SE534837C2 - Metod och förfarande för att reducera lokala övervärmningar vid dielektrisk värmning av känsliga laster - Google Patents

Abstract

Sammanfattning.Denna uppfinning avser en metod och en anordning för att utjämna uppvärmningsfórfarande i dielektriska laster vid uppvärmning med elektriska/elektromagnetiska fält vid fiekvenserunderstígande 900 MHz alternativt 300 MHz. Kännetecknande för uppfinningen är att den díelektriska lasten omges av ett annatiältutjäinnade material och att lasten och det elektdska/elektromagnetiska fältet förflyttas relativt varandra.

Description

534 837 2 För att krmna värma en last med elektromagnetiska fält utan att lokala överhettningar uppstår i lasten krävs dels att våglängden är tillräckligt stor för att utsläeloringar inte skall ske dels att vridningen av fältlinjer vid hörn, kanter och utstickande partier reduceras och allra helst elimineras. Det är också önskvärt att detta kan ske utan avsevärda energiförluster.

Vid frekvenser understi gande 900 MHz minskar sannolikheten för synbara utsläckningsfenomen som resulterar i tydliga hotspots och vid frekvenser rmderstigande 300 MHz är sannolikheten mycket liten. En förenklad förklaring är attju kortare våglängden är desto mer koncentrerad blir energin vid utslâcmillßflr, defla gäller speciellt om lasten har en hög dielektricitetskonstant vilket ger en ytterligare förkortning av våglängden. Däremot ökar risken för övervârmning vid lägre fi-ekvenser problemen med vridningen av det elektromagnetiska fältet vid hörn, kanter och utstickande partier.

För att lösa problemen med vrídningen av fältlinjer kring utstickande partier har olika lösningar föreslagits.

IpatentUK599,935 harman valtattplaceralastenienvatskasomharsarrrma dielektricitetskonstant och förlustfaktor som den last som skall värmas, finns det tillräckligt mycket av denna omgivande vätska elimineras dessa lokala överuppvârrrmingar. Den stora nackdelen med denna lösning är att huvuddelen av energin ”fastrar/absorberas” i den omgivande vätskan. Ur energiefïektivitets synvinkel är detta ej önskvärt. Vidare försvåras uppvärmning med kontrollerat och repetitivt resultat då den omgivande vätskans temperatur förändras beroende på ackumulerad energiabsorption och därmed bidrar till att värma lasten.

I patent WO 021054833 har man valt att placera/omge lasten med ett material vars dielektricitetskonstant sammanfaller med lastens dielektricitetskonstant samtidigt som förlustfirlctomärlitenjärnfört medlastensförlustfhlrtor. ldettapatentbestårlasten av en blodfiaktion, exempelvis fryst blodplasma avsett för transfusion som förvaras i en PVC påse.

På så sätt reduceras kraftigt vridningen av fältlinjer vid hörn, kanter och utstickande partier samtidigt som inga energiförluster uppstår i omgivande material.

Det är dock svårt att finna en lösning där lasten och det omgivande materialet/vätskan har exakt samma dielektrícitetskonstant. Vidare kan det uppkomma till exempel luftfickor i ytan mellan lasten och det omgivande materialet/vätskan som leder till att det elektromagnetiska filtet koncentreras i vissapunkter. Dettagöratt vissapartieri lastenkanbli varmareänandra partier.

När det rör sig om mycket känsliga bilogiska material såsom blodfraktioner avsedda för transfirsion kan en sådan överuppvärmning få förödande konsekvenser. Andra biologiska material som förvaras fiyst är stamceller, organ för transplantation med mera ar av samma anledning beroende avjämn uppvänrming när de tinas och värms.

Det finns även andra applikationer där det är fördelaktigt med snabb och skonsam tining och värmning, ett sådant exempel är att fiyst kött och fisk används som råvara inom livsmedelsíndustrin. Dessa förvaras ofta som frysta 10 kg block och måste finas före användning. Pga. hygieniska skäl ßr ytan inte bli varm, därför tinas sådana block med kött- och fiskrávara försiktigt i kylrurn.

Den långsamma tiningen ger upphov till avsevärda kapitalkostrxader och kräver betydande planeringsinsatser för att produktionen skall löpa kostnadseffektivt. Ett misstag i samband med tining av kött och fiskråvara kan bli mycket kostsamt. 534 83? Denna uppfinning löser ovanstående problem.

För att komma till rätta med detta problem exponeras lasten, med ett omgivande dielektriska material som används för att undvika de ovan beskrivna oönskade randefïektema, för ett elektriskt/elektromagnetisk fält, vid fiekvenser understigande 900 MHz och ännu helhe frekvenser understigande 300 MI-Iz, som mer eller mindre kontinuerligt förflyttas relativt lasten.

Därigenom förflyttas de zoner i lasten som har högre ñltstyrka och risken för lokala överuppvärmningar elimineras. Detta kan ske på flera olika sätt.

En dielektrisk last omges helt eller delvis av ett dielektriskt material vars dielektricitetskonstant sammanfaller med lastens dielektricitaskonstant samtidigt som förlustfaktom är liten jämfört med lastens förlustfaktor.

Lasten med omgivande dielektriska material placeras i ett elektriskt/elektromagnetiskt fält, exempelvis mellan två kondensatorplattor. Mellan kondensatorplattoma finns det ett elelrtriskt ñlt vars polaritet växlar. Genom att lasten eller delar av lasten med omgivande dielektriska material förflyttas i det elektriska/elektromanetiska fältet kommer filtet att välja olika vägar genom lasten och det omgivande materialet. Fåltets styrka i olika delar av lasten och det omgivande materialet förändras dynamiskt. Vi undviker då att filtet förblir koncentrerat i några ptmkter.

Altemativt bringas enbart lasten i det omgivande dielcktriska materialet i rörelse relativt det elektriska filtet och omgivande dielektriska material. Det sista är möjligt om lasten består av ett first material altemativt om det år en vätska innesluten i en behållare och det omgivande dielektriska materialet är en vätska. Därigenom åstadkommer två olika effekter som bidrar till homogen energifördelning. Dels förflyttas lasten relativt de i lasten förekommande fältstyrkekoncentrationerna, dels påverkas filtfördelningen så att ñltet förflyttas relativt lasten och omgivande dielektriska material.

Alternativt kan det elektriska/elektromagnetiska fliltet bringas i rörelse relativt last och omgivande dielektriska material.

Detta kan ske exempelvis genom att kondensatorplattorna bringas i rörelse medan lasten med omgivande material är fixerad. Därigenom förflyttas fältfördelrringen relativt både lasten och det omgivande dielektriska materialet.

Det kan också vara någon form av kombination av ovanstående.

Det är också möjligt att placera en dielektrisk last omgivet av ett díelektrískt material enligt ovan. Lasten kan bestå av ett fast material, ett plastiskt och/eller elastiskt material eller en vätska innesluten i en behållare eller ett fi-yst material i en behållare som tmder uppvärmning övergår till vätskefas. Det omgivande dielektriska materialet ar en vätska som är innesluten i någon form av behållare/påsar med flexibla väggar. Lasten placeras på ett sådant sätt att den är helt eller delvis omgiven/i kontakt med sådana behållare/påsar fyllda med dielektrisk vätska I dess allra enklaste form kan det vara en dielektrisk last som placeras mellan två påsar/behållare med flexibla väggar som innehåller en dielektrisk vätska med önskvärda egenskaper. Last med påsar placeras i ett elektriskt/elektromagnetisk fält med en eller flera frekvenser understigande 900 MHz och ännu hellre frekvenser understígande 300 MHz.

Därefter fås det elektriska/elektromagnetiska ñltet att iörflytta sig i lasten genom att en eller flera av lasten omgivande behållare/påsar helt eller delvis deformeras mekaniskt.

Denna förflyttning av fältet sker som en konsekvens av brytningslagerr. 534 83? År Deforrnation kan ske pä flera olika sätt. Exempelvis genom stavar som förs igenom hål i kondensatorplattor eller genom hål i en kavitet. Stavarna kan vara utformade på ett flertal olika sätt. Mellan stavarna och det fältutjämnade materialet kan det finnas exempelvis en eller flera plattor/skivor pâ vilka stavarna trycker och som i sin tur trycker på det lältutjärnnade materialet. Stavarna kan på olika sätt vara flsta i plattoma, plattoma kan dessutom vara en integrerad del av behållaren som innehåller det lältrrtjämnade materialet.

Mellan lasten och det omgivande fältutjämnade materialet finns det ett eller flera skikt av ett eller flera material, exempelvis det material som innesluter det liltutjämnade materialet.

Skulle materialet/materialen få olyckliga kombinationer med avseende på tjocklek, dielektricitetskonstant och törlustfaktor riskeras lokala överuppvärnuríngar. Brytningslagen samt principen avseende fältenergi per volymsenhet är avgörande. Material och fysisk utformning utformas företrädesvis så att material som innesluter lasten eller det iältutjämnarrde materialet endast påverkar uppvärmningsprocessen marginellt.

Uppfmningen principiella utförande beskrivs enligt bifogad schematíska skiss. Den består av en kavitet (1), längst ned i kaviteten en antenn (2), i mitten en last (3), lasten omges av en fliltutjärnnande vätska (4) i en behållare i flexibelt material (5), behållaren är deformerade av en stav (6) som trycker på en platta (7).

Om ett skikt/skikten enligt ovanstående mellan last och fälttrtjämnade material är sammanlagt förhållandevis tjockt och har en relativt hög dielektricitetskonstant tenderar det elektriska fältet att brytas och eller vrida sig. Sådana vridningar kan resultera i områden av överuppvärmning i lasten.

Detta gäller speciellt om skiktet/skílrten mellan lasten och det filtrrtjärnnande materialet är lör tjockt och har för hög dielektricitetskonstant i förhållande till aktuell/a våglängd/våglängder i vakuum betingad av applicerad frekvens/fiekvenser. Skulle dessutom materíalet/materialení skíktet/skikten mellan lasten och det fältutjärnrrande materialet ha en alltför hög förlustfaktor riskeras lokala överuppvärrrmingar i ovan nämnda skikt/skikten.

För att säkerställa att någon av ovan nämnda överuppvärmningar inte inträffar bör tjockleken på skilaet/skiten rmderstiga 1 % av aktuell våglängd i vakurnn, ännu hellre 0.5 % av aktuell våglängd i vakuum och allra helst 0.1 % av aktuell våglängd i vakuum och dieleknicitetskonstant/dielektricitetskonstanterna understiger 200 % av lastens dielektrícitetskonstant, hellre 100 % av lastens dielektricitetskonstant, ännu hellre 50 % av lastens dielektricitetskonstant och allra helst 25 % av lastens dielektricitetskonstant.

Förlustfaktom bör understiga 100 % av lastens genomsnittliga förlustfaktor, ännu bättre 50 % av lasterrs genomsnittliga förlustfaktor och allra helst 25% av lastens genomsnittliga iörlustfaktor.

För att säkerställa att behállarna med fältntjämnade material är i god kontakt med ovan angivna last består dessa helt eller delvis av ett av ett flexr'belt material vars flexibla orm-iden är i kontakt med lasten. Det flexíbla materialet iär inte vara för tjockt samtidigt som dess elastieitetsmodul och dragstyrka skall vara fördelaldíga.

Det flexibla material som är i kontakt med lasten skall för att en god kontakt med lasten skall erhållas ha en tjocklek som understiger S mm, ändå bättre understiger 3 mm och i bästa firll understiger lmm dess elasticitelsmodul vid 20 ° C skall vara inom intervallet 0,05-4 GPa, ännu hellre 0,1-3 GPa och allra helst 0,2-2 GPa och dess dragstyrka skall vara inom intervallet 1-200 MPa, ärmu hellre 2-100 MPa och allra helst 6-80 MPa. 534 837 5 Laster kan ha mycket oregelbrmdna former, liven om det flexibla materialet mellan last och tältutjllmnade materialet är trmt och formbart kan mindre hålrum uppstå mellan last och behållare. Beroende på den elektrisk flödestñfliet i isotmpa hoppar samt brytningslagen leder uppkomsten av mindre hålrum inte till lokal överhettning då energin från elektriska filtet som leds utanför hålrummet ar liten. För stone hålrum kan problem med energikoncennation och överuppvärmning uppkomma.

Som en konsekvens av det tryck som erhålls i samband med deforrnationen av behåller-na med lältutjârnnade material elimineras/reduceras hålrummen/luttfickorrra mellan last och det flexibla materialet Det är fördelaktigt att välja det flexibla materialets tjocklek och materialegenslcaper på ett sådant sätt att kubikroten av ett hålrums volym under hela behandlingsprocessen understiger 4 % av kortast applicerad våglängd, hellre 2 % av kortast applicerad våglängd, annu hellre 1 % av kortast applicerad våglängd och allra helst 0,5 % av kortast applicerad våglängd.

E11 exempel på applikation: En last (exempelvis fryst blodplasma) med omgivande lültutjämnande material placeras i en kavitet bestyckad med en anterm/applíkator. Antennen/applikatom genererar ett elektromagnetiskt understigande 900 MHz, alternativt understigande 300 MHz.

Lasten med ñltrltjämnade material placeras mellan antennen/applikatom. Fälmtjärnnade materialet består av en eller flera vätskor inneslutna i en eller flera helt eller delvis flexibla behållare som helt eller delvis innesluter/omger ovan angiven last. Det lältutjämnande materialet kan till exempel bestå av avjoniserat vatten i polyetenpåsar.

Deforrnationen av behâllarna/påsarrra med dielektriskt material som helt eller delvis omger/'mnesluter lasten sker medelst mekanisk påverkan, behâllama med dielektriskt material deformeras genom att de utsätts för tryck på en eller flera prmkter/områden. Därigenom törflyttar sig tältet i lasten och överuppvärmning kan rmdvikas.

Deforrnation av behållarna/påsarna sker en eller flera gånger under den tid som lasten med omgivande material befinner sig i kaviteten.

Praktiskt sker detta genom att en eller flera stavari törs igenom ett eller flera hål i kaviteten.

Dessa stavar skjuts omväxlande in och ut. För att undvika/reducera eventuellt läckage av elektromagnetisk strålning skall längsta avståndeti hålet/hålen understiga 5%, ännu hellre 2 %, och allra helst 1% av våglängden i vakuum som korresponderar till lägsta applicerad fi-ekvens.

Alternativt kan lasten med omgivande dielektriska material placeras mellan två kondensatorplattor inneslutna i ett skärmande hölje. Hålen genom det skärmande höljet skall korrespondera mot ovan angivna hål igenom kaviteten

Claims (1)

1. 534 83? Krav . Metod för att reducera överuppvärnming av områden i dielektriska laster i ett elektriskt/elektromagnetiskt fält med en eller flera fiekvens/er understigande 900 MHz karakteriserad av att den dielektriska lasten är innesluten helt eller delvis i ett eller flera dielektriska material och att utjärruiing av uppvärmning i lasten erhålls genom att hela eller delar av lasten och det elektriska/elektromagnetiska fältet förflyttas relativt ' varandra. . Metod enligt krav 1 karakteriserad av det elektriska/elektromagnetiska fältet bringas förflyttas relativt last medelst mekanisk påverkan på/defonnation av det omgivande dielektriska material. . Metod enligt krav l karakteriserad av enbart lasten i det omgivande dielektriska materialet förflyttas relativt elektriska/elektromagnetiska fältet och omgivande dielektriska material. . Metod enligt krav 1 karakteriserad av att det omgivande elektriska/elektromagnetiska fältet förflyttas relativt lasten och omgivande dielektriskt material. . Metod enligt krav l karakteriserad av att lasten och omgivande dielektriskt material förflyttas relativt det omgivande elektriska/elektromagnetiska fältet . Metod enligt krav l och 2 karakteriserad av att den dielektriska lasten är helt eller delvis omgiven och i kontakt med behållare med helt eller delvis flexibla väggar och att det elektriska fältet förflyttas relativt lasten genom mekanisk påverkan/deformering av en eller flera omgivande behållare fyllda med dielektrisk vätska. . Metod enligt krav 1,2 och 6 där last med dielektriskt material placeras i ett elektriskt/elektromagnetiskt fált i en kavitet alternativt mellan två kondensatorplattor med ett eller flera hål i kavitet/ skärmande hölje karakteriserad av att en eller flera stavar förs igenom ett eller flera hål igenom skärmande höljet/kaviteten och defonnerar omgivande dielektriska material en eller flera gånger under uppvärmningsprocessen. . Anordning för att reducera överuppvännning av områden i dielektriska laster i ett elektriskt/elektromagnetisk fält med en eller flera frekvens/er understigande 900 MHz, där last bestående av ett eller flera dielektriska material, är omgivet helt eller delvis av ett eller flera fáltutjärrtnade dielektriska material, last och omgivande material placeras i en antenn/applikator försedd kavitet altemativt mellan två kondensatorplattor inneslutna i ett skärmande hölje karakteriserad av att den lasten omgivande dielektriska materialet/en defonneras en eller flera gånger under en uppvärmningsprocess. . Anordning enligt krav 8 karakteriserad av att det utjämnande dielektriska materialet/materialen är helt eller delvis en vätska/vätskor inneslutet/-na i helt eller delvis flexibla behållare. 534 837 "f 10. Anordning enligt krav8 och 9 karakteriserad av att den dielektriska lasten är helt 11. eller delvis omgiven och i kontakt med behållare med helt eller delvis flexibla väggar och att det elektriska fältet förflyttas relativt lasten genom mekanisk påverkan/deformering av en eller flera omgivande behållare fyllda med dielektrisk vätska. Apparat enligt lcrav 8,9 och 10 där last med dielektriskt material placeras i ett elektriskt/elektromagnetiskt fält i en kavitet eller alternativt mellan två kondensatorplattor med omgivande skär-mande hölje med ett eller flera hål i kaviteten/skärmande hölje karakteriserad av att en eller flera stavar förs igenom ett eller flera hål igenom skärmande hölje/kaviteten och deformerar omgivande dielektriska material en eller flera gånger under uppvärmningsprocessen.