ES2698150B2 - Horno microondas para el calentamiento de flujos continuos de liquidos y semisolidos - Google Patents

Description

DESCRIPCION

HORNO MICROONDAS PARA EL CALENTAMIENTO DE FLUJOS CONTINUOS DE

LIQUIDOS Y SEMISOLIDOS

Campo de la invencion

La presente patente consiste en un horno microondas multimodo cuasi-cilfndrico destinado al calentamiento de flujos continuos de liquidos y semisolidos con diversas aplicaciones industriales o usos.

Si bien el campo de aplicacion de la invencion esta pensado preferentemente para procesos de extraccion de sustancias para la industria farmaceutica o para-farmaceutica, tambien puede resultar de utilidad en otros procesos tales como: la pasteurizacion de productos agroalimentarios semisolidos o liquidos, la inactivacion enzimatica de productos vegetales tales como champinones o alcachofas, y cualquier otro proceso en el que se pueda introducir el producto en un flujo semisolido o lfquido para el que se necesite una elevacion de temperatura rapida con una eficiencia muy alta.

Estado de la tecnica

Es conocido que los procesos de extraccion asistidos por microondas (MAE en ingles), o los de inactivacion o de pasteurizacion con calentamiento dielectrico, han demostrado ser mucho mas rapidos y eficientes que los procesos homologos convencionales. A esto se anade el hecho de que la combinacion de los mismos en atmosfera presurizada permite acelerar aun mas este fenomeno. Generalmente, la extraccion asistida por microondas es un proceso por lotes, confinando las sustancias a procesar en contenedores como tubos o tanques en los que tienen lugar las reacciones, a consecuencia de la elevacion de la temperatura y/o la presion. Por ejemplo, las reacciones en el procesado MAE de productos vegetales, provocan la lisis celular que permite la liberacion de sustancias de interes industrial como los polifenoles.

Se conoce lo divulgado en diversos documentos como WO2011048349 y MX2016006872 donde se describen diferentes aparatos para tratar un producto con radiacion de microondas en regimen monomodal, pero donde sus cavidades no poseen una configuracion de seccion rectangular con bordes cilfndricos que permitan una alimentacion con gufa onda rectangular ranurada para conseguir una distribucion multimodal, ni disponen de sintonizadores en su interior.

El documento MX2015010222 divulga un aparato de calentamiento por microondas con un aplicador de gufa de onda tubular monomodal y filtros reactivos y resistivos para disminuir las fugas, sin embargo, tal como se vera posteriormente, en nuestra invencion no se emplean filtros resistivos, en el aplicador coexisten multiples modos que son excitados a traves de una gufa de onda ranurada y la seccion no es tubular sino rectangular con los vertices sustituidos por tramos curvos.

El documento WO9639792 divulga una tipologfa de horno microondas cilfndrico, donde el diametro de la camara de contencion esta disenado de acuerdo con un proceso que contempla un patron de microondas que contempla sustancialmente solo dos modos magneticos transversales y condicionado a que el material a calentar sea relativamente plano y cuya carga/descarga sea asistida (proceso por lotes); sin embargo, en la presente invencion existe una distribucion multimodal de la energfa en un aplicador rectangular con los vertices sustituidos por tramos circulares y una alimentacion realizada con una gufa rectangular ranurada asf como sintonizadores metalicos internos y disenada para un procesado continuo.

Se conoce lo divulgado en el documento EP1176370 donde se describe un metodo de calentamiento de un flujo de agua mineralizada que circula por tubo de material dielectrico, donde una parte del tramo de dicho tubo atraviesa la zona central de una caja con zonas superior e inferior que constituyen gufas de onda ranuradas enfrentadas entre si, pero su aplicacion a otro material con propiedades dielectricas distintas, por ejemplo variando su composicion mineral, restarfa eficiencia al no presentar elementos de sintonizacion e incluso podrfa danarse la fuente de microondas por reflexion si prosperara un intercambio directo de energfa cruzada entre las gufas de onda.

En el documento JPS5443346 se divulga un sistema de calentamiento por induccion electromagnetica y producir el efecto Joule sobre un material conductivo. El nucleo de dicho sistema tiene una configuracion triaxial, constituida por un tubo metalico exterior que contiene un tubo metalico intermedio con ranuras longitudinales o espiraladas, quien a su vez contiene una barra metalica central; mientras el espacio entre el tubo exterior y el intermedio esta libre, entre el tubo intermedio y la barra central se hace circular el material a calentar. Este sistema esta disenado para inducir corrientes electricas en el material conductivo (que no dielectrico) a calentar, por lo que su diseno procura la irradiacion monomodal de un campo magnetico homogeneo. El acoplamiento de la energfa inyectada a traves de dos gufas de onda hacia el nucleo del sistema se consigue a traves de un adaptador fijo no sintonizable.

Se conoce lo divulgado en el documento WO2011071933, donde se describe el calentamiento de carburante circulando a traves de una tuberfa ceramica insertada parcialmente en una gufa onda cortocircuitada y dotada de sintonizadores en lfnea de hasta % de longitud de onda -configurables en una triple etapa de hasta 1 longitud de onda- para acoplar adecuadamente el modo de energfa inyectado en la gufa de onda monomodo. Si bien se podrfa considerar que el hecho de utilizar sintonizadores esta anticipado en este documento, la configuracion detallada en el documento solo es factible en estructuras donde el patron de energfa tenga una distribucion monomodal, mientras que la presente invencion la distribucion de energfa responde a un patron multimodal.

El documento JP2014000070A dispone una serie de tubos dielectricos por los que circula el lfquido a tratar atravesando perpendicularmente una gufa de onda rectangular cortocircuitada en su extremo mediante una pared metalica movil que permite su sintonizacion, valida para un regimen monomodo. Dicho documento ademas contempla que los tubos dielectricos esten enfundados en tubos metalicos ranurados a modo de ventanas cuya funcion es la de desacoplar la influencia individual de cada tubo sobre el conjunto y facilitar la distribucion de la energfa homogeneamente entre los diferentes tubos.

Teniendo en cuenta estos aspectos, ninguno de los documentos pertenecientes al estado de la tecnica tiene una configuracion donde la geometrfa de la cavidad disponga de alguna superficie plana que permita acoplar una gufa onda ranurada para excitar multiples modos y conseguir una buena eficiencia y estabilidad, ni conseguir disponer un tubo dielectrico cilfndrico centrado para contener y transportar el material bajo tratamiento termico con unos anclajes que le confieran robustez mecanica frente a las posibles deformaciones causadas por aumentos de presion y dilataciones durante el procesado, o incluir un sistema de transporte mediante bombas o tornillos sin fin para controlar el flujo del producto a procesar. La alta eficiencia de la aplicacion industrial se consigue gracias a la configuracion cuasicilfndrica de la cavidad de irradiacion de microondas, con una seccion rectangular cuyos vertices son suavizados en forma de arco circular, el cual permite la introduccion de todos los subsistemas necesarios sinergicamente para lograr un procesado optimizado de muy alta eficiencia y versatil para diferentes materiales lfquidos o semisolidos, los cuales no son integrables simultaneamente con las limitaciones en los disenos de hornos conocidos en el estado de la tecnica.

Habida cuenta de las soluciones y antecedentes existentes en el estado de la tecnica, la presente invencion describe una configuracion de horno microondas, no como una composicion independiente y simple de elementos como generadores acoplados a contenedores, sino como una solucion integral soportados por una cavidad de seccion cuasicilfndrica que permite la disposicion y sinergia funcional efectiva simultanea de diversos subsistemas en su interior con los que se consigue excitar multiples modos, y conseguir un buen nivel de eficiencia, estabilidad y versatilidad para calentar materiales lfquidos o semisolidos con un amplio rango de propiedades dielectricas, disponiendo de un tubo dielectrico cilfndrico por el que fluye de forma continua el material bajo tratamiento a traves del nucleo de la cavidad y anclado mediante unos soportes que le confieren robustez mecanica al permitirle contener la expansion mecanica producida en su interior a causa de la elevacion de temperatura de su contenido, unos filtros electromagneticos que evitan la fuga de microondas al exterior de la cavidad, asf como una gufa de onda ranurada para la alimentacion multimodal del aplicador, unos elementos sintonizadores, y la inclusion de un sistema de transporte mediante bombas o tornillo sin fin para controlar el flujo del transporte del material a procesar, lo cual no es posible obtener con los antecedentes por si solos o en combinacion, a no ser que se incluyan o se implementen con otros elementos accesorios no contemplados en dichos documentos.

Descripcion de la invencion

La presente invencion consiste en un horno o aplicador de microondas con una seccion bidimensional rectangular, preferiblemente un prisma de base rectangular en el espacio tridimensional, y con sus vertices acabados en forma circular, de forma que constituye una seccion definida por tramos rectangulares y circulares al sustituir las esquinas (aristas en la perspectiva tridimensional) de la seccion rectangular por arcos circulares, disponiendo pues de una cavidad o camara de irradiacion de microondas con una seccion cuasi-cilfndrica.

Esta geometria permite disponer de segmentos de paredes planas en las partes centrales de la seccion donde se pueden acoplar gufas de onda rectangulares ranuradas para excitar multiples modos y conseguir mayores eficiencias y estabilidad en el funcionamiento del horno para calentar de forma versatil multiples formulaciones y productos. Tambien permite que el horno comprenda un tubo dielectrico cilfndrico por el que fluye el material bajo tratamiento centrado en el interior del horno mediante unos soportes anclados a la cavidad que le confieren robustez mecanica al permitirle contener la expansion mecanica producida en su interior a causa de la elevacion de temperatura de su contenido.

La geometria semicilfndrica de la seccion permite dirigir la energfa de microondas hacia el eje central de simetrfa donde se ubica el tubo dielectrico y el material a calentar, independientemente del modo excitado, lo cual implica una mayor eficiencia que un horno multimodo con seccion rectangular y, consigue evitar la imposibilidad de usar gufas de onda ranuradas convencionales para alimentar los aplicadores cilfndricos. Esto se consigue con los arcos circulares, que sustituyen convenientemente a los vertices de la seccion rectangular. Este efecto de aumento de eficiencia energetica no se ha lefdo en ningun tipo de documento cientffico ni en ningun documento patentado anteriormente.

La configuracion multimodal de esta cavidad, asf mismo, permite tener diferentes patrones de calentamiento en el interior del tubo dielectrico para que este calentamiento sea mucho mas uniforme que el conseguido por un patron monomodo, lo cual permite procesar volumenes de materiales mayores que los que posibilita una cavidad monomodo.

Asf mismo se usan gufas cilfndricas metalicas al corte anexionadas a las paredes que actuan como cortocircuitos de la gufa de onda y que, junto a ella, conforman la cavidad de microondas. Estas gufas cilfndricas al corte permiten la inyeccion/extraccion del material hacia/desde la cavidad de una forma continua a traves del tubo dielectrico sin que existan fugas de microondas mas alla de los lfmites marcados por la legislacion vigente aplicable en cada lugar de ubicacion donde se explote la presente invencion.

Entre otros aspectos, la presente invencion puede incluir anclados en alguna de las paredes metalicas cilindros metalicos o dielectricos de sintonizacion del patron electromagnetico multimodal que mejoren su eficiencia energetica y/o la uniformidad de calentamiento en el interior del horno.

El horno incluye un sistema de transporte para que el material a tratar circule a traves del tubo segun la velocidad requerida con la ayuda de tornillos sin fin que permitan el avance del material, o bien mediante el uso de bombas acopladas al tubo dielectrico mediante tubos auxiliares o mangueras.

De esta forma, la presente configuracion permite al horno incorporarse a diferentes sistemas de produccion como, por ejemplo, a un sistema de extraccion asistido por microondas de productos qufmicos a partir de productos vegetales o animales mezclados con un disolvente o bien introducidos en bruto (sin disolvente); un sistema para la pasteurizacion o esterilizacion por microondas para alimentos semisolidos o lfquidos; o un sistema para la inactivacion enzimatica por microondas de diferentes productos vegetales.

El producto a procesar puede estar en estado lfquido, semisolido o como mezclas de disolventes y productos solidos, pero en cualquier caso es un producto que permite ser impulsado a traves de un tubo dielectrico hueco, por ejemplo, de borosilicato de cuarzo, PTFE (politetrafluoroetileno)o PEEK (polietereetercetona), bien con bombas o bien con otros metodos de impulsion como tornillos sin fin.

El horno de microondas, tal como se ha adelantado, tiene una forma cuasi cilfndrica en la que los vertices de la seccion rectangular se suavizan en forma de curva. De este modo los vertices se sustituyen por arcos circulares de 90° y la seccion puede ser descrita como un hfbrido entre una seccion cuadrada y una circular, denominada en este documento como seccion cuasi-cilfndrica. Esto permite incluir de forma ventajosa, frente a la insercion directa de la antena de un magnetron en el interior de la cavidad, una alimentacion de energfa radiada a traves de una gufa rectangular ranurada en alguna de las paredes planas del aplicador, posibilitando el alejamiento de la proximidad de la antena del magnetron al tubo dielectrico, que previene la aparicion de nocivos arcos electricos, y frente al uso de adaptadores gufa onda-coaxial entre el magnetron y la cavidad, permite la excitacion simultanea de multiples modos para lograr mayores grados de homogeneidad de calentamiento.

La gufa onda ranurada esta cortocircuitada en ambos extremos, insertando la antena del magnetron que la energiza en uno de los cortocircuitos extremos (acoplamiento en lfnea) o a una distancia de % de longitud de onda del mismo (acoplamiento de plano electrico), forzando a que las microondas se radien a traves de las ranuras. Esta gufa de onda ranurada funciona de forma preferente en configuracion monomodo lo que facilita su diseno y construccion.

El horno presenta en alguna de las paredes metalicas sintonizadores metalicos y/o dielectricos que pueden ser en forma de tornillos o pivotes, que al ser insertados permitan modificar los patrones de los modos resonantes en el interior de la cavidad con el objeto de mejorar la eficiencia del calentamiento y/o su uniformidad. Dado que el diseno del horno permite su escalabilidad acoplando en cascada diferentes modulos para un procesado multietapa, los sintonizadores pueden ser ajustados convenientemente en cada etapa dado que el material cambiara sus propiedades dielectricas a medida que cambie su temperatura y/o evolucione su procesado.

Para conferir robustez mecanica al tubo dielectrico que evite su deformacion (combamientos) debida a presiones ejercidas desde su interior a causa de la generacion de subproductos gaseosos como la evaporacion de agua del material en procesamiento y las tensiones propias de la dilatacion de los materiales conforme a la temperatura, se hace pasar el tubo dielectrico hueco a traves de una serie de bloques de material dielectrico sin perdidas que hacen las veces de soporte anclado a las paredes de horno y dispuestos a lo largo de su eje axial.

En cuanto al proceso de funcionamiento del horno, el producto a procesar, por ejemplo, orujo de uva disuelto en etanol, se impulsa a traves del hueco del tubo dielectrico mediante una bomba que permita su flujo, variable o constante. El producto pasa por el interior de una gufa de onda cilfndrica al corte que contiene tanto el producto a procesar como el tubo hueco dielectrico, y de esta forma, el producto puede pasar al interior del aplicador sin que la radiacion de microondas escape de su confinamiento hacia el exterior del aplicador.

Una vez dentro del aplicador, el producto se encuentra centrado en el eje de simetrfa del aplicador gracias a los soportes dielectricos. El magnetron o fuente de microondas irradia por la gufa de onda ranurada que se conecta con la cavidad cuasi-cilfndrica a traves de aperturas o ranuras. La energfa de microondas se propaga por esta gufa de onda hasta alcanzar estas aperturas por las que se va transfiriendo hacia la cavidad cuasi-cilfndrica. Cada una de las ranuras transfiere parte de la energfa que se propaga a traves de la gufa de onda, de forma que esta es transferida de forma distribuida entre todas las ranuras. Esto provoca la excitacion de varios modos resonantes en la cavidad cuasi-cilfndrica, donde cada modo concentra sus maximas intensidades de campo electrico en ciertas localizaciones segun su patron electromagnetico, provocando el aumento de temperatura en diferentes subvolumenes del material a procesar. Asf se consigue cubrir con gran eficiencia todo el ancho de banda del magnetron y simultaneamente conseguir una buena distribucion del patron de calentamiento, con altos indices de homogeneidad. El diseno adecuado de las ranuras puede permitir tanto aumentar la eficiencia energetica del horno como conseguir mejores distribuciones del calentamiento por microondas.

El calentamiento ademas se uniformiza volumetricamente por el hecho de que los gases generados durante el proceso, principalmente vapor de agua, se redistribuyen alcanzando todo el volumen del interior del tubo dielectrico, difundiendose radial y longitudinalmente por corrientes convectivas condicionadas por los posibles gradientes termicos. Ademas, el desplazamiento lineal del material y las turbulencias producidas tanto por el desplazamiento como por los efectos del procesamiento, facilitan los mecanismos termodinamicos que propicien una homogeneizacion termica.

Con el incremento de la temperatura y la generacion de gases como el vapor de agua, pueden surgir tensiones mecanicas en el tubo dielectrico, por lo conviene que el grosor de la pared tubular sea suficiente como para contener las posibles dilataciones y presiones internas. La robustez mecanica se complementa con la insercion de unos soportes de material dielectrico (por ejemplo, de PTFE) adicionales colocados en el interior de la cavidad cuasi-cilfndrica. En todo caso, estos soportes pueden ser de un material seleccionado de entre PTFE, PEEK o borosilicato de cuarzo.

Dado que la cavidad es de tipo multimodo, puede soportar una gran cantidad variedad de materiales a procesar siempre que tengan suficientes perdidas dielectricas, sin perder prestaciones significativas en terminos de eficiencia, la cual puede oscilar tfpicamente entre un 95% y un 98%.

Los materiales a procesar para conseguir estas eficiencias deben encontrarse dentro del rango de constante dielectrica de 50 a 80 a la frecuencia de las microondas empleadas (por ejemplo 2.45 GHz), y en un rango de 17 a 50 respecto al de factor de perdidas dielectricas, si bien mediante la correcta colocacion de los sintonizadores se podrfan procesar mas materiales cuyas propiedades dielectricas excedan dichos rangos. Para mantener esta eficiencia con materiales con menores perdidas dielectricas, se podrfan realizar cavidades con la misma configuracion, aunque ajustando las dimensiones para permitir que las microondas se disipen en un volumen mayor.

Por lo general, dada una aplicacion industrial, el procesamiento del material requerira que este permanezca a una temperatura objetivo durante un tiempo determinado. En consecuencia, si un unico modulo no pudiese cumplir estos requisitos una vez ajustada la velocidad del flujo del material, la potencia electromagnetica empleada o cualquier otro motivo, es posible la concatenacion lineal de varios modulos ajustando la potencia y elementos de sintonizacion de cada uno de ellos conforme a las condiciones de operacion de cada etapa.

Los elementos de sintonizacion pueden estar fabricados de material dielectrico en vez de un material metalico o como combinaciones de ambos tipos de materiales.

La posicion de los sintonizadores, metalicos y/o dielectricos, podra estar anclada en cualquier pared del aplicador, preferentemente donde no se encuentre acoplada la gufa de onda ranurada.

En una realizacion preferente de esta invencion se ha optado por una simetrfa total de la seccion, partiendo de un cuadrado al que se le suavizan los vertices con secciones circulares, pero tambien se ha constatado que es posible partir de una seccion rectangular en vez de cuadrada obteniendo resultados similares, o que el suavizado de los vertices se realice mediante curvas elfpticas.

En otras configuraciones donde se prevea que las tensiones mecanicas producidas en el tubo dielectrico sean reducidas, puede optarse por disponer de postes de sujecion dielectricos solamente en la parte inferior de la cavidad, o bien en la parte superior en forma de ganchos, aunque preferentemente manteniendo cierto grado de simetrfa.

Este horno es aplicable en procesos eficientes de esterilizacion, pasteurizacion o inactivacion enzimatica, dado que permite un calentamiento con altos indices de uniformidad a temperaturas superiores a los 100°C. En el caso de procesos de esterilizacion y pasteurizacion, es necesario elevar y mantener la temperatura de un lfquido o producto alimenticio hasta una temperatura superior a 100°C el tiempo necesario para neutralizar los microorganismos nocivos del producto y garantizar el periodo de conserva del producto durante las semanas o meses requeridos; en procesos de inactivacion enzimatica, la temperatura del producto debe elevarse entre 80 y 100°C

Se ha de tener en cuenta que, a lo largo de la descripcion y las reivindicaciones, el termino “comprende” y sus variantes no pretenden excluir otras caracterfsticas tecnicas o elementos adicionales. Ademas, con el objeto de completar la descripcion y de ayudar a una mejor comprension de las caracterfsticas del invento, se presenta un juego de figuras y dibujos en donde con caracter ilustrativo y no limitativo se representa lo siguiente:

Fig.1Muestra una vista en perspectiva del horno objeto de la presente invencion.

Fig.2.- Muestra una seccion transversal del horno objeto de la presente invencion.

Teniendo en cuenta las figuras, se puede decir que la presente invencion propone un horno de microondas (1) de aplicacion industrial para la extraccion de sustancias qufmicas, pasteurizacion de alimentos o inactivacion enzimatica, con una seccion de tipo rectangular en la que sus vertices son sustituidos por arcos circulares (3) de forma que dicha seccion es la hibridacion de secciones circulares y rectangulares, o una configuracion cuasi-cilfndrica (2), conteniendo dicho aplicador un tubo dielectrico cilfndrico (4) hueco (5) que permite el paso del producto a ser tratado y cuyas paredes tubulares tengan el suficiente grosor para contener la presion en su interior durante el procesado del producto. El horno contiene en su exterior ademas al menos dos gufas de onda cilfndricas (8) metalicas al corte que permiten conjuntamente el paso del tubo dielectrico (4) y el producto a procesar evitando la radiacion de microondas al exterior, sintonizadores (11) dielectricos y/o metalicos, tfpicamente cilfndricos, y soportes (12) dielectricos sin perdidas para mantener el tubo dielectrico hueco en el eje de simetrfa del aplicador. La alimentacion de microondas se produce a traves de una gufa de onda (8) rectangular que se conecta a un sistema generador de microondas, preferentemente un magnetron. La gufa de onda (8) de alimentacion se encuentra cortocircuitada al final de la misma y se acopla electromagneticamente con la cavidad cuasicilfndrica a traves de ranuras (10) que preferentemente se colocan de forma inclinada a la direccion de propagacion del modo fundamental de la gufa de onda (8). Finalmente, para evitar la fuga de energfa hacia el exterior, los segmentos de tubo dielectrico (4) que sobresalen del horno en ambos costados estan recubiertos o disponen a su alrededor de unos filtros electromagneticos que son unos tubos huecos metalicos (6a-6b).

Descripcion detallada de una realizacion preferente de la invencion

Una realizacion preferente de la invencion para un funcionamiento en la banda ISM de 2,45 GHz aplicable al ambito industrial es similar a la propuesta en la figura 1 y se compone de una cavidad o estructura metalica cuasi-cilfndrica donde la altura y anchura maximas son iguales y se encuentran en el rango 16 a 20 cm y su longitud maxima esta en el rango de 50 a 60 cm. Los vertices de la seccion rectangular se sustituyen por arcos circulares con un angulo entre 80 y 90° y un radio comprendido entre 4 y 5 cm.

Se utiliza un tubo de PTFE (politetrafluoroetileno, comunmente denominado Teflon) con un radio externo que puede variar entre 2,5 y 3,5 cm y un radio interno entre 1,5 y 2 cm. El tubo de PTFE tiene una longitud entre 60 y 70 cm.

Las gufas de onda cilfndricas al corte se ajustan al radio exterior del tubo de PTFE y por tanto tienen un radio interno entre 2,5 y 3,5 cm. Las gufas de onda cilfndricas tienen una longitud entre 5 y 10 cm.

La gufa de onda rectangular se coloca en la parte superior de la cavidad sobre la parte plana de la pared superior tal y como se muestra en la figura 1. La longitud de la gufa de onda cubre toda la pared superior de la cavidad cuasi-cilfndrica y sobresale al menos una distancia de 2 a 5 cm de la misma para permitir la fijacion del magnetron e insertar su antena en el interior de la gufa onda. Las dimensiones de la seccion de la gufa de onda en este caso son las del estandar WR-340, esto es, 4.3 cm x 8.6 cm.

Las ranuras que comunican la gufa de onda superior con la cavidad inferior cuasi- cilfndrica tienen una longitud maxima que varfa entre 5 y 8 cm y una anchura que varfa entre 2 y 3,5 cm. La orientacion (inclinacion) del eje longitudinal de las ranuras pueden presentar un giro entre 20 y 90 grados respecto a la direccion de propagacion de la onda electromagnetica en el interior de la gufa onda, y la separacion entre ranuras puede ser entre 4 y 6 cm. El numero de ranuras puede estar entre 10 y 15. En esta realizacion preferente se opta por realizar todas las ranuras con las mismas dimensiones e inclinacion si bien podrfan ser de dimensiones crecientes para radiar una potencia similar en cada una de ellas o tener diferentes inclinaciones y separaciones.

El magnetron se coloca preferentemente en el extremo por donde el material ingresa en la cavidad, dado que es cuando presentara mayores perdidas dielectricas durante su procesado (por estar a menor temperatura, mayor contenido en agua, etc.), capacitando al material para absorber las mayores potencias que puedan irradiarse por las ranuras mas proximas al magnetron, siendo las ranuras mas alejadas las que presentaran menor potencia electromagnetica y que convenientemente reducen el riesgo de arco electrico a causa del descenso del factor de perdidas, sea por del aumento de temperatura, por deshidratacion y/u otros. El numero de soportes del tubo dielectrico, fabricados en PTFE, y colocados en el interior de la cavidad cuasi-cilfndrica oscila entre 3 y 7, con unas dimensiones que abarcan la totalidad de la anchura de dicha cavidad y son menores en su altura para no entorpecer la radiacion de las ranuras. En esta configuracion los soportes se realizan mediante un solido de seccion rectangular con un agujero central circular que se ajusta perfectamente al tubo dielectrico de PTFE. En esta realizacion preferente los soportes tendrfan una anchura maxima entre 16 y 20 cm y la altura maxima estarfa entre 8 y 10 cm. El grosor de los soportes estarfa en un rango de 1 a 3 cm.

Por ultimo, en esta realizacion preferente se pueden incluir entre 4 y 8 sintonizadores metalicos, por ejemplo, de acero, aunque podrfan ser tambien dielectricos, con un radio de entre 1 y 1,5 cm y una altura dentro de la cavidad maxima entre 3 y 5 cm. En esta realizacion preferente los sintonizadores son tornillos con estas dimensiones maximas y van roscados a la estructura de la cavidad cuasi-cilfndrica por su parte inferior, en la cara opuesta a la que contiene la gufa de onda ranurada, tal y como se muestra en la figura 1. La separacion entre sintonizadores puede variar entre 7 a 12 cm.

Descripcion detallada de los dibujos

La Figura 1 muestra la realizacion preferente de la invencion descrita en este documento, donde el horno o aplicador de microondas consta de una cavidad metalica (1) con seccion cuasi-cilfndrica (2), la cual se compone de una seccion rectangular en la cual los vertices se sustituyen por arcos circulares (3) de 90° y un radio adecuado. Dicha cavidad termina en ambos extremos con dos planchas metalicas que conservan dicha seccion cuasi-cilfndrica y a las que se les practica una abertura cilfndrica para anexionar sobre la misma una gufa cilfndrica (8) metalica al corte, la cual permite el paso de un tubo dielectrico (4) hueco (5) fabricado con un material de bajas perdidas. El grosor del tubo dielectrico (4) es tal que aguanta las presiones ejercidas por el vapor generado al calentar el material por microondas y, a su vez, permite el paso adecuado del material a ser procesado.

El material es impulsado mediante bombas u otros mecanismos que lo empujan de manera lineal o por impulsos a traves del hueco del tubo dielectrico (4). La velocidad lineal o efectiva a la que se impulsa el material a tratar dependera de la temperatura y presion a alcanzar en el interior del aplicador cuasi-cilfndrico.

Adicionalmente la invencion presenta unos filtros electromagneticos que son unos tubos huecos metalicos (6a-6b) que se disponen alrededor de los segmentos de tubo dielectrico (4) salientes del horno durante la longitud reducida y que evitan la fuga de energfa al exterior.

La excitacion de los modos de esta cavidad cuasi-cilfndrica se realiza a traves de una gufa de onda (8) metalica rectangular que presenta ranuras (10) coincidentes con la pared superior de esta cavidad. La alimentacion del magnetron hacia la gufa se produce por uno de los extremos de la gufa de la onda, pudiendo denominarlo como el extremo inicial (7), mientras que el otro extremo final de la gufa de onda se cortocircuita mediante un metal perpendicular (9) a la direccion de propagacion del modo fundamental de la gufa de onda (8), en este caso sobre una gufa de onda rectangular.

Las ranuras (10) se realizan en este caso mediante aperturas rectangulares sobre la pared superior de metal de la cavidad cuasi-cilfndrica y con una orientacion girada entre 30 y 50°, preferentemente 40°, sobre la direccion de propagacion del modo fundamental de la gufa.

Dentro de la cavidad cuasi-cilfndrica, en este caso en la pared inferior, se introducen unos sintonizadores (11) metalicos, que se roscan a la pared inferior metalica de la cavidad. Dichos sintonizadores se introducen en mayor o menor medida, y en funcion del numero que se disponga, su volumen y dicha penetracion en el horno, pueden cambiar o alterar la frecuencia de resonancia de sus diferentes modos y/o la distribucion de campo en el interior de la cavidad cuasi-cilfndrica para lograr mayor eficiencia o uniformidad de calentamiento.

Asf mismo se introducen unos soportes (12) de material dielectrico sin perdidas que permiten la sujecion del tubo en el interior de la cavidad y que refuerzan el tubo ante las presiones internas que pueda sufrir. En este caso los soportes (12) se configuran como bloques de seccion rectangular con una apertura circular para permitir el paso del tubo dielectrico. Los bloques abarcan la cavidad en la totalidad de su anchura para que puedan anclarse a sus paredes laterales, por ejemplo, con tornillos dielectricos, pero no rellenan en altura la totalidad de la seccion.

La figura 2 muestra una seccion del horno donde se observa la seccion cuasi-cilfndrica (2) de la cavidad resonante en la que los vertices de la seccion rectangular se sustituyen por arcos circulares (3). La figura tambien muestra unas vistas frontales de la gufa de onda (4), el tubo dielectrico (4) que pasa por su interior y el hueco o agujero central (5) de aire cilfndrico por el que se desplaza el material. En la parte superior se encuentra la vista frontal de la gufa de onda (8) rectangular, y mas concretamente, el cortocircuito final de esta gufa de onda. Adicionalmente se observan una vista frontal de uno de los sintonizadores (11) y de un soporte (12), en este caso un bloque de sujecion, el cual se encuentra en el interior de la cavidad de microondas cuasi-cilfndrica.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. - Horno microondas multimodo para el calentamiento de flujos continuos de ifquidos y semisolidos, donde el horno microondas (1) dispone de una seccion rectangular (2) en la que los vertices de dicha seccion se sustituyen por arcos circulares (3) de forma que dicha seccion es la combinacion de secciones circulares y rectangulares, generandose una cavidad o estructura cuasi-cilfndrica y que permite orientar de forma preferente la radiacion electromagnetica hacia su eje de simetrfa independientemente del modo excitado; comprende en su interior un tubo dielectrico (4) hueco (5) donde el material es tratado; y donde la excitacion de los modos de esta estructura cuasi-cilfndrica se realiza a traves de una gufa de onda (8) metalica ubicada en una posicion externa respecto de la estructura cuasi-cilfndrica del horno, que presenta ranuras (10) coincidentes con la pared de la estructura cuasicilfndrica, y donde dicha gufa de ondas (8) se conecta a un sistema generador de microondas; y que se caracteriza por que:

- la gufa de onda (8) se conecta al sistema generador de microondas en un extremo inicial (7) de la misma, mientras que el otro extremo de la gufa de onda (8) se cortocircuita mediante un metal perpendicular (9) a la direccion de propagacion;

- dispone de unos medios de impulsion para que el material a tratar circule a presion a traves del hueco (5) contenido en el tubo dielectrico (4);

- presenta unos filtros electromagneticos que son unos tubos huecos metalicos (6a-6b) que se disponen alrededor de los segmentos de tubo dielectrico (4) salientes del horno y que evitan la fuga de energfa al exterior;

- las ranuras (10) se colocan de forma inclinada a la direccion de propagacion del modo fundamental de la gufa de onda (8);

- ademas comprende una pluralidad de soportes (12) dielectricos sin perdidas que mantienen el tubo dielectrico (4) en el eje central de simetrfa del horno; y una pluralidad de sintonizadores (11) cilfndricos, que se anclan a la pared interna de la estructura cuasi-cilfndrica, que en funcion del numero que se disponga, su volumen y penetracion en el horno alteran la frecuencia de resonancia en el interior del mismo.

2. - Horno microondas para el calentamiento de flujos continuos de lfquidos y semisolidos, segun la reivindicacion 1, que se caracteriza por que la altura y anchura de la estructura metalica cuasi-cilfndrica son iguales.

3. - Horno microondas para el calentamiento de flujos continuos de ifquidos y semisolidos, segun la reivindicacion 1, que se caracteriza por que los medios de impulsion son bombas.

4. Horno microondas para el calentamiento de flujos continuos de lfquidos y semisolidos, segun la reivindicacion 1, que se caracteriza por que los medios de impulsion son tornillos sin fin.

5. - Horno microondas para el calentamiento de flujos continuos de lfquidos y semisolidos, segun la reivindicacion 1, que se caracteriza por que el sistema generador de microondas es un magnetron.

6. - Horno microondas para el calentamiento de flujos continuos de lfquidos y semisolidos, segun la reivindicacion 1, que se caracteriza por que el angulo de giro o inclinacion de las ranuras (10) se encuentra comprendido entre 30 y 50°.

7. - Horno microondas para el calentamiento de flujos continuos de lfquidos y semisolidos, segun la reivindicacion 1, que se caracteriza por que los sintonizadores (11) son metalicos.

8. Horno microondas para el calentamiento de flujos continuos de lfquidos y semisolidos, segun la reivindicacion 1, que se caracteriza por que los sintonizadores (11) son dielectricos.

9. - Horno microondas para el calentamiento de flujos continuos de lfquidos y semisolidos, segun la reivindicacion 1, que se caracteriza por que el tubo (4) es de PTFE (politetrafluoroetileno), PEEK (polietereetercetona) o borosilicato de cuarzo.

10. - Horno microondas para el calentamiento de flujos continuos de lfquidos y semisolidos, segun la reivindicacion 1, que se caracteriza por que la pluralidad de soportes (12) son de PTFE, PEEK o borosilicato de cuarzo.

11.- Horno microondas para el calentamiento de flujos continuos de lfquidos y semisolidos, segun la reivindicacion 1, que se caracteriza por que los soportes (12) se configuran como bloques de seccion rectangular con una apertura circular que permite el paso del tubo dielectrico (4), y abarcan la totalidad de la anchura de la estructura del horno para anclarse a sus paredes laterales.