The objects, especially those made of wood, should also be held under pressure for a sufficient time after leaving the tunnel to prevent deformation.
Wenn es andererseits gewünscht wird, daß das Werkstück während seiner Bewegung eine Krümmung annimmt, beispielsweise zur Herstellung von Sitzen, Tischlerprodukten oder Küfnerwaren, kann der Gegenstand vor oder während des Trocknungsprozesses gekrümmt werden. Dabei kann beispielsweise ein gebogener Tunnel eingesetzt werden, in dem das Holz an der Kante und am Ausgang gehalten wird.On the other hand, if it is desired that the workpiece assumes a curvature during its movement, for example for the manufacture of seats, joinery or cooperage, the object can be curved before or during the drying process. For example, a curved tunnel can be used in which the wood is held at the edge and at the exit.
Wenn eine kleine Grundfläche gewünscht wird, ist es auch möglich, einen spiralförmigen Tunnel vorzusehen, der sich in vertikaler Richtung nach oben erstreckt.If a small footprint is desired, it is also possible to provide a spiral tunnel that extends vertically upwards.
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