專利名稱：用高頻電磁波加熱產品的方法與裝置的制作方法
背景技術：
本發(fā)明涉及如權利要求1的前序所述的用于產品加熱的一種方法，和如權利要求5的前序公開的一種裝置。
眾所知道，用微波來加熱產品有多種不同的方式。不同的技術用于不同的目的，其范圍包括從木材的烘干到肉類和奶類產品的熱處理?？赡茏顬榇蠹沂熘募夹g要算微波爐，它已經成為了一種日常消費品。
但是，迄今已知道的技術存在嚴重的缺點，而且這些缺點在大規(guī)模運作的情況下顯得尤為突出。
由DK專利申請?zhí)?718/86可知，為了通過輸送部件，例如一個管道，連續(xù)送入肉類產品，管道在徑向相對的邊上裝有電極。在肉類產品送入工作區(qū)之前，要用真空抽氣機抽去空氣。
由DK專利申請?zhí)?014/91可知，通過在圍繞管道的兩個位置裝有環(huán)狀電極的輸送部件來送入產品。
上面提到的兩種方法都有一定的缺點，這些缺點在大規(guī)模運作的過程中尤為突出。系統(tǒng)的穿透深度和管道直徑因此受到限制。而且，在電場的不均勻性方面也存在問題。這使得在加熱、煮沸或干燥需要均勻加熱的產品或材料時產生許多問題。由于穿透深度會因此大大減小，故在加熱傳導性依賴于溫度的產品時也會產生同樣的問題。而且，在確定HF發(fā)生器體積時也會產生問題，原因是將產品加熱到更高的溫度，例如煮沸等時，發(fā)生器的效率會降低。
因此本發(fā)明的目的之一是實現均勻地、同時可控地加熱或煮沸一種全部或部分粉碎的媒介，另一個目的是在產品中實現更大的穿透深度。
本發(fā)明的優(yōu)點正如在權利要求1中所公開的，通過將產品放入至少帶有一個產品電極的輸送部件中，使產品基本上包圍在產品電極的周圍，而該產品電極被放置在輸送部件橫截面的中心或中心附近，這使得施加的場在產品內部被短路，這就使穿透深度最優(yōu)并可根據產品電極放置的位置加以調整。因此產品電極當作了一個天線。根據這種方法，可以達到一個前所未有的穿透深度。這對于具有依賴于溫度的非傳導性的產品，提供了一個特殊的優(yōu)點，在于熱量從內向外擴散，因此產品將從內部加熱。在迄今已知的加熱方法中可見，電場是從外面施加的，加熱集中在產品的表面周圍，因而導致一種負反饋，在于在產品表面由于加熱的作用成為一種良好的導電體，結果電流在產品的表面流動。
如在權利要求2中所公開的，通過使至少兩個電極為環(huán)形或圓柱形，并將它們沿軸向彼此以某一距離放置，該電極在輸送部件中限定了一個主加熱或煮沸區(qū)，而在該限定區(qū)內可達到特別好的加熱效果。
如在權利要求3中所公開的，通過使產品只經過一個產品電極，而且該產品電極被放置在管道的輸入端，這樣可使產品的加熱從內部開始，并隨產品到達輸出端逐漸向外擴散到產品表面。而且，這對于只有一個產品電極，并且產品特性在加熱或煮沸后發(fā)生變化的情況是有利的。在產品凝結形成“固態(tài)橫截面”的情況下，它不可能，例如，使此產品通過另一個產品電極而不破壞產品的特性。而且，電場和借助電場的加熱隨產品靠近輸出端逐漸向產品表面擴散，這就提供了前所未有的均勻性和快速的加熱，干燥或煮沸。
如權利要求4中所公開的，通過根據所需加熱的程度確定產品電極的直徑和橫截面大小或產品電極的尺寸，就可以以一種簡單的方式來使不同產品適應此方法，反之亦然。
如權利要求5中所公開的，通過在輸送部件放置一個或多個由導電材料組成的產品電極，依據本發(fā)明就可獲得一種簡單經濟的實施方案。這個或這些電極起一種天線的作用，并在放置它/它們的范圍內，電場以其為中心。
如權利要求6中所公開的，可通過直接電連接一個或多個產品電極到HF發(fā)生器，實現了根據本發(fā)明的一個簡單的實施方案，此方案易于確定尺寸，原因是不需要外部電極，就可將電場直接引入輸送部件。
如權利要求7中所公開的，通過使輸送部件基本上為管狀，有一個任意的橫截面，而且還具有一個輸入端和一個輸出端，這會使快速加熱，煮沸或干燥產品成為可能，在輸送部件中的產品可迅速輸入并輸出。
如權利要求8中所公開的，通過使輸送部件至少具有一個限定了一個主要的煮沸或加熱區(qū)的主要管道部分，繼而該區(qū)由全部或部分沿輸送部件周圍展開的電極限定，其中產品的加熱發(fā)生在該主要區(qū)域。該裝置還具有至少兩個輔助的管道部分，它們限定了至少兩個輔助區(qū)，這些輔助管道部分與一個或多個主要區(qū)相鄰，基本上連接由電極激發(fā)但沒有直接或間接地伸到兩個電極之間的電場的主要部分至框架，這就實現了一個實施方案，其中施加的場對于連續(xù)運作易于控制。
如權利要求9所公開的，通過將輔助管道部分全部或部分與一個或多個抗性(reactive)元件耦合，使輔助管道部分組成一個或多個振蕩電路，而該電路基本上至少有一個可被調整到諧振狀態(tài)的極點，這就實現了通過外部抗性元件使輔助場減到最小或被消除。因而消除了輔助管道部分之間的流動途徑，這意味著場主要或只存在于電極之間的主要管道部分。這使得可能完成對產品均勻的加熱、煮沸或干燥，即在產品的縱向和橫截面方向都是均勻的。
如權利要求10中所公開的，從主要管道部分與輔助管道部分之間接口到框架，將容抗并聯在感性的輔助管道部分，調整該電容以使輔助管道部分處于諧振或位于諧振區(qū)，從而實現了一種簡單的實施方案，此方案經濟、運行穩(wěn)定，并具有前面提到的全部優(yōu)點。
如權利要求11中所公開的，通過在HF發(fā)生器和電極之間的供電導體中插入電容，來對HF發(fā)生器進行阻抗調整，可在輸送管道中實現最優(yōu)的功率輸出。
如權利要求12中所公開的，通過提供了一個導電結構，該結構在主要管道部分上從輔助凝結器的連接擴展到電極，并圍繞了該部分上一個較小的長度，這就實現了在主要管道部分流動的場是對稱的。結果導致在主要管道中不存在冷卻區(qū)。輔助管道部分之間的離散電容將在管狀電極處產生不均勻的電荷密度，該電荷密度在電容端子周圍區(qū)域最大。但是，向主要管道部分擴展的管道部分將使電荷密度在擴展的管道部分均勻分布，從而在主要管道部分內形成一個均勻對稱的場。
如權利要求13所公開的，通過使容抗為一個圍繞整個管道的管狀凝結器，可在凝結器的端口實現了一個一致、均勻的電荷密度。因此在主要管道內形成一個均勻對稱的場，這還意味著在該管道內不會產生冷卻區(qū)，也不需使用一個擴展的傳導結構。
如權利要求14所公開的，通過插入到HF發(fā)生器和電極之間供電導體中的電容，對HF發(fā)生器進行阻抗調整，可實現從低阻抗發(fā)生器到高阻抗系統(tǒng)最優(yōu)的功率傳輸。
如權利要求15所公開的，通過在發(fā)生器兩端耦合一個感抗，調整該感抗，使它與發(fā)生器的導體和框架或地之間的寄生電容并聯形成一個振蕩電路，這就實際上補償了寄生電容之間的傳導途徑，同時不為系統(tǒng)增加負載或破壞系統(tǒng)。
如權利要求16所公開的，通過在輸入端主要區(qū)和輔助區(qū)之間的過渡區(qū)只提供一個產品電極，使產品電極的頂端伸進主要區(qū)一定距離，實現了一種可行的實施方案，該方案特別適用于由于加熱從碎塊狀變?yōu)榫鶆蛭镔|的產品，因為一個輸出端的電極將會破壞所需結構。此實施方案提供了另一個優(yōu)點，即熱量自動從輸入端管道中心凝聚向沒有產品電極的輸出端管道內表面擴散。這進一步地保證了產品的均勻加熱。
如權利要求17所公開的，通過使產品電極為流水線型管狀電極，其中該電極通過加熱區(qū)外的一個肘狀物固定到裝置上，從該處它伸入輔助管道部分，對于產品電極的固定而言，這就實現了一個有利的實施方案，這在于這對產品在加熱區(qū)內的移動不會造成阻礙。因此，不會使碎狀產品粘到產品電極的固定部件上，而使產品被過長時間地加熱，甚至可能導致管道阻塞。
附圖簡述參考附圖，將詳細說明一種已知技術的實例和兩個根據本發(fā)明的實施方案的實例，其中

圖1所示為一個已知的加熱裝置，圖2所示為根據本發(fā)明的一個實施方案，圖3所示為根據本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，以及最后圖4所示為輸送管道的縱向橫截面，這圖示了管道中熱量的傳播。
實施方案實例說明圖1所示為一個已知的加熱管道，其中電壓發(fā)生器1通過導體7、8連接到電極2、3。電極2、3為環(huán)狀電極，放置于不導電的管道4的外壁上。兩個框架電極5、6通過框架連接件11、12接地或框架。按箭頭所指的方向由管道4輸入要加熱的產品。由支撐部件9、10固定管道。
在運作中，該裝置工作的方式為，通過發(fā)生器1在電極2，3之間產生一個電磁場。原理上電磁場將以兩種方式產生，即在兩個電極之間的主要區(qū)A，和在電極2、3和框架電極5、6之間的兩個輔助區(qū)B。由于場是從外部施加的，這將會產生問題，特別是在考慮電磁場的穿透深度，管道4的直徑比較大時。當要加熱的產品具有依賴于溫度的介電特性時，這些問題將特別嚴重。當產品具有很高的作為溫度函數的傳導性時，將在管道中內表面附近的產品中產生一種負反饋。電磁場將不斷加熱產品的表面，逐漸使產品中的電流趨于只在產品表面流動。
圖2所示為根據本發(fā)明的一個實施方案，其中產品電極15放置在輸入端。裝置的其余部分與圖1所示一致。將會看到，相對于環(huán)狀電極2，產品電極15稍稍伸進了主要區(qū)A。這意味著當在電極2和3之間施加場時，在電極3的方向從產品電極15的頂端有電流在產品中流動。產品電極起一種天線的作用，它短路了系統(tǒng)，這使管道4內的電磁場由產品電極15的頂端發(fā)出。若產品電極的頂端沒有相對于電極2伸出，原理上將會使電磁場以圖1中所示的同樣方式，從電極2的表面向電極3發(fā)出。但是，系統(tǒng)可具有一定的效率，即使產品電極15不相對于電極2伸出，這時在管道中部的局部加熱將會使流向和流出電極2的電流流向管道中部。
如果產品電極15的頂端伸出，并因而為到電極3的電磁場提供了一個最小阻抗的路徑，電流將在產品電極15的頂端和電極3之間流動。因此，可以認為熱量來自內部，并隨產品向電極3方向移動逐漸擴散。
產品電極15的尺寸確定通常要包括兩個參數的調整產品電極的長度和直徑。該參數必須根據產品特性，發(fā)生器相對于系統(tǒng)的功率和效率，以及產品輸入管道的速度來確定。
圖3所示為根據本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。
所示的實施方案用于肉類產品的加熱或煮沸。肉類產品通過一個電絕緣管道4由箭頭所指的方向輸入。管道通過支撐部件9、10固定。發(fā)生器1通過導體7、8，經過可調電容24、25，和連接點27和28，連接到管道外側的管狀電極20、22。在發(fā)生器的端子之間，連有一個補償線圈26，用于補償端子和框架之間的寄生電容。管狀電極經過框架連接11、12直接連接到框架。
產品電極15放置在管狀電極20里面。按照上面提到的同樣參數來為系統(tǒng)確定產品電極15。
電容21、23并聯在電極20和22兩端。每個電極用作為一個供電連接27、28和框架11、12之間的感應體。因此，調整電容21、23，使分別包含電容21和管狀電極20以及電容23和管狀電極22的兩個振蕩電路都處于諧振狀態(tài)或位于諧振區(qū)。從而在連接點28和框架12，以及連接點27和框架11之間都沒有明顯的電流流過。
這就意味著管道內部的場不再是在幾個不同的區(qū)，而是集中在主要區(qū)A。而且，這提供了一個優(yōu)點，即產品在進入主要區(qū)之前不再在輔助區(qū)“預熱”。這在加熱或煮沸具有依賴于溫度的非傳導特性的產品時是非常重要的，因為，根據圖1的所示在輔助區(qū)的預熱不再特別集中，僅能加熱緊貼管道的邊界層。這就使當產品到達主要區(qū)時，具有一個已加熱的表面，因而反作用于產品電極15，即施加的電磁場集中在管道中部。
在管狀電極20、22的前緣，有兩個擴展的導電結構29，30。它們直接與管狀電極20、22電連接。結果導致電荷密度和場在主要管道部分是均勻的，因為在這些導電結構29、30上的輸入管道4的周圍，電荷是均勻分布的。
這樣，電流從導電結構29的前緣流向產品電極15的頂端，并從此處流向擴展的導電結構30，再從此處流向管狀電極22的前緣。結果，圍繞前緣對產品進行了非常集中的加熱，且越靠近產品電極15的頂端，加熱越集中。由于產品電極15位于管狀電極20內的部分不傳導電流，加熱只發(fā)生在區(qū)A，如圖所示。因此區(qū)B不是加熱區(qū)，但通過產品電極或產品由于簡單的熱量流動，熱量仍會傳輸到B區(qū)。
根據此優(yōu)選實施方案，所示兩個系統(tǒng)都可裝備一個可替換的輸入管道(沒有畫出)，該管道經精確設計以適應于它要執(zhí)行的任何任務。電極和電抗可永久安裝在輸入管道上，并可對此管道事先精確調整和確定尺寸，系統(tǒng)的導體可帶有插頭。這就使產品更換可很快完成。圖4所示為輸入管道4的縱向橫截面，其中肉類產品40由箭頭所指方向輸入管道4。在管道的每一端都可以看到擴展的導電結構29、30的一端。在管道4的中心可看到產品電極15，從產品電極處，電磁場在產品電極15的頂端和擴展的導電結構30之間擴展。可以看到場和熱量是如何向管道4表面?zhèn)鞑サ摹?br> 權利要求
1.借助高頻電磁波，在基本上不導電的輸送部件中對產品進行熱處理的方法，其中該波由至少兩個連接到HF發(fā)生器的電極產生，而所說電極放置在輸送部件的外面，不與產品接觸，其特征在于，產品放入或輸進有至少一個產品電極(15)的輸送部件(4)中，以便產品基本上包圍在產品電極(15)周圍，在于，該產品電極(15)放置在輸送部件橫截面的中心或中心附近。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，至少兩個電極(2，3)為環(huán)狀或圓柱形，并且相隔某一距離放置，該電極在輸送部件中限定了一個主要的加熱區(qū)A。
3.根據權利要求1或2的方法，其特征在于，產品只通過一個產品電極(15)，該產品電極放置在管道的入口端。
4.根據前面權利要求1-3的方法，其特征在于，產品電極(15)或產品電極的直徑和橫截面是根據所需加熱的程度來確定尺寸的。
5.用電磁場對肉類產品進行熱處理的裝置，該裝置包含一個限定了一個加熱區(qū)的輸送部件，該輸送部件基本上是不導電的，該裝置還包括至少一個HF發(fā)生器，而該發(fā)生器電連接到至少兩個在輸送部件外面的導電電極，該裝置的特征在于，在輸送部件中有一個或多個產品電極(15)，該產品電極由具有比產品傳導性更好的導電材料組成。
6.根據權利要求6的裝置，其特征在于，產品電極(15)電連接到HF發(fā)生器(1)。
7.根據權利要求6或7的裝置，其特征在于，輸送部件(4)基本上為管狀；其橫截面可為圓形、橢圓形或長方形等，該輸送部件具有一個入口端和一個出口端。
8.根據前面權利要求6-8的裝置，其特征在于，輸送部件有至少一個主要管道部分，限定了一個主要區(qū)(A)，繼而該主要區(qū)由全部或部分繞輸送部件擴展的電極限定，在于產品的加熱是在該主要區(qū)完成的，還在于該裝置還包括至少兩個輔助管道部分，它們限定了至少兩個輔助區(qū)(B)，這些輔助管道部分與一個或多個主要管道部分相鄰，基本上連接了從電極發(fā)出的，但并沒有直接或間接地伸入到兩個電極之間的電磁場的主要部分至框架。
9.根據前面權利要求6-9的裝置，其特征在于，輔助管道部分全部或部分與一個或多個抗性部件耦合，以便輔助管道部分形成一個或多個振蕩電路，而該電路至少有一個基本上被調整到諧振狀態(tài)的極點。
10.根據權利要求9或10的裝置，其特征在于，容抗(21，23)，輔助電容，從主要管道部分和輔助管道部分之間的接口到框架，并聯在感性的輔助管道部分(20，22)兩端，調整該電容，使輔助管道部分處于諧振狀態(tài)或位于諧振區(qū)。
11.根據權利要求9-11任一個的裝置，其特征在于，每個輔助管道部分(20，22)包含全部或基本上包圍輔助管道部分的導電結構，因而將電極與框架短接。
12.根據權利要求11或12的裝置，其特征在于，從導體(7，8)到電極(20，22)的連接點(27，28)，有一個擴展的導電結構(29，30)位于主要管道部分上，包圍了該管道部分一個較短的長度。
13.根據權利要求11和13之一的裝置，其特征在于，容抗為一個管狀凝結器，它圍繞整個管道部分。
14.根據前面權利要求6-14任一個的裝置，其特征在于，通過插入到HF發(fā)生器(1)和電極(20，22)之間供電導體(7，8)中的電容，對HF發(fā)生器(1)進行阻抗調整。
15.根據前面權利要求6-15的裝置，其特征在于，在發(fā)生器(1)兩端耦合一個感抗(26)，通過調整該感抗，可使它形成一個其與發(fā)生器導體和框架或地之間有寄生電容的并聯振蕩電路。
16.根據前面權利要求9-16之一的裝置，其特征在于，只有一個產品電極(15)放置在輸入端主要區(qū)(A)和輔助區(qū)(B)之間的過渡區(qū)，以使產品電極的頂端伸進主要區(qū)(A)一段距離。
17.根據前面權利要求6-17的裝置，其特征在于，產品電極包括一個流水線型的管狀電極(15)，它是通過加熱區(qū)外面的肘狀物被固定到裝置上，而從該處伸入到輔助管道部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及用高頻電磁波在輸送部件(4)中對肉類產品進行熱處理的方法，和執(zhí)行該方法的裝置。本發(fā)明還涉及根據本發(fā)明的裝置的一個具有優(yōu)點的應用。本發(fā)明的目的為提高要加熱或煮沸的產品中電磁波的穿透深度，其中電極(2，3；20，22)是外部的，被放置于輸送部件(4)的外側。通過在輸送部件(4)中放置一個產品電極(15)來實現此目的，這是因為該產品電極(5)可作為一個短路元件，也是導電性好于需要熱處理的產品的材料。
文檔編號A23L1/31GK1159742SQ95195519
公開日1997年9月17日 申請日期1995年8月17日 優(yōu)先權日1994年8月17日
發(fā)明者H·彼得森, B·K·彼得森, B·謝爾勒魯珀 申請人:郁金香國際有限公司, Apv帕西萊克有限公司