CN108423319B - 用于热分解系统的膜盒 - Google Patents

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Abstract

一种用于热分解系统的膜盒，该膜盒包括：封闭罩，具有围封在罩中的内腔体；该内腔体中含有能热分解材料的至少第一隔间。

Description

用于热分解系统的膜盒
本申请是分案申请，其母案申请的申请号为201580006129.6(国际申请号为PCT/IL2015/050094)，申请日为2015年1月27，发明名称为“快速高压微波热分解系统、膜盒和其使用方法”。
技术领域
本发明涉及通过利用射频(RF)能量热分解各种原材料而在压力下产生二氧化碳用于饮料等。
背景技术
用于使用微波实现热分解的各种方法和设备在现有技术中是已知的。代表性实例包括WO 2013/070095，其描述了一种例如在有机废料的热解中使用的微波加热或反应设备。EP 343 673 Al描述了一种用于制造超轻质苏打的工艺，其中碳酸钠是利用微波能量进行处理。现有技术尚未公开一种用于使用微波热分解产生二氧化碳的方法或设备。
发明内容
在一方面，本发明是一种热分解系统，其包括：射频(RF)能量发生器；RF天线或电极，其连接到所述RF发生器；具有可密封开口的膜盒腔室，所述可密封开口适用于收纳并保持包括可热分解材料的至少一个膜盒且承受形成在所述膜盒中的定义压力；和至少一个通道，其具有通向所述膜盒的第一端和连接到压力阀的第二端。因此，施加RF能量于所述膜盒中的所述可热分解材料导致热分解，所述热分解形成气体。
在另一方面，本发明涉及一种用于热分解系统的膜盒，其包括围封腔体的封闭罩和所述腔体中含有可热分解材料的至少第一隔间。在实施例中，所述膜盒进一步包括过滤器以防止所述可热分解材料以及热分解的副产物在所述材料的热分解期间从所述膜盒中排出。
在另一方面，本发明是一种用于产生二氧化碳的方法，其包括提供RF能量发生器以及连接到所述微波发生器的RF天线和电极，以及将在热分解时形成二氧化碳的可热分解原材料围封在膜盒腔室中的膜盒中。所述膜盒腔室具有适用于收纳所述膜盒的可密封开口，且所述膜盒适用于承受在所述热分解期间形成的预定压力。提供具有通向所述膜盒的第一端和连接到压力阀的第二端的通道。利用所述RF能量发生器产生射频能量以对所述可热分解材料加热且在压力下形成二氧化碳。
在另一方面，本发明涉及使用理论微波功率吸收系数和实验结果两者对热分解的热力学建模以获得最优碳酸氢钠，所述实验结果是给定质量的碳酸氢钠的含水率以及微波频率。根据这些数据，开发系统元件以在最小时间量内从所述热分解处理中产生最大二氧化碳提取。
本发明的实施例提供了一种由射频电源和定制设计腔体构成的独特快速加热系统。所述系统被设计成用于在高压下对诸如碳酸氢钠粉末的可热分解材料加热以快速有效地提取二氧化碳。
附图说明
本说明书的结论部分中特别指出并明确要求了被视为本发明的主题。然而，本发明就组织和操作方法两者以及其目的、特征和优点来说可在结合附图阅读时通过参照以下详述而被最佳地理解，在附图中：
图1至图4是根据本发明的某些实施例的热分解系统的示意图；
图5和图6是热分解系统的其它实施例的示意图。
图7是根据本发明的实施例的具有适用于两个膜盒的膜盒腔室的系统的示意图；
图8是根据本发明的实施例的用于同时进行热分解和水加热的系统的图解；
图9是根据本发明的某些实施例的高压微波热分解系统的另外的图解；
图10至图14是根据本发明的实施例的膜盒的示例性图解；
图15是根据本发明的实施例的用于材料的热分解的方法的流程图。
图16是示出碳酸氢钠的离子溶液的总耗散依据固定微波频率下的温度和离子浓度变化的图表。
图17是示出碳酸氢钠溶液微波耗散依据固定微波频率下的含水量变化的图表。
图18是示出反应时间依据在20℃至150℃的范围中碳酸氢钠的热分解的含水量变化的图表。
将明白，为了说明的简单和清楚起见，图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，某些元件的尺寸可为了清楚起见而相对于其它元件有所放大。另外，在认为合适的情况下，图中可重复参考符号以指示对应或类似元件。
具体实施方式
在以下详述中，阐释众多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员将了解，本发明可在无这些具体细节的情况下实践。在其它实例中，没有详细描述众所周知的方法、程序和组件以免使本发明变得晦涩难懂。
根据本发明的优选实施例利用具有3KHz至300GHz的频率的RF能量，所述RF能量还包括具有300MHz至300GHz的频率的微波(MW)能量。本文中涉及利用MW能量进行加热的实例不应被视为限制本发明。同样地，本文中使用以2.4GHz至2.5GHz的频率操作的可商购MW能量产生元件的实例不应被解释为限制本发明。
“湿粉末”被理解为指代与吸收MW能量的液体混合的粉末。此类液体包括(不限于)水、油、乙醇或其它溶剂、水-乙醇溶液等。湿粉末可包含SBC和水，在所述情况中SBC粉末可部分溶解在水中。“热分解”是指在加热时形成气体的化学反应。热分解包括(但不限于)形成二氧化碳的碳酸氢钠的热分解。
基于微波(MW)吸收加热的热分解是一个复杂的动态处理过程。微波吸收相依参数在所述处理过程期间全部发生改变且可造成非所需结果，诸如热散逸和分解效率变差。另一方面，整个处理过程期间的最大微波吸收可通过事先了解主处理过程参数的变化以及控制经受微波热能的成分的成分比率而实现。
一般来说，材料中的MV能量吸收受耗散电介质和离子导电的两种主要机制影响。总耗散成分(其是材料介电常数(ε")的相对虚部)是电介质吸收成分(εd”)与离子耗散吸收(εc”)的和：
ε″＝ε″d+ε″c (1)
电介质吸收是由趋向于在被引入到MW辐射的交变电场中时旋转的分子偶极子所致。电介质吸收是电场的角频率(ω)、分子偶极子弛豫时间(τ)和零角频率下的材料介电常数值与无限角频率下的值之间的差值(εΔ)的函数：
Figure BDA0001638323140000051
离子导电是由用作沿MW辐射的电场振荡的自由带电粒子的移动溶解离子所致。离子耗散吸收等于电导(σ)与真空介电常数(ε0)和电场角频率的乘积之间的比：
Figure BDA0001638323140000052
这两种机制均由于偶极子移动和分子间摩擦力而促成目标加热。材料中吸收的加热功率密度(P)取决于平均电场强度(E)、材料总耗散(ε0ε”)和电场角频率(ω)：
P＝ωε0ε″E2 (4)
MW吸收在热分解处理过程期间归因于材料温度、偶极子数量(含水量)和离子浓度的变化而大幅改变。使用碳酸氢钠(“SBC”)-水系统作为实例，图17图示了离子溶液的总耗散依据固定MW频率下的温度和离子浓度而变化。
根据本发明的实施例的系统利用电介质加热以将靶材(例如，湿SBC粉末)加热到150℃以上，其是发生有效热分解的温度范围。在50℃以上，碳酸氢钠(NaHCO3)转化为63.1质量％的碳酸钠(Na2CO3)、10.7质量％的水(H2O)和26.2质量％的二氧化碳(CO2)。反应速率随温度呈指数增加，且就分解速率来说在约200℃是最优的，其中90％以上的原始材料在一分钟内分解。在更高温度下，开始另外的处理且二氧化碳产量降低。
使用电磁场模拟软件，微波腔体与典型微波相比被设计为具有紧凑尺寸。在此设计中，优化反应腔室的位置和几何形状以减少返回进入微波发生器(例如，磁控管)源中的反射并获得跨腔室的均匀加热。
优化MW辐射吸收是通过将性能集中在对湿粉末加热从而允许粉末中的液体尽可能有效地产生热量并跨腔室中的粉末输送热量而实现。已发现，当水分子从液体转化为蒸气时，粉末的加热效率下降。为了甚至在高于100℃的温度下将腔体中的微波吸收保持为高，在加热期间将容器以耐压密闭方式密封且因此将水保持为液态。这实现了水与粉末之间的热量的有效传送，并大幅降低水损失。
磁控管被紧紧地安装在微波腔体上以使微波能量辐射不泄漏。已开发并在根据本发明的实施例的系统和方法的性能的测量期间使用的系统在利用标准1kW磁控管操作时遵守辐射安全规则。
微波腔体是使用电磁场模拟器和使用Agilent 5230A网络分析器来特征化。
在模拟器中，提取水填充反应腔室在频率范围2.4GHz至2.5GHz中的反射系数S11(这些频率下的SBC的电介质函数是未知的)。因为系统不存在泄漏且因为系统的其它部分中不存在吸收，所以可根据反射系数直接计算所吸收的功率量。为了使磁控管免于损坏和长期恶化，设想将反射功率保持在5％以下。在所测试设计中，反射功率在磁控管频率的不确定范围(2.4GHz至2.5GHz)内是在1％至3％的范围中。
所述装置在低功率下使用网络分析器(Agilent 5230A)进行试验测试，从而测量2GHz至3GHz频率范围中的反射系数S11。制造几何形状和尺寸类似于标准商用微波炉天线的天线且所述天线通过50Ω传输线连接到网络分析器。
在另一方面，本发明涉及一种用于产生二氧化碳(CO2)的SBC处理基板的高效热MW分解的模型。此模型可用来指定膜盒内容物、设备元件和处理参数以控制二氧化碳的产生。
SBC的热分解反应由以下项表示：
2NaHCO3→Na2CO3+H2O+CO2 (5)
呈固体或粉末形式的SBC几乎不具有MW吸收性质(ε"<10-2)且仅仅MW将无法分解基板。将水添加到基板归因于增加的偶极子和溶解的离子而大幅地增加MW吸收，而且因为更多MW能量耗散在加热水而非基板上而降低基板分解的效率。
基于理论MW功率吸收系数和实验结果两者的半实验物理模型与热分解的热力学关联以提供SBC的初始值：每份SBC给定质量的含水率以及MW频率，以在最少时间内实现来自热分解处理过程的最大气体提取。
如上文提及，固定MW频率和给定初始温度的MW吸收取决于SBC溶液的含水量。低含水量(<20％)分别归因于低偶极子浓度和低离子迁移率而具有低电介质和离子吸收。虽然在高含水量(>90％)的情况下电介质达到最大值，但是离子浓度是可忽略的。因此，可在对应于高浓度溶液的含水量下发现最大吸收值。图17中展示了依据含水量变化的MW吸收。
在MW热分解期间，SBC溶液的许多热力学性质快速改变。将溶液从20℃加热到100℃不仅仅将SBC可溶性加倍，而且离子耗散变为MW吸收的主导模式。CO2提取速率增加三个数量级。因此，分解速率对温度极为敏感，且为了降低总处理时间，关键要达到最大可能温度。
将溶液加热到期望温度(150℃的量级)所需要的热能(Q)是溶液成分(SBC和水)的热能的和。
Figure BDA0001638323140000081
其中mSBC和mW分别是SBC和水的质量；
Figure BDA0001638323140000082
和
Figure BDA0001638323140000083
分别是SBC和水的比热容；ΔΤ是温度差；且QL是水蒸发的潜热。对处理总持续时间(t)的理论估计是所吸收功率所需要的热能的商。
Figure BDA0001638323140000084
此持续时间取决于含水量，由于相对较弱溶液MW吸收而主要在低含水量值和高含水量值处增加(图18)。
膜盒中的初始含水量是至关重要的，因为其确定贯穿动态处理过程的剩余部分的水平衡。热溶液中存在过多的水可能不利于反应，从而由于集中吸收溶液中的水部分和由溶液内部形成蒸汽和/或对流引起的非所需冷却而导致MW吸收降低。同时，低含水量将影响处理效率，从而影响离子迁移率并防止热能到达SBC的干燥区域。
现在参考图1和图2，其分别是热分解系统100的示意图和集中于膜盒腔室110的系统100的部分视图100A。热分解系统100可包括微波发生器130；连接到微波发生器130和膜盒腔室110的微波天线135。
膜盒腔室110可具有适用于收纳并气密保持至少一个膜盒120的可密封开口(未示出)。根据本发明的某些实施例，膜盒120可包括可热分解气源，诸如SBC、沸石和在热分解时形成CO2的任何其它材料。根据某些实施例，可热分解材料可呈粉末形式。根据其它实施例，可热分解材料可呈湿粉末形式。还根据其它实施例，湿粉末可为65％至85％的可热分解材料(诸如SBC)和35％至15％的水的混合物或组合物。根据某些实施例，可热分解材料与水的比率可为3比1。
根据本发明的某些实施例，膜盒腔室110在被密封时可承受例如在系统100的操作期间形成在膜盒120中的20巴的定义压力。根据某些实施例，膜盒腔室110可对膜盒120的外罩提供机械支撑以防止膜盒120在系统100的操作期间归因于其内形成的压力而破裂。
系统100可进一步包括至少一个通道140。根据某些实施例，通道140可具有通向所述膜盒的第一端145a和连接到压力阀150的第二端145b。
根据本发明的某些实施例，膜盒120可为一次性薄金属膜盒120。根据替代实施例，膜盒腔室110可由对RF能量几乎通透的不导电材料制成，应了解对RF能量几乎通透意指材料阻止微波频率范围中小于1％的RF能量。
根据某些实施例，当膜盒120被插入到膜盒腔室110中时，膜盒120可与微波天线135发生电接触。本领域技术人员应明白，当膜盒120是由金属制成时，膜盒120可在与天线135接触且通过天线135向膜盒120产生RF能量(诸如微波能量)时变为一次性微波腔体。根据本发明的其它实施例，膜盒120可包括插口127。根据某些实施例，微波天线135可通过插口127穿透到膜盒120的内腔体中。根据其它实施例，微波天线135可在膜盒120的内腔体内沿笛卡尔(Cartesian)坐标系的至少两个轴移动。应明白，天线135可在系统100的操作期间移动以在膜盒腔室110内产生均匀热分布。应进一步明白，当膜盒腔室110和膜盒120具有相对较小尺寸时，可实现均匀热分布而不移动天线135。术语“相对较小”在此情况中涉及其中腔室的内容物的温度在定义的时段内跨至少大部分内容物体积达到期望水平的尺寸。根据某些实施例，腔室110可相对于天线135移动。天线135可进一步包括至少一个微波能量集中元件，诸如提供极高密度电场的尖锐尖端，所述微波能量集中元件可进一步促成热积累。根据某些实施例，能量集中元件可适用于在膜盒120插入到膜盒腔室110中时通过膜盒120的一个或多个面穿透到膜盒120中。
系统100可进一步包括压力传感器170以测量并提供内管或通道140中的压力指示。根据某些实施例，压力传感器170可连接到控制电路175或与控制电路175通信，且可将关于腔室110中的压力的数据基本上实时地传输到控制电路175。
根据某些实施例，控制电路175可连接到微波发生器130或与微波发生器130通信以通过(例如)基于从仪表170接收的数据且任选地还基于可分解材料的若干类型、膜盒的若干大小和/或材料等的预存储能量吸收行为曲线控制由发生器130产生的频率来控制微波能量。
根据某些实施例，膜盒腔室110可由金属制成或可具有金属包壳使得膜盒腔室110可用作微波腔体。根据某些实施例，膜盒腔室110可包括微波腔体且可部分填充有电介质材料。
微波腔体可由厚铝壁制成且可部分填充有对RF能量基本上通透的材料(诸如(不限于)TeflonTM(聚四氟乙烯))，从而给微波腔体留下了足够大的作业空间。根据本发明的一个实施例的内微波腔体尺寸大小可为100X60X60mm(360ml)。根据其它实施例，可使用更小尺寸的微波腔体。根据某些实施例，膜盒腔室110中的微波腔体可为高压腔室。
参考图3和图4，图3示意地描绘由电介质材料制成的高压腔室100B和由金属材料制成的膜盒121B，图4描绘具有由金属制成的腔室内壳的电介质材料的腔室100C和由电介质材料制成的膜盒121C。可意识到，腔室110可由电介质材料制成，而膜盒120可由金属制成且用作微波腔体，而根据其它实施例，膜盒120可由电介质材料制成且腔室110可由金属制成并用作微波腔体。参考图1和图2，根据一个实施例，膜盒腔室110的内腔体可具有30毫升(ml)至40毫升(ml)的容积。膜盒腔室110可包括微波天线狭槽或插口115。
根据本发明的某些实施例，可进入膜盒腔室110以通过腔室110的侧A(图1)进行填充，例如以插入膜盒，且可例如利用软木塞(未示出)来密封。根据某些实施例，软木塞或任何其它密封构件可通过硅酮O形环(未示出)按压在Teflon上。应明白，可使用如本领域中已知的其它密封构件和方法。
根据某些实施例，腔室110中在分解处理过程期间产生的气体通过内管或通道140排放而后通过压力阀150进入外部低压腔室(未示出)中。
根据本发明的某些实施例，此结构可被设计并建造成承受高达20巴的压力和高达250℃的温度而观察不到任何降级。
膜盒腔室110中的微波腔体可被设计成用于以其最低频率模式操作，所述最低频率根据某些实施例落在2.4GHz至2.5GHz的范围中。根据本发明的某些实施例，天线135可通过狭槽115插入膜盒腔室110的侧B中。根据某些实施例，天线135可通过膜盒120的插口127穿透到膜盒120的内腔体中。
根据图2中描绘的实施例，天线135无法穿透到膜盒120中，但是可紧邻膜盒120的一个面121a。根据某些实施例，膜盒120靠近天线135的面121a可由对微波能量几乎通透的电介质材料制成。根据某些实施例，膜盒120的剩余面可由金属材料制成。
根据某些实施例，膜盒120的整个外层121可由金属材料制成。根据此实施例，天线135可与膜盒120的金属外层121发生电接触，使得膜盒120的外层121可用作微波天线。
归因于膜盒120中的湿粉末的电介质常数和微波发生器130的频率的不确定性且归因于电介质常数在不同温度下的变化，如本领域中已知，可运用一个或多个调谐构件以实现作业点(例如，微波频率、微波腔体中的天线的位置等)的优化。
现在参考图5，其图示了根据本发明的另一实施例的系统200。类似于图1和图2中所示的实施例，系统200可包括膜盒腔室210以收纳并保持膜盒220。根据某些实施例，系统200可进一步包括微波发生器230(例如磁控管)、微波天线235和适用于经由膜盒腔室210将来自天线235的微波能量引导到膜盒220的波导237。
如图5中进一步所见，膜盒220可由金属制成且可具有由对RF能量几乎通透的不导电材料制成的部分228。
根据某些实施例，膜盒腔室210可具有水管狭槽212以允许水通过水管280插入到膜盒220中。如图5中所见，膜盒220可具有开口222以收纳所述水管280的出口285。
根据本发明的某些实施例，膜盒腔室210可包括内管240以通过压力阀250将来自膜盒220的产物气体(诸如CO2)排放到低压腔室(未示出)。
根据本发明的某些实施例，膜盒220可包括过滤器260以防止可热分解材料粒子从膜盒220排出到通道240。
参考图6，呈现用于将RF功率传输到可分解材料的不同布置。如图6中所见，彼此相对放置的两个金属天线或电极235a和235b在一端处连接到AC RF能量源230且在另一端处连接到微波腔室220的相对侧。除RF电极/传输板布置为腔室220的微波源的区别之外，加热装置200A基本上类似于图5的加热装置200进行操作。
现在参考图7，其是适用于收纳并保持两个膜盒320a和320b的膜盒腔室310的示意图。如图7中所见，膜盒腔室310可具有第一区域或空间310a和第二区域或空间310b。根据本发明的某些实施例，发射到膜盒腔室310中的微波能量的热效率可不均匀地分布。例如，热效率可被调谐为对一个区域(例如区域310a)所提供的热能多于提供到另一个区域(例如区域310b)的热能。因此，应意识到，位于腔室310的更高热效率区域中的膜盒320a或320b中的一个的内容物将在给定时间间隔和两个膜盒的内容物的给定类似热系数中被加热到高于另一膜盒320a或320b的内容物的温度。
根据本发明的某些实施例，此不均匀加热处理可用来产生在高压微波热分解系统(图1和图2中的100)的单个操作循环中具有不同加热需求的不同最终产物。例如，用于在单个操作循环中制备苏打水和浓咖啡的家用电器可通过以下项来实现：将含有SBC湿粉末的膜盒放置在腔室310中热效率最大以实现将SBC湿粉末在30秒钟内加热到150℃至200℃的范围内的温度的区域中，以及将包括粒状咖啡的另一膜盒放置在腔室310中热效率较低使得在30秒钟的循环期间粒状咖啡将不会被加热到例如超过90℃的温度以避免减损咖啡的期望特性的区域中。将明白，此实施例可用来同时并发地产生其它产物对，诸如碳酸水和草本茶、碳酸水和泡沫牛奶、发泡饮料、发泡酸奶等。根据某些实施例，可通过相对于区域310a和310b不对称地放置RF源(例如，天线335)实现将具有不同加热效率的RF能量提供到区域310a和310b，使得一个区域(例如区域310a)中接收的RF引发的能量高于区域310b中接收的能量。
现在参考图8，其是根据本发明的系统400A的实施例。如图8中所见，膜盒腔室410可用作对膜盒420中所含的物质进行压力加热的微波腔体。如图8中进一步所见，膜盒腔室410可包括行进穿过其中的水管490。水管490可使水行进穿过膜盒腔室410，且微波天线435可传输RF能量以同时对膜盒420的内容物和管490中所含的水两者进行加热。系统400A可进一步包括水管492，水管492适用于在其被放置于腔室410内部时穿透到膜盒420中，且可进一步适用于提供水以在使用干粉末时湿润膜盒420的内容物。
参考图9，图示了系统400B的实施例。腔室410的内容物的加热可基本上如关于图5所述般进行。如图9的实施例中所见，泵493和水源494可经由管道系统496连接到腔室410，以通过管442泵抽所排放的气体，且以基本上连续的处理将来自水源494的水泵抽回到膜盒腔室410并使水进入膜盒420中。
现在参考图10至图14，其分别图示了根据本发明的实施例的示例性膜盒520A至520E。膜盒520A至520D可包括封闭外层或罩521，封闭外层或罩521具有围封在罩521中的内腔体522。图14的膜盒是适用于具有定位在膜盒腔室中的第一区域和第二区域中的隔间的双膜盒。
根据某些实施例，膜盒520可包括腔体522中的至少第一隔间523以包括可热分解材料(未示出)且可包括过滤器560以防止可热分解材料的粒子在材料的热分解期间从膜盒520中排出。
根据本发明的某些实施例，罩521可由对RF能量几乎通透的不导电材料制成。根据其它实施例，罩521可由金属制成。本领域技术人员应当明白，当罩521是由金属制成时，罩521在与微波发生器接触时可为微波腔体。
根据本发明的某些实施例，膜盒520可释放二氧化碳(CO2)气体，所述气体可在膜盒520的隔间中所含的SBC的热分解期间释放。
根据本发明的某些实施例，膜盒520A可包括插口524以收纳微波天线535。
根据替代或另外的实施例，膜盒520D可包括连接到罩521且突出到膜盒520的腔体522中的微波能量集中元件525。
根据某些实施例，插口524可适用于在膜盒520插入到热分解系统(图1和图2中的100)中时允许天线535穿透到膜盒520的腔体522中。
根据本发明的某些实施例，膜盒520B可包括第二隔间526(图11中)以含有第二物质，诸如香料物质。
根据某些实施例，膜盒520A可包括由可撕开密封件528a遮盖的开口528。开口528可适用于在膜盒520插入到系统(图1中的100)中时收纳通道(图1中的145)的孔口(图1中的145a)。根据某些实施例，膜盒520C可包括另一开口529，开口529可由可撕开密封件529a遮盖。开口529可适用于收纳水管(图5中的280)的出口。
图14描绘了适于将不同的原材料加热到膜盒腔室的不同区域内的膜盒中的不同温度的双膜盒腔室布置。例如，膜盒腔室含有第一隔间530A和第二隔间530B，第一隔间530A含有第一膜盒536A，第二隔间530B含有第二膜盒536B。膜盒536A和536B是由连接件连接。此配置允许所述两个膜盒定位在具有相应热效率的膜盒腔室的分开区域中。腔室的第一区域可由抑制RF能量从第一区域到第二区域的传输的壁532分开，而外部腔室外壳具有包围高热效率的区域530B的金属壁534。
根据本发明的某些实施例，膜盒536A含有不会变热的物质(诸如香料)，而膜盒536B含有将被加热且热分解的物质，优选地湿SBC粉末。膜盒被提供为具有顶部和底部密封件560以维持归因于仅在膜盒536B内形成CO2而产生的压力积累。膜盒536B进一步包括膜盒的底面处用来释放CO2的气体出口管道562。
参考图15，其是根据本发明的实施例的描绘通过热量产生气体的处理过程的示意流程图。将诸如碳酸氢钠的材料提供到加热腔室中(方框802)。材料可为能够在热分解时释放CO2的任何材料。将RF能量提供到腔室中的材料(方框804)。随着压力归因于CO2的释放而建立在腔室内部，由控制系统控制压力以将处理参数设置为预定义值(方框806)。根据本发明的实施例，可在加热腔室中对另外的材料/液体加热。根据本发明的实施例，可将诸如水的液体循环通过所加热的材料以改进液体中所释放的气体的吸收(方框812)。收集所释放的气体并将其注入到贮液器中以产生气体饮料(方框814)。
呈粉末、针状物和薄膜形式的MW感受器材料可在膜盒内部使用或用作膜盒的成分以改进热分解处理的效率。感受器材料包括(不限于)铝粉、陶瓷、金属化膜和本领域中已知的展现出温度与所施加的MW功率(“电纳”)成比例地快速上升的其它材料。感受器材料用作腔体内部和敞开空间中的有效MW吸收体。因此，在含碳酸氢钠的膜盒内部添加感受器材料或使用感受器材料作为膜盒罩可绝对地使热分解处理的效率递增。
预期使用MW感受器的两种主要配置来结合本发明使用：湿膜盒和干膜盒。在湿膜盒配置中，将感受器元件添加到膜盒允许对感受器附近的SBC加热，但是膜盒内部的含水量在所述处理过程期间降低，其造成膜盒冷却且MW吸收下降(如上所述，分别由于能量和质量流出)。感受器和水组合在一起使得与仅含水和SBC而无感受器的膜盒相比分解速率可快很多。在干膜盒配置中，放置在膜盒内部的感受器元件吸收MW能量并直接促成对低吸收材料(诸如SBC粉末)的加热以实现热分解处理。
实例A
建立由小型专用MW腔室和连接到压力计使微波排出的管道组成的系统。瞬间减压阀位于管道上，其中管道端进入由聚碳酸酯(PC)制成的0.5L塑料瓶。专用喷嘴位于管道的末端上，其中压力计连接到所述瓶，测量瓶内的压力。还连接使水循环进出塑料瓶的泵。水瓶填充有水并被冷却到36℉的温度。
膜盒由填充有与5cc水混合的25g SBC的可重复使用的聚四氟乙烯(Teflon)组成。膜盒被收纳到适合微波腔室的腔体中。微波腔室接着被激活，因此对膜盒内容物加热。
同时，水泵被激活，从而不断地混合水。当MW腔室内部的热量上升时，压力计开始上升，指示来自膜盒中的二氧化碳的产生/提取。当微波腔室内部的压力达到15巴时，阀门打开——允许气体进入瓶中。瓶内的压力上升(由来自所连接的压力计的读数指示)。水循环导致气体溶解在水中，因此降低瓶内的压力。
重复所述处理若干次——将二氧化碳的脉冲释放到瓶中并将其混合——直到微波腔室内部的压力停止上升为止，指示碳酸氢钠中所含的所有气体均已被释放了。完整的操作持续时间不超过1分钟。
使用ICI测试器测量瓶内产生的苏打，指示GV(气体体积)水平已达到4.2。
实例B
实例A的系统用于另外的实验组，利用相同膜盒外壳但是不同比率的碳酸氢钠和水(24g获得的碳酸氢钠与5.5cc水混合)，且以连续而非脉冲式序列吸取气体。
水瓶内的水被冷却到36℉的温度，且泵被激活以使瓶内的水循环。微波腔室接着被激活，且一旦腔室内部的压力上升到20巴——阀门便打开且保持打开40秒钟。使用ICI测试器测量瓶内产生的苏打，指示GV(气体体积)水平已达到3.1。
本申请要求2014年1月27日提交的第61/931,720号美国临时专利申请的权益，所述申请的全部内容是以引用方式并入。
虽然本文中已说明并描述了本发明的某些特征，但是本领域中的一般技术人员现在将想到许多修改、替代、改变和等效物。因此，应了解，所附权利要求书旨在涵盖如落在本发明的真实精神内的所有这样的修改和改变。另外，本文中公开的实施例有所涉及，使得在不脱离本发明的范围的情况下，本说明书中结合一个实施例或一项独立权利要求所公开的特征和附属限制也可与另一实施例或另一项独立权利要求组合。

Claims (7)

1.一种用于热分解系统的膜盒，所述膜盒包括：
封闭罩，具有围封在所述封闭罩中的内腔体；
所述内腔体中含有能热分解材料的至少第一隔间，所述能热分解材料仅包含碳酸氢钠和水。
2.根据权利要求1所述的膜盒，其中所述罩由对RF能量基本上通透的不导电材料制成。
3.根据权利要求1所述的膜盒，其中所述罩由金属制成。
4.根据权利要求1所述的膜盒，其中所述膜盒在被加热时释放二氧化碳(CO2)气体。
5.根据权利要求1所述的膜盒，其进一步包括所述内腔体中的第二隔间，所述第二隔间包括香料物质。
6.根据权利要求1所述的膜盒，其进一步包括由能撕开密封件遮盖的开口，所述开口用于在所述膜盒插入到所述系统中时收纳所述热分解系统的通道的孔口。
7.根据权利要求1所述的膜盒，其进一步包括由能撕开密封件遮盖的开口，所述开口用于收纳水源的出口。
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