DE102011051542A1 - Microwave reactor for microwave-assisted heating of a medium - Google Patents

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    • H05B6/80—Apparatus for specific applications
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mikrowellenreaktor (1) zur mikrowellenunterstützten Erwärmung eines Mediums, bestehend aus einem, einen Innenraum (3) umschließenden, Gehäuse (2); mehreren Hohlleitern (7), die jeweils mit einer stirnseitigen Austrittsöffnung (9) über jeweils eine Öffnung (2.4) im Gehäuse (2) mit dem Innenraum (3) in Verbindung stehen; einem ersten Hohlzylinder (4) aus einem für Mikrowellen transparenten Material, der im Innenraum (3) so angeordnet ist, dass zwischen dem ersten Hohlzylinder (4) und dem Gehäuse (2) ein freier Zwischenraum (6) vorhanden ist und der erste Hohlzylinder (4) zur Durchführung eines Mediums stirnseitig mit einer Medienzuführungsöffnung (12) und mit einer Medienabführungsöffnung (13), die im Gehäuse (2) vorgesehen sind, in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) einen zweiten Hohlzylinder (5) darstellt, der koaxial um den ersten Hohlzylinder (4) angeordnet ist, und dass mindestens ein erster Hohlleiter (7.1), so am Gehäuse (2) angeordnet ist, dass die Einkoppelachsen (16.1, 16.2) der Hohlleiter (7.1, 7.2), entlang derer Mikrowellen aus den Hohlleitern (7.1, 7.2) ausgekoppelt und in den Innenraum (3) eingekoppelt werden, in einer zur Hohlzylinderachse (4.1) senkrechten Ebene (10) liegen und in den Zwischenraum (6) gerichtet sind.The invention relates to a microwave reactor (1) for microwave-assisted heating of a medium, comprising a housing (2) surrounding an interior space (3); a plurality of waveguides (7), each with an end-side outlet opening (9) via in each case an opening (2.4) in the housing (2) with the interior (3) are in communication; a first hollow cylinder (4) of a material transparent to microwaves, which is arranged in the interior space (3) such that a free intermediate space (6) is present between the first hollow cylinder (4) and the housing (2) and the first hollow cylinder ( 4) for the passage of a medium frontally with a media supply port (12) and with a Medienabführungsöffnung (13), which are provided in the housing (2) is in communication, characterized in that the housing (2) is a second hollow cylinder (5) , which is arranged coaxially to the first hollow cylinder (4), and that at least one first waveguide (7.1), so on the housing (2) is arranged, that the coupling axes (16.1, 16.2) of the waveguide (7.1, 7.2) along which Microwaves from the waveguides (7.1, 7.2) are coupled and coupled into the interior (3), in a hollow cylinder axis (4.1) perpendicular to the plane (10) and are directed into the intermediate space (6).

Description

Die Erfindung betrifft einen Mikrowellenreaktor zur mikrowellenunterstützten Erwärmung eines Mediums. The invention relates to a microwave reactor for microwave-assisted heating of a medium.

Bei einer Reihe von gewerblichen oder industriellen Prozessen sowie beim Betrieb von technischen und chemischen Anlagen besteht das Erfordernis, feste, flüssige oder gasförmige Medien zu erwärmen, um diese einer Prozessierung zugänglich zu machen. Dabei ist es bekannt, die Medien vorzuwärmen.In a number of commercial or industrial processes, as well as in the operation of technical and chemical plants, it is necessary to heat solid, liquid or gaseous media in order to make them accessible for processing. It is known to preheat the media.

Werden das oder die Medien durch Wärmeleitung und Wärmetransport vorgewärmt, benötigt dieses Vorgehen lange Zeiten (bis zu einer Stunde) um die Medien auf eine erforderliche Betriebstemperatur zu erwärmen. Insbesondere bei diskontinuierlich ablaufenden Prozessierungen ergibt sich daher die wenig energieeffiziente Notwendigkeit, das Medium oder die Medien dauerhaft auf Betriebstemperatur zu halten. If the media is preheated by heat conduction and heat transfer, this procedure takes long periods of time (up to one hour) to heat the media to a required operating temperature. In particular, in the case of intermittent processing, therefore, the less energy-efficient necessity of permanently maintaining the medium or the media at operating temperature results.

Eine Möglichkeit, ein Medium bei Bedarf innerhalb kurzer Zeit auf Betriebstemperatur zu bringen, ist die Verwendung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Mikrowellenstrahlung (fortan: Mikrowellen) mit Frequenzen zwischen 300 MHz und 300 GHz.One possibility for bringing a medium to operating temperature within a short time if required is the use of electromagnetic radiation, in particular microwave radiation (henceforth: microwaves) with frequencies between 300 MHz and 300 GHz.

Ein die Gestaltung einer Heizkammer (fortan: Innenraum) betreffender Ansatz wird in der DE 43 13 806 A1 beschrieben. In dem Innenraum sind zusätzliche Reflexionswandungen aus für Mikrowellen reflektierendem Material vorhanden, die so geformt und zueinander ausgerichtet sind, dass in den Innenraum eingekoppelte Mikrowellen im Wesentlichen nur zwischen diesen Reflexionswandungen statisch reflektiert werden. Durch den Innenraum und in den Bereich der umlaufend reflektierten Mikrowellen werden kontinuierlich oder diskontinuierlich zu erwärmende Körper bewegt. Die Lösung gemäß der DE 43 13 806 A1 erlaubt eine recht homogene Verteilung von Mikrowellen zwischen den Reflexionswandungen. Allerdings ist auch hier eine verhältnismäßig große Abmessung des Innenraums nötig, um die Reflexionswandungen unterbringen zu können und um die Ausbildung einer homogenen Verteilung durch eine alleinige Reflexion an den Reflexionswandungen überhaupt erst zu ermöglichen.An approach relating to the design of a heating chamber (henceforth: interior space) is described in US Pat DE 43 13 806 A1 described. In the interior, there are additional reflection walls of microwave reflective material that are shaped and aligned with each other such that microwaves coupled into the interior are substantially statically reflected only between these reflection walls. Through the interior and in the area of the circumferentially reflected microwaves are moved continuously or discontinuously to be heated body. The solution according to DE 43 13 806 A1 allows a fairly homogeneous distribution of microwaves between the reflection walls. However, here too a relatively large dimension of the interior is necessary in order to accommodate the reflection walls and to allow the formation of a homogeneous distribution by a sole reflection on the reflection walls in the first place.

Eine Kombination von statischen Reflexionen der Mikrowellen an den, einen Innenraum begrenzenden, Wänden eines Gehäuses und einer dynamischen Reflexion der Mikrowellen mittels mindestens einem Modenrührer, ist in der DE 103 29 411 B4 offenbart. Der Innenraum ist als ein hochmodiger Resonator ausgebildet, wobei der Resonatordurchmesser mindestens fünfmal, besser aber wenigstens zehnmal größer als die Wellenlänge der Mikrowellen ist. In den Innenraum, der einfach, aber nie rund gestaltet ist, werden Mikrowellen über mindestens ein Paar Hohlleiter eingekoppelt. Die Hohlleiterachsen eines Paares von Hohlleitern sind immer in einem spitzen Winkel zueinander verlaufend ausgerichtet und treffen auf einen gemeinsamen Modenrührer, der sich über nahezu die gesamte Innenraumlänge erstreckt und der um seine Längsachse tordiert ist. Die Mikrowellen werden unter wechselnden Winkellagen sowohl an dem rotierenden Modenrührer als auch an den Wänden reflektiert, wodurch eine weitgehend homogene Verteilung der Mikrowellen in dem Innenraum erreicht wird. In den Innenraum kann ein gegen den Innenraum abgeschlossener Hohlraum, hier ist es ein Autoklav, eingebracht werden, in dem sich durch die Mikrowellen zu erwärmende und thermisch zu prozessierende Medien befinden. Die Prozessführung kann durch sowohl im Autoklaven als auch im Resonator vorhandene mess- und regeltechnische Signalleitungen gesteuert werden.A combination of static reflections of the microwaves at the walls of a housing bounding an interior space and a dynamic reflection of the microwaves by means of at least one mode stirrer is disclosed in US Pat DE 103 29 411 B4 disclosed. The interior space is formed as a highly modern resonator, wherein the resonator diameter is at least five times, but better at least ten times larger than the wavelength of the microwaves. In the interior, which is simple, but never designed round, microwaves are coupled via at least one pair of waveguides. The waveguide axes of a pair of waveguides are always aligned at an acute angle to each other and meet a common mode stirrer which extends over almost the entire interior length and which is twisted about its longitudinal axis. The microwaves are reflected at varying angular positions both on the rotating mode stirrer and on the walls, whereby a substantially homogeneous distribution of the microwaves in the interior is achieved. In the interior, a closed against the interior cavity, here it is an autoclave, are introduced, in which are to be heated by the microwaves and thermally processed media. The process control can be controlled by both in the autoclave and in the resonator existing measurement and control signal lines.

Durch die Anmelderin selbst ist ein Mikrowellenreaktor zur mikrowellenunterstützten katalytischen Stoffumsetzung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums bekannt ( DE 20 2010 005 946.1 ). Der Mikrowellenreaktor besteht aus einem, einen Innenraum umschließenden, Gehäuse aus für Mikrowellen reflektierendem Material; mehreren Hohlleitern mit je einer Hohlleiterachse, die jeweils mit einer stirnseitigen Austrittsöffnung über jeweils eine Öffnung im Gehäuse mit dem Innenraum in Verbindung stehen; einem mit einem Katalysator gefüllten ersten Hohlzylinder aus einem für Mikrowellen transparenten Material, der im Innenraum so angeordnet ist, dass zwischen dem ersten Hohlzylinder, entlang seiner Hohlzylinderachse, und dem Gehäuse ein freier Zwischenraum vorhanden ist, in dem zwei Modenrührer angeordnet sind, und der erste Hohlzylinder zur Durchführung eines Mediums stirnseitig mit einer Medienzuführungsöffnung und mit einer Medienabführungsöffnung, die im Gehäuse vorgesehen sind, in Verbindung steht. Der Katalysator dieses Mikrowellenreaktors ist sehr schnell und über seinen Umfang mittels der Mikrowellen erwärmbar. Allerdings sind die Mengen an Medium, die je Zeiteinheit erwärmt und von Schadstoffen befreit werden können auf etwa 100 m3/h beschränkt.By the applicant itself, a microwave reactor for microwave-assisted catalytic conversion of a liquid or gaseous medium is known (US Pat. DE 20 2010 005 946.1 ). The microwave reactor consists of a housing enclosing an interior of a microwave-reflective material; a plurality of waveguides, each having a waveguide axis, each communicating with an end-side outlet opening via an opening in the housing with the interior in combination; a first hollow cylinder of a microwave-transparent material filled with a catalyst, which is arranged in the interior so that between the first hollow cylinder, along its hollow cylinder axis, and the housing there is a free space in which two mode stirrers are arranged, and the first Hollow cylinder for carrying a medium frontally with a media supply port and with a media discharge opening, which are provided in the housing in communication. The catalyst of this microwave reactor can be heated very quickly and over its circumference by means of the microwaves. However, the amounts of medium which are heated per unit time and can be removed from pollutants limited to about 100 m 3 / h.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit aufzuzeigen, mittels der eine energieeffiziente Erwärmung von Medien erreicht werden kann.The invention has for its object to show a new way, by means of an energy-efficient heating of media can be achieved.

Die Aufgabe wird in einem Mikrowellenreaktor zur mikrowellenunterstützten Erwärmung eines Mediums, bestehend aus einem, einen Innenraum umschließenden, Gehäuse aus für Mikrowellen reflektierendem Material; mehreren Hohlleitern mit je einer Hohlleiterachse, die jeweils mit einer stirnseitigen Austrittsöffnung über jeweils eine Öffnung im Gehäuse mit dem Innenraum in Verbindung stehen; einem ersten Hohlzylinder aus einem für Mikrowellen transparenten Material, der im Innenraum so angeordnet ist, dass zwischen dem ersten Hohlzylinder, entlang seiner Hohlzylinderachse, und dem Gehäuse ein freier Zwischenraum vorhanden ist und der erste Hohlzylinder zur Durchführung eines Mediums stirnseitig mit einer Medienzuführungsöffnung und mit einer Medienabführungsöffnung, die im Gehäuse vorgesehen sind, in Verbindung steht, gelöst. Der Mikrowellenreaktor ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen zweiten Hohlzylinder darstellt, der koaxial um den ersten Hohlzylinder angeordnet ist. Außerdem ist mindestens ein erster und ein zweiter Hohlleiter am Gehäuse angeordnet. Jeder der Hohlleiter weist eine Hohlleiterachse und eine Einkoppelachse auf. Die Mikrowellen werden entlang der Einkoppelachsen aus dem jeweiligen Hohlleiter aus- und in den Innenraum eingekoppelt. Die Hohlleiter sind so am Gehäuse angeordnet, dass die Einkoppelachsen in einer zur Hohlzylinderachse senkrechten Ebene liegen und in den Zwischenraum gerichtet sind.The object is in a microwave reactor for microwave-assisted heating of a medium, consisting of an interior enclosing, housing of microwave-reflective material; a plurality of waveguides each having a waveguide axis, each with a front-side outlet opening via an opening in the housing with the interior are in communication; a first hollow cylinder made of a material transparent to microwaves, which is arranged in the interior so that between the first hollow cylinder, along its hollow cylinder axis, and the housing a free space is present and the first hollow cylinder for carrying a medium frontally with a media supply port and with a Media discharge opening, which are provided in the housing, is in communication, solved. The microwave reactor is characterized in that the housing is a second hollow cylinder which is arranged coaxially around the first hollow cylinder. In addition, at least a first and a second waveguide is arranged on the housing. Each of the waveguides has a waveguide axis and a coupling axis. The microwaves are out of the respective waveguide along the coupling axes and coupled into the interior. The waveguides are arranged on the housing such that the coupling axes lie in a plane perpendicular to the hollow cylinder axis and are directed into the intermediate space.

Die Hohlleiter sind vorzugsweise mit gleichen Winkelabständen zueinander in der Ebene angeordnet (z. B. liegen zwei Hohlleiter um 180°, vier Hohlleiter um je 90° zueinander versetzt in der Ebene).The waveguides are preferably arranged at equal angular distances from each other in the plane (for example, two waveguides are 180 °, four waveguides 90 ° offset from one another in the plane).

Unter einem zu erwärmenden Medium werden nachfolgend feste, flüssige oder gasförmige Stoffe und Stoffgemische verstanden, die mittels der Mikrowellen erwärmt werden sollen. Es können auch Kombinationen von festen, flüssigen und gasförmigen Medien erwärmt werden. Sind feste Medien zu erwärmen, so sind diese vorzugsweise transportfähig, z. B. liegen diese als feinkörniges Pulver vor. Es ist möglich, dass ein beispielsweise pulverförmiges Medium mittels eines Transportmediums transportiert ist. Ein Transportmedium kann beispielsweise ein inertes Gas (z. B. ein Edelgas), ein Gasgemisch oder eine Flüssigkeit sein (Suspension).Under a medium to be heated are hereinafter solid, liquid or gaseous substances and mixtures understood that are to be heated by means of microwaves. Combinations of solid, liquid and gaseous media can also be heated. Are solid media to heat, they are preferably transportable, z. B. they are present as a fine-grained powder. It is possible that an example powdery medium is transported by means of a transport medium. A transport medium may be, for example, an inert gas (eg a noble gas), a gas mixture or a liquid (suspension).

Das durch den ersten Hohlzylinder durchgeführte Medium kann selbst für die Mikrowellen absorbierend sein, absorbierende Stoffe, z. B. absorbierende Partikel, enthalten oder durch Wärmeleitung sowie Wärmetransport seitens weiterer, absorbierender Medien oder durch mit dem ersten Hohlzylinder in Verbindung stehenden (z. B. in oder an diesem angeordnet) Medien oder Körper erwärmbar sein.The medium passed through the first hollow cylinder may be absorbent even to the microwaves, absorbing substances, e.g. As absorbent particles, or be heated by heat conduction and heat transfer from other, absorbent media or by the first hollow cylinder in communication (eg., In or arranged on this) media or body.

Beispielsweise kann ein für Mikrowellen absorbierender fester Stoff, oder ein Körper aus diesem Stoff, z. B. ein Katalysator, in dem Hohlzylinder vorhanden sein, der von einem Medium durchströmt ist.For example, a microwave-absorbing solid, or a body of this substance, for. As a catalyst, be present in the hollow cylinder, which is flowed through by a medium.

In weiteren Ausführungen des Mikrowellenreaktors können die Medien in voneinander getrennten Kompartimenten des Hohlzylinders geführt sein.In further embodiments of the microwave reactor, the media may be guided in separate compartments of the hollow cylinder.

Es ist vorteilhaft, wenn die Hohlleiter so am Gehäuse angeordnet sind, dass deren Einkoppelachsen nicht auf den ersten Hohlzylinder gerichtet sind. Dadurch wird vermieden, dass bereits kurz nach dem Einkoppeln der Mikrowellen in den Innenraum ein Großteil der Mikrowellen auf den Katalysator auftrifft und dieser lediglich bereichsweise über seinen Umfang erhitzt wird.It is advantageous if the waveguides are arranged on the housing so that their coupling axes are not directed to the first hollow cylinder. This avoids that shortly after the coupling of the microwaves into the interior, a large part of the microwaves impinges on the catalyst and this is only partially heated over its circumference.

In einfachen Ausführungen des erfindungsgemäßen Mikrowellenreaktors fällt die Einkoppelachse eines Hohlleiters mit der Hohlleiterachse dann zusammen, wenn die Mikrowellen an einem stirnseitigen Ende des Hohlleiters ausgekoppelt werden. Ist dagegen das stirnseitige Ende des Hohlleiters verschlossen und werden die Mikrowellen beispielsweise durch einen oder mehrere seitlich in dem Hohlleiter vorhandene Schlitze ausgekoppelt, weichen Einkoppelachse und Hohlleiterachse voneinander ab.In simple embodiments of the microwave reactor according to the invention, the coupling axis of a waveguide coincides with the waveguide axis when the microwaves are coupled out at a front end of the waveguide. If, however, the front end of the waveguide is closed and the microwaves are coupled, for example, by one or more laterally present in the waveguide slots, soft Einkoppelachse and waveguide axis from each other.

Die Wände des Gehäuses sowie die Hohlleiter bestehen aus einem die Mikrowellen reflektierendem Material, wie beispielsweise Stahlblech.The walls of the housing as well as the waveguides consist of a microwave reflecting material, such as steel sheet.

Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Mikrowellenreaktor so gestaltet, dass die Einkoppelachsen aller in der Ebene angeordneter Hohlleiter mit einem gleichen Richtungssinn um die Hohlzylinderachse weisend angeordnet sind. Mit einer solchen Anordnung wird ein Umlauf eines Teils der eingekoppelten Mikrowellen um den ersten Hohlzylinder bewirkt. Außerdem ist dadurch die Wahrscheinlichkeit stark reduziert, dass Mikrowellen durch die Austrittsöffnungen der Hohlleiter hindurch in die Hohlleiter zurück reflektiert werden.Preferably, the microwave reactor according to the invention is designed so that the coupling axes of all arranged in the plane waveguide are arranged pointing with a same sense of direction to the hollow cylinder axis. With such an arrangement, a circulation of a portion of the coupled microwaves is effected around the first hollow cylinder. In addition, this greatly reduces the probability that microwaves are reflected back through the outlet openings of the waveguide in the waveguide.

In einer für viele Anwendungen vorteilhaften Ausführung des Mikrowellenreaktors ist der erste Hohlzylinder mit einem durch Mikrowellen erwärmbaren Katalysator gefüllt. Der Katalysator ist dann ein beispielsweise festes Medium.In an embodiment of the microwave reactor which is advantageous for many applications, the first hollow cylinder is filled with a catalyst that can be heated by microwaves. The catalyst is then, for example, a solid medium.

Als Katalysator kann jedes Material eingesetzt werden, welches durch die Mikrowellen erwärmt werden kann und Katalysatoreigenschaften aufweist. In weiteren Ausführungen kann das durch Mikrowellen erwärmte Material auch mit weiteren katalytisch aktiven Materialien verbunden sein, die sich nicht durch Mikrowellen erwärmen lassen (Katalysator auf einem Trägermaterial).As catalyst, any material can be used which can be heated by the microwaves and has catalyst properties. In further embodiments, the microwave heated material may also be associated with other catalytically active materials that can not be heated by microwaves (catalyst on a support material).

Der Katalysator kann den ersten Hohlzylinder vorzugsweise in Form einer Schüttung ausfüllen, es sind aber auch poröse oder mit Strömungskanälen versehene und an den ersten Hohlzylinder angepasste Formkörper verwendbar.The catalyst may preferably fill the first hollow cylinder in the form of a bed, but it is also porous or provided with flow channels and adapted to the first hollow cylinder moldings used.

Um eine gleichmäßige und schnelle Erwärmung des Mediums zu erreichen, können mehrere Ebenen mit Hohlleitern vorhanden sein. Die Austrittsöffnungen der Hohlleiter der Ebenen können entlang einer vertikal verlaufenden Hohlzylinderachse übereinander, bei einer horizontal verlaufenden Hohlzylinderachse entsprechend nebeneinander, angeordnet sein. In einer Fortbildung des erfindungsgemäßen Mikrowellenreaktors können die Austrittsöffnungen benachbart angeordneter Ebenen zueinander um die Hohlzylinderachse versetzt sein.In order to achieve a uniform and rapid heating of the medium, several levels may be present with waveguides. The Outlet openings of the waveguides of the planes can be arranged one above the other along a vertically extending hollow cylinder axis, in a horizontally extending hollow cylinder axis corresponding to each other. In a further development of the microwave reactor according to the invention, the outlet openings of adjacently arranged planes can be offset from each other about the hollow cylinder axis.

Es ist in weiteren Ausführungen des erfindungsgemäßen Mikrowellenreaktors möglich, dass ein Hohlleiter eine Anzahl von Austrittsöffnungen aufweist. Diese sind vorzugsweise als Schlitze ausgebildet, wodurch eine schädliche Rückreflexion von Mikrowellen in den Hohlleiter stark reduziert wird.It is possible in further embodiments of the microwave reactor according to the invention that a waveguide has a number of outlet openings. These are preferably formed as slots, whereby a harmful back reflection of microwaves in the waveguide is greatly reduced.

Dabei ist es möglich, dass die Austrittsöffnungen benachbart angeordneter Ebenen zueinander so versetzt sind, dass die Austrittsöffnungen der Ebenen spiralig entlang der Hohlzylinderachse zu liegen kommen oder aber zwischen mindestens zwei möglichen Anordnungen alternierend angeordnet sind. Diese Möglichkeiten können auch kombiniert sein.It is possible that the outlet openings adjacently arranged planes are offset from each other so that the outlet openings of the planes come to lie spirally along the hollow cylinder axis or are alternately arranged between at least two possible arrangements. These possibilities can also be combined.

Ein gegenseitiger Versatz der Austrittsöffnungen in den Ebenen als auch ein Versatz der Austrittsöffnungen zwischen den Ebenen sind vorzugsweise so gewählt, dass die lokale Ausbildung von konstruktiven Interferenzen (sog. „hot-spots“) aber auch von destruktiven Interferenzen der Mikrowellen weitgehend vermieden werden.A mutual offset of the outlet openings in the planes as well as a displacement of the outlet openings between the planes are preferably chosen so that the local formation of structural interferences (so-called "hot spots") but also of destructive interference of the microwaves are largely avoided.

In einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Mikrowellenreaktors sind die Ebenen mit Hohlleitern von der Medienzuführungsöffnung in Richtung der Medienabführungsöffnung mit zunehmenden Abständen zwischen aufeinander folgenden Ebenen angeordnet. Durch eine derartige Anordnung der Ebenen ist es möglich, ein Medium nahe der Medienzuführungsöffnung stärker zu erwärmen als nahe der Medienabführungsöffnung. In an advantageous embodiment of the microwave reactor according to the invention, the planes with waveguides are arranged from the media supply opening in the direction of the media discharge opening with increasing distances between successive planes. Such an arrangement of the planes makes it possible to heat a medium near the media feed opening more than near the media discharge opening.

Ist ein Katalysator verwendet, wird vorteilhaft das an der Medienzuführungsöffnung eintretende Medium mittels einer solchen Ausgestaltung durch Wärmeleitung von dem Katalysator erwärmt. Durch das erwärmte Medium wird über Wärmetransport ein Teil der aufgenommenen Wärme durch den ersten Hohlzylinder transportiert und durch Wärmeleitung wieder auf den Katalysator übertragen. Eine solche Ausführung erlaubt eine gleichmäßige Erwärmung des Katalysators entlang der Hohlzylinderachse.If a catalyst is used, the medium entering the media supply opening is advantageously heated by heat conduction from the catalyst by means of such a configuration. Through the heated medium, a portion of the absorbed heat is transported by heat transfer through the first hollow cylinder and transferred by heat conduction back to the catalyst. Such an embodiment allows a uniform heating of the catalyst along the hollow cylinder axis.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Mikrowellenreaktors ist, wenn die Leistung der eingekoppelten Mikrowellen je Ebene regelbar ist. Auf diese Weise ist das Erwärmungsverhalten des Katalysators und des Mediums sehr präzise einstellbar. Dazu sind vorteilhaft die Mikrowellenquellen jeder Ebene regelbar. Ferner können Transformationseinrichtungen, z. B. Dreistifttuner an den Hohlleitern, zur Beeinflussung der Eigenschaften der Mikrowellen angeordnet sein.A further advantageous embodiment of the microwave reactor is when the power of the coupled microwaves per level can be regulated. In this way, the heating behavior of the catalyst and the medium is very precisely adjustable. For this purpose, the microwave sources of each level are advantageously adjustable. Furthermore, transformation facilities, for. B. Dreistifttuner to the waveguides to be arranged to influence the properties of the microwaves.

Der erste Hohlzylinder kann verschieden gestaltet sein. Er kann sich von der Medienzuführungsöffnung zur Medienabführungsöffnung erstreckend ausgeführt sein, wobei der erste Hohlzylinder innen ganz oder teilweise von dem Katalysator ausgefüllt ist.The first hollow cylinder can be designed differently. It may be designed to extend from the media supply opening to the media discharge opening, wherein the first hollow cylinder is completely or partially filled inside by the catalyst.

In einer zweiten Ausführung ist der erste Hohlzylinder koaxial zur Hohlzylinderachse von einem Rohr durchzogen, so dass der Katalysator in einem Kreisring um das Rohr vorhanden ist.In a second embodiment, the first hollow cylinder is coaxial with the hollow cylinder axis of a pipe, so that the catalyst is present in a circular ring around the pipe.

Im Bereich der Medienzuführungsöffnung und Medienabführungsöffnung können Mittel, in einer einfachen Ausführung z. B. eine Lochplatte aus Stahlblech, vorhanden sein, durch die ein Austreten von Mikrowellen aus dem Mikrowellenreaktor verhindert wird.In the area of the media supply opening and the media discharge opening means, in a simple embodiment z. As a perforated plate made of sheet steel, be present, is prevented by the leakage of microwaves from the microwave reactor.

In einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Mikrowellenreaktors steht der erste Hohlzylinder über eine seiner Stirnseiten mit der Medienzuführungsöffnung und mit der Medienabführungsöffnung in Verbindung und ist an seiner anderen Stirnseite für das Medium dicht verschlossen. Die Medienzuführungsöffnung und die Medienabführungsöffnung sind durch ein koaxial zu der Hohlzylinderachse ausgerichtetes Rohr, welches kürzer als eine Hohlzylinderlänge des ersten Hohlzylinders ist, voneinander getrennt, so dass die Medienabführungsöffnung und die Medienzuführungsöffnung in einer sich senkrecht zur Hohlzylinderachse erstreckenden Zuführungsebene koaxial zur Hohlzylinderachse liegend, angeordnet sind.In a further embodiment of the microwave reactor according to the invention, the first hollow cylinder is connected via one of its end faces to the media supply opening and to the media discharge opening and is sealed at its other end face for the medium. The media feed opening and the media discharge opening are separated from one another by a tube which is aligned coaxially with the hollow cylinder axis and which is shorter than a hollow cylinder length of the first hollow cylinder so that the media discharge opening and the media feed opening are arranged coaxially to the hollow cylinder axis in a feed plane extending perpendicularly to the hollow cylinder axis ,

Es ist ferner möglich, dass der erfindungsgemäße Mikrowellenreaktor mehrere erste Hohlzylinder aufweist, welche axial zur Hohlzylinderachse angeordnet sind.It is also possible that the microwave reactor according to the invention comprises a plurality of first hollow cylinder, which are arranged axially to the hollow cylinder axis.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mikrowellenreaktors weist die Innenwand des Gehäuses in jeder Ebene mindestens zwei Ausbuchtungen auf, in denen jeweils mindestens eine Austrittsöffnung eines Hohlleiters vorhanden ist. Durch eine solche Gestaltung wird eine vereinfachte Herstellung der Anbindung der Hohlleiter an das Gehäuse ermöglicht. Zugleich ist die Gefahr einer Rückreflexion von Mikrowellen in die Hohlleiter gering.In an advantageous embodiment of the microwave reactor according to the invention, the inner wall of the housing in each plane at least two protrusions, in each of which at least one outlet opening of a waveguide is present. Such a design enables a simplified production of the connection of the waveguide to the housing. At the same time the risk of back reflection of microwaves in the waveguide is low.

Ferner ist es möglich, dass die Hohlleiter tangential an das Gehäuse und an Öffnungen in dem Gehäuse ansetzen, dass über seitlich in den Hohlleitern angeordnete Austrittsöffnungen, Mikrowellen in den Innenraum einkoppelbar sind.Furthermore, it is possible for the waveguides to attach tangentially to the housing and to openings in the housing such that microwaves can be introduced into the interior via outlet openings arranged laterally in the waveguides.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gegeben, dass die Hohlleiterachsen der mindestens zwei Hohlleiter parallel zur Hohlzylinderachse verlaufen und jeder Hohlleiter in jeder Ebene jeweils mindestens eine Austrittsöffnung aufweist, durch welche Mikrowellen in den Innenraum einkoppelbar sind. A further embodiment of the invention is given by the fact that the waveguide axes of the at least two waveguides are parallel to the hollow cylinder axis and each waveguide in each plane has at least one outlet opening through which microwaves can be coupled into the interior.

In einem Hohlleiter entsteht nach Einkopplung von Mikrowellen in den Hohlleiter bei entsprechender Dimensionierung desselben eine stehende Welle der Mikrowellen. Um eine effektive Auskopplung der Mikrowellen aus dem Hohlleiter und eine Einkopplung durch die Austrittsöffnungen in den Innenraum zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die Austrittsöffnungen jeweils bei einem Vielfachen von Lambda/2 der Wellenlänge der verwendeten Mikrowellen vorhanden sind.In a waveguide arises after coupling of microwaves in the waveguide with appropriate dimensioning thereof a standing wave of microwaves. In order to achieve an effective coupling out of the microwaves from the waveguide and a coupling through the outlet openings in the interior, it is advantageous if the outlet openings are each present at a multiple of lambda / 2 of the wavelength of the microwaves used.

Eine Übereinstimmung der Austrittsöffnungen mit einem Vielfachen von Lambda/2 der verwendeten Mikrowellen kann konstruktiv durch die Gestaltung des jeweiligen Hohlleiters erreicht werden. Es ist jedoch von Vorteil, wenn zusätzlich Mittel vorhanden sind, mit denen eine in dem jeweiligen Hohlleiter erzeugte stehende Welle der Mikrowellen so veränderbar ist, dass eine Auskopplung von Mikrowellen durch die Austrittsöffnungen ermöglicht wird. Solche Mittel können beispielsweise durch eine Stellvorrichtung realisiert sein, mittels der die Länge des Hohlleiters einstellbar ist.A match of the outlet openings with a multiple of lambda / 2 of the microwaves used can be achieved structurally by the design of the respective waveguide. However, it is advantageous if additional means are provided with which a standing wave of the microwaves generated in the respective waveguide is variable so that a coupling out of microwaves through the outlet openings is made possible. Such means may for example be realized by an adjusting device by means of which the length of the waveguide is adjustable.

Die Auswahl der Materialien für die einzelnen Komponenten des erfindungsgemäßen Mikrowellenreaktors erfolgt im Hinblick auf die vorgesehene Anwendung und in Abhängigkeit von den Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereichen der verwendeten Mikrowellen sowie der Größe der in den Mikroreaktor einzukoppelnden Energien. Das Material der Komponenten wird weiterhin so gewählt, dass unerwünschte chemische Reaktionen ausgeschlossen oder zumindest so weit als möglich reduziert werden. Die Dimensionierung der Vorrichtung wird im Wesentlichen durch die Erfordernisse der Mediendurchführung und der mikrowellenunterstützten katalytischen Stoffumsetzung, nämlich sowohl einer genügend hohen Durchsatzrate des Mediums als auch einer ausreichend langen Verweildauer zur möglichst vollständigen Stoffumsetzung des Mediums, bestimmt.The selection of the materials for the individual components of the microwave reactor according to the invention takes place with regard to the intended application and as a function of the wavelengths or wavelength ranges of the microwaves used and the size of the energies to be coupled into the microreactor. The material of the components is further selected to eliminate or at least reduce undesirable chemical reactions as much as possible. The dimensioning of the device is essentially determined by the requirements of the media feedthrough and the microwave-assisted catalytic conversion, namely both a sufficiently high throughput rate of the medium and a sufficiently long residence time for as complete as possible material conversion of the medium.

Es ist ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegend, dass Komponenten des Mikrowellenreaktors mit Dichtungen sowie mit Befestigungselementen in Verbindung stehen können.It is also within the scope of the invention that components of the microwave reactor can be associated with seals as well as with fasteners.

Um unerwünschte Wirkungen der Mikrowellen, wie beispielsweise Antennenwirkungen von in den Innenraum hinein ragender Komponenten des Mikrowellenreaktors weitestgehend zu vermeiden, ist es von Vorteil, wenn deren Kanten abgerundet werden und weitere Komponenten, wie z. B. Befestigungselemente, bündig mit den umgebenden Oberflächen abschließend oder versenkt angeordnet sind.In order to avoid unwanted effects of microwaves, such as antenna effects of protruding into the interior of components of the microwave reactor as far as possible, it is advantageous if the edges are rounded and other components such. B. fasteners are flush or recessed flush with the surrounding surfaces.

Neben den beschriebenen Komponenten des Mikrowellenreaktors kann eine Steuerung vorhanden sein, die beispielsweise mit den Mikrowellenquellen, einer das Medium bewegende Pumpe und Transformationseinrichtungen in Verbindung steht und diese ansteuern kann. Weiterhin können in und an dem Mikrowellenreaktor mit der Steuerung verbundene Sensoren vorhanden sein, durch die beispielsweise Temperaturen und Strahlungsenergien erfasst werden. Außerdem kann die Steuerung mit Einrichtungen zur Analyse verbunden sein, durch welche die stoffliche Zusammensetzung des zuzuführenden Mediums und/oder die erreichte Stoffumsetzung qualitativ und/oder quantitativ erfasst werden. Diese Informationen können als Ist-Daten für die Steuerung z. B. in einem Soll-Ist-Vergleich dienen.In addition to the described components of the microwave reactor, a controller may be present, which is in communication with and can control, for example, the microwave sources, a pump moving the medium, and transformation means. Furthermore, sensors connected to the controller in and on the microwave reactor can be present, by means of which, for example, temperatures and radiation energies are detected. In addition, the controller may be connected to means for analysis, by which the material composition of the supplied medium and / or the achieved material conversion are detected qualitatively and / or quantitatively. This information can be used as actual data for the controller z. B. serve in a target-actual comparison.

Während eines Betriebes eines erfindungsgemäßen Mikrowellenreaktors werden über die Hohlleiter und deren Austrittsöffnungen Mikrowellen in den Innenraum eingekoppelt. Die Mikrowellen breiten sich als Wellenfront entlang der Hohlleiterachse aus, wobei sich die Wellenfront aufgrund von Beugungseffekten ab der jeweiligen Austrittsöffnung auch räumlich um die Hohlleiterachse ausbildet, wodurch der Zwischenraum im Bereich der Ebene, in der die Mikrowellen eingekoppelt sind, mit Mikrowellen und deren Energie erfüllt wird.During operation of a microwave reactor according to the invention, microwaves are coupled into the interior via the waveguides and their outlet openings. The microwaves propagate as a wavefront along the waveguide axis, wherein the wavefront also forms spatially about the waveguide axis due to diffraction effects from the respective outlet opening, whereby the gap in the region of the plane in which the microwaves are coupled, with microwaves and their energy becomes.

Treffen Mikrowellen auf eine Wand des Gehäuses, werden die Mikrowellen reflektiert. Treffen die Mikrowellen dagegen auf den ersten Hohlzylinder, durchdringt ein Anteil der auftreffenden Mikrowellen den ersten Hohlzylinder und wird weitgehend von dem Medium absorbiert. Ist ein Katalysator vorhanden, kann dieser von den Mikrowellen durch deren mindestens teilweise Absorption erwärmt werden. Der jeweils nicht reflektierte Anteil der Mikrowellen läuft, im Wesentlichen, in der Ebene um die Hohlzylinderachse um, bis die Mikrowellen durch das Medium absorbiert oder in sonstiger Weise ihre Energie abgegeben haben.When microwaves hit a wall of the enclosure, the microwaves are reflected. On the other hand, if the microwaves hit the first hollow cylinder, a portion of the incident microwaves penetrates the first hollow cylinder and is largely absorbed by the medium. If a catalyst is present, it can be heated by the microwaves by their at least partial absorption. The respective non-reflected portion of the microwaves circulates, essentially, in the plane around the hollow cylinder axis, until the microwaves have absorbed through the medium or otherwise released their energy.

In weiteren Ausführungen der Erfindung können Mikrowellen einer geringen Leistung eingekoppelt sein. In einem solchen Fall können die Einkoppelachsen nahe an dem ersten Hohlzylinder vorbei oder direkt auf diesen gerichtet sein.In further embodiments of the invention, microwaves of low power can be coupled. In such a case, the coupling-in axes may be directed close to or directly on the first hollow cylinder.

Eine Verwendung kann die Erfindung in Anlagen und Verfahren finden, bei denen Medien direkt oder indirekt zu erwärmen sind. Vorteilhaft kann die Erfindung dazu verwendet werden, Stoffgemische thermisch aufzutrennen oder zu fraktionieren. Es ist beispielsweise möglich, Gemische von Kohlenwasserstoffen zu fraktionieren. Solche Gemische können beispielsweise Erdöl, Rohöl oder Ölschlämme sein. Eine thermische Auftrennung kann rein physikalisch, z. B. unter Ausnutzung verschiedener Flüchtigkeiten (unterschiedliche Dampfdrücke) der beteiligten Stoffe, erfolgen.One use the invention can find in plants and processes where media are to be heated directly or indirectly. Advantageously, the invention can be used to thermally separate or fractionate mixtures. For example, it is possible to fractionate mixtures of hydrocarbons. Such mixtures can For example, be petroleum, crude oil or oil sludge. A thermal separation can purely physical, z. B. taking advantage of different volatilities (different vapor pressures) of the substances involved, take place.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Abbildungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments and figures.

Die Abbildungen zeigen inThe pictures show in

1: eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen Mikrowellenreaktors im Teilschnitt; 1 a first embodiment of the microwave reactor according to the invention in partial section;

2: eine Darstellung eines Querschnittes einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen Mikrowellenreaktors; 2 a representation of a cross section of a first embodiment of the microwave reactor according to the invention;

3: eine zweite Ausführung des erfindungsgemäßen Mikrowellenreaktors mit Hohlleitern in drei Ebenen im Teilschnitt; 3 a second embodiment of the microwave reactor according to the invention with waveguides in three planes in partial section;

4: eine dritte Ausführung des erfindungsgemäßen Mikrowellenreaktors mit mehreren ersten Hohlzylindern im Teilschnitt; 4 a third embodiment of the microwave reactor according to the invention with a plurality of first hollow cylinders in partial section;

5: eine vierte Ausführung des erfindungsgemäßen Mikrowellenreaktors mit einem durchgehenden Rohr in dem ersten Hohlzylinder im Längsschnitt; 5 a fourth embodiment of the microwave reactor according to the invention with a continuous tube in the first hollow cylinder in longitudinal section;

6: eine fünfte Ausführung des erfindungsgemäßen Mikrowellenreaktors mit einem verkürzten Rohr in dem ersten Hohlzylinder im Längsschnitt; 6 a fifth embodiment of the microwave reactor according to the invention with a shortened tube in the first hollow cylinder in longitudinal section;

7: eine sechste Ausführung des erfindungsgemäßen Mikrowellenreaktors mit parallel der Hohlzylinderachse verlaufenden Hohlleitern; 7 a sixth embodiment of the microwave reactor according to the invention with parallel to the hollow cylinder axis extending waveguides;

8: einen Querschnitt durch eine siebente Ausführung des erfindungsgemäßen Mikrowellenreaktors auf Höhe einer Ebene mit Ausbuchtungen des Gehäuses, und 8th FIG. 2: a cross section through a seventh embodiment of the microwave reactor according to the invention at the level of a plane with bulges of the housing, and FIG

9: eine Darstellung eines Querschnittes einer achten Ausführung des erfindungsgemäßen Mikrowellenreaktors. 9 : A representation of a cross section of an eighth embodiment of the microwave reactor according to the invention.

In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mikrowellenreaktors 1 mit seinen wesentlichen Komponenten gezeigt. Der Mikrowellenreaktor 1 weist ein Gehäuse 2 (im Längsschnitt gezeigt) aus Stahlblech mit einer hohlen, zylindrischen Innenform und einer Innenwand 2.1 auf, durch die ein zylindrischer und an den Stirnseiten des Gehäuses 2 durch Wände 2.2 und 2.3 abgeschlossener Innenraum 3 gebildet und umfasst ist, einen ersten Hohlzylinder 4 mit einer eine Hohlzylinderlänge 4.2 entlang einer Hohlzylinderachse 4.1 sowie einen ersten Hohlleiter 7.1 und einen zweiten Hohlleiter 7.2, die in einer sich orthogonal zur Hohlzylinderachse 4.1 erstreckenden Ebene 10 angeordnet sind. Der erste Hohlleiter 7.1 ist stark schematisch vom Betrachter weg in den Innenraum 3, der zweite Hohlleiter 7.2 auf den Betrachter gerichtet, gezeigt. Die Ebene 10 befindet sich nahe (im ersten Ausführungsbeispiel etwa bei einem Sechstel der Hohlzylinderlänge 4.2) einer Medienzuführungsöffnung 12, welche mit einer Lochplatte 14 aus legiertem Stahlblech überdeckt ist.In 1 is a first embodiment of a microwave reactor according to the invention 1 shown with its essential components. The microwave reactor 1 has a housing 2 (shown in longitudinal section) made of sheet steel with a hollow, cylindrical inner shape and an inner wall 2.1 on, through which a cylindrical and on the front sides of the housing 2 through walls 2.2 and 2.3 locked interior 3 is formed and comprises a first hollow cylinder 4 with a one hollow cylinder length 4.2 along a hollow cylinder axis 4.1 and a first waveguide 7.1 and a second waveguide 7.2 which is in an orthogonal to the hollow cylinder axis 4.1 extending level 10 are arranged. The first waveguide 7.1 is highly schematic away from the viewer away into the interior 3 , the second waveguide 7.2 directed at the viewer. The level 10 is close (in the first embodiment about one sixth of the hollow cylinder length 4.2 ) of a media supply port 12 , which with a perforated plate 14 made of alloyed steel.

Die Hohlzylinderachse 4.1 fällt mit einer in Längsrichtung des Innenraums 3 verlaufenden Symmetrieachse (nicht gezeigt) des Gehäuses 2 zusammen. Der erste Hohlzylinder 4 besitzt einen Außendurchmesser, der geringer als ein Innendurchmesser der Innenwand 2.1 des Gehäuses 2 ist, so dass durch die koaxial zur Hohlzylinderachse 4.1 verlaufenden Innenwand 2.1 des Gehäuses 2 ein zweiter Hohlzylinder 5 koaxial um den ersten Hohlzylinder 4 gebildet ist und zwischen dem ersten Hohlzylinder 4 und dem zweiten Hohlzylinder 5 über die Hohlzylinderlänge 4.2 des ersten Hohlzylinders 4 ein Zwischenraum 6 vorhanden ist.The hollow cylinder axis 4.1 coincides with a longitudinal direction of the interior 3 extending symmetry axis (not shown) of the housing 2 together. The first hollow cylinder 4 has an outer diameter that is less than an inner diameter of the inner wall 2.1 of the housing 2 is, so by the coaxial with the hollow cylinder axis 4.1 extending inner wall 2.1 of the housing 2 a second hollow cylinder 5 coaxially around the first hollow cylinder 4 is formed and between the first hollow cylinder 4 and the second hollow cylinder 5 over the hollow cylinder length 4.2 of the first hollow cylinder 4 a gap 6 is available.

Der erste Hohlzylinder 4 besteht aus Quarzglas, ist für Mikrowellen transmissiv und erstreckt sich in der Mitte des Gehäuses 2 durch den Innenraum 3 entlang der Hohlzylinderachse 4.1 und mit der Hohlzylinderlänge 4.2 von einer Medienzuführungsöffnung 12 in der Wand 2.2 zu einer Medienabführungsöffnung 13 in der Wand 2.3. Der erste Hohlzylinder 4 kann in weiteren Ausführungen der Erfindung aus anderen für Mikrowellen transmissiven Gläsern, Kunststoffen oder Materialverbünden bestehen.The first hollow cylinder 4 is made of quartz glass, is transmissive to microwaves and extends in the middle of the case 2 through the interior 3 along the hollow cylinder axis 4.1 and with the hollow cylinder length 4.2 from a media supply port 12 in the wall 2.2 to a media discharge opening 13 in the wall 2.3 , The first hollow cylinder 4 may consist in other embodiments of the invention of other microwave transmissive glasses, plastics or composite materials.

Im Inneren des ersten Hohlzylinders 4 befindet sich eine Schüttung eines Katalysators 11 aus einem Mikrowellen absorbierenden Material. Der Katalysator 11 kann ein Metalloxid, ein Metallmischoxid, z. B. auf Basis von Perowskit- oder Spinellstruktur, oder ein anderes katalytisch aktives und Mikrowellen absorbierendes Material sein.Inside the first hollow cylinder 4 there is a bed of catalyst 11 from a microwave absorbing material. The catalyst 11 For example, a metal oxide, a mixed metal oxide, e.g. Based on perovskite or spinel structure, or another catalytically active and microwave absorbing material.

Der erste Hohlzylinder 4 ist mit dem Katalysator 11 so gefüllt, das ein Durchtreten eines flüssigen oder gasförmigen Mediums durch den ersten Hohlzylinder 4 von der Medienzuführungsöffnung 12 zu der Medienabführungsöffnung 13 möglich ist.The first hollow cylinder 4 is with the catalyst 11 filled so that a passage of a liquid or gaseous medium through the first hollow cylinder 4 from the media supply port 12 to the media discharge opening 13 is possible.

Stirnseitig wird der erste Hohlzylinder 4 von je einer Lochplatte 14 aus legiertem Stahlblech abgeschlossen, die so gestaltet ist, dass Mikrowellen an einem Austritt aus dem Innenraum 3 gehindert werden, ein zuzuführendes Medium aber leicht durch die Lochplatten 14 durchtreten kann. An den Lochplatten 14 sind jeweils Rohrleitungen 15 zur Zufuhr bzw. Abfuhr des Mediums angesetzt. Das Medium ist im Ausführungsbeispiel mit Kohlenmonoxid und flüchtigen Kohlenwasserstoffen angereicherte Luft. Es können jedoch auch andere gasförmige (z. B. inerte Trägergase, Abgase) oder flüssige Medien (z. B. Wasser oder wässrige Lösungen) mit anderen gasförmigen, flüssigen oder festen Stoffen sowie Mischungen dieser (Aerosole, Stäube) erwärmt und umgesetzt werden.The front side is the first hollow cylinder 4 each of a perforated plate 14 Made of alloy steel sheet, which is designed so that microwaves at an exit from the interior 3 be prevented, but a medium to be supplied easily through the perforated plates 14 can pass through. At the perforated plates 14 are each piping 15 scheduled for supply or removal of the medium. The medium is in the embodiment with carbon monoxide and Volatile hydrocarbons enriched air. However, other gaseous (eg inert carrier gases, exhaust gases) or liquid media (eg water or aqueous solutions) with other gaseous, liquid or solid substances as well as mixtures of these (aerosols, dusts) can also be heated and reacted.

Der Durchmesser d des ersten Hohlzylinders 4 ist nicht größer als die doppelte, empirisch festgestellte Eindringtiefe der Mikrowellen in den Katalysator 11 gewählt. Die minimalen Abmessungen des Innenraums 3 sind durch den Durchmesser d des ersten Hohlzylinders 4 und einen minimal erforderlichen Abstand der gesamten Umfangsfläche des ersten Hohlzylinders 4 von der Innenwand 2.1 bestimmt. Durch den minimalen Abstand von der Innenwand 2.1 ist eine weitgehend homogene räumliche Verteilung der Mikrowellen unterstützt.The diameter d of the first hollow cylinder 4 is not greater than the double, empirically determined penetration depth of the microwaves into the catalyst 11 selected. The minimum dimensions of the interior 3 are the diameter d of the first hollow cylinder 4 and a minimum required distance of the entire peripheral surface of the first hollow cylinder 4 from the inner wall 2.1 certainly. Due to the minimal distance from the inner wall 2.1 is a largely homogeneous spatial distribution of microwaves supported.

Der erste Hohlleiter 7.1 und der zweite Hohlleiter 7.2 weisen in einem außerhalb des Gehäuses 2 befindlichen Bereich jeweils einen Dreistifttuner 22 (siehe 2) als Transformationseinrichtung auf und sind mit jeweils einer Mikrowellenquelle 19 verbunden. Durch entsprechende Betätigung des Dreistifttuners 22 können die elektromagnetischen Eigenschaften der Mikrowellen eingestellt und an die Betriebsbedingungen des Mikrowellenreaktors 1 angepasst werden.The first waveguide 7.1 and the second waveguide 7.2 point in one outside the case 2 each area a three-pin tuner 22 (please refer 2 ) as a transformation device and are each having a microwave source 19 connected. By appropriate operation of the Dreistifttuners 22 can adjust the electromagnetic properties of the microwaves and the operating conditions of the microwave reactor 1 be adjusted.

Ferner ist eine Steuerung 17 vorhanden, durch welche die Mikrowellenquellen 19 und mindestens eine Pumpe 20 zur Förderung des Mediums steuerbar sind. Ein Sensor 18 zur Erfassung des Schadstoffgehaltes (Menge und/oder Konzentration des Kohlenmonoxids und der flüchtigen Kohlenwasserstoffen) des Mediums ist in dem ersten Hohlzylinder 4 angeordnet und signalleitend mit der Steuerung 17 verbunden.There is also a controller 17 present, through which the microwave sources 19 and at least one pump 20 are controllable for the promotion of the medium. A sensor 18 for detecting the pollutant content (amount and / or concentration of carbon monoxide and volatile hydrocarbons) of the medium is in the first hollow cylinder 4 arranged and signal-conducting with the controller 17 connected.

Alle mikrowellen- oder mediumleitende Komponenten des Mikrowellenreaktors 1 sind an ihren Kontaktstellen zu jeweils anderen Komponenten mit geeigneten Dichtungen 21 (deren Lage nur beispielhaft angedeutet ist) versehen.All microwave or medium conducting components of the microwave reactor 1 are at their contact points to each other's components with suitable seals 21 (whose location is indicated only by way of example) provided.

In der 2 ist ein Querschnitt in der Ebene 10 eines Mikrowellenreaktors 1 gemäß 1 gezeigt.In the 2 is a cross section in the plane 10 a microwave reactor 1 according to 1 shown.

Das Gehäuse 2 weist in der Ebene 10 zwei Öffnungen 2.4 auf. An der einen Öffnung 2.4 ist eine Austrittsöffnung 9 des ersten Hohlleiters 7.1 angesetzt, an der anderen Öffnung 2.4 die Austrittsöffnung 9 des zweiten Hohlleiters 7.2 (Hohlleiter 7).The housing 2 points in the plane 10 two openings 2.4 on. At the one opening 2.4 is an exit opening 9 of the first waveguide 7.1 attached, at the other opening 2.4 the exit opening 9 of the second waveguide 7.2 (Waveguide 7 ).

Der erste Hohlleiter 7.1 und der zweite Hohlleiter 7.2 sind um 180° zueinander versetzt so am Gehäuse 2 angeordnet, dass sich eine erste Hohlleiterachse 8.1 des ersten Hohlleiters 7.1 und eine zweite Hohlleiterachse 8.2 des zweiten Hohlleiters 7.2 (Hohlleiterachsen 8) in der zur Hohlzylinderachse 4.1 senkrechten Ebene 10 liegen und mit einem gleichen Richtungssinn und unter gleichem Einkoppelwinkel α in der Ebene 10 um die Hohlzylinderachse 4.1 in den Zwischenraum 6 gerichtet sind. Die erste Hohlleiterachse 8.1 fällt mit einer ersten Einkoppelachse 16.1, die zweite Hohlleiterachse 8.2 fällt mit einer zweiten Einkoppelachse 16.2 zusammen.The first waveguide 7.1 and the second waveguide 7.2 are offset by 180 ° to each other so on the housing 2 arranged that a first waveguide axis 8.1 of the first waveguide 7.1 and a second waveguide axis 8.2 of the second waveguide 7.2 (Waveguide axes 8th ) in the hollow cylinder axis 4.1 vertical plane 10 lie and with a same sense of direction and under the same coupling angle α in the plane 10 around the hollow cylinder axis 4.1 in the gap 6 are directed. The first waveguide axis 8.1 falls with a first coupling axis 16.1 , the second waveguide axis 8.2 falls with a second coupling axis 16.2 together.

Der Einkoppelwinkel α ist dabei so gewählt, dass die erste und die zweite Hohlleiterachse 8.1 und 8.2 (und damit auch die erste und die zweite Einkoppelachse 16.1 und 16.2) nicht auf den ersten Hohlzylinder 4 auftreffen, sondern in einem vom Einkoppelwinkel α abhängigen Abstand von der jeweiligen Austrittsöffnung 9 auf die Innenwand 2.1 gerichtet sind. Die Austrittsöffnungen 9 sind bündig mit der Innenwand 2.1 ausgeführt.The coupling angle α is chosen so that the first and the second waveguide axis 8.1 and 8.2 (and thus also the first and the second coupling axis 16.1 and 16.2 ) not on the first hollow cylinder 4 but in a dependent of Einkoppelwinkel α distance from the respective outlet opening 9 on the inner wall 2.1 are directed. The outlet openings 9 are flush with the inner wall 2.1 executed.

Eine zweite Ausgestaltung des Mikrowellenreaktors 1 gemäß 3 entspricht der Ausgestaltung wie zu 1 beschrieben, zusätzlich sind jedoch entlang der Hohlzylinderachse 4.1 drei gleichmäßig voneinander beabstandete Ebenen 10.1 bis 10.3 vorhanden, in denen jeweils zwei Hohlleiter 7 angeordnet sind. Die Ebenen 10.1 bis 10.3 sind näher an der Medienzuführungsöffnung 12 als an der Medienabführungsöffnung 13 angeordnet. Die Hohlleiter 7 einer zweiten Ebene 10.2 sind gegenüber den Hohlleitern 7 einer ersten Ebene 10.1 um 90° um die Hohlzylinderachse 4.1 versetzt, während die Hohlleiter 7 einer dritten Ebene 10.3 wieder wie die Hohlleiter 7 in der ersten Ebene 10.1 angeordnet ist. Die Hohlleiter 7 aller drei Ebenen 10.1 bis 10.3 sind mit gleichem Einkoppelwinkel α und gleichem Richtungssinn (nur angedeutet gezeigt) um die Hohlzylinderachse 4.1 angeordnet.A second embodiment of the microwave reactor 1 according to 3 corresponds to the design as to 1 in addition, however, are along the hollow cylinder axis 4.1 three equally spaced planes 10.1 to 10.3 present, in each of which two waveguides 7 are arranged. The levels 10.1 to 10.3 are closer to the media supply port 12 as at the media discharge opening 13 arranged. The waveguides 7 a second level 10.2 are opposite the waveguides 7 a first level 10.1 90 ° around the hollow cylinder axis 4.1 offset while the waveguides 7 a third level 10.3 again like the waveguides 7 in the first level 10.1 is arranged. The waveguides 7 all three levels 10.1 to 10.3 are with the same coupling angle α and the same sense of direction (only indicated) around the hollow cylinder axis 4.1 arranged.

Wie bereits in 1 gezeigt, steht jeder Hohlleiter 7 mit je einer Mikrowellenquelle 19 in Verbindung, durch welche die einzukoppelnden Mikrowellen für die Hohlleiter 7 bereitgestellt sind (nur für einen Hohlleiter 7 gezeigt). Jede Mikrowellenquelle 19 ist mit der Steuerung 17 signalleitend verbunden. Die Mikrowellenquellen 19 sind je Ebene 10.1 bis 10.3 durch die Steuerung 17 ansteuerbar.As already in 1 shown, each waveguide stands 7 each with a microwave source 19 in connection, through which the microwaves to be coupled for the waveguide 7 are provided (only for a waveguide 7 shown). Every microwave source 19 is with the controller 17 signal-conducting connected. The microwave sources 19 are each level 10.1 to 10.3 through the controller 17 controllable.

Weitere Ausführungen des Mikrowellenreaktors 1 können sich dadurch auszeichnen, dass die Anzahl der Ebenen 10 und/oder die Abstände zwischen den Ebenen 10 und/oder die Anzahl der Hohlleiter 7 je Ebene 10 und/oder deren Einkoppelwinkel α und/oder deren Richtungssinn anders gewählt sind. Die genannten Parameter können auch zwischen den einzelnen Ebenen 10 variieren. Auch können je Ebene 10 mehrere Hohlleiter 7 durch nur eine Mikrowellenquelle 19 versorgt sein.Further versions of the microwave reactor 1 can be characterized by the number of levels 10 and / or the distances between the levels 10 and / or the number of waveguides 7 each level 10 and / or their Einkoppelwinkel α and / or their sense of direction are chosen differently. The mentioned parameters can also be between the individual levels 10 vary. Also, each level 10 several waveguides 7 by only one microwave source 19 be supplied.

In einer dritten, in 4 gezeigten, Ausführung des Mikrowellenreaktors 1 sind mehrere erste Hohlzylinder 4 symmetrisch und koaxial zueinander und um die Symmetrieachse angeordnet, wobei die ersten Hohlzylinder 4 voneinander beabstandet sind und jeweils gleiche Durchmesser d aufweisen, die auf die Eindringtiefe der Mikrowellen in die ersten Hohlzylinder 4 abgestimmt sind und dadurch eine schnelle Erwärmung des Katalysators 11 durch die Mikrowellen erlauben. Der Übersicht halber sind nur drei erste Hohlzylinder 4 schematisch und nicht lagetreu gezeigt. Die mehreren ersten Hohlzylinder 4 werden als Kompartimente eines einzigen ersten Hohlzylinders 4 aufgefasst. Die vorhandenen drei Ebenen 10.1 bis 10.3 sind näher an den Medienzuführungsöffnungen 12 als an den Medienabführungsöffnungen 13 angeordnet, welche hier entsprechend der Lage und des Durchmessers d der ersten Hohlzylinder 4 gestaltet sind. In a third, in 4 shown, execution of the microwave reactor 1 are several first hollow cylinders 4 symmetrical and coaxial with each other and arranged about the axis of symmetry, wherein the first hollow cylinder 4 are spaced apart from each other and each have the same diameter d, based on the penetration depth of the microwaves in the first hollow cylinder 4 are tuned and thereby rapid heating of the catalyst 11 through the microwaves. For clarity, only three first hollow cylinder 4 shown schematically and not true to the game. The first several hollow cylinders 4 are used as compartments of a single first hollow cylinder 4 construed. The existing three levels 10.1 to 10.3 are closer to the media supply ports 12 as at the media discharge openings 13 arranged, which here according to the position and the diameter d of the first hollow cylinder 4 are designed.

Es ist auch möglich, dass in weiteren Ausführungen mehrere erste Hohlzylinder 4 koaxial zueinander angeordnet sind und die ersten Hohlzylinder 4 voneinander verschiedene Durchmesser d aufweisen.It is also possible that in further embodiments, a plurality of first hollow cylinder 4 are arranged coaxially with each other and the first hollow cylinder 4 have different diameters d.

In einer vierten, in 5 gezeigten, Ausführung ist der erste Hohlzylinder 4 über seine gesamte Hohlzylinderlänge 4.2 axial von einem, an seinen Stirnseiten abgeschlossenen offenes Rohr 23 durchzogen, dessen Außendurchmesser geringer als ein Innendurchmesser des ersten Hohlzylinders 4 ist. Zwischen dem offenen Rohr 23 und dem ersten Hohlzylinder 4 befindet sich der Katalysator 11. Ein von dem offenen Rohr 23 umfangener Raum ist luftgefüllt. Während die Erwärmung des Katalysators 11 durch die Mikrowellen von außen erfolgt, wird die Luft in dem offenen Rohr 23 durch Wärmeübertragung erwärmt. Die so der Luft zugeführte Wärmeenergie wird durch Wärmetransport in dem offenen Rohr 23 verteilt und trägt zur Erwärmung des Katalysators 11 bei.In a fourth, in 5 shown, execution is the first hollow cylinder 4 over its entire hollow cylinder length 4.2 axially from one, closed at its ends open tube 23 crossed, whose outer diameter is smaller than an inner diameter of the first hollow cylinder 4 is. Between the open tube 23 and the first hollow cylinder 4 is the catalyst 11 , One of the open tube 23 The enclosed space is filled with air. While warming the catalyst 11 through the microwaves from the outside, the air in the open tube 23 heated by heat transfer. The heat energy thus supplied to the air by heat transport in the open tube 23 distributed and contributes to the heating of the catalyst 11 at.

In einer fünften Ausführung des Mikrowellenreaktors 1 gemäß 6 erstreckt sich der erste Hohlzylinder 4 ausgehend von der Medienzuführungsöffnung 12 in der Wand 2.2 entlang der Hohlzylinderachse 4.1 in den Innenraum 3, wobei seine in den Innenraum 3 ragende Stirnseite für das Medium dicht verschlossen ist. Ebenfalls von der Wand 2.2 aus ragt koaxial das offene Rohr 23, dessen Länge geringer ist als die Hohlzylinderlänge 4.2 und dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des ersten Hohlzylinders 4, in den ersten Hohlzylinder 4. Das offene Rohr 23 steht mit der Medienabführungsöffnung 13 in Verbindung. Zwischen dem offenen Rohr 23 und dem Hohlzylinder 4 befindet sich der Katalysator 11. Die Medienzuführungsöffnung 12 und die Medienabführungsöffnung 13 liegen beide in der Wand 2.2. Die Medienabführungsöffnung 13 ist durch die Medienzuführungsöffnung 12 umfangen. Medienzuführungsöffnung 12 und Medienabführungsöffnung 13 sind durch eine gemeinsame Lochplatte 14 in der Wand 2.2 verschlossen.In a fifth embodiment of the microwave reactor 1 according to 6 the first hollow cylinder extends 4 starting from the media supply port 12 in the wall 2.2 along the hollow cylinder axis 4.1 in the interior 3 , being his in the interior 3 projecting end face for the medium is tightly closed. Also from the wall 2.2 From the coaxial protrudes the open tube 23 whose length is less than the hollow cylinder length 4.2 and whose outer diameter is smaller than the inner diameter of the first hollow cylinder 4 , in the first hollow cylinder 4 , The open tube 23 stands with the media discharge opening 13 in connection. Between the open tube 23 and the hollow cylinder 4 is the catalyst 11 , The media feed opening 12 and the media discharge opening 13 they are both in the wall 2.2 , The media discharge opening 13 is through the media supply port 12 embrace. Media feed opening 12 and media discharge opening 13 are through a common perforated plate 14 in the wall 2.2 locked.

Das Medium strömt durch die Medienzuführungsöffnung 12 in den ersten Hohlzylinder 4 und durch den Katalysator 11. Dabei wird das Medium durch den erwärmten Katalysator 11 ebenfalls erwärmt. Am Ende des offenen Rohrs 23 wird das Medium umgelenkt und strömt durch das offene Rohr 23 zur Medienabführungsöffnung 13, wobei das erwärmte Medium einen Teil seiner Wärmeenergie an den Katalysator 11 abgibt.The medium flows through the media supply port 12 in the first hollow cylinder 4 and through the catalyst 11 , The medium is through the heated catalyst 11 also heated. At the end of the open tube 23 The medium is deflected and flows through the open tube 23 to the media discharge opening 13 wherein the heated medium transfers a portion of its heat energy to the catalyst 11 emits.

In allen Ausführungsbeispielen kann statt des Katalysators 11 auch ein inerter Stoff in dem ersten Hohlzylinder 4 vorhanden sein und/oder auf den Katalysator 11 verzichtet sein, Das Medium kann in weiteren Ausführungen auch frei durch den oder die ersten Hohlzylinder 4 strömen. Das Medium kann selbst absorbierend für Mikrowellen sein und erwärmt werden.In all embodiments, instead of the catalyst 11 also an inert substance in the first hollow cylinder 4 be present and / or on the catalyst 11 be omitted, the medium may in other embodiments also free by the or the first hollow cylinder 4 stream. The medium itself can be absorbent for microwaves and heated.

Die Funktionsweise des Mikrowellenreaktors 1 soll anhand der 1 erläutert werden. Das mittels der Pumpe 20 geförderte Medium tritt durch die Lochplatte 14 in der Medienzuführungsöffnung 12 in den ersten Hohlzylinder 4 ein und durchströmt den darin befindlichen Katalysator 11. Die von der Mikrowellenquelle 19 bereitgestellten Mikrowellen werden durch den ersten Hohlleiter 7.1 und den zweiten Hohlleiter 7.2 entlang ihrer ersten bzw. zweiten Hohlleiterachsen 8.1 bzw. 8.2 in der Ebene 10 in den Zwischenraum 6 eingekoppelt. Die an den ersten und zweiten Austrittsöffnungen 9.1 und 9.2 eingekoppelten Mikrowellen breiten sich als Wellenfront entlang der ersten Hohlleiterachse 8.1 bzw. der zweiten Hohlleiterachse 8.2 aus, wobei sich die Wellenfront aufgrund von Beugungseffekten ab der jeweiligen ersten und zweiten Austrittsöffnung 9.1 und 9.2 auch räumlich um die Hohlleiterachsen 8.1 und 8.2 ausbreitet. Ein geringer Anteil dieser Wellenfront trifft jeweils auf den der ersten und zweiten Austrittsöffnung 9.1 und 9.2 zugewandten Bereich des ersten Hohlzylinders 4 und wird dort im Wesentlichen von dem Katalysator 11 absorbiert. Der verbleibende Anteil der Wellenfront trifft auf die Innenwand 2.1, von wo er in den Innenraum 3 zurück reflektiert und um die Hohlzylinderachse 4.1 geführt wird. Dabei wird jeweils ein Anteil der Mikrowellen diffus reflektiert, wodurch der Zwischenraum 6 im Bereich der Ebene 10 homogen von Mikrowellen erfüllt ist. Die reflektierten Mikrowellen können den ersten Hohlzylinder 4 aus einer Vielzahl von Richtungen und unter verschiedenen Winkellagen treffen, wodurch eine gleichmäßige Erwärmung des Katalysators 11 erreicht ist.The operation of the microwave reactor 1 should be based on the 1 be explained. This by means of the pump 20 conveyed medium passes through the perforated plate 14 in the media supply port 12 in the first hollow cylinder 4 and flows through the catalyst therein 11 , The from the microwave source 19 provided microwaves are transmitted through the first waveguide 7.1 and the second waveguide 7.2 along its first and second waveguide axes 8.1 respectively. 8.2 in the plane 10 in the gap 6 coupled. The at the first and second outlet openings 9.1 and 9.2 Coupled microwaves propagate as wavefront along the first waveguide axis 8.1 or the second waveguide axis 8.2 from, wherein the wavefront due to diffraction effects from the respective first and second outlet opening 9.1 and 9.2 also spatially around the waveguide axes 8.1 and 8.2 spreads. A small proportion of this wavefront hits each of the first and second outlet openings 9.1 and 9.2 facing region of the first hollow cylinder 4 and there is essentially the catalyst 11 absorbed. The remaining portion of the wavefront hits the inner wall 2.1 from where he enters the interior 3 reflected back and around the hollow cylinder axis 4.1 to be led. In each case, a proportion of the microwaves is reflected diffusely, whereby the gap 6 in the area of the plane 10 is homogeneously filled by microwaves. The reflected microwaves can be the first hollow cylinder 4 from a variety of directions and at different angular positions, resulting in uniform heating of the catalyst 11 is reached.

Durch die Anordnung der Hohlleiter 7 in räumlicher Nähe zu der Medienzuführungsöffnung 12 wird der Katalysator 11 dort zuerst und am stärksten erwärmt. Das den Katalysator 11 durchströmende Medium nimmt einen Teil der Wärmeenergie des Katalysators 11 auf und erwärmt beim Durchströmen des ersten Hohlzylinders 4 in Richtung der Medienabführungsöffnung 13 den Katalysator 11. Der erste Hohlzylinder 4 wird durch diffus reflektierte Mikrowellen mit von der Medienzuführungsöffnung 12 zur Medienabführungsöffnung 13 abnehmenden Intensität getroffen und der Katalysator 11 erwärmt.By the arrangement of the waveguide 7 in close proximity to the media supply port 12 becomes the catalyst 11 there first and on most heated. That's the catalyst 11 flowing medium takes part of the heat energy of the catalyst 11 and heated when flowing through the first hollow cylinder 4 in the direction of the media discharge opening 13 the catalyst 11 , The first hollow cylinder 4 is reflected by diffusely reflected microwaves from the media supply port 12 to the media discharge opening 13 decreasing intensity hit and the catalyst 11 heated.

Nach dem Durchströmen des ersten Hohlzylinders 4 verlässt das Medium den ersten Hohlzylinder 4 durch die Lochplatte 14 in der Medienabführungsöffnung 13.After flowing through the first hollow cylinder 4 the medium leaves the first hollow cylinder 4 through the perforated plate 14 in the media discharge opening 13 ,

Die Impulsfrequenzen und die Wellenlängen der Mikrowellen sowie die Abmaße des Mikrowellenreaktors 1 sind so auf einander abgestimmt, dass sowohl konstruktive als auch destruktive Interferenzen zwischen den bereits eingekoppelten und umlaufenden Mikrowellen einerseits und den an den ersten und zweiten Austrittsöffnungen 9.1 und 9.2 eingekoppelten Mikrowellen andererseits weitgehend vermieden werden.The pulse frequencies and the wavelengths of the microwaves and the dimensions of the microwave reactor 1 are tuned to each other so that both constructive and destructive interference between the already coupled and circulating microwaves on the one hand and those at the first and second outlets 9.1 and 9.2 coupled microwaves on the other hand are largely avoided.

Mittels der Steuerung 17 werden die Eigenschaften der eingekoppelten Mikrowellen an die jeweiligen Betriebsbedingungen angepasst. So kann das Auftreten von Schadstoffen in dem Medium durch Sensoren 18 detektiert und die Mikrowellenquellen 19 durch die Steuerung 17 angesteuert und geregelt werden, wodurch ein schnelles Ansprechen des Mikrowellenreaktors 1 auf unterschiedliche, insbesondere diskontinuierlich auftretende Schadstoffgehalte (Menge, Konzentration) in dem Medium erreicht wird.By means of the controller 17 The properties of the coupled microwaves are adapted to the respective operating conditions. Thus, the occurrence of pollutants in the medium by sensors 18 detected and the microwave sources 19 through the controller 17 be controlled and regulated, resulting in a fast response of the microwave reactor 1 is achieved in different, in particular discontinuous pollutant levels (amount, concentration) in the medium.

In einer sechsten Ausführung der Erfindung sind, wie in 7 gezeigt, zwei Hohlleiter 7, ein erster Hohlleiter 7.1 und ein zweiter Hohlleiter 7.2, an dem Gehäuse 2 so angeordnet, dass deren Hohlleiterachsen 8.1, 8.2 parallel zur Hohlzylinderachse 4.1 verlaufen. Jeder der Hohlleiter 7 weist je Ebene 10 Austrittsöffnungen 9 auf, die so angeordnet sind, dass durch sie Mikrowellen in den Innenraum 3 eingekoppelt werden können. Die ersten und zweiten Einkoppelachsen 16.1, 16.2 (jeweils mit den Darstellungen der Ebenen 10 zusammenfallend und nur einmal beispielhaft angegeben) stehen in jeder Ebene 10 orthogonal auf der ersten bzw. auf der zweiten Hohlleiterachse 8.1, 8.2. Die einzelnen Austrittsöffnungen 9 sind entlang der jeweiligen Hohlleiterachsen 8.1, 8.2 so angeordnet, dass diese je einen Abstand voneinander aufweisen, der einem Vielfachen von Lambda/2 der in den Hohlleiter 7 eingekoppelten Mikrowellen entspricht.In a sixth embodiment of the invention, as in 7 shown, two waveguides 7 , a first waveguide 7.1 and a second waveguide 7.2 , on the case 2 arranged so that their waveguide axes 8.1 . 8.2 parallel to the hollow cylinder axis 4.1 run. Each of the waveguides 7 shows each level 10 outlet openings 9 on, which are arranged so that through them microwaves in the interior 3 can be coupled. The first and second coupling axes 16.1 . 16.2 (each with the representations of the levels 10 coincident and given only once by example) are available in each level 10 orthogonal on the first or on the second waveguide axis 8.1 . 8.2 , The individual outlet openings 9 are along the respective waveguide axes 8.1 . 8.2 arranged so that they each have a distance from each other, a multiple of lambda / 2 of the waveguide 7 coupled microwaves corresponds.

In dem ersten Hohlleiter 7.1 und dem zweiten Hohlleiter 7.2 bildet sich durch die eingekoppelten Mikrowellen um die Hohlleiterachsen 8.1, 8.2 jeweils eine stehende Welle aus. Für eine effektive Auskopplung der Mikrowellen durch die Austrittsöffnungen 9 ist es nötig, die stehende Welle so einzustellen, dass Maxima der stehenden Welle an den Austrittsöffnungen 9 anliegen. Jeder der Hohlleiter 7 ist so konstruiert, dass die genannte Bedingung unter Standardbedingungen erfüllt ist. Zur Nachjustierung der stehenden Wellen ist am Ende jedes Hohlleiters 7 eine Stellvorrichtung 24 vorhanden, die aus einer Platte 24.1, die etwa den Innenabmaßen des Hohlleiters 7 entspricht und in diesem angeordnet ist, und einer Stellschraube 24.2 besteht. Durch Drehen der Stellschraube 24.2 kann die Platte 24.1 in Richtung der Hohlleiterachsen 8.1, 8.2 verschoben und damit die stehende Welle durch eine Veränderung der effektiven Länge des Hohlleiters 7 eingestellt werden.In the first waveguide 7.1 and the second waveguide 7.2 is formed by the coupled-in microwaves around the waveguide axes 8.1 . 8.2 each one standing wave. For an effective decoupling of the microwaves through the outlet openings 9 it is necessary to adjust the standing wave so that maxima of the standing wave at the outlet openings 9 issue. Each of the waveguides 7 is designed so that the stated condition is fulfilled under standard conditions. To readjust the standing waves is at the end of each waveguide 7 an actuator 24 present, coming from a plate 24.1 , which are about the inside dimensions of the waveguide 7 corresponds and is arranged in this, and a set screw 24.2 consists. By turning the adjusting screw 24.2 can the plate 24.1 in the direction of the waveguide axes 8.1 . 8.2 shifted and thus the standing wave by changing the effective length of the waveguide 7 be set.

In der gezeigten Ausführung der Erfindung wird ein durch den ersten Hohlzylinder 4 als flüssiges Medium geführtes Rohöl erwärmt, um dieses thermisch zu fraktionieren.In the illustrated embodiment of the invention, a through the first hollow cylinder 4 heated crude oil as a liquid medium to thermally fractionate this.

In 8 ist eine siebente Ausführung in einem Querschnitt gezeigt. Die Innenwand 2.1 ist an zwei sich gegenüberliegenden Seiten und in einer Ebene 10 jeweils ausgebuchtet. Die Ausbuchtung besitzt je eine kreisbogenförmige Form und ist an einer Seite durch eine senkrecht zur Hohlzylinderachse 4.1 weisende Wand 2.5 begrenzt. In der Wand 2.5 befinden sich jeweils die Austrittsöffnungen 9, von denen die erste Einkoppelachse 16.1 bzw. die zweite Einkoppelachse 16.2, die deckungsgleich mit den Hohlleiterachsen 8.1 bzw. 8.2 liegen, senkrecht in die Ausbuchtung weist.In 8th a seventh embodiment is shown in a cross section. The inner wall 2.1 is on two opposite sides and in one plane 10 each fully booked. The bulge has an arcuate shape and is on one side by a perpendicular to the hollow cylinder axis 4.1 pointing wall 2.5 limited. In the wall 2.5 are each the outlet openings 9 , of which the first coupling axis 16.1 or the second coupling axis 16.2 , which coincide with the waveguide axes 8.1 respectively. 8.2 lie vertically in the bulge points.

In weiteren Ausführungen des Mikrowellenreaktors 1 können in einer Ebene 10 mehr als zwei Ausbuchtungen vorhanden sein. Es können ferner mehrere Ebenen 10 Ausbuchtungen aufweisen.In further embodiments of the microwave reactor 1 can in a plane 10 more than two bulges may be present. It can also have multiple levels 10 Have bulges.

Es ist in einer weiteren Ausführung des Mikrowellenreaktors 1 auch möglich, dass die Hohlleiter 7.1, 7.2 tangential an das Gehäuse 2 so ansetzen, dass über seitlich in den Hohlleitern 7 angeordnete schlitzförmige Austrittsöffnungen 9, die in Bereichen von Öffnungen 2.4 der Innenwand 2.1 des Gehäuses 2 zu liegen kommen, Mikrowellen in den Innenraum 3 einkoppelbar sind. Die Hohlleiter 7 können in weiteren Ausführungen, bezogen auf eine Ebene 10, den Innenraum 3 jeweils in Form einer Sekante durchziehen, wie dies in 9 schematisch gezeigt ist. Die Einkoppelachsen 16.1, 16.2 stehen senkrecht (nur für jeweils eine Austrittsöffnung 9 gezeigt) auf den Hohlleiterachsen 8.1, 8.2.It is in a further embodiment of the microwave reactor 1 also possible that the waveguide 7.1 . 7.2 tangential to the housing 2 so attach that over laterally in the waveguides 7 arranged slot-shaped outlet openings 9 in areas of openings 2.4 the inner wall 2.1 of the housing 2 to come to lie, microwaves in the interior 3 can be coupled. The waveguides 7 can in other versions, based on a plane 10 , the interior 3 in the form of a secant, as in 9 is shown schematically. The coupling axes 16.1 . 16.2 stand vertically (only for one outlet each 9 shown) on the waveguide axes 8.1 . 8.2 ,

Der Mikrowellenreaktor 1 kann in allen Bereichen eingesetzt werden, in denen in einem Medium transportierte Stoffe erwärmt und/oder katalytisch umgesetzt werden sollen. Dies können neben Reinigungen (z. B. durch Oxidation und/oder Reduktion) von Medien, wie die Umsetzung von Schadstoffen in der Luft, Aerosolen oder Stäuben, auch die Prozessierung von Medien und/oder den darin transportierten Stoffen sein. Der erfindungsgemäße Mikrowellenreaktor 1 kann mit einer hohen Effizienz hinsichtlich der aufgewendeten Energien als auch hinsichtlich der pro Energieeinheit umgesetzten Stoffmengen betrieben werden. Besonders vorteilhaft ist der Mikrowellenreaktor 1 bei diskontinuierlich auftretenden Schadstoffgehalten des Mediums, einsetzbar. Ferner kann der Mikrowellenreaktor 1 zur Erwärmung und Fraktionierung von Kohlenwasserstoffgemischen, insbesondere von Rohöl, Erdöl und/oder Ölschlämmen eingesetzt werden.The microwave reactor 1 can be used in all areas in which substances transported in a medium should be heated and / or catalytically converted. In addition to cleaning (eg by oxidation and / or reduction) of media, such as the conversion of pollutants in the air, aerosols or dusts, also the processing of media and / or the substances transported therein. The microwave reactor according to the invention 1 can be operated with a high efficiency with regard to the energy used as well as with regard to the quantities of substance reacted per unit of energy. Particularly advantageous is the microwave reactor 1 at discontinuously occurring pollutant levels of the medium, can be used. Furthermore, the microwave reactor 1 be used for heating and fractionation of hydrocarbon mixtures, in particular of crude oil, petroleum and / or oil sludge.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Mikrowellenreaktormicrowave reactor
22
Gehäusecasing
2.12.1
Innenwandinner wall
2.22.2
Wandwall
2.32.3
Wandwall
2.42.4
Öffnungopening
2.52.5
Wandwall
33
Innenrauminner space
44
erster Hohlzylinderfirst hollow cylinder
4.14.1
HohlzylinderachseHollow cylinder axis
4.24.2
HohlzylinderlängeHollow cylinder length
55
zweiter Hohlzylindersecond hollow cylinder
66
Zwischenraumgap
77
Hohlleiterwaveguide
7.17.1
erster Hohlleiterfirst waveguide
7.27.2
zweiter Hohlleitersecond waveguide
88th
HohlleiterachseWaveguide axis
8.18.1
erste Hohlleiterachsefirst waveguide axis
8.28.2
zweite Hohlleiterachsesecond waveguide axis
99
Austrittsöffnungoutlet opening
9.19.1
erste Austrittsöffnung first exit opening
9.29.2
zweite Austrittsöffnung second exit opening
1010
Ebenelevel
10.110.1
erste Ebenefirst floor
10.210.2
zweite Ebenesecond level
10.310.3
dritte Ebene Third level
1111
Katalysatorcatalyst
1212
MedienzuführungsöffnungMedia feed opening
1313
MedienabführungsöffnungMedia discharge opening
1414
Lochplatteperforated plate
1515
Rohrleitungpipeline
16.116.1
erste Einkoppelachsefirst coupling axis
16.216.2
zweite Einkoppelachsesecond coupling axis
1717
Steuerungcontrol
1818
Sensorsensor
1919
Mikrowellenquellemicrowave source
2020
Pumpepump
2121
Dichtungpoetry
2222
DreistifttunerThree-pin tuners
2323
offenes Rohropen tube
2424
Stellvorrichtunglocking device
24.124.1
Platteplate
24.224.2
Stellschraubescrew
dd
Durchmesserdiameter
α α
Einkoppelwinkelcoupling angle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 4313806 A1 [0005] DE 4313806 A1 [0005]
  • DE 10329411 B4 [0006] DE 10329411 B4 [0006]
  • DE 202010005946 [0007] DE 202010005946 [0007]

Claims (16)

Mikrowellenreaktor (1) zur mikrowellenunterstützten Erwärmung eines Mediums, bestehend aus einem, einen Innenraum (3) umschließenden, Gehäuse (2) aus für Mikrowellen reflektierendem Material; mehreren Hohlleitern (7) mit je einer Hohlleiterachse (8), die jeweils mit einer stirnseitigen Austrittsöffnung (9) über jeweils eine Öffnung (2.4) im Gehäuse (2) mit dem Innenraum (3) in Verbindung stehen; einem ersten Hohlzylinder (4) aus einem für Mikrowellen transparenten Material, der im Innenraum (3) so angeordnet ist, dass zwischen dem ersten Hohlzylinder (4), entlang seiner Hohlzylinderachse (4.1), und dem Gehäuse (2) ein freier Zwischenraum (6) vorhanden ist und der erste Hohlzylinder (4) zur Durchführung eines Mediums stirnseitig mit einer Medienzuführungsöffnung (12) und mit einer Medienabführungsöffnung (13), die im Gehäuse (2) vorgesehen sind, in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, – dass das Gehäuse (2) einen zweiten Hohlzylinder (5) darstellt, der koaxial um den ersten Hohlzylinder (4) angeordnet ist, – dass mindestens ein erster Hohlleiter (7.1), aufweisend eine erste Hohlleiterachse (8.1) und eine erste Einkoppelachse (16.1), und ein zweiter Hohlleiter (7.2), aufweisend eine zweite Hohlleiterachse (8.2) und eine zweite Einkoppelachse (16.2), so am Gehäuse (2) angeordnet sind, dass die Einkoppelachsen (16.1, 16.2), entlang derer Mikrowellen aus den Hohlleitern (7.1, 7.2) ausgekoppelt und in den Innenraum (3) eingekoppelt werden, in einer zur Hohlzylinderachse (4.1) senkrechten Ebene (10) liegen und in den Zwischenraum (6) gerichtet sind.Microwave reactor ( 1 ) for microwave-assisted heating of a medium, consisting of one, an interior ( 3 ) enclosing housing ( 2 ) of microwave reflective material; several waveguides ( 7 ) each with a waveguide axis ( 8th ), each with a frontal outlet opening ( 9 ) via an opening ( 2.4 ) in the housing ( 2 ) with the interior ( 3 ) keep in touch; a first hollow cylinder ( 4 ) of a microwave-transparent material, which in the interior ( 3 ) is arranged so that between the first hollow cylinder ( 4 ), along its hollow cylinder axis ( 4.1 ), and the housing ( 2 ) a free space ( 6 ) is present and the first hollow cylinder ( 4 ) for the passage of a medium end face with a media feed opening ( 12 ) and with a media discharge opening ( 13 ) in the housing ( 2 ) are in communication, characterized in that - the housing ( 2 ) a second hollow cylinder ( 5 ) which is coaxial about the first hollow cylinder ( 4 ) is arranged, - that at least one first waveguide ( 7.1 ), comprising a first waveguide axis ( 8.1 ) and a first coupling axis ( 16.1 ), and a second waveguide ( 7.2 ), comprising a second waveguide axis ( 8.2 ) and a second coupling axis ( 16.2 ), so on the housing ( 2 ) are arranged such that the coupling axes ( 16.1 . 16.2 ) along which microwaves from the waveguides ( 7.1 . 7.2 ) and into the interior ( 3 ) are coupled in one to the hollow cylinder axis ( 4.1 ) vertical plane ( 10 ) and into the space ( 6 ) are directed. Mikrowellenreaktor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlleiter (7) so am Gehäuse (2) angeordnet sind, dass deren Einkoppelachsen (16.1, 16.2) nicht auf den ersten Hohlzylinder (4) gerichtet sind.Microwave reactor ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the waveguides ( 7 ) so on the housing ( 2 ) are arranged, that their coupling axes ( 16.1 . 16.2 ) not on the first hollow cylinder ( 4 ) are directed. Mikrowellenreaktor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppelachsen (16.1, 16.2) aller in der Ebene (10) angeordneter Hohlleiter (7) mit einem gleichen Richtungssinn um die Hohlzylinderachse (4.1) weisend angeordnet sind.Microwave reactor ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the coupling-in axes ( 16.1 . 16.2 ) all in the plane ( 10 ) arranged waveguide ( 7 ) with a same sense of direction around the hollow cylinder axis ( 4.1 ) are arranged pointing. Mikrowellenreaktor (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Ebenen (10.1, 10.2, 10.3) mit Hohlleitern (7) vorhanden sind.Microwave reactor ( 1 ) according to claim 2 or 3, characterized in that several levels ( 10.1 . 10.2 . 10.3 ) with waveguides ( 7 ) available. Mikrowellenreaktor (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (9) benachbart angeordneter Ebenen (10.1, 10.2, 10.3) zueinander um die Hohlzylinderachse (4.1) versetzt sind.Microwave reactor ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the outlet openings ( 9 ) adjacent layers ( 10.1 . 10.2 . 10.3 ) to each other about the hollow cylinder axis ( 4.1 ) are offset. Mikrowellenreaktor (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebenen (10.1, 10.2, 10.3) mit Hohlleitern (7) von der Medienzuführungsöffnung (12) in Richtung der Medienabführungsöffnung (13) mit zunehmenden Abständen zwischen aufeinander folgenden Ebenen (10.1, 10.2, 10.3) angeordnet sind.Microwave reactor ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the planes ( 10.1 . 10.2 . 10.3 ) with waveguides ( 7 ) from the media supply port ( 12 ) in the direction of the media discharge opening ( 13 ) with increasing distances between successive levels ( 10.1 . 10.2 . 10.3 ) are arranged. Mikrowellenreaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung der eingekoppelten Mikrowellen je Ebene (10.1, 10.2, 10.3) regelbar ist.Microwave reactor ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the power of the coupled microwaves per plane ( 10.1 . 10.2 . 10.3 ) is controllable. Mikrowellenreaktor (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hohlzylinder (4) mit einem durch Mikrowellen erwärmbaren Katalysator (11) gefüllt ist.Microwave reactor ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the first hollow cylinder ( 4 ) with a microwave heatable catalyst ( 11 ) is filled. Mikrowellenreaktor (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hohlzylinder (4) koaxial zur Hohlzylinderachse (4.1) von einem offenen Rohr (23) durchzogen ist, so dass der Katalysator (11) in einem Kreisring um das offene Rohr (23) vorhanden ist.Microwave reactor ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the first hollow cylinder ( 4 ) coaxial with the hollow cylinder axis ( 4.1 ) from an open tube ( 23 ), so that the catalyst ( 11 ) in a circular ring around the open tube ( 23 ) is available. Mikrowellenreaktor (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hohlzylinder (4) über eine seiner Stirnseiten mit der Medienzuführungsöffnung (12) und mit der Medienabführungsöffnung (13) in Verbindung steht und an seiner anderen Stirnseite für das Medium dicht verschlossen ist und die Medienzuführungsöffnung (12) und die Medienabführungsöffnung (13) durch ein koaxial zu der Hohlzylinderachse (4.1) ausgerichtetes offenes Rohr (23), welches kürzer als eine Hohlzylinderlänge (4.2) des ersten Hohlzylinders (4) ist, voneinander getrennt sind, so dass die Medienabführungsöffnung (13) und die Medienzuführungsöffnung (12) in einer sich senkrecht zur Hohlzylinderachse (4.1) erstreckenden Zuführungsebene koaxial zur Hohlzylinderachse (4.1) liegend, angeordnet sind.Microwave reactor ( 1 ) according to claim 9, characterized in that the first hollow cylinder ( 4 ) via one of its end faces with the media feed opening ( 12 ) and with the media discharge opening ( 13 ) and is sealed at its other end face for the medium and the media feed opening ( 12 ) and the media discharge opening ( 13 ) by a coaxial with the hollow cylinder axis ( 4.1 ) aligned open tube ( 23 ) which is shorter than a hollow cylinder length ( 4.2 ) of the first hollow cylinder ( 4 ), are separated from each other, so that the media discharge opening ( 13 ) and the media supply port ( 12 ) in a direction perpendicular to the hollow cylinder axis ( 4.1 ) extending feed plane coaxial with the hollow cylinder axis ( 4.1 ) lying, are arranged. Mikrowellenreaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere erste Hohlzylinder (4) axial zur Hohlzylinderachse (4.1) angeordnet sind.Microwave reactor ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of first hollow cylinders ( 4 ) axially to the hollow cylinder axis ( 4.1 ) are arranged. Mikrowellenreaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (2.1) des Gehäuses (2) in jeder Ebene (10.1, 10.2, 10.3) mindestens zwei Ausbuchtungen aufweist, in denen jeweils mindestens eine Austrittsöffnung (9) eines Hohlleiters (7) vorhanden ist.Microwave reactor ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the inner wall ( 2.1 ) of the housing ( 2 ) in each level ( 10.1 . 10.2 . 10.3 ) has at least two bulges, in each of which at least one outlet opening ( 9 ) of a waveguide ( 7 ) is available. Mikrowellenreaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlleiterachsen (8.1, 8.2) der mindestens zwei Hohlleiter (7) parallel zur Hohlzylinderachse (4.1) verlaufen und jeder Hohlleiter (7) in jeder Ebene (10.1, 10.2, 10.3) jeweils mindestens eine Austrittsöffnung (9) aufweist, durch welche Mikrowellen in den Innenraum (3) einkoppelbar sind.Microwave reactor ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the waveguide axes ( 8.1 . 8.2 ) the at least two waveguides ( 7 ) parallel to the hollow cylinder axis ( 4.1 ) and each waveguide ( 7 ) in each level ( 10.1 . 10.2 . 10.3 ) at least one each Outlet opening ( 9 ), through which microwaves in the interior ( 3 ) can be coupled. Mikrowellenreaktor (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (9) entlang der Hohlleiterachse (8.1, 8.2) so angeordnet sind, dass die Austrittsöffnungen (9) jeweils bei einem Vielfachen von Lambda/2 der verwendeten Mikrowellen vorhanden sind. Microwave reactor ( 1 ) according to claim 13, characterized in that the outlet openings ( 9 ) along the waveguide axis ( 8.1 . 8.2 ) are arranged so that the outlet openings ( 9 ) are each present at a multiple of lambda / 2 of the microwaves used. Mikrowellenreaktor (1) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, mit denen eine in dem jeweiligen Hohlleiter (7) erzeugte stehende Welle der Mikrowellen so veränderbar ist, dass eine Auskopplung von Mikrowellen durch die Austrittsöffnungen (9) ermöglicht wird.Microwave reactor ( 1 ) according to any one of claims 13 or 14, characterized in that means are provided, with which one in the respective waveguide ( 7 ) standing wave of microwaves is changed so that a coupling of microwaves through the outlet openings ( 9 ). Verwendung eines Mikrowellenreaktors (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Fraktionierung von Gemischen von Kohlenwasserstoffen.Use of a microwave reactor ( 1 ) according to one of the preceding claims for the fractionation of mixtures of hydrocarbons.
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