DE4240272C2 - Vorrichtung zur Erwärmung eines wasserhaltigen Materiales - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung eines wasserhaltigen Materiales gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Vorrichtung ist in der DE 38 18 491 C2 beschrieben. Sie dient zum Auftauen von Gefriergut und enthält einen mit Hochfrequenz arbeitenden Frequenzgenerator. Die Mikrowellenenergie wird zwischen mit dem Frequenzgenerator verbundenen Elektroden in das Gefriergut eingestrahlt, wobei mindestens eine der Elektroden flexibel verformbar ist, so daß sie sich der Kontur des Gefriergutes anpaßt. Mindestens eine der Elektroden ist gefriergutseitig mit einer Isolierschicht bedeckt.

Eine derartige Mikrowellen-Auftauvorrichtung eignet sich für kleine Volumina zu erwärmenden Materiales.

Wünscht man größere Volumina wasserhaltigen Materiales zu erwärmen, z. B. zum Zwecke der Dekontaminierung, Entgiftung, Sterilisation, Entwesung, Entkrautung oder zum Garen, Backen, Kochen, Trocknen oder dergleichen ist es für die praktische Brauchbarkeit der Behandlung in vielen Fällen wichtig, daß das Material gleichförmig erwärmt wird. Es dürfen weder zu kalte Stellen im Material auftreten, die den Erfolg der Wärmebehandlung in Frage stellen, noch zu heiße Stellen, in denen eine unerwünschte Zersetzung des Materiales erfolgen kann.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weitergebildet werden, daß mit ihr großvolumiges Material rasch und homogen erwärmt werden kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

In der DE-PS 9 34 490 ist eine Vorrichtung zur Erwärmung eines wasserhaltigen Materiales beschrieben, die bei Wellenlängen von 300 m und weniger, also Frequenzen von 1 MHz und mehr arbeitet. Diese Vorrichtung wird aber in Verbindung mit flächigen Materialien verwendet und dient insbesondere dazu, eine Leimfuge zum Abbinden zu bringen, über welche Schichten verleimt werden.

In der DE 27 22 348 B1 ist ferner eine Vorrichtung zur Erwärmung eines wasserhaltigen Materiales beschrieben, die mit Hochfrequenz arbeitet und bei der zwischen den Elektroden und den Oberflächen des plattenförmigen zu trocknenden Materiales ein Luftspalt eingehalten wird.

Die DE 25 26 196 A1 offenbart eine Vorrichtung zum gleichmäßigen Erwärmen von organischen Produkten wie versiegelten Joghurtbechern. Hierzu wird vorgeschlagen, einen untenliegenden Teil der Produkte in einem Wasserbad kapazitiv zu erwärmen, während ein aus dem Wasserbad herausragender oberer Abschnitt der Produkte mit Mikrowellen behandelt wird. Die bei der kapazitiven Hochfrequenz-Erwärmung verwendeten Elektroden sind wieder vom Produkt beabstandet.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Wasserhaltige Materialien, für deren Erwärmung die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders vorteilhaft einsetzbar ist, sind insbesondere Baustoffe, wie Beton, Estrich, Mörtel; industrielle Stoffe und Komponenten wie frische Keramik, schadstoffbelastete Filter, feuchte Schaum- und Faserwerkstoffe; wasserhaltige Schüttgüter wie Sand, landwirtschaftliche oder Gärtnereierde, einschließlich Freilandböden, Torf, Pflanzensubstrat, Kompost, Mist, teilweise getrockneter Klärschlamm, Müll, Rotte, schadstoffbelastete Böden; Suspensionen wie Klärschlamm, Flüssigmist, Gülle.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 wird ein besonders guter mechanischer Kontakt zwischen den Elektroden und dem zu erwärmenden wasserhaltigen Material gewährleistet.

Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 4 eignet sich besonders gut in Verbindung mit zu behandelndem wasserhaltigem Schüttgut, wie z. B. Erde. Man kann in diese zu behandelnden Materialien die Elektroden dann einfach unter Überwindung des Materialwiderstandes hineinstecken.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 wird erreicht, daß die Impedanz des Verbrauchers, der durch das zu erwärmende Material und die Elektroden gebildet wird, in einem Bereich gehalten wird, welcher dem Spannungs- bzw. Stromangebot des Frequenzgenerators am ehesten entspricht.

Werden die Elektroden so angeordnet, daß sie die Oberfläche des zu erwärmenden großvolumigen Materiales abdecken, so ist es vorteilhaft, sie gemäß Anspruch 6 mit Durchbrechungen zu versehen, so daß verdampfte Flüssigkeit entweichen kann.

Bildet man die Elektroden gemäß Anspruch 7 aus, so lassen sie sich besonders gut in fasriges zu erwärmendes Material wie z. B. torfhaltigen Humus hineinstecken. Die gezähnte Längskante der Elektroden schafft den Platz für die Elektrode, die umgekantete oder umgebördelte Längskante gibt der Elektrode hohe Stabilität bei kleiner Dicke.

Verwendet man eine erfindungsgemäße Vorrichtung in der Praxis zum Sterilisieren der Erde von Dünnschichtbeeten, so haben die Elektroden typischerweise eine Länge von 10 m. Derartige lange Elektroden haben eine ins Gewicht fallende Induktivität, die im Zusammenwirken mit dem über die Gesamtlänge verteilten Verbraucherwiderstand ein Absinken der Spannung auf den Elektroden mit wachsendem Abstand von den Generatorklemmen bewirkt. Demzufolge wird das weiter von dem Anschlußende der Elektroden entfernte Material weniger stark erwärmt. Die Kapazität der Elektroden ist hingegen vernachlässigbar gering. Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 9 wird die Längsinduktivität der Elektroden parallel zum Lastwiderstand kompensiert.

Ist das zu erwärmende Material ein feuchter Festkörper oder feuchtes Schüttgut, so kommt es vor, daß bei Erreichen des Siedepunkts der leitfähigen Flüssigkeitskomponente bevorzugte Elektrodenoberflächen abtrocknen. Auf diese Weise wird der Stromfluß verringert und schließlich ganz unterbrochen. Dieser Effekt ist normalerweise erwünscht, da er den Erwärmungsprozeß selbsttätig stabilisiert, so daß keine zu hohen Temperaturen auftreten können. Wenn jedoch Teilbereiche des zu erwärmenden Materiales aus geometrischen Gründen weniger vom Feld direkt, als vielmehr über die Wärmeleitung im Material auf die gewünschte Temperatur gebracht werden, kann es vorteilhaft sein, gemäß Anspruch 10 an den Elektroden eine Einrichtung zur Zufuhr von Flüssigkeit vorzusehen.

Bei freiliegenden zu erärmenden Materialien wie beispielsweise Erd- oder Komposthaufen, die mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sterilisiert werden sollen, ist es vorteilhaft, wenn die Elektroden beabstandet auf Oberflächenbereiche der Materialschüttung aufliegen. In diesem Falle sorgen dann gemäß Anspruch 11 vorgesehene LC-Kreise mit Parallel- oder Serienimpedanzen dafür, daß man im Inneren der Schüttung die gewünschte Feldverteilung erhält.

Bei einer Vorrrichtung gemäß Anspruch 12 ist das Füllen und Entleeren eines das zu erwärmende Material aufnehmenden Behälters besonders einfach. Dabei dienen die Behälterwände und ein Deckel einerseits als tragende elektrisch isolierende Teile für die Elektroden, andererseits als thermische Isolatoren.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 16 erlaubt ein kontinuierliches auutomatisches Erwärmen von Material.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungs­ formen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung mit formschlüssigen Elektroden, angepreßt an einen zu erwärmenden Festkörper;

Fig. 2a einen Querschnitt durch und eine Draufsicht auf eine Vorrichtung, bei der flächenhafte Elektroden in ein Schüttgut eingesteckt sind;

Fig. 2b eine Darstellung ähnlich Fig. 2a eines abge­ wandelten Ausführungsbeispieles;

Fig. 2c eine weitere Darstellung ähnlich Fig. 2a eines abgewandelten Ausführungsbeispieles;

Fig. 2d einen Querschnitt ähnlich Fig. 2a eines weite­ ren abgewandelten Ausführungsbeispieles;

Fig. 2e einen Querschnitt ähnlich Fig. 2a eines weite­ ren abgewandelten Ausführungsbeispieles;

Fig. 3a einen Querschnitt durch einen mit Schüttgut gefüllten Behälter, bei dem zwei Seitenwände als Elektroden ausgeführt sind;

Fig. 3b einen Querschnitt durch einen mit Schüttgut gefüllten Behälter, bei dem die Bodenfläche und der Deckel als Elektroden ausgeführt sind;

Fig. 3c einen Querschnitt durch einen mit Schüttgut gefüllten, rundum elektrisch isolierenden Behälter, bei dem die Elektroden in das Schüttgut eingesteckt sind;

Fig. 3d einen Querschnitt ähnlich Fig. 3c für ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel;

Fig. 4a einen Längsschnitt durch einen Kanal, durch welchen Schüttgut mittels einer Förderein­ richtung gepreßt wird;

Fig. 4b einen Längsschnitt durch ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel mit Elektroden, die als rotierende Trommeln ausgeführt sind;

Fig. 4c einen Längsschnitt durch ein weiteres abgewan­ deltes Ausführungsbeispiel, bei welchem eine Elektrode durch ein leitfähiges Förderband dargestellt wird, während die Gegenelektrode fest ist;

Fig. 5a einen Längsschnitt durch einen Behälter mit in die Wand eingelassenen Elektroden, der von Flüssigkeit durchströmt wird;

Fig. 5b einen Längsschnitt durch ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, wobei ein nichtleitendes Rohr mit eingesetzten leitfähigen Rohrab­ schnitten, die als Elektroden fungieren, von einer Flüssigkeit durchströmt wird;

Fig. 5c einen Längsschnitt durch ein weiteres abge­ wandeltes Ausführungsbeispiel, wobei ein nichtleitendes Rohrsegment als Düse ausgebil­ det ist;

Fig. 6 beispielhaft drei Varianten von Elektroden mit solchen Ausgestaltungen der Unterkanten, welche es erlauben, die Elektroden leichter in ein Schüttgut einzuführen, sowie mit formsta­ bilisierenden Querschnittsveränderungen an der Oberkante;

Fig. 7 eine Draufsicht auf lange Elektroden, die in ein Schüttgut eingesteckt sind, mit Kompensa­ tionskondensator, sowie ein Ersatzschaltbild hierzu.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung dargestellt, bei der ein Elektrodenpaar 1a und 1b einem beliebig gestalteten verlust­ behafteten Dielektrikum 2, hier beispielhaft einem Festkör­ per, formschlüssig anliegt, so daß ein inniger Kontakt zwi­ schen Elektroden und Körperoberfläche entsteht. Die Elektro­ den sind mit einem Mittelfrequenzgenerator 3 über ein nicht dargestelltes elektrisches Netzwerk verbunden. Beispielhaft ist gezeigt, wie durch einen Pneumatikzylinder 10 mit einer nicht gezeigten Ansteuerung eine Elektrode gegen den Festkör­ per, dieser gegen die zweite Elektrode, diese wiederum gegen ein Widerlager 11 drückt, so daß ein guter flächenhafter Kon­ takt gewährleistet ist. Die Elektroden können natürlich auch durch andere, nicht dargestellte Mittel, wie beispielsweise Federn, Kniehebel, Gewichte, Hydraulikzylinder, Elektroma­ gnete u. a. gegen den Festkörper gepreßt werden, wobei diese Mittel auf nicht dargestellte Weise zumindest auf einer Seite von den Elektroden elektrisch isoliert sind.

Fig. 2a zeigt schematisch eine Vorrichtung, bei der jeweils mehrere Elektroden 1a und 1b beabstandet und parallel in ein Schüttgut 2 eingesteckt und mit einem Mittelfrequenz­ generator 3 verbunden sind. Das Schüttgut kann beispielsweise Gartenerde im Freiland, oder mit chlorierten Kohlenwasser­ stoffen kontaminierter Boden sein. Dabei sind große Flächen zu erwärmen, um die Erde zu sterilisieren, entwesen, entkrau­ ten, o. ä., oder um mit dem bei ausreichend starker Energiezu­ fuhr entweichenden Wasserdampf die unerwünschten Kohlenwas­ serstoffe auszutreiben. Dazu kann es im Interesse einer ein­ facheren Handhabung günstig sein, anstatt zweier sehr langer Elektroden, die sich nur schwer in den Boden einbringen las­ sen, mehrere kürzere zu verwenden, welche mittels geeigneten Vorrichtungen 4, beispielsweise Klammern oder Zangen, elek­ trisch miteinander verbunden werden. Natürlich können, um große Flächen zu bearbeiten, auch mehrere Elektrodenreihen parallel angeordnet werden, wobei sie abwechselnd mit den Ge­ neratorpolen verbunden werden.

Grundsätzlich läßt sich ein ähnlicher Effekt erzielen, wenn die Elektroden 1a und 1b auf das Schüttgut 2 aufgelegt werden, wie in Fig. 2b gezeigt. Im Interesse eines guten elektrischen Kontaktes ist es zweckmäßig, mit hier nicht dar­ gestellten Mitteln, beispielsweise Gewichten, die Elektroden an das Schüttgut anzupressen. Im dargestellten Beispiel wurde eine ringförmige Elektrodengeometrie gewählt, um zu demon­ strieren, daß man keineswegs an die Geometrie rechteckiger Platten gebunden ist.

Fig. 2c zeigt schließlich ein abgewandeltes Ausführungs­ beispiel, bei dem zylindrische Rohre oder Stäbe 1a, 1b in das Schüttgut 2 (Boden) gerammt sind und ein Raster mit abwech­ selnder Polarität bilden. Dies kann bei harten Böden erfor­ derlich sein. Die aktive Zylindermantelfläche und der Zylin­ derabstand ergibt sich bei vorgegebener Zylinderanzahl und der Leitfähigkeit des Schüttgutes aus einfachen Überlegungen zur Gesamtimpedanz des Verbrauchergebildes, die mit den Ei­ genschaften des Mittelfrequenzgenerators 3 kompatibel sein muß. Nachteilig ist bei einer solchen Anordnung im Vergleich zur Plattenanordnung gemäß Fig. 2a, daß es feldfreie Bereiche zwischen den Stäben gibt, die nur über Wärmeleitung die Soll­ temperatur erreichen.

In Fig. 2d ist schematisch ein Querschnitt durch eine bevorzugte Anordnung zur Erwärmung von Schüttgut, beispiels­ weise einem Haufen Kompost, oder Humus dargestellt, wie er bislang, um bei dem Beispiel zu bleiben, mit Hilfe von ener­ gie- und arbeitszeitaufwendigen Dämpfeinrichtungen sterili­ siert wird. Dazu werden geeignet geformte Elektroden 1a und 1b auf den Haufen 2 aufgelegt, gegebenenfalls mit Gewichten beschwert, und über ein schematisch dargestelltes Netzwerk mit dem Mittelfrequenzgenerator 3 verbunden. Das Schüttgut ruht auf einem Untergrund 2a, von diesem gegebenenfalls durch eine nicht dargestellte Wärmedämmung getrennt. In dieser Fi­ gur ist eine interessante Möglichkeit der Mittelfrequenzer­ wärmung dargestellt. Die Elektroden 1a und 1b liegen zwangs­ läufig nicht parallel, so daß der Strom bevorzugt an den am geringsten beabstandeten Kanten fließen würde. Man kann die Elektroden jedoch segmentieren und die einzelnen Segmente ex­ tern so mit L- und C-Gliedern (Induktivitäten und Kapazitä­ ten) beschalten, daß zwischen weiter entfernten Elektroden­ paaren eine höhere Spannung anliegt, als bei einander näher liegenden. Auf diese Weise läßt sich eine gewisse Homogeni­ sierung des Stromflusses und damit der Erwärmung erzielen.

In ähnlicher Weise wirkt eine Anordnung gemäß Fig. 2e. Die flexible Elektrode 1a liegt auf dem Schüttgut 2, ange­ drückt durch den Zug auf ihren Rand, den die rundum ange­ brachten Gewichte 5 auf sie ausüben. Das Schüttgut liegt auf der Gegenelektrode 1b, welche es vom Untergrund 2a trennt. Auch hier kann im Interesse der Energieeinsparung eine nicht dargestellte Wärmedämmung unter der Elektrode 1b angebracht sein. Diese Anordnung eignet sich besonders für relativ fla­ che Haufen, bei denen die Flanken schmal gegenüber der Ge­ samtfläche sind.

Die nach dem Anmeldetag eingereichten Fig. 3a bis 3d zeigen Querschnitte durch verschieden gestaltete Ausführungsbeispiele von Elektrodenanordnungen und mit Schüttgut gefüllten Behältern.

So zeigt Fig. 3a den Querschnitt durch einen Behälter, bestehend aus den leitfähigen, bevorzugt metallischen Seiten­ wänden 1a und 1b, welche gleichzeitig die Funktion der Elek­ troden übernehmen, der elektrisch isolierenden Grundfläche 7, beispielsweise bestehend aus einer Plastik-, Holz-, Eternit-, Betonplatte, oder einem sonstigen geeigneten Material, umge­ ben mit einer Wärmedämmung 6, beispielsweise Platten aus PUR- Schaum, Styropor, Steinwolle, o. ä., wobei die obere Abdec­ kung, der einfacheren Zugänglichkeit wegen, beispielsweise auch aus einer wärmedämmenden Luftpolsterfolie bestehen kann. Die Wärmedämmung dient gleichzeitig als elektrische Isolation gegenüber ungewollter Berührung der Elektroden, wiewohl diese bei geeignet gewählter Spannung und Frequenz völlig gefahrlos ist.

Fig. 3b zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, ähnlich Fig. 3a, wobei nunmehr die Seitenwände 7 des Behäl­ ters aus isolierendem Material bestehen, während Grundfläche 1b und Deckel 1a als Elektroden fungieren und an den Mittel­ frequenzgenerator 3 angeschlossen sind. Dieser Behälter ist wiederum mit einer Wärmedämmung 6 umschlossen. Diese Ausfüh­ rung ist wegen der großen Elektrodenflächen bei gleichzeitig geringem Abstand vorteilhaft, wenn das Schüttgut eine ver­ gleichsweise geringe Leitfähigkeit, bzw. dielektrische Verlu­ ste aufweist.

Stehen bei einer bestimmten Anwendung bereits vorhandene Behälter zur Verfügung, die den obigen Anforderungen an Leit­ fähigkeit, bzw. Isolation nicht genügen, jedoch aus Kosten­ gründen weiter verwendet werden sollen (beispielsweise Dünn­ schichtbeete im Gartenbau), so empfiehlt sich ein Umbau die­ ser Behälter zu einer Vorrichtung gemäß Fig. 3c. Hier ist der Behälter 9, bestehend aus einem beliebigen Material, mit ei­ ner Wärmedämmung 6 und elektrisch isolierenden Seitenwänden 7 ausgekleidet. Bei letzteren kann es sich auch um eine einfa­ che elektrisch isolierende Folie handeln, da ihr Zweck insbe­ sondere auch darin besteht, das Dämmmaterial vor Feuchtigkeit schützen, welche beim Erwärmen aus dem Schüttgut 2 aus­ tritt. Innerhalb dieser Isolation sind die Elektroden 1a und 1b in das Schüttgut eingesteckt. Das Einstecken der Elektro­ den muß mit Sorgfalt dicht an der Isolation geschehen, da das zwischen Elektrode und Isolation liegende Schüttgut nur durch Wärmeleitung, nicht aber durch das Feld erwärmt wird. Die Praxis zeigt, daß diese Forderung leicht zu erfüllen ist. Ab­ gedeckt wird das Ganze schließlich durch eine Wärmedämmung 6 wie bei der Ausführung nach Fig. 3b.

Ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 3d, welches sich von jenem nach Fig. 3c dadurch unter­ scheidet, daß mehrere Elektrodenreihen parallel angeordnet sind, wobei die innenliegenden Elektroden 1a und 1b in das Schüttgut 2 eingesteckt sind. Wie bei vorangegangenen Ausfüh­ rungen hat dies auch hier den Zweck, die aktive Elektroden­ fläche zu vergrößern und den Elektrodenabstand zu verringern, so daß die Feldenergie bei niedriger Spannung und hohem Strom im Schüttgut deponiert werden kann.

So kann beispielsweise ein Dünnschichtbeet mit einer Länge von 10 m, einer Breite von 1 m und einer Schüttungshöhe von 0,1 m, d. h. einem Substratvolumen von 1 m³ mit einer Mit­ telfrequenzleistung von 10 kW in ca. 5 Stunden auf die Steri­ lisationstemperatur von 90°C gebracht werden. Bei einer ef­ fektiven Mittelfrequenzspannung von 100 V fließt dann ein ef­ fektiver Strom von 100 A durch das Gut. Diese Parameter wer­ den bereits mit 3 parallelen Elektrodenplattenreihen erzielt; die effektiv vom Strom durchflossene Fläche beträgt dann 2 m², die Stromdichte ist demzufolge 5 mA/cm² bei einer Feldstärke von 2 V/cm. Daraus ergibt sich eine typische Leitfähigkeit des Substrats von 0,0025 S/cm. Diese Leitfähigkeit ist vom Wassergehalt des Substrats abhängig und kann mit diesem in gewissen Grenzen verändert werden. Bei Erwärmung auf 100°C verdampft zunehmend die vorhandene Feuchtigkeit. Da der elek­ trische Widerstand an der Elektrodenoberfläche wegen der Kör­ nigkeit des Materials geringfügig größer ist als im Volumen selbst, trocknen zuerst die Elektroden ab. Der Durchgangswi­ derstand steigt daher an und die Energieeinkopplung sinkt mit fallendem Strom. Man hat also ein sich selbst beim Siedepunkt limitierendes Verfahren. Dies ist vor allem von Vorteil, wenn Inhomogenitäten im Material, z. B. schwankende Feuchtigkeits­ gehalte, eine ungleichmäßige Erwärmung erzeugen würden. Die Bereiche stärkerer Erwärmung werden durch den genannten Ef­ fekt früher als andere "abgeschaltet", so daß eine homogene Durchwärmung die Folge ist. Bei indirekt beheizten Schüttgü­ tern ist genau der umgekehrte Effekt vorhanden: lokale Über­ wärmung hat die Folge, daß Flüssigkeit verstärkt abdampft, und bewirkt so eine lokale Reduzierung der Wärmeleitung. Da­ durch wird die Temperatur lokal weiter gesteigert, während andere Bereiche weniger erwärmt werden. Die Folge ist eine sehr ungleichmäßige Erwärmung. Diese kann nur durch sehr lange Ausgleichszeiten und damit verbundene Energieverluste kompensiert werden.

Die Gruppe der Fig. 4a-4c zeigt weitere abgewandelte Ausführungsbeispiele für die Erwärmung von bewegtem Schütt­ gut.

So ist beispielhaft in Fig. 4a ein Längsschnitt durch eine Ausgestaltung einer Vorrichtung dargestellt, die Schütt­ gut 2 durch einen Kanal 12 transportiert. Das Schüttgut wird, nachdem es durch einen Trichter in den Kanal gelangt, mittels eines Kolbens 8, der von einem Pneumatikzylinder 10 angetrie­ ben wird, durch den Kanal nach außen gedrückt. Dabei bewegt sich das Schüttgut durch einen Bereich des Kanals, in welchem die Elektroden 1a und 1b in die Seitenwände eingelassen sind und von einem nicht dargestellten Generator gespeist werden. Dieser Vorgang kann zyklisch wiederholt werden. Natürlich kann man sich auch andere Fördermechanismen, wie beispiels­ weise Schneckenförderer oder Dickstoffpumpen im Zusammenwir­ ken mit einem solchen Kanal vorstellen.

In Fig. 4b sieht man einen Längsschnitt durch eine wei­ tere Ausgestaltung einer Vorrichtung, bei der das Schüttgut 2 durch einen trichterförmigen Kanal 12 auf rotierende Walzen gelangt, die als Elektroden 1a und 1b fungieren. Die Walzen­ rotation kann dabei die Förderung des Schüttgutes bewirken oder zumindest unterstützen, wenn bereits ein anderer Förder­ mechanismus vorhanden ist (im dargestellten Beispiel: Schwer­ kraft).

Eine weitere Ausgestaltung einer Vorrichtung mit einem leitfähigen Förderband als Elektrode 1b ist in Fig. 4c im Längsschnitt dargestellt. Das Schüttgut 2 wird durch den Ka­ nal 12 auf das besagte Förderband geleitet und von diesem weitertransportiert. Dabei kommt es mit der Gegenelektrode 1a in Kontakt und wird auf diese Weise erwärmt.

Die Figurengruppe 5a-5c bezieht sich auf Vorrichtungen zur Erwärmung von Flüssigkeiten mit Mittelfrequenz.

Fig. 5a zeigt den Längsschnitt durch eine Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Erwärmung von strömender oder ruhender Flüssigkeit 2. Im Falle der Anwendung dieser Vorrichtung auf eine strömende Flüssigkeit gelangt diese durch ein Rohr 13 in einen oben offenen oder geschlossenen Kanal 12, in dessen Seitenwände die Elektroden 1a und 1b eingelassen und an einen Mittelfrequenzgenerator 3 angeschlossen sind. Nach Erwärmung verläßt die Flüssigkeit wieder den Kanal durch ein Rohr 13.

Eine weitere vorteilhafte Variante dieser Vorrichtung zeigt der Längsschnitt in Fig. 5b. Hier sind in die Wandung eines isolierenden Rohres 13 leitfähige Rohrsegmente als Elektroden 1a und 1b eingelassen. Durch eine geeignete Aus­ wahl von Rohrdurchmesser und Elektrodenabstand kann bei die­ ser Variante die Elektrodenspannung und der Stromfluß dem Durchsatz und der Leitfähigkeit des Mediums optimal angepaßt werden.

Eine nähere quantitative Betrachtung der Energiebilanz in strömenden Medien in Rohren 13 mit überlagertem longitudi­ nalem elektrischem Wechselfeld zeigt, daß im Bereich von Dü­ sen 14 mit hoher elektrischer Stromdichte besonders viel En­ ergie umgesetzt wird. Dies läßt sich nutzen, um den Bereich hohen Energieumsatzes von den Elektroden 1a und 1b weg in einen Bereich hoher Strömungsgeschwindigkeit zu verlagern. Auf diese Weise läßt sich in Suspensionen die Ablagerung von Partikeln auf den Elektroden verringern. Eine solche Variante ist im Längsschnitt der Fig. 5c gezeigt.

Bei Schüttgütern, die einen hohen Faseranteil besitzen kann es schwierig sein, Elektrodenplatten mit geraden Kanten einzustecken. Deswegen sind in Fig. 6 beispielhaft Ausgestal­ tungen von Elektroden mit Kanten 1 dargestellt, die nach dem Prinzip des Wellenschliffs durch Hin- und Herbewegen leicht auch in faserige Schüttgüter, wie beispielsweise torfhaltige Gartenerde, eingeführt werden können.

Fig. 7 zeigt schließlich in der Draufsicht schematisch lange, in Schüttgut 2 eingesteckte Elektroden 1a und 1b. Das zugehörige Ersatzschaltbild demonstriert, wie mit einer zuge­ schalteten äußeren Kapazität "Ca" die Elektrodenindukti­ vität L kompensiert wird, so daß die Elektrodenspannungen an den verteilten Verbraucherwiderständen R konstant bleiben, während die Elektrodenkapazitäten C in allen praktischen Fäl­ len vernachlässigbar klein bleiben.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Erwärmung eines wasserhaltigen Materiales, insbesondere eines wasserhaltigen Schüttgutes oder eines Schlammes, bei welchem unter Verwenduung mindestens zweier mit einem Frequenzgenerator (3) verbundenen Elektroden (1a, 1b) dieser ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt und sich das Material (2) in den durch dieses Wechselfeld erfüllten Raum befindet, wobei zwischen den Elektroden (1a, 1b) und dem Material (2) ein inniger mechanischer Kontakt besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den leitenden Oberflächen der Elektroden (1a, 1b) und dem großvolumigen Material (2) ein ohmscher Kontakt besteht und der Frequenzgenerator (3) Mittelfrequenz-Energie abgibt so daß durch das Material ein Strom fließt, der sowohl einen ohmschen Anteil als auch einen Verschiebungsanteil enthält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzgenerator Energie im Bereich zwischen 9 kHz und 500 kHz abgibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1a, 1b) Metallplatten oder flächige Elektroden sind und daß eine mechanische, pneumatische, hydraulische, elektromagnetische oder durch Schwerkraft wirkende Einrichtung vorgesehen ist, welche den innigen mechanischen und elektrischen Kontakt zwischen den Elektroden (1a, 1b) und dem Material (2) aufrechterhält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1a, 1b) als steckbare steife Teile ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl steckbarer Elektroden (1a, 1b) umfaßt, die abwechselnd mit den beiden Ausgangsklemmen des Frequenzgenerators (3) verbunden sind, so daß die Polarität benachbarter Elektroden entgegengesetzt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1a, 1b) plattenförmig sind und Durchbrechungen aufweisen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1a, 1b) aus einem korrosionsbeständigen Materrial bestehen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Längskanten mindestens einer der Elektroden (1a, 1b) eine Zähnung aufweist, die wellenförmig, sägezahnförmig oder rechteckförmig ist, und ihre andere Längskante abgekantet, umgebördelt oder in anderer Weise formstabilisiert ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Anschlußende entfernten freien Enden zweier Elektroden (1a, 1b) durch einen Kondensator (C_a) verbunden sind, welcher die durch die Länge der Elektroden (1a, 1b) bedingte Induktivität kompensiert.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Elektroden (1a, 1b) eine Einrichtung zum Zuführen von Wasser vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1a, 1b) beabstandet auf Oberflächensegmenten des Materiales (2) liegen und über ihnen jeweils zugeordnete LC-Kreise mit den Ausgangsklemmen des Frequenzgenerators (3) verbunden sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1a, 1b) einen Teil der Wände (7) eines Behälters (12) bilden, der zur Aufnahme von zu behandelndem Schüttgut dient, während der restliche Teil der Wände (7) elektrisch nicht leitend ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-12, gekennzeichnet durch eine das Material (2) zumindest teilweise abdeckende thermische Isolierschicht (6).

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der thermischen Isolierschicht (6) auf der vom Material (2) abgewandten Seite einer Elektrode (1a, 1b) angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12-14, gekennzeichnet durch eine Fördereinrichtung (10) zum Bewegen des Materiales durch einen als Durchlaufbehälter ausgebildeten Behälter (12).

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (12) als elektrisch isolierender Kanal ausgebildet ist und in dessen Wand mindestens ein Elektrodenpaar (1a, 1b) eingelassen ist.