CN108738185B

CN108738185B - 微波设备

Info

Publication number: CN108738185B
Application number: CN201810349717.5A
Authority: CN
Inventors: 科特齐安·海莫; 岑特纳·赖纳
Original assignee: Anton Paar GmbH
Current assignee: Anton Paar GmbH
Priority date: 2017-04-18
Filing date: 2018-04-18
Publication date: 2022-10-28
Anticipated expiration: 2038-04-18
Also published as: US10973092B2; US20180302959A1; CN108738185A; EP3393204B1; EP3393204A1

Abstract

提供了一种微波设备，特别地提供了一种用于通过微波辐射加热样品(102)的装置(100)，该装置包括：容器(140)，该容器具有用于容纳样品(102)的内部空间(108)并且具有容器底壁(103)；波导(106)，该波导被布置为引导具有电场方向(145)的微波；波导适配器(143)，该波导适配器适于将微波从波导(106)经由容器底壁(103)耦合到容器(140)的内部空间(108)中，该容器底壁被定向为与垂直于电场矢量方向(145)不同，特别是大致平行于该电场矢量方向。

Description

微波设备

技术领域

本发明涉及用于通过微波辐射加热样品的装置。

背景技术

DE 202011105285U1公开了一种用于兼带(accompany，伴随有)待加热样品的压力容器，其中该压力容器包括微波可透射区域，微波可经由该区域耦合到反应腔室中。因此，导光管从该微波可透射区域延伸到设置在压力室外部的红外传感器。磁控管产生微波，该微波经由波导传输并且被耦合到反应室中。

US 5,725,835公开了一种用于引发和/或促进材料中的化学或物理过程的装置，该材料可通过微波加热装置加热并从而经受压力。磁控管经由天线发射微波并且还原元件(reduction element)将微波传送到其中放置有样品的容器的基部件。

EP 2740494A1公开了一种用于液体的微波消毒器，其中，两个磁控管被布置在谐振腔室的下方和待加热样品的下方。

US 2010/0270291A1公开了一种用于通过微波辐射加热样品的装置，该装置包括：微波辐射源；用于将所述微波辐射引导到适于接收所述待加热样品的作业(applicator，施加器)空间的第一波导，其中所述作业空间由所述第一波导的末端部分和第二波导的初始部分限定，该第二波导从所述第一波导的末端部分延伸并相对于所述第一波导成角度布置。当没有样品存在于该作业空间的一部分中时，该第一波导适于传输单一模式的微波辐射且该第二波导适于阻挡或抑制微波辐射从该第一波导到该第二波导中的传播。当有样品存在于该作业空间的一部分中时，该第二波导适于改善微波辐射从所述第一波导到该第二波导中的传播。磁控管的天线延伸到矩形波导中。

用于使样品经受微波辐射的传统系统和方法可能在监测样品的特性或状态并且/或者支配(influence)样品诸如搅拌样品方面存在缺点。

因此，可能存在对用于通过微波辐射加热样品的装置的需求，其中实现了将微波有效地耦合到接收空间中，同时允许在加热样品和/或对样品进行作用例如包括混合或搅拌样品期间，方便地监测样品的状态或样品的特性。

发明内容

该需求由根据本发明的使用微波辐射的加热装置来满足。

根据本发明的实施方式，提供了用于通过微波辐射加热样品的装置，该装置包括：容器，具有用于容纳样品的内部空间并且具有容器底壁；波导，被布置为引导具有电场方向的微波；波导适配器(adapter，转接器、转换器)，适于将微波从波导经由容器底壁耦合到该容器的内部空间中，该容器底壁被定向为与垂直于电场矢量方向不同，特别是大致平行于电场方向。

样品可以是包括溶剂诸如水的液体样品。样品也可以是固体。该装置可适于将样品加热到100摄氏度到500摄氏度之间的温度，特别是加热到最高达300摄氏度的温度。在加热期间，样品可能受到50巴到400巴之间，特别是150巴到250巴之间的压力。在其他实施方式中，样品可能受到环境压力。因此，容器可能会或可能不会经受住高压力，诸如最高达200巴的压力，特别是最高达300巴的压力。该容器可以包括例如钢制壁。进一步地，容器壁可以允许通过使冷却液流经集成在该容器的壁内的冷却管道系统来被冷却。特别地，该容器可以具有大致柱形的形状。因此，容器底壁可特别地具有圆形形状。容器壁底以及容器的其他整体形状是可能的。例如，容器可以具有立方体形状并且该容器底壁可以具有矩形形状。特别地，容器底壁可布置为平行于水平方向。

在容器内，可容纳一个或更多个样品，其中样品被容纳在样品容器中，例如容纳在试管诸如玻璃器皿或塑料样品容器或样品安瓿瓶中。例如，可以将3到5个安瓿瓶放置在待通过微波辐射加热的容器内。

在内部空间内，当该装置处于操作中时可以存在微波辐射，使得在该内部空间内建立驻波或行波。在该内部空间的内部或外部(在任何空间位置)，该微波辐射可由电场矢量方向表征。该微波辐射可通过任何可用的微波发生器产生并且可以被耦合到波导中，在该波导中微波由波导内的电场矢量方向表征。当该装置处于操作中时，在波导内可能存在驻波或传播波。该波导可适于将充满(气态)介电的空间内的微波从微波发生器朝向波导适配器引导。微波辐射可以被从波导耦合到波导适配器(该波导适配器可以包括任何固体介电材料)中，于是微波辐射的波长可以根据包括在波导适配器中的材料的介电常数或折射率而改变。此外，电场矢量方向可以在将微波耦合到波导适配器中时(略微地)改变，使得在该波导适配器的不同区域中，电场矢量方向可以与存在于波导中和/或从微波发生器辐射出的电场矢量方向不同。特别地，该波导适配器可至少部分地布置在容器底壁下方。特别地，在波导适配器的(紧挨)在容器底壁下方的区域中，电场矢量方向可以与垂直于容器底壁的延伸(extension，延伸部分、长度)的方向不同。特别地，在容器底壁下方的波导适配器内的电场矢量方向可以从平行偏离例如最高达60度，特别地最高达50度，进一步特别地最高达40度，进一步特别地最高达30度，还进一步特别地最高达20度，且还进一步特别地最高达10度。实质上，在容器底壁下方的波导适配器内的电场矢量方向可以大致平行于该容器底壁。因此，可以实现将微波辐射有效且高效地耦合到容器的内部空间中。特别地，将微波辐射耦合到容器内部空间中不需要特定的天线。在该装置的操作期间，可以在波导适配器内建立驻波或行进传播波。

根据本发明的实施方式，波导适配器在容器底壁下方并靠近容器底壁处具有凹部，以容纳用于监测样品的至少一种特性和/或用于致动和/或搅拌样品的设备。

容器底壁下方的凹部可以具有任何(截面)形状，诸如矩形形状、椭圆形形状、圆形形状。特别地，该凹部可以大致显示出柱形形状，以允许在容器底壁下方布置一些监测或致动设备。在该凹部内，可以放置用于感测样品的物理或化学特性的一个或多个传感器。因此，可以实现在加热样品期间监测和/或操纵样品，从而提供高灵活性和安全性。

根据本发明的实施方式，该设备包括永磁体，该永磁体被可旋转地支撑在凹部中，以用于使样品内的混合永磁体移动，特别地，该装置进一步包括：旋转轴，在该转动轴处固定有至少部分地布置在凹部内的永磁体。

例如，该永磁体可由在内部空间外部并且在波导适配器外部的电动机驱动。因此，该电动机可以被耦合到该旋转轴。内有样品的样品容器或样品安瓿瓶也可以在容器底面(ground，底)上包括磁力搅拌器。在永磁体旋转时，样品容器内的磁力搅拌器可以移动或者特别是旋转以搅拌样品。因此，特别地，包括一种或更多种成分的液体样品可以在加热期间被有效地搅拌并混合，以用于例如促进化学反应。

根据本发明的实施方式，该装置进一步包括温度传感器，特别是热电偶，该温度传感器布置在容器的内部空间的外部且在容器底壁的内部突出部中，该突出部突出到该容器的内部空间中，特别地，该永磁体的旋转轴具有纵向通孔，与温度传感器连接的电导体被引导穿过该纵向通孔。

在操作期间，当一个或多个样品容器或样品安瓿瓶被放置于容器的内部空间中时，不被该样品安瓿瓶占用的内部空间的下部可以被液体诸如水填充。因此，能够在样品和填充进该容器的内部空间的额外的水之间进行热量传递。额外的水又可以与突出到该内部空间中并被额外的水包围的突出部交换热量。此外，该突出部可以由相对薄的壁形成，使得也能够通过该突出部的壁向温度传感器交换热量。因此，该温度传感器可以测量这样的温度：可由该测量出的温度得出样品内的温度。特别地，可以在样品和温度传感器之间提供有效的热量交换。特别地，结合永磁体搅拌设备，不需要额外的设置来将温度传感器电连接到外部控制电路。有益的是，可使用电导体传输任何去往温度传感器或来自温度传感器的控制信号或测量信号。可替代地，可以使用光学信号引导装置来代替电导体或作为电导体的补充(additional)。

根据本发明的实施方式，波导适配器包括：由介电材料制成并适于引导微波的波导部分；由导电材料制成的屏蔽(shield，防护)部分，该屏蔽部分的内部件径向向外地围绕并界定凹部，该屏蔽部分的外部件径向向外地至少部分围绕波导部分。

该波导部分可以由任何(特别是固体)介电材料制成，特别地，该介电材料具有比空气大的介电常数。可根据特定应用来选择波导部分的形状以及材料。

屏蔽部分的内部件可以具有大致环形的柱形形状并且屏蔽部分的外部件可以至少部分地具有环形的柱形形状。该屏蔽部分的内部件和/或外部件的柱体轴线可以大致平行于该装置的容器的对称轴线(特别是柱形对称轴线)或者特别地与其共线。特别地，该屏蔽部分的内部件的直径可能比该容器的内部空间的直径小。进一步特别地，该屏蔽部分的外部件的(外)延伸或直径可能比该容器的内部空间的直径(或延伸)大。

特别地，在沿着容器的纵轴或柱体轴线的投影中，内部空间可以完全覆盖或重叠相应的波导部分的投影。因此，能够将微波有效地耦合到内部空间中。

根据本发明的实施方式，波导部分包括突出到波导中以接收微波的阻抗匹配部件，特别是四分之一λ(lambda)变换器或锥形部件，并且波导部分包括布置在容器底壁下方的容器耦合部件，以用于将微波耦合到容器的内部空间中。

阻抗匹配部件可具有任何形状并且可以由任何(介电)材料构成。阻抗匹配部件可以将和波导相关联的阻抗与波导部分的容器耦合部件的阻抗相匹配。因此，可以实现将微波有效地传输或传播或耦合到容器耦合部件中。容器耦合部件可以被布置成紧挨在容器底部下方，或者可以存在其他元件，诸如被布置在容器底壁的下表面和容器耦合部件的上表面之间的支撑材料。

根据本发明的实施方式，容器耦合部件在平行于电场方向的截面中至少部分地具有环形部的形状，该环形部特别地是圆形的，该环形部至少在一个中断区域被中断，该环形部特别地具有基本上与容器的内部空间的直径相等的外直径。

当环形部被中断时，微波辐射的捷径(shortcut，近路)或通常而言微波可能被禁止。当该环形部具有基本上等于容器的内部空间的直径的外直径时，微波可以被有效地耦合到内部空间中，特别是以包括良好的能量传递的状态被耦合到内部空间中。

根据本发明的实施方式，在中断区域中，屏蔽部分的内部件与屏蔽部分的外部件连接，其中特别地，屏蔽部分的外部件与波导的壁连接。因此，屏蔽可以被改善，并且制造可以更为简便。特别地，屏蔽部分的内部件和外部件可以以具有相同材料或由相同材料构成的方式一体成形。进一步特别地，整个屏蔽部分和波导的壁可以一体成形。

根据本发明的实施方式，阻抗匹配部件具有楔形形状，在从波导朝向容器耦合部件的方向上变厚，阻抗匹配部件的厚度增大至波导的厚度。因此，可以实现有效的阻抗匹配。其他配置也是可能的。特别地，阻抗匹配部件的高度(竖向延伸)可以大于容器耦合部件的高度或与容器耦合部件的高度大致相等。当阻抗匹配部件的高度大于容器耦合部件的高度时，存在于波导内的微波的更多能量可以被耦合到容器的内部空间中。特别地，即使阻抗匹配部件的高度朝向容器耦合部件减小，波导的高度也可以与阻抗匹配部件的突出到波导中的高度大致相等。阻抗匹配部件的高度可以持续性地或以分步的方式从突出到波导中的区域朝向容器耦合部件减小。

根据本发明的实施方式，屏蔽部分的内部件包括至少一个(导电的)场成形元件，该场成形元件在容器底壁的下方，并且突出到容器耦合部件的上部面的上表面上方。该场成形元件可以气作用以使容器底壁下方的微波场成形，以便进一步改善微波到容器的内部空间中的耦合。该场成形元件可以包括例如立方体突出部或具有如环形部截面的形状的突出部，并且该场成形元件可与屏蔽部分的材料一体成形。该场成形元件(或者特别是多个场成形元件)可以被设计成并布置为与容器耦合部件的形状相对应。

根据本发明的实施方式，(固体)介电支撑材料布置在下述两方面之间：所述两方面中的一方面为容器耦合部件的上部面和屏蔽部分的内部件；所述两方面中的另一方面为容器底壁的底表面。该介电支撑材料可被设置为在操作装置期间当内部空间内存在高压时承受从容器底壁施加的压力。因此，容器耦合部件可以被保护免受损害。

根据本发明的实施方式，波导(至少部分地)具有立方体形状，该立方体形状包括具有第一长度的第一内边缘、具有第二长度的第二内边缘、具有第三长度的第三内边缘，其中该第二长度小于第一长度，特别地大致等于该第一长度的一半，其中第二内边缘大致平行于电场方向延伸，并且第一内边缘大致垂直于电场方向延伸，其中特别地，第三长度大于第一长度，其中第一内边缘沿着竖向方向延伸，其中第二内边缘沿着水平方向延伸。因此，传统可用的波导得以被支持。特别地，波导可以大致包括立方体形状，特别是关于波导的内部。因此，可以实现微波的有效传递。

根据本发明的实施方式，波导适配器的延伸，特别是波导部分和/或屏蔽部分的延伸，大致等于或小于第一长度并且沿着平行于第一侧边缘的方向基本上具有相同的截面形状，其中该波导适配器特别是波导部分和/或屏蔽部分被布置在与波导相同的竖向范围内。

第一长度可以是在高度方向上。特别地，第一内边缘可以平行于容器的纵向轴线或柱体轴线布置。特别地，该第一边缘可以竖向地布置。波导适配器沿着该第一内边缘方向的延伸可以被称作波导适配器的高度。该波导适配器自身的高度可以从波导朝向波导适配器的容器耦合部件改变。在该波导适配器至少部分地突出到波导中的情况下，该波导适配器的高度，特别是阻抗匹配部件的高度，可以大致等于该波导的(内)高度。因此，可以实现微波的有效能量传输。波导适配器的高度可以从该处减小以在波导适配器的波导部分的容器耦合部件中具有较低的高度。

根据本发明的实施方式，该装置进一步包括至少一个微波发生器特别是磁控管，特别地，该微波发生器具有天线和/或导体回路，以用于产生微波并将微波发射到波导中，特别地，该微波大致具有电场矢量方向。

从微波发生器发射的微波可以具有下述电场方向，该电场方向与(紧挨)在容器底壁下方的波导适配器的波导部分的容器耦合部件内的电场矢量方向略微不同。然而，由微波发生器产生的微波的电场矢量方向与紧挨在容器底壁下方的电场矢量方向之间的偏向(deviation)可以仅小于50度、40度、30度、20度、10度或5度，并且可以大致平行于容器底壁。

根据本发明的实施方式，其中至少一个微波发生器包括第一微波发生器和第二微波发生器，以用于分别产生第一微波和第二微波，特别地，每个微波都具有(大致相同的)电场矢量方向；其中波导包括第一波导和第二波导，其中波导适配器包括第一波导适配器和第二波导适配器；其中第一波导适配器适于将第一微波从第一波导经由容器底壁的第一部分耦合到容器的内部空间中，其中第二波导适配器适于将第二微波从第二波导经由容器底壁的第二部分耦合到容器的内部空间中，其中特别地，包括第一微波发生器、第一波导和第一波导适配器的第一组件与包括第二微波发生器、第二波导和第二波导适配器的第二组件基本上镜面对称或点对称。尽管如此，可以存在不止两个微波发生器。

现在参照附图来描述本发明的实施方式。本发明不限于所示出的或所描述的实施方式。

附图说明

图1以立体的局部剖视图示意性地示出了根据本发明的实施方式的用于通过微波辐射加热样品的装置；

图2以立体的局部剖视图示意性地示出了图1所示装置的一部分；

图3和图4示意性地示出了根据本发明的实施方式的用于通过微波辐射加热样品的包括一个微波发生器的装置的一部分的截面图；

图5和图6示意性地示出了根据本发明的实施方式的用于通过微波辐射加热样品的包括两个微波发生器的装置的一部分的截面图；

图7和图8分别以截面图和立体图示意性地示出了叠加在根据本发明的实施方式的用于通过微波辐射加热样品的装置的一部分上的电场矢量示意图；

图9以立体图示意性地示出了根据本发明的实施方式的用于通过微波辐射加热样品的装置的一部分；

图10和图11示意性地示出了根据本发明的另外的实施方式的用于通过微波辐射加热样品的另外的装置的立体图；

具体实施方式

在图1中以立体的局部剖视图示出的用于通过微波辐射加热样品的装置100包括容器140，该容器具有内部空间108以用于容纳样品102，该样品在所例示的实施方式中被容纳在样品容器118诸如安瓿瓶中。容器140具有被布置在水平方向上的容器底壁103。装置100进一步包括波导106，该波导被布置为引导在所例示的实施方式中由磁控管114产生并经由天线141发射的微波。装置100进一步包括波导适配器143，该波导适配器适于将微波从波导106经由容器底壁103耦合到容器140的内部空间108中。因此，在所例示的实施方式中，容器底壁103被定向为基本上平行于电场矢量方向145，特别是平行于在容器底壁103下方在波导适配器143内的电场矢量方向。

装置100并且特别地波导适配器143被配置为在容器底壁103下方且靠近容器底壁处提供凹部107，以用于在所例示的实施方式中容纳旋转轴147，在该旋转轴处固定有永磁体112(具有北极“N”和南极“S”)。如箭头149所指示，旋转轴可通过例如电动机(未示出)来旋转。样品容器118不仅包括液体样品102，还在样品容器118的底面包括搅拌磁体119。在永磁体112旋转时，搅拌磁体119移动，特别是旋转，以便搅拌样品102并使样品混合。

装置100进一步包括温度传感器113，该温度传感器被布置在容器140的内部空间108外、在容器底壁103的内部突出部151中，突出部151突出到容器140的内部空间108中。为了提供电能和/或为了传送测量信号，温度传感器113与电导体153连接，该电导体被插入并被引导穿过旋转轴147中的纵向通孔155。

图1中所示的装置100允许经由容器底壁103耦合微波并且进一步使得能够搅拌样品并测量样品温度。实现了搅拌永磁体和旋转轴147以及温度传感器113的同轴布置。在容器140的内部空间108的下方不需要将微波耦合到内部空间中的天线。由磁控管114产生的微波沿着波导106行进并遇到波导适配器143的楔形阻抗匹配部件157。功率分配器将微波分成两部分。在导电材料109内形成无微波的功能空间。因此，波导106的外壁163与波导适配器143的壁连接并且设置有钻孔。这些钻孔使得能够使用膨胀螺丝117将底基板115与容器压力壁116连接。因此，波导适配器143特别是微波密封地夹持在底基板115和容器压力壁116之间。

在凹部107或功能空间的前部面110的高度处布置有场成形元件111，该场成形元件使得能够在波导部分104的朝向容器底壁103的过渡(transition)区域中实现样品空间或内部空间108内的场分布定向适应。功能空间或凹部107可以从外部被访问并在其中插入有搅拌装置112。该搅拌装置可例如使用永磁体来实施，该永磁体可以使用适当的驱动元件来旋转。它们也可以被配置为可激励的磁体线圈。为了使由永磁体112或任何其他电磁场产生装置产生的旋转磁场对移动样品容器118内的搅拌磁体119起作用，功能空间可能需要足够大的直径并且其可能需要具有尽可能靠近样品空间108的前部面110。特别地，穿过旋转轴147的通孔可以通过应用轴向钻孔来制成。

容器压力壁116配备有液体冷却系统。该液体冷却系统包括入口120、具有流体导引管道或通道的螺旋盘管121以及出口122，冷却流体可以在出口处离开螺旋通道系统。然后冷却流体可以经过冷却装置以交换从样品吸收的热量。在内部空间108内放置有由耐腐蚀材料制成的桶124，该桶接触并紧靠容器压力壁116的内侧以及底支撑材料123的内侧。桶124兼带水负载125以及用盖126闭合的样品容器118。容器盖126在内侧处配备有由耐腐蚀材料制成的盖罩128。夹持锁130允许快速且安全地访问样品空间108。其通路132被有益地布置在容器压力壁处的传导系统131允许供应和处理气体(例如惰性气体或反应气体)以及再次超过压力时连接安全设备。

在图2中以局部剖视立体图更详细地示出了波导适配器。波导适配器143因此包括由介电材料制成并适于引导微波的波导部分104。波导适配器143进一步包括由导电材料制成的屏蔽部分，该屏蔽部分包括径向向外地围绕并界定凹部107的内部件(inner part)109。屏蔽部分的外部件(outer part)105径向向外地至少部分围绕波导部分104。

波导部分104包括突出到波导106中以接收微波的阻抗匹配部件157。波导部分104进一步包括容器耦合部分159，该容器耦合部分被布置在容器底壁(参见图1)下方，以将微波耦合到容器140的内部空间108中。

如图3和图4例示的根据本发明的实施方式的用于通过微波辐射加热样品的装置300、400的一部分，容器耦合部件可以以不同方式配置，例如配置为图3中所示出的容器耦合部件359，或配置为图4中的以沿着竖向方向139观察的截面图示出的容器耦合部件459。在图3和图4所示的实施方式中，容器耦合部件359、459在平行于电场方向的截面中或在沿着竖向方向139的截面中具有至少部分的圆形形状的环形部，该环形部至少在一个中断区域361和461中被分别中断。至少在容器耦合部件359、459的基本上在容器底壁下方或基本上紧挨在容器底壁下方的上部部分中，电场矢量方向大致平行于容器底壁并因此也各自与分别由磁控管314、414产生的电场矢量方向345、445平行。

还如图3和图4所示，屏蔽部分的内部件309、409分别与屏蔽部分的各自在中断区域361、461中的外部件305、405连接。此外，内屏蔽部分和外屏蔽部分309、305以及409、405与波导306、406各自的外壁363、463分别连接。阻抗匹配部件357、457分别具有楔形形状，各自在从波导306、406向容器耦合部件359的方向365、465上分别变厚。

还如图1和图2所示出的，屏蔽部分的内部件109包括至少一个场成形元件111，特别是若干个场成形元件111，特别地，该至少一个场成形元件布置在相同高度处并具有相同或不同的形状。场成形元件111布置在容器底壁103下方并且突出到容器耦合部件159的上部面的上表面167上方。

如图1所示，介电支撑材料123布置在下述两方面之间：所述两方面中的一方面为容器耦合部件159的上部面和屏蔽部分的内部件109；所述两方面中的另一方面为容器底壁103的底表面。该介电支撑材料123可以大体上与构成波导部分104的或波导适配器的容器耦合部件159的材料不同。

图5和图6以沿着竖向方向139的剖视图示意性地示出了根据本发明的实施方式的用于通过微波辐射加热样品的装置500、600的一部分。其中，图5中示出的装置500和图6中示出的装置600二者都分别包括第一微波发生器514a、614a，以及分别包括第二微波发生器514b、614b。第一微波发生器和第二微波发生器二者都产生具有电场方向545、645的微波，该电场方向大致垂直于竖向方向139。进一步地，装置500和600二者都分别包括第一波导506a、6060a，并且分别包括第二波导506b、606b，这些波导适于引导由微波发生器产生的微波。进一步地。装置500和600两者都包括第一波导适配器543a和第二波导适配器543b，并且装置600包括第一波导适配器634a和第二波导适配器634b。所有波导适配器都适于将相应的微波耦合到(未示出的)容器的内部空间中。

其中，装置500基本上以镜面571镜面对称。然而，装置600关于在凹部607的中心的对称点673点对称(180度对称)。

图7和图8示出了本发明的实施方式中所使用的波导部分704，其中图7为与竖向方向139垂直的剖视图，而图8为立体图。此外，电场矢量775在特定时间点被指示为所呈现的那样。特别地，在包括区域的波导部分704内可以产生微波驻波，在该处电场矢量的幅度以正弦形式变化，而在区域779中存在电磁场的节点(node)，使得在这些区域779中在任何时间点都不存在电场。如图7和图8所示，电场矢量775大致被定向为与竖向方向垂直，并因此在被用于根据本发明的装置中时与容器底壁大致平行。如从图7可以理解到的，波导706内的电场矢量方向745与竖向方向139垂直，但波导适配器143内、特别是波导部分704内并且进一步地特别是容器耦合部件759内的电场矢量745在垂直于竖向方向139的平面内具有不同的方向，因此这些电场矢量并不都平行于方向745。

如图8所示出的波导706具有立方体形状，该立方体形状包括具有第一长度“a”的第一内边缘781、具有第二长度“b”的第二内边缘783和具有第三长度“c”的第三内边缘785。特别地，根据本发明的实施方式，第二长度“b”小于第一旋转速度长度“a”并且特别地大致等于第一旋转速度长度“a”的一半。此处，第二内边缘783大致平行于电场方向745延伸。进一步地，第一内边缘781大致平行于竖向方向139延伸。

图9、图10和图11示意性地示出了用于通过微波辐射加热样品的装置的另外的实施方式的立体图。此处，示出了波导适配器943、1043、1143a和1143b的不同形状。

在图9所示的实施方式中，波导部分104或904的阻抗匹配部件957的高度朝向容器耦合部件959降低。在图10所示的实施方式中，容器耦合部件1059在容器底表面下方具有楔形类型形状或逐渐变窄(taper，锥化)，以便将微波有效地耦合到内部空间中。在图11所示的实施方式(适用于两个微波发生器)中，阻抗匹配部件1157a和1157b的高度以阶梯样式降低。进一步地，容器耦合部件1159a和1159b的竖向程度(vertical extent，垂度)也以阶梯方式降低。

结构和/或功能相似的元件在附图中以仅第一位数字不同的附图标记标注。一幅附图中的特征可以与任何其他附图的特征相结合以达成根据本发明的实施方式。

Claims

1.用于通过微波辐射加热样品(102)的装置(100)，所述装置包括：

容器(140)，所述容器具有内部空间(108)以用于容纳样品(102)，并且具有容器底壁(103)；

波导(106)，所述波导被布置为引导具有电场矢量方向(145)的微波；

波导适配器(143)，所述波导适配器适于使所述微波从所述波导(106)经由所述容器底壁(103)耦合到所述容器(140)的所述内部空间(108)中，所述容器底壁被定向为与垂直于电场矢量方向(145)不同，

其中，所述波导具有立方体形状，所述立方体形状包括具有第一长度(a)的第一内边缘(781)、具有第二长度(b)的第二内边缘(783)、具有第三长度(c)的第三内边缘(785)，

其中所述第二长度小于所述第一长度，

其中所述第二内边缘大致平行于所述电场矢量方向延伸，并且所述第一内边缘大致垂直于所述电场矢量方向延伸，其中，所述第三长度大于所述第一长度，

其中，所述第一内边缘沿竖向方向(139)延伸，

其中，所述第二内边缘沿水平方向(142)延伸。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述波导适配器(143)在所述容器底壁(103)下方并靠近所述容器底壁处具有凹部(107)，以容纳用于监测所述样品(102)的至少一种特性并且/或者用于致动和/或搅拌所述样品的设备(112、147、151)。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述设备包括永磁体(112)，所述永磁体被可旋转地支撑在所述凹部(107)中，以用于使所述样品(102)内的混合永磁体(119)移动，

所述装置还包括：

旋转轴(147)，在所述旋转轴处固定有至少部分地布置在所述凹部内的所述永磁体(112)。

4.根据权利要求3所述的装置，还包括：

温度传感器(113)，布置在所述容器的所述内部空间的外部且在所述容器底壁(103 )的内部突出部(151)中，所述突出部(151)突出到所述容器的内部空间中。

5.根据前述权利要求2、3或4中的一项所述的装置，所述波导适配器(143)包括：

波导部分(104)，所述波导部分由介电材料制成并适于引导微波；

由导电材料制成的屏蔽部分，所述屏蔽部分的内部件(309)径向向外地围绕并界定所述凹部(307)，所述屏蔽部分的外部件(305)径向向外地至少部分围绕所述波导部分(304、359)。

6.根据权利要求5所述的装置，

所述波导部分(304)包括：突出到所述波导(306)中以接收所述微波的阻抗匹配部件(357)；以及布置在所述容器底壁(103 )下方的容器耦合部件(359)，以用于将所述微波耦合到所述容器的所述内部空间中。

7.根据前述权利要求6所述的装置，其中，所述容器耦合部件(359、459)在平行于所述电场矢量方向的截面中至少部分地具有环形部的形状，所述环形部至少在一个中断区域(361、461)被中断，

所述环形部具有基本上与所述容器的所述内部空间的直径相等的外直径。

8.根据权利要求7所述的装置，

其中，在所述中断区域(361、461)中，所述屏蔽部分的所述内部件(309、409)与所述屏蔽部分的外部件(305、405)连接，

其中，所述屏蔽部分的所述外部件(305、405)与所述波导(306、406)的壁(363、463)连接。

9.根据权利要求6至8中的一项所述的装置，其中，所述阻抗匹配部件(357)具有楔形形状，在从所述波导(306)朝向所述容器耦合部件(359)的方向上变厚，所述阻抗匹配部件的厚度增大至所述波导的厚度。

10.根据权利要求6至8中的一项所述的装置，其中，所述屏蔽部分的内部件(109、309)包括至少一个场成形元件(111)，所述场成形元件在所述容器底壁(103)的下方，并且突出到所述容器耦合部件(159)的上部面的上表面(167)上方。

11.根据权利要求6至8中的一项所述的装置，其中，介电支撑材料(123)布置在下述两方面之间：所述两方面中的一方面为所述容器耦合部件(159)的上部面(167)和所述屏蔽部分的内部件(109)；所述两方面中的另一方面为所述容器底壁(103)的底表面。

12.根据权利要求1至4或6至8中的一项所述的装置，其中，所述波导适配器的延伸大致等于或小于所述第一长度(a)，并且沿平行于所述第一内边缘(781)的方向基本上具有相同的截面形状，

其中，所述波导适配器被布置在与所述波导相同的竖向范围内。

13.根据权利要求1至4或6至8中的一项所述的装置，进一步包括：

至少一个微波发生器(114)，所述微波发生器具有天线(141)和/或导体回路，以用于产生微波并将所述微波发射到中空波导(106)中。

14.根据权利要求13所述的装置，

其中，所述至少一个微波发生器包括第一微波发生器(514a)和第二微波发生器(514b)，以用于分别产生第一微波和第二微波，每个微波都具有所述电场矢量方向；

其中，所述波导包括第一波导(506a)和第二波导(506b)，

其中，所述波导适配器包括第一波导适配器(543a)和第二波导适配器(543b)；

其中，所述第一波导适配器适于将所述第一微波从所述第一波导经由所述容器底壁的第一部分耦合到所述容器的所述内部空间中，

其中，所述第二波导适配器适于将所述第二微波从所述第二波导经由所述容器底壁的第二部分耦合到所述容器的所述内部空间中。

15.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二长度大致等于所述第一长度的一半。

16.根据权利要求4所述的装置，其中，所述永磁体的所述旋转轴(147)具有纵向通孔(155)，与所述温度传感器(113)连接的电导体(153)被引导通过所述纵向通孔。