CN108472622A - 用时变微波频率或多个微波频率微波照射室 - Google Patents

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Abstract

反应室含有一种或多种催化材料。一个或多个可调谐微波源各自发射在对应时变微波频率下或在同时多个不同微波频率下的微波辐射。一个或多个微波传输元件用由一个或多个微波源发射的微波辐射照射该反应室的该内部体积，该微波辐射沿着该一个或多个传输元件传播到该反应室中。该反应室的特征在于固定频率的稳态温度空间分布的最大温度变化，该稳态温度空间分布通过由在基本上固定的微波频率下和在参考微波功率水平下的微波辐射照射该反应室来产生。由具有一个或多个时变微波频率或同时多个不同微波频率的该微波辐射在该参考微波功率水平下照射该反应室引起具有最大温度变化的多频率温度空间分布，该最大温度变化小于该固定频率的稳态温度空间分布的最大温度变化。

Description

用时变微波频率或多个微波频率微波照射室
优先权要求
本申请要求基于以Paul E.King名义于2015年11月02日提交的题为“用时变微波频率微波照射室(Microwave irradiation of a chamber with time-varying microwavefrequency)”的共同待决的美国临时申请号62/249,891的优先权，所述临时申请特此通过引用结合，如同本文完全阐述一般。
技术领域
本发明的领域涉及使用微波照射进行的加热。具体地，本文描述了用于使用时变微波频率或多个同时微波频率微波照射室的装置和方法。
背景技术
存在许多实例，其中含有催化材料的反应室用微波能量照射以增加该室中一种或多种催化的化学反应的速率。若干那些实例描述于：
-Helm在03/06/1984发布的题为“Method of producing carbon monoxide andhydrogen by gasification of solid carbonaceous material involving microwaveirradiation[通过利用微波照射气化固体碳质材料产生二氧化碳和氢的方法]”的美国专利号4,435,374；
-以Kyle名义在06/12/2014公开的题为“Method and apparatus for producingliquid hydrocarbon fuels[用于产生液体烃燃料的方法和装置]”的美国公开号2014/0163120；
-以Livneh名义在11/27/2014公开的题为“Methods and apparatus forliquefaction of organic solids[用于液化有机固体的方法和装置]”的美国公开号2014/0346030；
-以Livneh名义在12/04/2014公开的题为“Process and apparatus forconverting greenhouse gases into synthetic fuels[用于将温室气体转化为合成燃料的方法和装置]”的美国公开号2014/0356246；以及
-Livneh在07/15/2014发布的题为“用于将温室气体转化为合成燃料的方法和装置”的美国专利号8,779,013。
发明内容
反应室含有一种或多种催化材料。一种或多种可调谐的微波源各自发射在对应时变微波频率下的微波辐射。一个或多个微波传输元件用微波辐射照射反应室的内部体积，该微波辐射由该一个或多个微波源发射，沿着该一个或多个微波传输元件传播到反应室中。该反应室的特征在于固定频率的稳态温度空间分布的最大温度变化，该稳态温度空间分布通过由在基本上固定的微波频率下和在参考微波功率水平下的微波辐射照射该反应室来产生。在由具有时变微波频率的并在参考微波功率水平下的微波辐射照射反应室时，多个不同的同时微波频率或微波频率的时间变化引起具有最大温度变化的多频率温度空间分布，该最大温度变化小于固定频率的稳态温度空间分布的最大温度变化。
一种采用该装置的方法包括：(a)从一个或多个微波源发射同时在多个不同微波频率下或在一个或多个时变微波频率下的微波辐射；；以及(b)用由微波源发射并沿着微波传输元件传播到反应室中的微波辐射照射反应室。该方法可以进一步包括将一种或多种反应物材料引入到反应室中并从该反应室中提取一种或多种产物材料。反应物材料在反应室中根据在微波辐射照射时由催化材料催化的微波辅助化学反应来反应并形成产物材料。
在参考附图中示出的或在以下书面说明或所附权利要求书中披露的示例性实施例时，涉及用时变微波频率微波照射室的目标和优点可变得清楚。
本概述被提供用于以简化形式介绍概念的选择，这些概念在以下详细说明中进一步描述。本概述不旨在鉴别提出权利要求的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用作确定提出权利要求的主题的范围的辅助。
附图说明
图1A和1B是由以单一固定微波频率常规照射反应室产生的示例性稳态温度空间分布的示意图。图1A描绘随着反应容器内和周围的二维位置变化的等温线；图1B描绘随沿着反应容器的距离变化的温度。在此实例中，反应室包括微波传输材料并且被定位在联接至微波传输元件的外容器(典型地是金属)内；可以采用反应室和微波传输元件的任何适合的布置。
图2A和2B是由以单一时变微波频率发明性照射反应室产生的示例性温度空间分布的示意图。图2A描绘随着反应容器内和周围的二维位置变化的等温线；图2B描绘随沿着反应容器的距离变化的温度。
图3A和3B是由同时以多个固定微波频率发明性照射反应室产生的示例性温度空间分布的示意图。图3A描绘随着反应容器内和周围的二维位置变化的等温线；图3B描绘随沿着反应容器的距离变化的温度。
图4示出时变微波频率的周期性变化的示意性实例。
所示实施例仅示意性示出：全部特性可能不能以全部细节或适当比例示出，为了清楚起见，某些特性或结构相对于其他特性或结构放大，并且附图不应被认为是按照比例绘制的。所示实施例仅是示例性的，它们不应被视为限制本披露或所附权利要求书的范围。
具体实施方式
在早期引用的实例中通常在微波照射的反应室中出现的问题是催化材料的不均匀加热。不均匀加热使得反应容器内的稳态温度空间分布潜在地表现出较大温度变化(例如，大于1000℃正负峰间；在极端情况下不均匀加热可以导致局部放电或等离子体形成，其中伴随的正负峰间温度变化2000℃、3000℃、或甚至更高，通常伴随对室或催化材料的损害)。在图1A(随反应室内和周围的位置变化的稳态等温线)和图1B(随沿着反应室的距离变化的稳态温度)中示意性示出一个实例。将希望以引起具有减小的变化(例如小于约1000℃正负峰间或甚至更低)的稳态温度空间分布的方式照射反应室。
通过微波照射室内部进行不均匀加热典型地由在以单一固定微波频率照射时发生在该室内的驻波样微波强度模式引起。可能不存在其中微波强度降低至零的完全(full-blown)波腹，但是在多个微波传输元件内的干扰和在反应室内部或周围的反射必定会引起微波强度最大值与最小值之间的较宽变化，从而导致不均匀的加热。不均匀加热的问题在家用微波炉中是已熟知的。减轻该问题的一种方式是将食物放置在炉内的旋转转盘上，使得不同区域的食物在不同时间经过微波强度最大值或最小值，这可以使食物的加热至少部分均匀。
反应容器的内容物(例如催化材料或催化整料的填充床)典型地在该照射的反应室内不能如此容易地旋转。在本文所披露的一些发明性实例中，使用在一个或多个时变微波频率下的微波辐射照射反应容器的内容物，使得驻波样微波强度最大值和最小值在反应室内部和周围随着微波频率变化而移动。如果一个或多个微波频率在足够大的微波调谐范围上足够快速地变化，则可以产生温度空间分布，该温度空间分布相对于固定频率的稳态温度空间分布(诸如以上所述和图1A和1B中所示出的那些)表现出减小的温度变化。在图2A(随反应室内和周围的位置变化的等温线)和图2B(随沿着反应室的距离变化的温度)中示意性示出此多频率温度空间分布的实例。在本文披露的一些发明性实例中，使用在同时多个不同频率(时变或基本上恒定)下的微波辐射照射反应容器的内容物，使得多个对应的不同驻波样微波强度模式在反应容器内部和周围重叠。每个模式的微波强度最大值和最小值典型地未与其他模式的那些对齐，使得可以产生总体温度空间分布，该总体温度空间分布相对于固定频率的稳态温度空间分布(诸如以上所述和图1A和1B中所示出的那些)表现出减小的温度变化。在图3A(随反应室内和周围的位置变化的等温线)和图3B(随沿着反应室的距离变化的温度)中示意性示出此多频率温度空间分布的实例。应注意，图1A、1B、2A、2B、3A、以及3B不是实际的或计算的微波强度分布，而是仅旨在说明所披露装置和方法的一般行为；观察的或计算的温度空间分布将不一定表现出图1A、1B、2A、2B、3A、或3B中表现出的任何周期性或对称性。
先前，催化的化学反应的微波增强已使用固定频率微波源来进行(通常在例如约700MHz与约3000MHz之间的固定频率下运行；915MHz是通常采用的微波频率)。此固定频率源典型地采用磁控管作为微波传输器并且可以容易适于产生照射反应室所需要的功率(例如数十或数百kW)，但是典型地不易于快速改变微波频率。例如在本文所披露的发明性装置和方法中可以采用此类固定频率源中的两种或更多种，其中采用同时多个不同微波频率。新数字固态微波传输器变得可用，这些微波传输器可以适应跨越例如约300MHz与约300GHz之间的调谐范围的相对快速调谐，同时产生所需功率水平。例如在本文所披露的发明性装置和方法中可以采用此类源中的一种或多种，其中采用一个或多个时变微波频率。在任何给定的装置中，典型地将采用较小的范围，例如900至1000MHz、2000至3000MHz、或5500GHz至7500GHz；可以采用任何合适的、希望的或常规的调谐范围；在某些情况下，例如对于特定催化材料或特定反应物或产物，可以指示特定范围。
微波传输元件的实例可以包括一个或多个微波波导、一个或多个连接至微波发射天线的同轴电缆、其他适合的微波传输元件、或其组合。在本披露中示出并描述了包括波导的示例性装置，但是应理解可以采用任何其他一种或多种适合微波传输元件，同时保持处于本披露或所附权利要求书的范围内。
该反应室含有一种或多种催化材料。一个或多个微波源共同地发射同时在多个微波频率下或在一个或多个对应时变微波频率下的微波辐射；在其中微波辐射包括同时多个不同微波频率的实例中，那些频率可以是时变的或基本上恒定的。在一些实例中，每个微波源仅发射单一频率(时变或基本上恒定的)；在其他实例中，至少一个源可以发射多个频率(时变或基本上恒定的)。“单一可调谐微波源”可以包括联接至单一微波增幅器的单一微波振荡器(可调谐或固定频率的)、或联接至多个增幅器的单一振荡器。一个或多个微波传输元件用微波辐射照射反应室的内部体积的至少部分，该微波辐射由该一个或多个微波源发射，沿着该一个或多个微波传输元件(例如通过一个或多个微波波导)传播到反应室中。该反应室的特征在于固定频率的稳态温度空间分布的最大温度变化(例如，在图1A和1B中)，该稳态温度空间分布通过由在基本上固定的微波频率下和在参考微波功率水平下的微波辐射经由一个或多个微波传输元件照射内部体积来产生。
在由沿着一个或多个微波传输元件传播的、同时在多个不同微波频率下或在一个或多个时变微波频率下的微波辐射以相同参考微波功率水平照射内部体积时，多个同时频率或每个时变微波频率的时间变化引起多频率温度空间分布(例如，对于单一时变频率而言如在图2A和2B中，或对于同时多个不同固定频率而言如在图3A和3B中)。“多频率”指示温度空间分布由多个微波频率引起，无论那些多个频率同时(例如，如图3A/3B中)或依次(例如，如图2A/2B中)或二者存在于反应室中。多频率分布具有的最大温度变化小于固定频率的稳态温度空间分布的最大温度变化(例如，如在图1A/1B)。
一种方法包括(a)从一个或多个微波源发射同时在多个不同微波频率下或在一个或多个时变微波频率下的微波辐射；以及(b)用沿着该一个或多个微波传输元件传播到该反应室中的部分(a)的该微波辐射照射该反应室的该内部体积的至少部分。该方法可以进一步包括将一种或多种反应物材料引入到反应室中并从该反应室中提取一种或多种产物材料。反应物材料在反应室中根据在微波辐射照射时由催化材料催化的微波辅助化学反应来反应并形成产物材料。
可以采用时变微波频率的任何适合变化；类似地，可以采用同时多个不同频率的任何适合数目和不同值。适用性由足够大的和足够快的时间变化、或足够不同或许多的多个频率指示，以引起所需多频率温度空间分布，即具有足够小的最大温度变化的空间分布(在本文中定义为反应室内的最大正负峰间温度变化；可以等效地采用其他定义或标准)。“足够小的温度变化”可以根据许多标准来定义。在一些实例中，可能足够的是将反应室内的温度变化减小至仅足以避免电弧放电、生成等离子体或损害该室或催化材料；在其他实例中，可能需要或希望将温度变化减小至低于特定目标值；在其他实例中，可以减小温度变化，直到达到一些目标参数，诸如总反应速率或产率百分比；仍在其他实例中，可能需要或希望进行优化以实现最小温度变化；所有此类实例应落入本披露或所附权利要求书中一项或多项的范围内。
在一些实例中，每个时变微波频率跨越对应的微波调谐范围不规则地改变。在其他实例中，每个时变微波频率经历跨越对应的微波调谐范围的周期性变化；周期性变化的特征在于对应的频率变化周期。可以采用任何适合的频率变化周期(在下文中进一步讨论)，例如在约10毫秒与约10秒之间。周期性频率变化的适合微波调谐范围可以例如从约900MHz至约1000MHz、从约2000MHz至约2500MHz、或从约5500MHz至约7500MHz延伸；可以采用任何合适的、希望的或常规的周期性调谐范围，如以上所述的。可以采用频率变化的任何适合的周期性形式，包括但不限于基本上符合分步或连续的锯齿波形、分步或连续的三角波形、或分步或连续的正弦波波形的周期性变化(图4中示出的实例)；在一些实例中，仅可以采用单一“步骤”，并且每个分步波形返回至在两个微波频率之间交替的矩形波形。在微波频率的适合周期性变化的一个特定实例中，微波频率可以每个周期以10MHz增量从900MHz改变至990MHz并且然后降低回到900MHz，其中每个步骤的停留时间是约100毫秒；所得频率变化周期是约1秒。
反应室的特征可以在于在由基本上固定的微波频率的微波辐射沿着一个或多个微波传输元件照射内部体积时用于在内部体积中达到固定频率的稳态温度空间分布的时间常数。在一些实例中，频率变化周期可以比此反应室时间常数短或至少不长于该时间常数。在那些情况下，反应室的较慢响应时间基本上完全“抹掉”反应室内的不同温度空间分布，该温度空间分布将由微波调谐范围内的不同频率引起，使得尽管有时变微波频率但获得稳态温度空间分布。由时变微波频率引起的稳态温度空间分布(例如，如图2A和2B中所列举)表现出的最大温度变化小于固定频率的稳态温度空间分布(例如，如图1A和1B中所列举)的最大温度变化。为了实现具有时变微波频率的稳态温度空间分布，每个对应的频率变化周期可以小于时间常数的约五分之一、小于时间常数的约三分之一、小于时间常数的约一半、或小于或约等于时间常数。
在其他实例中，频率变化周期可以长于反应室的时间常数。在那些情况下，反应室内的温度空间分布(还类似于图2A和2B的实例)未实现稳态，而是响应于微波频率的时间变化而随时间变化。然而，微波频率的足够快的变化(即足够小的频率变化周期，即使比反应室时间常数长)仍可使得时变温度空间分布被至少部分“抹掉”，以便使得反应室内的最大温度变化(可能随时间变化)是“足够小”的(如以上所讨论的)，并且还小于固定频率的稳态温度空间分布的最大温度变化。
在一些情况下，两个或更多个时变微波频率的微波辐射照射反应室的内部体积，并且时变微波频率中的至少一个表现出的频率变化周期不同于时变微波频率中至少另一个的频率变化周期。在一些情况下，两个或更多个时变微波频率的微波辐射照射反应室的内部体积，每个时变微波频率表现出的频率变化周期与其他时变微波频率相同，并且时变微波频率中至少一个的周期性变化在时间上偏移时变微波频率中至少另一个的周期性变化；在那些实例的一些实例中，时间偏移可随时间变化。在一些实例中，至少一个对应的微波调谐范围不同于至少另一个对应的微波调谐范围；在其他实例中，一个或多个时变微波频率全部跨越单一微波调谐范围而变化。在一些实例中，照射反应室内部体积的微波辐射包括仅一个时变微波频率，其特征在于仅单一频率变化周期和单一微波调谐范围。在其中照射反应室内部体积的微波辐射包括同时多个不同微波频率的一些实例中，那些同时多个不同微波频率相对于时间是基本上恒定的，并且微波辐射不包括任何时变微波频率。另外，以任何适合的脉冲频率并以任何适合的占空比发送微波辐射脉冲可以与本文披露的任何微波频率方案(时变或非时变)组合。如果采用多个微波频率，则它们可以全部一起发送脉冲，或者各自可以彼此独立地发送脉冲。
在一些实例中，仅单一波导、天线或其他传输元件照射反应室的内部体积；在其他实例中，多个波导、天线或其他传输元件照射反应室的内部体积。在一些多传输元件实例中，反应室沿着一个轴伸长，并且多个传输元件的至少一个子集到反应室中的对应进入点被圆周地围绕该轴布置。在一些多传输元件实例中，反应室沿着一个轴伸长，并且多个传输元件的至少一个子集的进入点沿着该反应室纵向布置。在一些多传输元件实例中，反应室沿着一个轴伸长，并且多个传输元件的至少一个子集的进入点沿着该反应室螺旋布置。在一些多传输元件实例中，反应室沿着一个轴伸长，并且多个传输元件的至少一个子集的进入点被布置为使得微波辐射通过该反应室纵向传播。可以采用一个或多个波导、天线或其他微波传输元件的其他适合或希望的布置。
在一些实例中，一个或多个可调谐微波源和多个微波传输元件被布置为使得沿着该多个传输元件中的每一个传播的微波辐射包括与沿着其他传输元件传播的微波辐射相同的一个或多个微波频率；使得可容易例如通过使用单一微波源并将其输出分到多个传输元件中来实现。沿着至少一个传输元件传播的微波辐射的对应相对相位可以不同于传输元件中至少另一个的相对相位。相对相位可以基本上保持恒定，或者相对相位可以随时间变化。相对相位可以被选择以实现所需温度空间分布或其时间依赖性。沿着多个微波传输元件传播的微波的相对相位可以根据微波强度分布或温度分布(如以上所讨论)的任何希望的标准来优化。
在一些实例中，一个或多个微波源和多个微波传输元件被布置为使得沿着该多个传输元件中至少一个传播的微波辐射包括与沿着其他传输元件中至少一个传播的微波辐射不同的至少一个微波频率。在一些实例中，该一个或多个微波源和该一个或多个传输元件被布置为使得传输元件中的至少一个用同时在多个不同微波频率中的两个或更多个频率下的微波辐射照射反应室的内部体积。可以采用在多个微波传输元件中两个或更多个微波频率的任何适合或希望的分布，并且该分布可以根据微波强度分布或温度分布(如以上所讨论)的任何希望的标准来优化。
在一些实例中，一个或多个可调谐微波源被布置为使得沿着该多个微波传输元件中的每一个传播的微波辐射具有与沿着其他微波传输元件传播的微波辐射相同的微波功率水平。在一些其他实例中，沿着至少一个传输元件传播的微波辐射的功率水平可以不同于传输元件中至少另一个的功率水平。沿着多个微波传输元件传播的微波的相对功率水平可以根据微波强度分布或温度分布(如以上所讨论)的任何希望的标准来优化。
在一些实例中，该方法可以进一步包括将一种或多种反应物材料引入到反应室中。该一种或多种反应物材料在反应室中根据在微波辐射照射时由一种或多种催化材料催化的微波辅助化学反应来反应。在那些实例的一些实例中，该一种或多种反应物材料可以通过一个或多个反应物入口流入到反应室中。
在一些实例中，该方法可以进一步包括从反应室中提取一种或多种产物材料。该一种或多种产物材料在反应室中通过在微波辐射照射时由一种或多种催化材料催化的微波辅助化学反应来产生。在那些实例的一些实例中，该一种或多种产物材料可以通过一个或多个产物出口流出反应室。
任何微波辅助催化的化学反应可以结合到所披露的方法和装置中。在一些实例中，反应物可以包括以下中的一种或多种：二氧化碳、一氧化碳、一种或多种烷烃(例如，甲烷、乙烷或其他烷烃)、一种或多种烯烃、一种或多种炔烃、一种或多种醇类(例如，甲醇、乙醇或其他醇)、煤炭、焦炭、生物质或生物炭、水或蒸气、氢气、氧气、氮气、一种或多种氮氧化物、或一种或多种硫氧化物。在一些实例中，产物可以包括以下中的一种或多种：二氧化碳、一氧化碳、水或蒸气、氢气、合成气、氮气、氨、硫、一种或多种烷烃、一种或多种烯烃、一种或多种炔烃、或一种或多种醇。在一些实例中，催化材料可以包括以下中的一种或多种：磁铁矿、铁、镍、铜、钴、铝、沸石、铑、钯、铂、其他金属、其他金属氧化物、其他金属化合物、或其不同组合。在一些实例中，催化材料可以被作为填充床、作为流化床(例如鼓泡、浆料或其他布置)、作为一个或多个整料、或以其他适合的布置来布置在反应室中。
除前述内容之外，以下实例落入本披露或所附权利要求书的范围内：
实例1.一种装置，该装置包括：(a)反应室，该反应室含有一种或多种催化材料；(b)一个或多个微波源，该一个或多个微波源被共同地布置为发射同时在多个不同微波频率下或在一个或多个时变微波频率下的微波辐射；以及(c)一个或多个微波传输元件，该一个或多个微波传输元件被布置为用沿着该一个或多个微波传输元件传播到该反应室中的部分(b)的该微波辐射照射该反应室的内部体积的至少部分，其中：(d)该反应室的特征在于固定频率的稳态温度空间分布的最大温度变化，该稳态温度空间分布通过由在单一基本上固定的微波频率下和在参考微波功率水平下的微波辐射沿着该一个或多个微波传输元件照射该内部体积来引起；以及(e)在由沿着部分(c)的该一个或多个微波传输元件传播的部分(b)的该微波辐射在该参考功率水平下照射该内部体积时，该多个不同的同时微波频率或该一个或多个时变微波频率引起具有最大温度变化的多频率温度空间分布，该最大温度变化小于该固定频率的稳态温度空间分布的最大温度变化。
实例2.如实例1所述的装置，其中该一个或多个微波传输元件包括一个或多个微波波导。
实例3.根据实例1或2中任一项所述的装置，其中该一个或多个微波传输元件包括连接至一个或多个对应微波天线的一个或多个同轴电缆。
实例4.如实例1至3中任一项所述的装置，其中(i)部分(b)的该微波辐射包括该一个或多个时变微波频率，(ii)每个时变微波频率经历跨越对应微波调谐范围的周期性变化，并且(iii)该周期性变化的特征在于对应的频率变化周期。
实例5.如实例4所述的装置，其中每个对应的频率变化周期是在约10毫秒与约10秒之间。
实例6.如实例4或5中任一项所述的装置，其中该周期性变化基本上符合分步或连续的锯齿波形、分步或连续的三角波形、分步或连续的正弦波波形、或基本上矩形波形。
实例7.如实例4至6中任一项所述的装置，其中每个对应的频率变化周期是足够短的，使得该多频率温度空间分布在由沿着部分(c)的该一个或多个微波传输元件传播的部分(b)的该微波辐射照射该内部体积期间实现基本上稳态。
实例8.如实例4至7中任一项所述的装置，其中该反应室的特征在于在由基本上固定的微波频率下的微波辐射沿着该一个或多个微波传输元件照射该内部体积时用于在该内部体积中达到该固定频率的稳态温度空间分布的时间常数，并且每个对应的频率变化周期小于该时间常数的约五分之一、小于该时间常数的约三分之一、小于该时间常数的约一半、或小于或约等于该时间常数。
实例9.如实例4至6中任一项所述的装置，其中至少一个对应的频率变化周期是足够长的，使得该多频率温度空间分布在由沿着部分(c)的该一个或多个微波传输元件传播的部分(b)的该微波辐射照射该内部体积期间随时间变化。
实例10.如实例4至9中任一项所述的装置，其中(i)部分(b)的该微波辐射包括两个或更多个时变微波频率，并且(ii)至少一个时变微波频率的该对应频率变化周期不同于这些时变微波频率中至少另一个的该对应频率变化周期。
实例11.如实例4至9中任一项所述的装置，其中(i)部分(b)的该微波辐射包括两个或更多个时变微波频率，(ii)该时变微波频率全部特征在于仅单一频率变化周期，并且(iii)这些时变微波频率中至少一个的该对应周期性变化在时间上偏移这些时变微波频率中至少另一个的该对应周期性变化。
实例12.如实例11所述的装置，其中这些时变微波频率的至少一对之间的时间偏移随时间变化。
实例13.如实例1至3中任一项所述的装置，其中(i)部分(b)的该微波辐射包括该一个或多个时变微波频率，并且(ii)每个时变微波频率跨越对应微波调谐范围不规则地变化。
实例14.如实例4至13中任一项所述的装置，其中每个对应的微波调谐范围从约900MHz至约1000MHz、从约2000MHz至约2500MHz、或从约5500MHz至约7500MHz延伸。
实例15.如实例4至14中任一项所述的装置，其中至少一个对应的微波调谐范围不同于至少另一个对应的微波调谐范围。
实例16.如实例4至14中任一项所述的装置，其中该一个或多个时变微波频率全部跨越单一微波调谐范围而变化。
实例17.如实例4至14中任一项所述的装置，其中部分(b)的该微波辐射包括仅一个时变微波频率，该时变微波频率的特征在于仅单一频率变化周期和单一微波调谐范围。
实例18.如实例1至17中任一项所述的装置，其中部分(b)的该微波辐射包括该同时多个不同微波频率。
实例19.如实例1至3中任一项所述的装置，其中部分(b)的该微波辐射包括相对于时间基本上是恒定的该同时多个不同微波频率并且不包括任何时变微波频率。
实例20.如实例1至19中任一项所述的装置，其中仅单一微波传输元件照射该反应室的该内部体积。
实例21.如实例1至19中任一项所述的装置，其中多个微波传输元件照射该反应室的该内部体积。
实例22.如实例21所述的装置，其中该反应室沿着一个轴伸长，并且该多个微波传输元件的至少一个子集到该反应室中的对应进入点被圆周地围绕该轴布置。
实例23.如实例21或22中任一项所述的装置，其中该反应室沿着一个轴伸长，并且该多个微波传输元件的至少一个子集的进入点沿着该反应室纵向布置。
实例24.如实例21至23中任一项所述的装置，其中该反应室沿着一个轴伸长，并且该多个微波传输元件的至少一个子集的进入点沿着该反应室并在该反应室周围螺旋地布置。
实例25.如实例21至24中任一项所述的装置，其中该反应室沿着一个轴伸长，并且该多个微波传输元件的至少一个子集的进入点被布置为使得部分(b)的该微波辐射通过该反应室纵向传播。
实例26.如实例21至25中任一项所述的装置，其中该一个或多个微波源和该多个微波传输元件被布置为使得沿着该多个微波传输元件中的每一个传播的该微波辐射包括与沿着该其他多个微波传输元件中的每一个传播的微波辐射相同的一个或多个微波频率。
实例27.如实例26所述的装置，其中沿着至少一个微波传输元件传播的该微波辐射的对应相对相位不同于这些微波传输元件中至少另一个的相对相位。
实例28.如实例21至25中任一项所述的装置，其中该一个或多个微波源和该多个微波传输元件被布置为使得沿着该多个传输元件中至少一个传播的该微波辐射包括与沿着该其他微波传输元件中至少一个传播的微波辐射不同的至少一个微波频率。
实例29.如实例21至28中任一项所述的装置，其中该一个或多个微波源和该多个微波传输元件被布置为使得这些微波传输元件中的至少一个用在同时多个不同微波频率中的两个或更多个频率下的微波辐射照射该反应室的该内部体积。
实例30.如实例21至29中任一项所述的装置，其中该一个或多个微波源和该多个微波传输元件被布置为使得沿着该多个微波传输元件中至少一个传播的该微波辐射具有与这些微波传输元件中至少另一个的微波辐射不同的功率水平。
实例31.如实例1至30中任一项所述的装置，进一步包括该反应室内含有的一种或多种反应物材料，其中该一种或多种反应物材料在该反应室中根据在该微波辐射照射时由该一种或多种催化材料催化的微波辅助化学反应来反应。
实例32.如实例31所述的装置，进一步包括一个或多个反应物入口，该一个或多个反应物入口被布置为使得该一种或多种反应物材料能够流入到该反应室中。
实例33.如实例31或32中任一项所述的装置，其中该一种或多种反应物材料包括以下中的一种或多种：二氧化碳、一氧化碳、一种或多种烷烃、一种或多种烯烃、一种或多种炔烃、一种或多种醇类、煤炭、焦炭、生物质或生物炭、水或蒸气、氢气、氧气、氮气、一种或多种氮氧化物、或一种或多种硫氧化物。
实例34.如实例1至33中任一项所述的装置，进一步包括该反应室内含有的一种或多种产物材料，其中该一种或多种产物材料在该反应室中通过在该微波辐射照射时由该一种或多种催化材料催化的微波辅助化学反应来产生。
实例35.如实例34所述的装置，进一步包括一个或多个产物出口，该一个或多个产物出口被布置为使得该一种或多种产物材料能够流出该反应室。
实例36.如实例34或35中任一项所述的装置，其中该一种或多种产物材料包括以下中的一种或多种：二氧化碳、一氧化碳、水或蒸气、氢气、合成气、氮气、氨、硫、一种或多种烷烃、一种或多种烯烃、一种或多种炔烃、或一种或多种醇。
实例37.如实例1至36中任一项所述的装置，其中该一种或多种催化材料包括以下中的一种或多种：磁铁矿、铁、镍、铜、钴、铝、沸石、铑、钯、铂、金属、金属氧化物、或金属化合物。
实例38.如实例1至37中任一项所述的装置，其中该一种或多种催化材料作为填充床、流化床、或一个或多个整料被布置在该反应室中。
实例39.一种用于使用如实例1至38中任一项所述的装置的方法，该方法包括包括：(a)从该一个或多个微波源发射同时在该多个不同微波频率下或在该一个或多个时变微波频率下的该微波辐射；并且(b)用沿着该一个或多个微波传输元件传播到该反应室中的部分(a)的该微波辐射照射该反应室的该内部体积的至少部分。
实例40.如实例39所述的方法，进一步包括将一种或多种反应物材料引入到该反应室中。
实例41.如实例39或40中任一项所述的方法，进一步包括从该反应室中提取一种或多种产物材料。
意图的是，所披露的示例性实施例和方法的等效物应落入本披露或随附权利要求的范围。意图的是，在仍处于本披露或所附权利要求的范围内之时，可以修改披露的示例性实施例和方法，以及它们的等效物。
为了流畅说明本披露的目的，在以上详细说明中，可以在若干示例性实施例中将不同的特征组合在一起。本披露的这种方法不应被解释为反映以下意图：任何提出权利要求的实施例需要有比相对应的权利要求中明确列举的特点更多的特点。而是，如所附权利要求书反映的是，本发明的主题可在于小于单独披露的示例性实施例的所有特征。因此，所附权利要求特此被结合到详细描述中，其中每项权利要求自身作为一个单独披露的实施例存在。然而，本披露还应被理解为隐含地披露了具有本披露或所附权利要求书中出现的一个或多个所披露的或所提出权利要求的特征的任何适合集合(即，相容或不互相排斥的特征的集合)的任何实施例，包括在此未明确披露的那些集合。另外，出于披露目的，每个所附的附属权利要求应被理解为如同以多个附属形式书写一般并且取决于与其不一致的所有前述权利要求。应进一步注意到，所附权利要求书的范围不一定涵盖本文披露的整个主题。
出于本披露和所附权利要求书的目，连接词“或”应理解为包括的(例如“狗或猫”应解释为“狗、或猫、或两者”；例如，“狗、猫或小鼠”应解释为“狗、或猫、或小鼠、或任意两者、或全部三者”)，除非：(i)另外明确说明，例如通过使用“...或...任一种”、“...中仅一种”或类似语言；或(ii)所列出的替代方式中的两种或更多种互相排斥地包含在特定上下文中，在此情况下“或”仅涵盖涉及非互相排斥替代方案的那些组合。出于本披露和所附权利要求书的目的，除非另外明确说明，否则词语“包括”、“包含”、“具有”以及其变形，无论在何处出现，应被理解为是开放性术语，就如同短语“至少”已被追加在其每个实例之后一般，具有相同的含义。出于本披露或所附权利要求书的目的，当结合数量采用术语诸如“约等于”、“基本上等于”、“大于约”、“小于约”等时，应适用涉及测量精确度和有效数字的标准规约，除非明确陈述不同的解释。对于由短语诸如“基本上防止”、“基本上不存在”、“基本上消除”、“约等于零”、“可忽略”等描述的无效量，每个此类短语应表示这样的情况，其中讨论的量已减小或消除至一定程度使得出于在所披露或提出权利要求的装置或方法的预期操作或用途的上下文中的实际目的，该装置或方法的总体行为或性能不同于已发生、实际上具有无效量、已完全去除、准确地等于两、或另外准确无效的行为或性能。
在所附权利要求书中，如果希望在设备权利要求中调用35USC§112(f)的规定，那么单词“装置(means)”将出现于该设备权利要求中。如果希望在一个方法权利要求中调用那些条款，那么词语“用于……的一个步骤”将出现在该方法权利要求中。相反地，如果词语“装置”或“用于……的一个步骤”未出现在一项权利要求中，那么不意图在该项权利要求中调用35USC§112(f)的规定。
如果任何一个或多个披露内容通过引用结合在此并且此类结合的披露内容与本披露部分或全部冲突或范围不同，那么在冲突的程度上，以较宽披露范围、或较宽术语定义、本披露为准。如果此类结合的披露彼此部分或完全冲突，那么在冲突的程度上，以较晚过期的披露内容为准。
按需要提供摘要作为搜索专利文献内的特定主题的辅助。然而，摘要不旨在暗示其中陈述的任何元件、特性或限制必需被任何特定权利要求涵盖。由每项权利要求涵盖的主题范围应仅由该权利要求的陈述决定。

Claims (25)

1.一种装置，该装置包括：
(a)反应室，该反应室含有一种或多种催化材料；
(b)一个或多个微波源，该一个或多个微波源被共同地布置为发射同时在多个不同微波频率下或在一个或多个时变微波频率下的微波辐射；以及
(c)一个或多个微波传输元件，该一个或多个微波传输元件被布置为用沿着该一个或多个微波传输元件传播到该反应室中的部分(b)的该微波辐射照射该反应室的内部体积的至少部分，
其中：
(d)该反应室的特征在于固定频率的稳态温度空间分布的最大温度变化，该稳态温度空间分布通过由在单一基本上固定的微波频率下和在参考微波功率水平下的微波辐射沿着该一个或多个微波传输元件照射该内部体积来产生；并且
(e)在由沿着部分(c)的该一个或多个微波传输元件传播的部分(b)的该微波辐射在该参考功率水平下照射该内部体积时，该多个不同的同时微波频率或该一个或多个时变微波频率引起具有最大温度变化的多频率温度空间分布，该最大温度变化小于该固定频率的稳态温度空间分布的该最大温度变化。
2.如权利要求1所述的装置，其中该一个或多个微波传输元件包括(i)连接至一个或多个对应微波天线的一个或多个同轴电缆、或(ii)一个或多个微波波导。
3.如权利要求1所述的装置，其中(i)部分(b)的该微波辐射包括该一个或多个时变微波频率，(ii)每个时变微波频率经历跨越对应微波调谐范围的周期性变化，并且(iii)该周期性变化的特征在于对应的频率变化周期。
4.如权利要求3所述的装置，其中每个对应的频率变化周期是在约10毫秒与约10秒之间。
5.如权利要求3所述的装置，其中每个对应的频率变化周期是足够短的，使得该多频率温度空间分布在由沿着部分(c)的该一个或多个微波传输元件传播的部分(b)的该微波辐射照射该内部体积期间实现基本上稳态。
6.如权利要求3所述的装置，其中至少一个对应的频率变化周期是足够长的，使得该多频率温度空间分布在由沿着部分(c)的该一个或多个微波传输元件传播的部分(b)的该微波辐射照射该内部体积期间随时间变化。
7.如权利要求3所述的装置，其中每个对应的微波调谐范围从约900MHz至约1000MHz、从约2000MHz至约2500MHz、或从约5500MHz至约7500MHz延伸。
8.如权利要求3所述的装置，其中(i)部分(b)的该微波辐射包括两个或更多个时变微波频率。
9.如权利要求8所述的装置，其中至少一个对应的微波调谐范围不同于至少另一个对应的微波调谐范围。
10.如权利要求8所述的装置，其中该两个或更多个时变微波频率全部跨越单一微波调谐范围而变化。
11.如权利要求3所述的装置，其中部分(b)的该微波辐射包括仅一个时变微波频率，该时变微波频率的特征在于仅单一频率变化周期和单一微波调谐范围。
12.如权利要求1所述的装置，其中部分(b)的该微波辐射包括相对于时间基本上恒定的该同时多个不同微波频率并且不包括任何时变微波频率。
13.如权利要求1所述的装置，其中仅单一微波传输元件照射该反应室的该内部体积。
14.如权利要求1所述的装置，其中多个微波传输元件照射该反应室的该内部体积。
15.如权利要求14所述的装置，其中该反应室沿着一个轴伸长，并且该多个微波传输元件的至少一个子集到该反应室中的对应进入点被圆周地围绕该轴布置、沿着该反应室纵向地布置、沿着该反应室并在该反应室周围螺旋布置，或使得部分(b)的该微波辐射通过该反应室纵向传播。
16.如权利要求14所述的装置，其中该一个或多个微波源和该多个微波传输元件被布置为使得沿着该多个微波传输元件中的每一个传播的微波辐射包括与沿着该其他多个微波传输元件中的每一个传播的微波辐射相同的一个或多个微波频率。
17.如权利要求14所述的装置，其中该一个或多个微波源和该多个微波传输元件被布置为使得沿着该多个微波传输元件中至少一个传播的微波辐射包括与沿着该其他微波传输元件中至少一个传播的微波辐射不同的至少一个微波频率。
18.如权利要求1所述的装置，其中该一个或多个微波源和该一个或多个微波传输元件被布置为使得该一个或多个微波传输元件中的至少一个用在该同时多个不同微波频率中的两个或更多个频率下的微波辐射照射该反应室的该内部体积。
19.如权利要求1所述的装置，进一步包括该反应室内含有的一种或多种反应物材料，其中该一种或多种反应物材料在该反应室中根据在用该微波辐射照射时由该一种或多种催化材料催化的微波辅助化学反应来反应。
20.如权利要求1所述的装置，进一步包括该反应室内含有的一种或多种产物材料，其中该一种或多种产物材料在该反应室中通过在用该微波辐射照射时由该一种或多种催化材料催化的微波辅助化学反应来产生。
21.如权利要求1所述的装置，其中该一种或多种催化材料包括以下中的一种或多种：磁铁矿、铁、镍、铜、钴、铝、沸石、铑、钯、铂、金属、金属氧化物、或金属化合物。
22.如权利要求1所述的装置，其中该一种或多种催化材料作为填充床、流化床、或一个或多个整料被布置在该反应室中。
23.一种用于使用如权利要求1至22中任一项所述的装置的方法，该方法包括：
(a)从该一个或多个微波源发射同时在该多个不同微波频率下或在该一个或多个时变微波频率下的该微波辐射；并且
(b)用沿着该一个或多个微波传输元件传播到该反应室中的部分(a)的该微波辐射照射该反应室的该内部体积的至少部分。
24.如权利要求23所述的方法，进一步包括将一种或多种反应物材料引入到该反应室中。
25.如权利要求23所述的方法，进一步包括从该反应室中提取一种或多种产物材料。
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