Gesellschaft zur Förderung von Medizin-,
Bio- und Umwelttechnologien e. V.

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Mikrowellenthermische Heizprozesse werden typischerweise im Freqenzband von 915 MHz bis 5.7 GHz durchgeführt.
Am häufigsten verwendet wird eine Frequenz von 2.45 GHz. Sie eignet sich zur dielektrischen Erwärmung von polaren Molekülen (Dipole) und Ionen. Die Polarisation als Ergebnis der Wechselwirkung zwischen elektromagnetischem Feld (EM-Feld) und dem Heizgut wird durch die dielektrische Verlustzahl (e´´) beschrieben.

Industriell von Bedeutung sind zwei Ofenkonzepte. Beim Multimode-Applikator (Bild 1) befindet sich das Erwärmungsgut in einem stochastischen elektromagnetischem Feld (Bild 2). Die Mikrowellenenergie dissipiert im Erwärmungsgut. Die Verlustzahl des Heizgutes bestimmt wesentlich den realisierbaren Energieeintrag. Das Prinzip findet hauptsächlich Anwendung bei der Erwärmung von Wasser und wasserhaltigen Materialien sowie für die indirekte Mikrowellenerwärmung mit Suszeptoren.

Beim Monomode-Applikator existiert im Ofenraum ein Strahlungsfeld mit quasistationären EM-Feldmaxima. Unter bestimmten Bedingungen kann eine solche Feldkonfiguration über den gesamten Heizprozess aufrechterhalten werden.
Dieses Konzept eignet sich zur Erwärmung von schwach mikrowellenabsorbierenden Materialien mit geringen Verlustzahlen (z.b. Borosilikat, Cordierit, Alumosilikate).
Es können Feldintensitäten erzeugt werden, mit denen sich solche Materialien innerhalb von Sekunden auf Temperaturen bis zum Schmelzpunkt gebracht werden können.

Hybride Heizverfahren kombinieren Mikrowellen mit Wärmestrahlungs-heizprozessen mit dem Ziel einer Nivellierung von Temperaturgradienten zwischen Heizgutoberfläche und -zentrum. Mikrowellenheizverfahren sind meist teuerer als die konventionelle Erwärmung. Die volumeninhärente Erhitzung bietet zusätzliche Freiheitsgrade bei der Temperatur-Zeit-Steuerung (Ofenkurve). Dies bietet Potential bei der Thermobehandlung inbesondere von thermisch labilen und instabilen Materialien.

Die GMBU e.V. besitzt langjährige Erfahrungen sowie leistungsfähige Labor- und Versuchsanlagen für die Entwicklung und Anpassung von Heizprozessen für den konkreten Einsatzfall.

Forschungsschwerpunkte
  • Mikrowellenregeneration von Adsorbentien
  • Mikrowelleninduzierte Heterogene Katalyse
  • Mikrowellenunterstützte Steuerung der Phasentrennung bei Borosilikaten
  • Temperaturabhängige Steuerung der Mikrowellenleistung bei nichtlinearer Abhängigkeit der Verlustzahl von der Temperatur
  • Erwärmung thermisch instabiler Materialien (Denaturierung, Phasenübergang, Pyrolyse)
Leistungsspektrum
  • Appliaktionsuntersuchungen zur Erwärmung verschiedenster Materialien mit Monomode- und Multimodegeräten.
  • Entwicklung und Anpassung von Ofenkonzepten (Steh-, Wanderwellenapplikator, Resonator) an die spezifischen Anforderungen des Erwärmungsgutes/-prozesses.
  • Simulation und Messung von Feld- und Temperaturverteilungen im Ofenraum bzw. Erwärmungsgut mit Finite-Elemente-Methode (COMSOL Multiphysics ®)
  • Durchführung von Applikationsuntersuchungen zur Erwärmung von silikatischen karbonösen porösen Materialien
  • Entwurf von elektronischen Schaltungen zur Steuerung mikrowellenthermischer Prozesse (Leistungseinkopplung, Temperaturführung, Impedanzmatching) Programmierung von Steuer- und Regelprozessen