DE2627577A1

DE2627577A1 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung eines stoffes mit wellen

Info

Publication number: DE2627577A1
Application number: DE19762627577
Authority: DE
Inventors: Olivier Auguste Louis Jean
Original assignee: Jean O A L
Current assignee: Jean O A L
Priority date: 1975-07-04
Filing date: 1976-06-19
Publication date: 1977-01-13
Also published as: JPS529346A; GB1549266A; DE2627577B2; CH611479A5; FR2315986A1; GB1549268A; DE2627577C3; US4099042A

Description

Anmelder; Stuttgart, den 15· Juni 1976

Olivier A.L. Jean P 5209 S/kg

12 ave. Lavoisier

78 600 Maisons Lafitte

Prankreich

Georges Roussy
17 rue Ernest Renan
54 520 Laxou
Frankreich

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung eines Stoffes mit Wellen

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung eines Stoffes mit V/ellen<> Sie findet eine bevorzugte Anwendung bei Verfahren und Vorrichtungen, die "Applicateur" genannt werden und dazu dienen, einen Stoff,

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der wenigstens einen Hauptbestandteil in Form eines Dielektrikums, insbesondere in festem aber auch in flüssigem Zustand, enthält, mit elektromagnetischen Wellen zu behandeln, um dem Stoff elektromagnetische Energie zuzuführen.

Eine solche Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Wellenleiter, dessen Eingang an einen Generator elektromagnetischer Wellen angeschlossen ist» Der Wellenleiter dient auch als Gefäß oder Schacht zur Aufnahme der zu behandelnden Materie oder enthält einen solchen Behälter. Wenn der Stoff im festen Zustand ist, kann er selbst eine Eintrittsfläche aufweisen, durch welche die vom Generator erzeugten Wellen eindringen. Wenn der Stoff flüssig ist oder in Form kleiner Teilchen, beispielsweise Kügelchen, vorliegt, wird die Eintrittsfläche durch die Fläche des Behälters gebildet, der den Stoff enthält.

Der Wirkungsgrad oder der Anteil der Energie, der im Hohlleiter im Verhältnis zur zugeführten Energie verbraucht wird, ist an sich von erheblicher Bedeutung und auch deswegen, weil kostppielige Einrichtungen zur Absorption der verlorenen Energie vorgesehen werden müssen, die aus der Ausgangsfläche des Stoffes austritt. Um den Wirkungsgrad zu erhöhen, kann daran gedacht werden, sehr lange Hohlleiter vorzusehen. Diese Lösung ist jedoch nicht nur kostspielig, sondern kann sich in der Praxis als undurchführbar erweisen, insbesondere, wenn der Verlustwinkel

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des Dielektrikums, der durch seinen Tangens ausgedrückt wird, kleiner als 0,05 ist, weil dann die Länge des Reaktors unermeßlich groß werden müsste. Es wurde auch schon vorgeschlagen, den Teil der vom Generator erzeugten einfallenden Welle zu reflektieren, der nach dem Durchlaufen der im Wellenleiter enthaltenen Materie an dessen Ausgangsfläche in Form einer Ausgangswelie austritt. Man gewinnt auch die Welle, die aus der Eintrittsfläche des Stoffes austritt und die bis zum Generator zurücklaufen würde, dadurch wieder zurück, indem sie erneut auf die Behandlungszone reflektiert wird. Jede Reflexion kann mit Hilfe eines Spiegels oder einer reflektierenden Fläche erfolgen, d.h. mit einem elektrischen Leiter, der bei hohen Frequenzen am Ausgang des Wellenleiters oder des Hohlleiters einen Kurzschluß bildet« Der Spiegel nimmt im allgemeinen die Form einer Metallplatte oder eines Metallfensters am Ende des Ausganges des Wellenleiters oder von dessen Verlängerung an·

Diese Art der Wiedergewinnung von in der Vorrichtung nicht verbrauchter Energie ruft jedoch zwei Schwierigkeiten hervor· Die Welle, welche die Materie ein erstesmal durchlaufen hat, an einem der Enden reflektiert worden ist, dann den Stoff in Gegenrichtung durchlaufen hat und endlich erneut am Eingang der Vorrichtung auf die Kopplungseinrichtung reflektiert worden ist, überlagert sich der ein eretesmal in die Vorrichtung ein-.tretende Welle nach Amplitude und Phase. Es ist notwendig, daß sich die Wellen gegenseitig verstärken

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anstatt zu schwächen«, Die Länge des Hohlraumes muß daher entsprechend abgestimmt sein und einen "bestimmten Wert annehmen, der eine Funktion der Wellenlänge der vom Generator erzeugten Welle, den geometrischen Dimensionen und der Dielektrizitäts-Konstanten des Materials ist. Man hat auf diese Weise einen Resonanzhohlraum für einen definierten Wellentyp in Richtung des Hohlleiters geschaffen. Nach der Erfindung wird diese Tatsache ausgenutzt, um die Behandlung zu homogenisieren·

Die zweite Schwierigkeit hängt damit zusammen, daß der Ankopplungsfaktor für den Resonator oder den Hohlraum richtig gewählt werden muß. Der Teil der Energie, der in den Behandlungsteil eindringt, ist genau gleich demjenigen, der nach Jedem Durchlauf austritt, weil der entsprechende Kreis reziprok ist. Wenn das Kopplungsloch klein ist, wird die geringe Energie, die in den Resonator eintritt, mehrfach im Resonator reflektiert, ohne daß viel wieder austritt. Der Wirkungsgrad der Vorrichtung ist Jedoch schlecht, weil die am Eingang reflektierte Energie beträchtlich ist. Wenn dagegen das Kopplungsloch groß ist, wird die Resonanz durch Energieverluste geschwächt, die teilweise den Wellen entsprechen, die bei Jedem Durchgang aus dem Koppelloch austreten« Es gibt einen optimalen Kopplungsfaktor, bei dem die am Loch reflektierte Energie genau durch diejenige kompensiert wird, die aus dem Resonator entweicht. Die vom Generator gelieferte Energie wird dann vollständig in der Behandlungszone verbraucht. Man kann dann die Vorrichtung so betrachten, als ob

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ihre Länge um einen Faktor multipliziert wäre, der als Überspannungs- oder Gütefaktor Q bezeichnet wird, und der auch das Verhältnis der gespeicherten -Energie zur verbrauchten Energie angibt. Dabei bildet sich dann ein System erhöhter stationärer Wellen im Inneren des Resonators·

Dieses System stationärer Wellen ist äußerst störend_o An manchen Stellen, an denen die Amplitude des elektromagnetischen Feldes maximal ist, kann die Materie beschädigt werden. An anderen Stellen, die von den ersten einen Abstand haben, der einem Viertel der Wellenlänge im Stoff oder im Wellenleiter gleich ist, ist die Amplitude minimal. Hier wird die Materie nicht ausreichend behandelt. Diese Ungleichmäßigkeit vermindert die Wirksamkeit der Vorrichtung.

Nach der Erfindung wird dieser Wachteil dadurch vermieden, daß dem System der stehenden Wellen gegenüber dem zu behandelnden Stoff eine hin- und hergehende Bewegung erteilt und dabei das System von einer Bewegung zur anderen praktisch gleich belassen wird. Mit anderen V/orten wird das System von einer Bewegung zur anderen nicht geändert. Man begnügt sich mit einer Verschiebung. Vorzugsweise handelt es sich um eine alternatierende Bewegung, die in einer Verschiebung in Längsrichtung des Systems besteht und vorteilhaft über eine Strecke erfolgt, die mindestens gleich einem Viertel der Wellenlänge in dem Stoff ist.

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wird eine relativ globale Verschiebung des Systems stehender Wellen einer -Bewegung der Materie in dem Maße vorgezogen, wie die Verteilung der Teilchen des Stoffes durch eine Bewegung, die nur bei einem Fluid möglich ist, sich nicht in homogener Weise vollzieht, ^s bilden sich Zonen, insbesondere Kuhezonen, oder Lagen, die gegenüber dem System der stehenden Wellen nicht verschoben werden.

Es bestünde grundsätzlich auch die Möglichkeit, das Material durch einen Hohlleiter zu transi)ortieren. Eine solche Maßnahme ist jedoch häufig nicht möglich, weil das Material während einer längeren Zeit oder wiederholt behandelt werden muß, weil es an einen Träger gebunden ist, der im Hohlleiter bleiben soll, wie bei einem Molekularsieb, oder weil während der Behandlung Heaktionsteilnehmer den Wellenleiter durchströmen.

Weiterhin bildet das M_aterial häufig eine nur schwer zu bewegende Masse. Seine Verschiebung würde störende Organe erfordern, die in den Wellenleiter eindringen. Obwohl es daher vorteilhaft ist, das System der stehenden Wellen zu verschieben und das zu behandelnde Material stationär zu lassen, kann es in manchen Fällen auch zweckmäßig sein, das Material zu bewegen und sogar das Material und die Wellen gleichzeitig in Bewegung zu versetzen.

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Eine Vorrichtung nach der Erfindung umfaßt einen Generator elektromagnetischer Wellen, der durch einen Wellenkoppler an einen Hohlraum angekoppelt ist und dem Hohlraum elektromagnetische Energie in einer Resonanzverteilung zuführt. Der Resonanzzustand entspricht der Resonanz eines Wellentyps in einer bestimmten Ausbreitungsrichtung. An einem der in Ausbreitungsrichtung liegenden Ende des Hohlraumes ist ein Kurzschlußglied angeordnet.

Es ist ein Antrieb vorgesehen, der es ermöglicht, dem Kurzschlußglied in der Ausbreitungsrichtung eine Hin-■ und Herbewegung zu erteilen. Außerdem ist eine Einrichtung vorhanden, die trotz der Hin- und Herbewegung des Kurzschlußgliedes den Resonanzzustand aufrechterhält.

Bei jeder Hin- und Herbewegung wird eine Änderung der relativen Phasenlagen der Wellen bewirkt, welche die Resonanz stören würde, wenn einer solchen Störung nicht entgegengewirkt würde. Man kann zu diesem Zweck als Einrichtung zur Aufrechterhaltung des Hesonanzzustandes am anderen Ende des Hohlraumes ein zweites Kurzschlußglied vorsehen, das von dem Antrieb zusammen mit dem ersten Kurzschlußglied gleichsinnig um die gleiche Strecke, bewegt wird. Vorzugsweise wird eine mechanische Verbindung zwischen den beiden Kurzschlußgliedern vorgesehen. Weiterhin ist es zweckmäßig, eine Einrichtung zum Einstellen des Abstandes zwischen den beiden Kurz-,schlußgliedern vorzusehen, damit es möglich ist, die Vorrichtung auf verschiedene Wellenlängen einzustellen.

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Es ist auch möglich, die genannte Einrichtung durch einen klassischen Kreis zur Impedaiizkorrektur oder eine Blende oder eine Schraube zu verwirklichen, deren Stellung das Einhalten der Hesonanz und deren öffnung oder deren Eindringtiefe den Koppelfaktor bestimmen·

Man kann diese Einrichtungen auch durch einen Phasenschieber nach Art eines 5 db-Kichtkopplers mit zwei Kurzschlußgliedern verwirklichen. Einer der Arme des Richtkopplers ist mit dem Mikrowellen-Generator verbunden, während der konjugierte Arm an den Hohlraum angekoppelt ist. In den beiden anderen Armen befinden sich Kurzschlußglieder, die um ein Viertel einer Wellenlänge gegeneinander versetzt sind. Ea werden die beiden Kurzschlußglieder gemeinsam und gleichzeitig wie das Kurzschlußglied, das am Ausgang des Hohlraumes angeordnet ist, um die gleiche Strecke verschoben» Vorzugsweise sind alle drei KurzSchlußglieder fest miteinander verbunden·

Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein ständiger leichter Zugang für ein Fluid zum Wellenleiter oder Hohlraum geschaffen, der das magnetische Feld nicht stört, wenn die Kurzschlußglieder körperlich nur einen Teil des Querschnittes des Wellenleiters einnehmen, vorzugsweise denjenigen Teil, in dem das Feld besonders intensiv ist, beispielsweise denjenigen Teil, in dem das Feld 80?ό des Greaamtfeldes ausmacht· Die Erfindung umfaßt demnach auch eine Vorrichtung, die einen an einen Generator elektromagnetischer Wellen angekoppelten Wellenleiter mit einem

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darin angeordneten Kurzschlußglied umfalib, bei dem der Wellenleiter an eine Fluidquelle angeschlossen ist und das Kurzschlußglied nur einen Teil des Querschnittes des Wellenleiters einnimmt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungabeispieles näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden, Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die ilohlleiteranordnung eines Reaktionsapparabes nach der Erfindung und

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie Il-II durch die Vorrichtung nach Fig. 1

Der in Fig. 1 dargestellte lieaktionsapparat weist ein nicht näher dargestelltes Gestell auf, an dem ein aus einem elektrisch leitenden Material bestehendes Hohr 1 befestigt ist, das einen Hohlleiter bildet. Der Hohlleiter ist an ein Magnetron 3 angeschlossen, das dem Hohlleiter 1 elektromagnetische Wellen über einen Impedanz-Transformator 2 zuführt, der in der Zeichnung nicht im einzelnen dargestellt ist. An den Impedanz-Transformator schließt sich ein Phasenschieber an, der aus einem Koppelglied mit zwei Kurzschlußschiebern besteht. Die einfallenden Wellen, die vom Magnetron 3- er-*"""" zeugt werden, treffen auf die Eintritts- und Austrittsflächen des zu behandelnden Stoffes senkrecht auf. Diese

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Flächen werden von zwei Gittern 4 und 5 gebildet, die aus einem dielektrischen Material, insbesondere aus Teflon (Polytetrafluoräthylen) bestehen und die sich jeweils über einen Querschnitt des Rohres erstrecken. Sie begrenzen zwischen sich einen Mittelabschnitt des Hohlleiters 6, der einen Behälter für den zu behandelnden Stoff bildet.

In den Enden des Hohres 1 sind zwei Kolben 7 und 8 angeordnet, deren Stangen 9 und 10 mechanisch an die Schubplatte 11 eines Kurbeltriebs 11, 12 angeschlossen sind. Die Stange 10 ist mit der Schubplatte 11 Über Teleskoprohre 15 verbunden, die miteinander zur Deckung bringbare Radialbohrungen aufweisen. In zur Deckung gebrachte Radialbohrungen sind Stifte 14 einsteckbar. Die kreisrunden Flächen 15 und 16 der Kolben, die dem Mittelabschnitt des Hohlleiters 1 zugewandt sind, sind metallisiert· Sie stehen senkrecht zur Achse XK¹. Die Stellung des Stiftes 14 bestimmt den Abstand zwischen den Flächen 15 und 16.

Der Kolben 7 ist über die Schubplatte 11 mit einem anderen Kolben 17 verbunden, der in einem zum ersten Hohlleiter parallelen Hohlleiter gleitet, dessen anderes Ende mit dem Generator 3 über den Inipedariz-Tx'aiisforiaator verbunden ist. Die Kolben 7 und 17 sind gegeneinander um \ /4 verschoben. Die Schaltungsanordnung verhält sich wie ein vollkommener Phasenschieber d.h., daß eine vom Magnetron 3 ausgesandte Welle im Hohlleiter ohne Dämpfung übertragen wird und keine reflektierte Welle existiert,

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umgekehrt eine aus dem Rohr 1 eintretende Welle ohne Dämpfung zum Impedanz-Transformator 2 gelangt, ohne daß ein Teil der Welle reflektiert wird, und wenn sich ein stationärer Zustand im Rohr einstellt, weil dort eine Impedanz Z eingeführt wurde, sich das gleiche System stationärer Wellen im Eintrittszweig aufbaut, als wenn dort eine Impedanz Z angeschlossen wäre.

Wenn die beiden Kolben mit gleichem Abstand gleichzeitig verschoben werden, hat dies die gleiche Wirkung, als ob die Impedanz Z entfernt oder angenähert würde»

Daraus wird die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung verständlich. Die Bewegung der beiden Kolben kompensiert genau die Verschiebung des KurzSchlußgliedes 16, weil ein Verschieben des Spiegels 16 einem Entfernen oder Annähern der Impedanz gleichkommt, die der Spiegel darstellt.

Eine Luftquelle 18 ermöglicht es, verschmutzte Luft in Richtung des Pfeiles F in das Rohr 1 einzuführen, in dem sich ein Behälter 19 mit einem Molekularsieb befindet. Solange das Molekularsieb 19 die Verunreinigungen der Luft absorbiert, strömt der Luftstrom zwischen den Kolben 15 und 16 und den Innenwänden des Rohres 1 hindurch. Während dieses Betriebszustandes ist das Magnetron 3 außer Betrieb. Die Kolben 15 und 16 sind nicht in Bewegung. Während der Regeneration des Molekularsiebes 19 wird Luftstrom unterbrochen und das Magnetron 5 eingeschaltet.

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Außerdem wird die Kurvenscheibe 12 mit der Bchubplatte in Betrieb gesetzte Die Schubplatte überträgt auf die Kurzschlußglieder 15 und 16 eine hin- und hergehende Translationsbewegung in Hichtung der Achse XX¹· Der elektrische Abstand zwischen dem Eingang des Impedanz-Transformators und der Fläche 16, unter Berücksichtigung der teilweisen Reflexionen an den Flächen der Kolben und 17, bleibt stets gleich und beträgt das fünffache der Wellenlänge in dem Hohlleiter 1. Der Abstand zwischen den Flächen 15 und 17 bleibt ebenfalls konstant und beträgt bei einem 5 db-Richtkoppler der verwendeten Art ein Viertel der Wellenlänge im Hohlleiter· Die anderen Abstände zwischen der Fläche 16 und dem Gitter sowie zwischen dem Gitter 4 und der Fläche 15 variieren periodisch· Der Impedanz-l'ransformator stellt die Kolben automatisch derart ein, daß die reflektierte Energie während der gesamten Dauer der Behandlung Null bleibt« Die Regeneration ist wirksamer als in bekannten Reaktoren_t Das innere elektrische Feld ist höher als bei Vorrichtungen, die nicht mit Resonanz arbeiten.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Behandlung eines Stoffes mit Wellen, bei dem, vorzugsweise unter Herbeiführung einer Resonanz, ein System stehender Wellen erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem System der stehenden Wellen gegenüber dem zu behandelnden Stoff eine hin- und hergehende Bewegung erteilt wird, ohne das System von einer Bewegung zur anderen zu ändern,

2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem System stehender Wellen eine Translationsbewegung in seiner Längsrichtung erteilt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, daduroh gekennzeichnet, daß jede Hinbewegung wenigstens über eine Strecke erfolgt, deren Länge gleich einem Viertel der Wellenlänge ist.

4· Vorrichtung zur Behandlung eines Stoffes mit einem Generator elektromagnetischer Wellen, der an einen Hohlraum angekoppelt ist und dem Hohlraum elektromagnetische Energie in einer Heaonanzverteilung zuführt, wobei der Resonanzzustand der Resonanz eines Wellentyps in einer bestimmten Ausbreitungsrichtung entspricht, mit einem an einem der in Ausbreitungsrichtung liegenden Enden des Hohlraums angeordneten KurzSchlußglied und einem Antrieb, mit dem dem Kurzschlußglied in der Antriebsrichtung eine Hin- und

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Herbewegung erteilt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die trotz der Hin- und Herbewegung des KurzSchlußgliedes den Resonanzzustand aufrecht erhält·

5· Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufrechterhaltung des Resonanzzustandes ein am anderen Ende des Hohlraumes angeordnetes, zweites Kurzschlußglied umfaßt, das von dem Antrieb zusammen mit dem ersten Kurzschlußglied gleichsinnig und um die gleiche Strecke bewegbar isto

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb eine mechanische Verbindung zwischen den beiden Kurzschlußgliedern umfaßt.

7· Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den beiden Kurzschlußgliedern verstellbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4-, bei der die Einrichtung zur Aufrechterhaltung des Resonanzzustandes einen Phasenschieber nach Art eines 3 db-Richtkopplers umfaßt, der mit einem Arm an den Generator und mit dem dazu konjugierten Arm an den Hohlraum angeschlossen ist, während sich in den anderen beiden Armen zwei Kurzschlußglieder befinden, die um ein Viertel der Wellenlänge gegeneinander versetzt sind, und bei dem

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der Antrieb die beiden KurzSchlußglieder gemeinsam um die gleiche Strecke verschiebt, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb gleichzeitig das Kurzschlußglied bewegt, das am Ausgang des Hohlraumes angeordnet ist.

9β Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen Koppler mit einem den Resonanzzustand aufrechterhaltenden Phasenschieber umfaßt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9_> dadurch gekennzeichnet, daß der Hub des Kurzschlußgliedes wenigstens gleich einem Viertel der Wellenlänge ist.

ο Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußglieder den Querschnitt des Hohlraumes nur teilweise ausfüllen und der Hohlraum an eine Fluidquelle angeschlossen ist.

12· Vorrichtung mit einem an einem Generator angekoppelten Hohlleiter und einem im Hohlleiter angeordneten Kurzschlußglied, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter an eine Pluidquelle angeschlossen ist und das Kurzschlußglied nur einen Teil des Querschnitts des Hohlleiters einnimmtο

15· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurzschlußglied nur den Teil des Querschnittes des Hohlleiters einnimmt, in dem das Feld am intensiTsten ist.

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