Hoogfrequent industrieel verwarmen

Verwarmen in de industrie

Voor veel industriële processen is warmte nodig. Warmte wordt gebruikt in een enorme verscheidenheid aan processen, voor een grote variëteit aan toepassingen, in diverse industriesectoren. Het verwarmen van materialen en producten kan op veel verschillende manieren. In al die gevallen wordt op de een of andere manier warmte aan een proces toegevoerd waarmee een product of een materiaal wordt verwarmd om het de gewenste eigenschappen te geven.

Een belangrijke categorie processen, die warmte nodig hebben, zijn droogprocessen. In de meeste gevallen wordt onder drogen verstaan het verwijderen van water. Ook het verwijderen van andere vluchtige bestanddelen uit materialen wordt tot de droogprocessen gerekend. Voorbeelden van droogprocessen zijn; uitdampen van vluchtige stoffen, indampen van vloeistoffen, onttrekken van (kristal)water, egaliseren van vochtgehaltes en vacuüm drogen.

De meeste industriële warmteprocessen berusten op warmteoverdracht via een warmteoverdrachtsmedium, bijvoorbeeld hete lucht of stoom. De warmte wordt verkregen door het verbranden van fossiele brandstoffen als olie of gas. Bij hoogfrequent verwarmen wordt het product direct verwarmd, zonder dat er een warmteoverdrachtsmedium nodig is. Elektriciteit wordt als energiebron gebruikt bij hoogfrequent veldverwarming. De energie voor verwarmen wordt overgedragen via een hoogfrequent elektrisch en/of magnetisch veld. Twee technieken die verwarmen via een hoogfrequent veld zijn diëlektrisch verwarmen en inductief verwarmen. Diëlektrisch verwarmen gaat via een hoogfrequent elektrisch veld; inductief verwarmen via een hoogfrequent magnetisch veld. Hoewel hoogfrequent veldverwarming een relatief dure techniek is, ten opzichte van de gebruikelijke verwarmingstechnieken in de industrie, biedt deze techniek in veel processen voordelen. Dit is een gevolg van de directe wijze van verwarmen.

Verschillen tussen hoogfrequent veldverwarming en conventionele verwarming

Het belangrijkste verschil tussen hoogfrequent veldverwarming en de conventionele manier van verwarmen, met bijvoorbeeld hete lucht of stoom, is de manier van verwarmen.

Conventionele verwarming	Hoogfrequent veldverwarming
warmte van buitenaf	warmte in het materiaal opgewekt
zelden homogene verwarming	homogene verwarming
slechte warmtegeleiding	warmtegeleiding speelt geen rol
droogprocessen tijdrovend	snelle droogprocessen
warmteverlies	weinig warmteverlies
omvangrijke installatie	compacte installatie
	gering ruimtebeslag

De voornaamste verschillen tussen conventioneel en hoogfrequentveld verwarmen worden hierboven gegeven.

Bij gewone verwarmingsprocessen wordt het oppervlak van het product of het materiaal verwarmd, bijvoorbeeld via hete lucht of stoom. De warmte dringt vervolgens via warmtegeleiding van buitenaf het product of het materiaal in en verwarmd op die manier uiteindelijk het hele product. De thermische weerstand van het materiaal bepaalt hoe snel de warmte het materiaal indringt ofwel bepaalt de opwarmsnelheid. Wil er een warmtestroom ontstaan dan moet er een temperatuurverschil zijn tussen de buiten- en de binnenkant van het product. De verwarming is dus inhomogeen. Hoe hoger het temperatuurverschil, hoe hoger de opwarmsnelheid. Echter in praktijk is de temperatuur aan de buitenkant aan grenzen gebonden omdat het product anders beschadigd.

Bij hoogfrequent veldverwarming wordt het product zelf, direct, verwarmd; ofwel het product wordt volumetrisch verwarmd. De warmte hoeft niet via geleiding het materiaal in te dringen, de thermische weerstand van het te verwarmen materiaal speelt nauwelijks een rol. Het product of materiaal kan daardoor snel en homogeen worden verwarmd met een hoog vermogen. Met hoogfrequent veldverwarming kunnen hoge opwarmsnelheden worden bereikt, zonder dat lokaal hoge temperaturen optreden. De snelle opwarming leidt tot kortere procestijden en tot een snellere doorloop van het product in een proceslijn. Het product moet wel geschikte materiaaleigenschappen hebben voor hoogfrequent veldverwarming.

De snelle homogene verwarming bij hoogfrequentveld verwarming biedt ook voordelen bij droogprocessen. Drogen kan zeer langzaam gaan speciaal in de laatste droogfase. In deze fase is de laag aan het oppervlak van het product droog, terwijl er nog vocht binnen in het product zit. Door de droge oppervlaktelaag is de thermische weestand van de laag hoog en kan de warmte moeilijker het materiaal indringen. Het materiaal warmt daardoor minder snel op, er kan minder snel water worden verdampt, waardoor het droogproces wordt vertraagd. Bij hoogfrequente verwarming en vooral bij diëlektrisch verwarmen wordt het materiaal volumetrisch verwarmd. De thermische weerstand speelt nauwelijks een rol. Het product kan daardoor snel homogeen worden verwarmd waardoor de droogsnelheid hoog blijft.

Voor de meeste processen waar verwarmd moet worden is verwarming van buiten af de meest economische methode. Voor bepaalde processen en producten kan, om economische of kwaliteitsredenen, hoogfrequent veldverwarming uitkomst bieden. Directe verwarming van producten en materialen is mogelijk met diëlektrische en inductieve technieken.

Voordelen van hoogfrequent veldverwarming

Hoogfrequent verwarmen of drogen wordt bij industriële processen toegepast omdat producten en materialen zelf, volumetrisch, worden verwarmd. Dat leidt tot een of meer van de volgende voordelen ten opzichte van conventioneel verwarmen en drogen:

• kortere opwarmtijden
• verhoogde productiecapaciteit
• van batch naar continu proces
• lagere bedrijfskosten
• goede regelbaarheid
• gelijkmatiger producttemperaturen
• hogere productkwaliteit
• besparing op energiekosten
• gering ruimtebeslag
• mogelijkheid tot automatiseren
• goede werkomstandigheden
• selectief drogen
• innovatieve producten en processen

De voordelen ontstaan vooral doordat met hoogfrequente technieken het product intern, volumetrisch, in zijn geheel wordt verwarmd. Daardoor kan sneller worden verwarmd wat de procestijden behoorlijk verkort. Dit leidt op zijn beurt tot hogere productiecapaciteiten, kostenbesparingen en andere voordelen.