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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Eintrag von Mikrowellen in einen Reaktionsraum sowie ein Verfahren zum Erwärmen eines Stoffes.
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In der Offenlegungsschrift
DE 10 2004 044 687 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Metallcarboxylaten aus einem Reaktionsgemisch offenbart. Während der Herstellung wird das Reaktionsgemisch mit Mikrowellen behandelt. Bei diesem Verfahren ist es notwendig, einen hohen thermischen Energieeintrag in dem Reaktionsgemisch zu erzielen. Für diesen Zweck sind Mikrowellen geeignet. Aus der
DE 10 2004 044 687 A1 ist bisher nicht bekannt, auf welche Weise der thermische Energieeintrag ohne hohe thermische Verluste und möglichst störungsfrei in das Reaktionsgemisch eingetragen werden kann.
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Die
WO 96/38021 A1 betrifft ein Mikrowellendruckgefäß und ein Verfahren zur Sterilisierung. Die
WO 2006/067579 A2 , betrifft einen chemischen Mikrowellenreaktor. Die
DE 10 2004 057 851 A1 betrifft ein Verfahren zur Beheizung von koaxial aufgebauten Applikatoren mit Mikrowellenstrahlung. Die
DE OS 26 22 173 betrifft eine Vorrichtung zur Beheizung eines Gegenstands mittels hochfrequenter Strahlung, insbesondere einen Mikrowellenofen. Die
DE 10 2005 050 528 B4 betrifft einen Mikrowellenautoklaven.
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Weiterhin steht bei vielen Produktionsprozessen ein Stoff, der erwärmt werden soll bzw. in den Mikrowellen eingetragen werden sollen, unter hohem Druck. Die Behandlung solcher Stoffe bei hohen Drücken und hohen Temperaturen stellt große Anforderungen insbesondere an die Dichtungen für einen Reaktionsraum.
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Es besteht daher ein Bedarf nach einer Vorrichtung zum Eintrag von Mikrowellen in einen Reaktionsraum, welche die mit dem Stand der Technik bekannten Probleme zumindest teilweise löst.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, womit eine einfache und störungsarme Produktion von Produkten erreicht werden kann, die bei einem Produktionsprozess unter hohem Druck mit Mikrowellen bestrahlt werden sollen. Weiterhin soll der Eintrag von Mikrowellen in den Reaktionsraum möglichst verlustfrei erfolgen, d. h., dass ein möglichst großer Teil der in den Mikrowellen enthaltenen Energie in einen Stoff, der sich in dem Reaktionsraum befindet, eingetragen werden kann. Auch soll mit der Vorrichtung ein kontinuierlich ablaufender Produktionsprozess ermöglicht werden. Insbesondere besteht die Aufgabe auch darin, bei den genannten hohen Drücken und Temperaturen eine Dichtung bereitzustellen, die weitestgehend inert hinsichtlich der zu behandelnden Reaktionsmedien ist und einen störungsarmen Dauerbetrieb der Vorrichtung ermöglicht. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung anzugeben, bei der Einzelteile möglichst einfach montiert und demontiert sowie ausgetauscht werden können.
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Die oben genannten Aufgaben werden durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 11 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängig formulierten Unteransprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise eine Vorrichtung zum Eintrag von Mikrowellen in einen Reaktionsraum, der zumindest einen Mikrowellengenerator, zumindest einen Reaktionsraum und zumindest eine Antenne aufweist. Dabei ragt die Antenne zumindest teilweise in den Reaktionsraum hinein, und kann Mikrowellen von dem Mikrowellengenerator aufnehmen und in den Reaktionsraum abgeben. Dabei ist zumindest eine Halterung für die Antenne vorgesehen, die zumindest teilweise von wenigstens einem Schrumpfring umgeben ist, so dass die Halterung und der Schrumpfring den Reaktionsraum abdichten.
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Der Mikrowellengenerator dient dazu, Mikrowellen in einem bestimmten Frequenzbereich und in einem bestimmten Leistungsbereich zur Verfügung zu stellen. Ein solcher Frequenzbereich kann z. B. in dem Bereich von 0,5 bis 24 GHz liegen. Der Leistungsbereich des Mikrowellengenerators kann z. B. in dem Bereich von 0,5 bis 50 kW liegen. Die Antenne dient zunächst dazu, die vom Mikrowellengenerator erzeugten Mikrowellen aufzunehmen. Diese Mikrowellen werden dann von der Antenne wieder abgestrahlt. Mit unterschiedlichen Antennenformen können verschiedene Leistungsverteilungen der abgegebenen Mikrowellen in einem Raum um die Antenne erreicht werden. Die Antenne ragt in einen Reaktionsraum hinein, um die vom Mikrowellengenerator erzeugten Mikrowellen in den Reaktionsraum abzugeben. Durch das Hineinragen der Antenne in den Reaktionsraum wird ein möglicht verlustfreier Eintrag von Mikrowellen in den Reaktionsraum ermöglicht. Weiterhin kann so eine gleichmäßige Verteilung der Mikrowellenenergie in dem Reaktionsraum erreicht werden. Der Reaktionsraum ist geeignet, um einen Stoff bzw. ein Gemisch aufzunehmen und abzugeben. Ein in dem Reaktionsraum befindlicher Stoff kann die von der Antenne abgestrahlten Mikrowellen aufnehmen und sich so erwärmen. Der Reaktionsraum ist vorzugsweise so auszulegen, dass in ihm hohe Drücke und hohe Temperaturen, beispielsweise Drücke bis 300 bar und Temperaturen bis 500°C, herrschen können.
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Um einen dauerhaften und störungsarmen Betrieb der Vorrichtung zu gewährleisten, ist es nötig, den Reaktionsraum um die hineinragende Antenne abzudichten. Hierzu ist eine Halterung für die Antenne vorgesehen. Diese Halterung dient auch dazu, die Antenne an geeigneter Stelle in dem Reaktionsraum zu positionieren. Die Halterung muss für die im Reaktionsraum herrschenden Drücke und Temperaturen ausgelegt sein. Geeignete Materialien für die Halterung können temperaturstabile Polymere (z. B. Polytetrafluorethylen), glasfaserverstärkter Polytetrafluorethylen (Teflon), Bornitrid, Quarzglas, Polyethyletherketon (PEEK), Keramik, Zirkonoxid, Titanoxid, Siliziumnitrit, Siliziumcarbid sowie Aluminiumoxidkeramik sein. Mit einem Schrumpfring, der beispielsweise die Halterung fest umschließt, kann erreicht werden, dass der Reaktionsraum abgedichtet wird, das heißt, dass ein mit einem bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur in dem Reaktionsraum befindliches Gemisch sich nicht entlang der Antenne aus dem Reaktionsraum hinaus bewegen kann. Das Material des Schrumpfrings kann beispielsweise Metall aufweisen. Mit einer solchen Vorrichtung ist der Eintrag von Mikrowellen in einen Reaktionsraum, in dem sich ein Mikrowellen aufnehmendes Gemisch befinden kann, auch bei hohen Drücken und Temperaturen möglich, und ein dauerhafter und störungsfreier Betrieb ist gewährleistet.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung zumindest ein Koaxialkabel auf, das Mikrowellen vom Mikrowellengenerator zur Antenne leitet.
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Bei einer solchen Vorrichtung gelangen die Mikrowellen vom Mikrogenerator über ein Koaxialkabel zur Antenne. Anstelle eines Koaxialkabels können auch andere Mittel verwendet werden, die zur Übertragung von Mikrowellen geeignet sind. Ein solches Koaxialkabel bzw. Übertragungsmittel von Mikrowellen ermöglicht es, dass sich der Mikrowellengenerator an einer von der Antenne mit dem Reaktionsraum entfernten Ort befindet. Weiterhin ist der Reaktionsraum zusammen mit der Antenne gegenüber dem Mikrowellengenerator beweglich.
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In einer alternativen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst der Mikrowellengenerator zumindest einen Hohlleiter, und die Antenne ragt teilweise in den Hohlleiter hinein.
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Hohlleiter sind Wellenleiter, die als Rohre mit meist recheckigem, kreisförmigen oder elliptischem Querschnitt ausgebildet sind, in denen sich hohe Frequenzen, beispielsweise im Bereich 3 bis 30 GHz, beispielsweise im Gegensatz zu Kabeln, vergleichsweise verlustarm übertragen lassen. Abhängig von der Bauform des Hohlleiters und der Frequenz der Mikrowelle bildet sich in dem Hohlleiter ein Fokussierpunkt. An diesen Punkt kann die Antenne besonders gut Mikrowellen aus dem Hohlleiter aufnehmen. Es ist demnach vorteilhaft, wenn die Antenne an der Stelle des Fokussierpunktes teilweise in den Hohlleiter hineinragt. Hineinragen bedeutet dass ein Antennenende durch eine Öffnung an dem Hohlleiter in dem Innenraum des Hohlleiters positioniert ist, vorzugsweise an einer Stelle, die es ermöglicht, Mikrowellen besonders gut aufzunehmen.
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In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der beschriebenen Vorrichtungsalternativen besteht die Halterung aus mikrowellentransparentem Material, das besonders bevorzugt Aluminiumoxidkeramik umfasst. Mit mikrowellentransparentem Material ist gemeint, das dieses keine bzw. wenig Mikrowellenenergie absorbiert und durchlässig gegenüber Mikrowellen ist. Damit soll ein Erwärmen der Halterung vermieden werden und gleichzeitig erreicht werden, dass ein möglichst großer Teil der Mikrowellenenergie in den Reaktionsraum eingetragen wird. Bei den betrachteten hohen Drücken und hohen Temperaturen (bis 300 bar und bis 500°C) hat es sich als besonders günstig erwiesen, dass das mikrowellentransparente Material der Halterung Aluminiumoxidkeramik umfasst. Mit diesem Material war gleichzeitig eine störungsfreie Abdichtung des Reaktionsraums auch unter extremen Bedingungen im Dauerbetrieb möglich.
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In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der Vorrichtung ist die Antenne stabförmig ausgestaltet. Stabförmige Antennen können ein radialsymmetrisches Mikrowellenfeld abstrahlen. Ein solches Feld kann für den Eintrag von Mikrowellenenergie in einen Reaktionsraum besonders geeignet sein. Stabförmigkeit der Antenne kann insbesondere auch bedeuten, dass die Antenne keine Knickstellen aufweist. Auf diese Weise können Feldüberhöhungen und Spitzenladungen und ähnliche Effekte vermieden werden. Für den Fall, dass die Antenne in den Hohlleiter hineinragt, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Antenne durchgehend, d. h. vom Antennenende im Hohlleiter bis in das Reaktionsrohr hinein, gerade verläuft. Mit einer solchen Ausgestaltung können besonders gute Wirkungsgrade erzielt werden, das heißt, dass ein möglichst großer Teil der Mikrowellenenergie in den Reaktionsraum eingetragen wird.
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In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der Vorrichtung umhüllt die Halterung die Antenne von einer im Reaktionsraum positionierten Antennenspitze bis zum Schrumpfring vollständig. Die vollständige Umhüllung der Antenne von einer Antennenspitze bis zum Schrumpfring bewirkt zum Beispiel, dass der Antennenteil, der sich in dem Reaktionsraum befindet, nicht in direkten Kontakt mit einem Stoff, der sich in dem Reaktionsraum befindet, treten kann. Denn zwischen der Antenne und dem Stoff befindet sich die Halterung. Eine so ausgestaltete Halterung verhindert es, dass eine Undichtigkeit zwischen der Antenne und der Halterung auftreten kann. Die Antenne ist im Allgemeinen fest von der Halterung umschlossen bzw. fest in die Halterung eingepresst. Es kann aber auch Anwendungen geben, bei denen die Antenne frei in die Halterung eingehängt ist. Dies würde ein leichtes Austauschen der Antenne ermöglichen. Eine solche Vorgehensweise bietet sich insbesondere dann an, wenn die Dichtung (Halterung und Schrumpfring) nur geringe Drücke und geringe Temperaturen, beispielsweise Drücke bis 2 bar und Temperaturen bis 150°C, aushalten muss und gleichzeitig beispielsweise eine leichte Austauschbarkeit der Antenne gewünscht ist.
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In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der Vorrichtung weist der Mikrowellengenerator einen Fokussierapparat mit mindestens einem Hohlleiter, mindestens einer Mikrowellenquelle und mindestens einem Kurzschlussschieber auf. Der Fokussierapparat dient dazu, Mikrowellen in einem Hohlleiter auf einen Punkt zu fokussieren. Er kann beispielsweise so aufgebaut sein, dass ein Hohlleiter an einer Seite mit einer Mikrowellenquelle verbunden ist und an einer anderen, beispielsweise gegenüber liegenden Seite, einen Kurzschlussschieber aufweist. Mit dem Kurzschlussschieber kann der Fokussierpunkt verschoben werden. Ebenso verursachen die Bauform des Hohlleiters und der erzeugte Frequenzbereich des Mikrowellengenerators ein Verschieben des Fokussierpunktes. Eine solche Vorrichtung eignet sich demnach dazu, Mikrowellen mit verschiedener Frequenz an ein Antennenende, das sich in dem Hohlleiter an einer fixen Position befindet, einkoppeln zu können. Ein Verschieben des Kurzschlussschiebers in den Hohlleiter hinein bzw. hinaus kann den Fokussierungspunkt auf das Antennenende einstellen.
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In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung weist die Vorrichtung zumindest einen Kühlkörper auf, der bevorzugt mit Kontakt zu wenigstens der Halterung oder dem Schrumpfring steht. Das bedeutet, dass der Kühlkörper bevorzugt die Halterung und/oder den Schrumpfring so berührt, dass eine gute thermische Ableitung der Wärme des Schrumpfringes bzw. der Halterung zu dem Kühlkörper möglich ist.
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Bei dem Kühlkörper kann es sich beispielsweise um ein mit Kühlrippen ausgestalteten Kühlkörper handeln oder aber auch um einen Kühlkörper, der mit einem Flüssigkeitskühlmittel betrieben wird. In diesem Fall weist der Kühlkörper auch einen Anschluss für das Kühlmittel auf.
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Erfindungsgemäß wird der Reaktionsraum der Vorrichtung durch ein Reaktionsrohr begrenzt, wobei die Antenne vorzugsweise mittig in dem Reaktionsrohr angeordnet ist. Die Mantelfläche des Reaktionsrohres begrenzt den Reaktionsraum in von der Antenne ausgesehen radialer Richtung. Diese. Mantelfläche weist Mikroöffnungen auf, durch die der Stoff aus dem Reaktionsraum hinausgelangen kann bzw. in den Reaktionsraum hineingelangen kann. Das Reaktionsrohr weist beispielsweise an einer Stirnseite zumindest eine zentrale Öffnung und an der Mantelfläche mehrere Mikroöffnungen auf. Das mittige Anordnen der Antenne in dem Reaktionsrohr führt zu einem Reaktionsraum, der sich ringförmig um die Antenne bildet. Diese Form ist vorteilhaft, da sich das radialsymmetrische Feld der Mikrowellen gleichmäßig in dem Reaktionsraum ausbreiten kann. Dies führt zu einem gleichmäßigen Eintrag der Mikrowellen in einen Stoff, der sich in diesem Reaktionsraum befindet. Die Stirnseite des Reaktionsrohres befindet sich gegenüber der dem Haltering zugewandten Seite des Reaktionsrohrs. Diese Stirnseite weist eine zentrale Öffnung auf, durch die der Stoff in den Reaktionsraum hineingelangen bzw. aus dem Reaktionsraum herausgelangen kann. Die Mikroöffnungen sind im Allgemeinen kleiner als die zentrale Öffnung. Beispielsweise können zwischen 5 und 500 Mikroöffnungen in der Mantelfläche enthalten sein. Eine bevorzugte Richtung des Stoffflusses besteht darin, dass der Stoff durch die zentrale Öffnung in den Reaktionsraum gelangt und aus den Mikroöffnungen herausgelangt. Die Mikroöffnungen befinden sich vorzugsweise in dem Bereich der Antenne. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der Stoff den Reaktionsraum erst dann wieder verlässt, wenn genügend Mikrowellen in den Stoff eingetragen sind, dass heißt, wenn eine ausreichende Erwärmung stattgefunden hat.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erwärmen eines Stoffes umfasst zumindest die folgenden Schritte:
- a) Zuführen des Stoffes mit einer ersten Temperatur in den Reaktionsraum;
- b) Aktivieren der hier erfindungsgemäß beschriebenen Vorrichtung;
- c) Abführen des Stoffes mit einer zweiten Temperatur, die größer als die erste Temperatur ist.
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Das Verfahren kann bevorzugt mit einem der Verfahren aus der
DE 10 2004 044 687 A1 kombiniert werden, so dass hier auf die dort beschriebenen Prozesse zur Herstellung von Metallcarboxylaten gleichermaßen zurückgegriffen und zur Erläuterung herangezogen werden können.
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Die hier betroffenen Stoffe können beispielsweise in flüssiger, gasförmiger und/oder fester Form, beispielsweise als Granulat oder als pulverisiertes Material, vorliegen. Insbesondere kann das beschriebene Verfahren bei der Herstellung von Zinkstearat, Stearylstearat, Polyol, Polyglycerol und Zincum eingesetzt werden. Als Stoff kann auch Wasser verwendet werden. Der Frequenzbereich der Mikrowellen ist vorzugsweise so zu wählen, dass die Mikrowellen von dem jeweils zu erwärmenden Stoff möglichst gut absorbiert werden können. Durch das Absorbieren der Mikrowellen erwärmt sich der Stoff in dem Reaktionsraum. Vor dem Erwärmen wird der Stoff in den Reaktionsraum eingebracht. Die Temperatur, die der Stoff besitzt, bevor er in den Reaktionsraum gelangt, wird als erste Temperatur beschrieben. Ein Aktivieren der Vorrichtung bewirkt, dass Mikrowellen in den Reaktionsraum abgegeben werden. Das Aktivieren kann demnach ein Einschalten der Vorrichtung bedeuten. Der durch das Absorbieren der Mikrowellen in dem Reaktionsraum erwärmte Stoff wird aus dem Reaktionsraum abgeführt. Dieser Stoff besitzt die zweite Temperatur. Das Zuführen kann beispielsweise durch die erste zentrale Öffnung in der Stirnfläche erfolgen, während das Abführen des Stoffes durch die Mikroöffnungen in der Mantelfläche erfolgen kann. Für das Aktivieren der Vorrichtung kann ein Schalter oder auch eine beispielsweise elektronische Steuerung verwendet werden, die die Vorrichtung gemäß einem gewünschten Verarbeitungsprozess steuert.
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In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei Schritt a) der Stoff wenigstens mit einem Druck bis 30 bar oder mit einem Durchfluss bis 2.000 kg/h dem Reaktionsraum zugeführt. Das Verfahren kann insbesondere auch mit einer Kombination der hier genannten Drücke und Durchflüsse betrieben werden. Somit wird insbesondere eine großtechnische Umsetzung des Verfahrend vorgeschlagen.
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Höhere Durchflussmengen können größere Drücke erfordern. Je höher die Durchfluss, desto effizienter kann ein Herstellungsprozess sein. Allerdings erhöhen sich mit höheren Drücken und Temperaturen die Anforderungen an die Vorrichtung zum Mikrowelleneintrag, die aber von der erfindungsgemäßen Bauart bewältigt werden.
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In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei Schritt b) die Vorrichtung wenigstens mit einer Leistung von bis zu 50 kW oder in einem Frequenzbereich von 0,5 bis 24 Gigahertz, bevorzugt 1 bis 5 Gigahertz, besonders bevorzugt 2 bis 3 Gigahertz betrieben.
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Mikrowellen im Frequenzbereich von 2 bis 3 Gigahertz werden besonders gut von Wasser absorbiert. Im Allgemeinen soll der Frequenzbereich so gewählt werden, dass ein bestimmter Effekt, beispielsweise Erwärmung des Stoffes, der sich im Reaktionsraum befindet, möglichst gut erreicht wird.
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In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens verlässt der Stoff bei Schritt c) mit einer zweiten Temperatur bis maximal 500°C den Reaktionsraum.
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Die gewünschte zweite Temperatur hängt beispielsweise von dem jeweiligen Gebiet, beispielsweise die Herstellung eines bestimmten Stoffes, ab, in dem die Vorrichtung eingesetzt wird.
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Exemplarisch soll hier für eine konkrete Ausgestaltung des Verfahrens die Betriebsweise und die Wirkungsweise der Vorrichtung (wie sie in
6 gezeigt ist) dargestellt werden:
| Stoff: | Metallsalz |
| Druck: | 1–40 bar |
| Durchflussmenge: | ca. 40 kg/h |
| erste Temperatur | ca. 80°C |
| MW-Frequenz: | ca. 2450 MHz |
| Leistung: | ca. 2 kW |
| Erwärmungszeit: | ca. 2–10 Sekunden |
| zweite Temperatur: | ca. 170°C. |
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In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen wenigstens Schritt a) und Schritt c) zumindest teilweise zeitgleich. Eine solche Verfahrensführung ermöglicht das zeitgleiche Zuführen und Abführen des Stoffes in dem Reaktionsraum. Somit ist eine kontinuierliche Prozessführung sowie auch ein pulsierender Batch möglich. Diese hat im Gegensatz zu einem Batch-Betrieb zum Beispiel den Vorteil, dass Verzögerungszeiten, wie sie in Batch-Verarbeitungen vorkommen, vermieden werden können. Es kann demnach eine höhere Effizienz in einem Produktionsprozess erreicht werden.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nun anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Figuren veranschaulichten Ausführungsvarianten die Erfindung nicht beschränken. Regelmäßig werden gleiche Bauteile in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen schematisch:
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1: eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Eintrag von Mikrowellen in einen Reaktionsraum,
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2: den Aufbau einer Fokussiereinheit,
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3: den Aufbau einer erfindungsgemäßen Strömungsvorrichtung,
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4: eine Darstellung einer Antenne mit Halterung und Schrumpfring,
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5: eine Schnittansicht der Darstellung von Antennehalterung und Schrumpfring gemäß 4, und
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6: eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Eintrag von Mikrowellen in einem Reaktionsraum 2. Mikrowellen werden von dem Mikrowellengenerator 3 über ein Koaxialkabel 7 zur Antenne 4 geleitet. Die Antenne 4 strahlt die Mikrowellen in den Reaktionsraum 2 ab, der von dem Reaktionsrohr 13 begrenzt wird. Die Antenne 4 wird von der Halterung 5 in einer geeigneten Position in dem Reaktionsraum 2 gehalten. Die Halterung 5 bildet zusammen mit dem Schrumpfring 6 eine Dichtung 25, die den Reaktionsraum 2 abdichtet. Ein Stoff, der sich in dem Reaktionsraum 2 befindet, kann den Reaktionsraum 2 somit nicht entlang der Antenne 4, bzw. in Richtung der Antenne 4, verlassen.
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2 zeigt eine weitere Möglichkeit, Mikrowellen in die Antenne 4 einzukoppeln. Hier wurde auf die Verwendung eines Koaxialkabels 7 verzichtet und stattdessen werden die Mikrowellen von einem Fokussierapparat 19 direkt in die Antenne 4 eingeleitet. Der Fokussierapparat 19 besteht aus einer Mikrowellenquelle 10, einem Hohlleiter 8 und einem Kurzschlussschieber 11. Die Mikrowellenquelle 10 gibt Mikrowellen an den Hohlleiter 8 ab. Mit dem axial bewegbaren Kurzschlussschieber 11 kann der Fokussierpunkt 22 eingestellt werden. Der Fokussierpunkt 22 ist vorzugsweise so zu wühlen, dass er mit dem in den Hohlraum hineinragenden Teil der Antenne 4, also mit dem Antennenende 26, zusammenfällt. Auf diese Weise können Mikrowellen besonders gut in die Antenne 4 eingeleitet werden.
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3 zeigt eine bevorzugte Strömungsvorrichtung 23 in Gestalt einer Schnittansicht. Der Reaktionsraum 2 ist von dem Reaktionsrohr 13 begrenzt. In der Darstellung befindet sich in der linken Teilhälfte des Reaktionsraumes 2 der Stoff 18. Dieser ist auf der rechten Seite nicht dargestellt, um die Mikroöffnungen 17 in der Mantelfläche 16 des Reaktionsrohrs 13 darzustellen. Der Stoff 18 gelangt durch die zentrale Öffnung 15, die sich an der Stirnseite 14 des Reaktionsrohrs 13 befindet, mit einer ersten Temperatur in den Reaktionsraum 2. Die Antenne 4 strahlt Mikrowellen in den Reaktionsraum 2 ab. Diese werden von dem Stoff 18 absorbiert und so erhöht sich die Temperatur des Stoffs 18 in dem Reaktionsraum. Mit dieser zweiten Temperatur verlässt der Stoff 18 den Reaktionsraum durch die Mikroöffnungen 17.
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4 zeigt eine Darstellung einer Antenne 4 mit einer Halterung 5 und einem Schrumpfring 6. 5 zeigt diese Antenne 4 in einer Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A. Der Schrumpfring 6 weist ein Relief 20 auf. Dieses Relief 20 kann beispielsweise wie eine Labyrinthdichtung wirken.
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6 zeigt ein besonders geeignetes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Eintrag von Mikrowellen in einen Reaktionsraum 2. Der Mikrowellengenerator 3 weist einen Fokussierapparat 19 mit einem Hohlleiter 8, einer Mikrowellenquelle 10 und einem Kurzschlussschieber 11 auf. Die Mikrowellenquelle 10 gibt Mikrowellen an den Hohlleiter 8 ab. Die Form des Hohlleiters 8 und die Stellung des Kurzschlussschiebers 11 bestimmen die Lage des Fokussierpunktes 22 für die jeweilige Frequenz der Mikrowellen. Dieser Fokussierpunkt 22 wird so gelegt, dass er mit einem in den Hohlleiter 8 hineinragenden Antennenende 26 zusammen liegt. Die Mikrowellen gelangen von dem Hohlleiter 8 über die Antenne 4 zu dem Reaktionsraum 2. Dort werden die Mikrowellen von der Antenne 4 abgestrahlt. Die Antenne 4 ist über den Anschluss 24 mit dem Hohlleiter 8 verbunden. Der Reaktionsraum 2 wird von dem Reaktionsrohr 13 begrenzt. Dieses besitzt an der Mantelfläche 16 mehrere Mikroöffnungen 17. An der Stirnseite 14 befindet sich die zentrale Öffnung 15. Durch diese gelangt der Stoff 18 in den Reaktionsraum 2. Nachdem der Stoff 18 durch den Eintrag von Mikrowellen erwärmt wurde, verlässt er den Reaktionsraum durch die Mikroöffnungen 17. Die Antenne 4 ist von der Antennenspitze 9 bis zu dem Schrumpfring 6 von der Halterung 5 umgeben. An dem Schrumpfring 6 befindet sich ein Kühlkörper 12. Dieser Kühlkörper 12 weist auch einen Kühlanschluss 21 zum Zuführen und Abführen einer Kühlflüssigkeit auf. Der Kühlkörper 12 dient dem Kühlen des Schrumpfringes und stellt somit die Dichtigkeit der Dichtung bestehend aus Schrumpfring 6 und Halterung 5 sicher. Die dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kann dazu verwendet werden, einen Stoff 18 durch den Eintrag von Mikrowellen zu erwärmen. Dies geschieht, in dem der Stoff 18 mit einem bestimmten Druck und einer ersten Temperatur durch die Öffnung 18 in den Reaktionsraum 2 gelangt, dort mit Mikrowellen beaufschlagt wird und den Reaktionsraum durch die Mikroöffnung 17 wieder verlässt. Dieser Prozess kann kontinuierlich geführt werden, das heißt das Zuführen und Abführen des Stoffes passiert kontinuierlich und zeitgleich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zum Eintrag von Mikrowellen
- 2
- Reaktionsraum
- 3
- Mikrowellengenerator
- 4
- Antenne
- 5
- Halterung
- 6
- Schrumpfring
- 7
- Koaxialkabel
- 8
- Hohlleiter
- 9
- Antennenspitze
- 10
- Mikrowellenquelle
- 11
- Kurzschlussschieber
- 12
- Kühlkörper
- 13
- Reaktionsrohr
- 14
- Stirnseite
- 15
- Zentrale Öffnung
- 16
- Mantelfläche
- 17
- Mikroöffnungen
- 18
- Stoff
- 19
- Fokussierapparat
- 20
- Relief
- 21
- Kühlanschluss
- 22
- Fokussierpunkt
- 23
- Strömungsvorrichtung
- 24
- Anschluss
- 25
- Dichtung
- 26
- Antennenende
