DE2627577B2 - Vorrichtung zur Behandlung eines Stoffes mit HF-Energie - Google Patents
Vorrichtung zur Behandlung eines Stoffes mit HF-EnergieInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung eines Stoffes mit HF-Energie, bestehend aus einem
Generator elektromagnetischer Wellen, der an einen Hohlraum gekoppelt ist und dem Hohlraum elektromagnetische
Energie zuführt, und einer Einrichtung, mit der eine Relativbewegung zwischen dem im Hohlraum
angeordneten, zu behandelnden Stoff und der dem Hohlraum zugeführten elektromagnetischen Energie
erzeugbar ist
Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-OS 18 13 554 bekannt Bei dieser bekannten Vorrichtung wird die
Relativbewegung zwischen dem zu behandelnden Stoff und dem im Hohlraum herrschenden Feld zu einem
gewissen Teil durch sogen. »Mode-Verteiler«, hauptsächlich aber durch eine Relativbewegung zwischen
dem Hohifaum und dem Stoff erzeugt Zu diesem
Zweck ist bei der bekannten Vorrichtung der Hohlraum auf Schienen beweglich angeordnet und kann gegenüber
dem im Hohlraum angeordneten Stoff, der mittels aus dem Hohlraum herausragender Stützglieder ortsfest
gehalten ist, verschoben werden. Eine solche Anordnung hat nicht nur den Nachteil, daß der gesamte
Hohlraum mit dem angeschlossenen Generator bewegt werden muß, sondern es muß der Hohlraum auch
während der Behandlung nicht verschließbare Öffnungen aufweisen, die spezielle Maßnahmen erfordern, um
einen Austritt von Energie aus diesen öffnungen zu verhindern.
Aus der DE-AS 11 86 570 ist eine Vorrichtung zur
Behandlung eines Stoffes bekannt, bei dem ein an einen Generator angeschlossener Hohlleiter einen Schlitz
aufweist, aus dem Energie auf einen an der Außenseite des Hohlleiters neben dem Schlitz angeordneten Stoff
abgestrahlt wird. Der Hohlleiter ist an seinem dem Schlitz abgewandten Ende mit einem in Längsrichtung
des Hohlleiters verschiebbaren Kurzschluß versehen, durch dessen Verschiebung die Energieverteilung im
Hohlleiter periodisch geändert werden kann. Hierdurch soll eine bessere Verteilung der Energie auf den an der
Außenseite des Schlitzes angeordneten Stoff erzielt werden. Bei dieser bekannten Anordnung befindet sich
der Stoff nicht in einem Hohlraum-Resonator, sondern in dem von einer Antenne, nämlich einem Schlitzstrahler,
abgestrahlten Feld. Es brauchen auch in dem Hohlleiter keine definierten Resonanzzustände aufrechterhalten
werden, weil gerade durch das Abstrahlen von Energie ein eigentlicher Resonanzzustand nicht
eintritt. Die Behandlung eines Stoffes im Nahfeld eines Strahlers ist in vielen Fällen nicht möglich, insbesondere
dann nicht, wenn einerseits die in die Umgebung abgestrahlte Energie klein gehalten werden muß und
wenn andererseits der zu behandelnde Stoff einer hohen Feldstärke ausgesetzt werden muß, um den gewünschten
Erfolg der Behandlung zu erzielen.
Aus der US-PS 37 61 665 ist endlich eine Vorrichtung bekannt, bei der eine in sich ringförmig geschlossene
Leitung mit einem Abschnitt an einen Richtkoppler angeschlossen ist. In dieser Ringleitung bilden sich bei
richtiger Abstimmung keine stehenden Wellen aus. An gegenüberliegenden Enden eines geradlinigen Abschnittes
der Ringleitung, in dem sich der eigentliche
Behandlungsraum befindet, sind gegeneinander verschiebbare
Kurzschlüsse angeordnet Diese Kurzschlüsse bilden jedoch ausschließlich Abstimmglieder, die
nicht mehr bewegt werden, nachdem die gewünschte Abstimmung erzielt worden ist Diese bekannte
Anordnung hat den Nachteil, daß der Richtkoppler nur
die Übertragung eines geringen Bruchteiles der von dem Generator gelieferten Energie zuläßt, während der
Hauptteil der erzeugten Energie in einem Abschlußwiderstand vernichtet werden muß. Daher ist diese ι ο
bekannte Vorrichtung im Betrieb sehr unwirtschaftlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden,
daß die erwünschte Relativbewegung zwischen dem im Hohlraum angeordneten Stoff und der im Hohlraum
herrschenden Resonanzverteilung sowohl ohne großen apparativen Aufwand als auch ohne einen durch diese
Maßnahme bedingten Leistungsverlust erzielt wird.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch
gelöst, daß der Hohlraum die Form eines an beiden
Enden kurzgeschlossenen Leitungsabschnittes hat, in dem die elektromagnetische Energie einen Resonanzzustand
annimmt, der der Resonanz eines Wellentyps in einer bestimmten Ausbreitungsrichtung entspricht, daß
an einem der Enden des Leitungsabschnittes ein bewegliches Kurzschlußglied angeordnet und mit einem
Antrieb gekoppelt ist, mit dem dem Kurzschlußglied in Längsrichtung des Leitungsabschnittes eine Hin- und
Herbewegung erteilt werden kann, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die trotz der Hin- und j«
Herbewegung des Kurzschlußgliedes den Resonanzzustand aufrechterhält.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird demnach nicht der gesamte Hohlraum gegenüber dem zu
behandelnden Stoff verschoben, sondern es wird dem J5
Hohlraum eine solche Form gegeben, daß durch Anwendung eines einfachen beweglichen Kurzschlußschiebers
eine Feldverschiebung gegenüber dem im Hohlraum enthaltenen Stoff möglich ist Diese Maßnahme
führt zu einem bedeutend vereinfachten Aufbau einer solchen Vorrichtung bei guter Wirksamkeit.
Bei einer Ausführangsform der Erfindung umfaßt die Einrichtung zur Aufrechterhaltung des Resonanzzustandes
ein am anderen Ende des Leitungsabschnittes angeordnetes, zweites Kurzschlußglied, das von dem
Antrieb zusammen mit dem ersten Kurzschlußglied gleichsinnig und um die gleiche Strecke bewegbar ist.
Vorzugsweise wird eine mechanische Verbindung zwischen den beiden Kurzschlußgliedern vorgesehen.
Weiterhin ist es zweckmäßig, dafür Sorge zu tragen, daß der Abstand zwischen den beiden Kurzschlußgliedern
verstellbar ist, damit es möglich ist, die Vorrichtung auf verschiedene Wellenlängen einzustellen.
Die Einrichtung zur Aufrechterhaltung des Resonanzzustandes könnte auch einen Phasenschieber nach Art
eines 3 db-Richtkopplers umfassen, 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 in deren Längsrichtung
bewegliche Kurzschlußglieder befinden, die um ein Viertel der Wellenlänge gegeneinander versetzt sind
und von dem Antrieb um die gleiche Strecke verschiebbar sind, um die der Antrieb gleichzeitig das
Kurzschlußglied bewegt, das am Ausgang des Hohlraumes angeordnet ist. Hierbei könnten wiederum alle drei
Kurzschlußglieder lest miteinander verbunden sein.
Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Behandlung eines Fluids benutzt werden soll, ist es
erforderlich, einen ständigen leichten Zugang für ein Fluid zum Hohlleiter zu schaffen, der das magnetische
Feld nicht stört Zu diesem Zweck sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, daß die Kurz-Schlußglieder
den Querschnitt des Leitungsabschnittes nur teilweise ausfüllen und der Leitungsabschnitt an eine
Fluidquelle angeschlossen ist Dabei kann insbesondere das Kurzschlußglied nur den Teil des Querschnittes des
Leitungsabschnittes einnehmen, in dem das Feld am intensivsten ist Die Erfindung wird im folgenden
anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert Es
zeigt
F i g. 1 einen Längsschnitt durch die Hohneiteranordnung eines Readtionsapparates nach der Erfindung und
Fig.2 einen Schnitt längs der Linie IMI durch die Vorrichtung nach F i g. 1.
Der in F i g. 1 dargestellte Reaktionsapparat weist ein nicht näher dargestelltes Gestell auf, an dem ein aus
einem elektrisch leitenden Material bestehendes Rohr 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 erzeugt werden, treffen auf die Eintrittsund Austrittsflächen des zu behandelnden Stoffes
senkrecht auf. Diese Flächen werden von zwei Gittern 4 und S 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 Rohres 1 sind zwei Kolben 7 und 8 angeordnet deren Stangen 9 und 10 mechanisch an die
Schubplatte U eines Kurbeltriebs 11,12 angeschlossen sind. Die Stange 10 ist mit: der Schubplatte U über
Teleskoprohre 13 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 XX'. 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 Impedanz-Transformator
2 verbunden ist Die Kolben 7 und 17 sind gegeneinander um kg/A verschoben. Die Schaltungsanordnung
verhält sich wie ein vollkommener Phasenschieb er d. h. daß eine vom Magnetron 3 ausgesandte
Welle im Hohlleiter ohne Dämpfung übertragen wird und keine reflektierte Welle existiert, 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 Zusiand im Rohr einstellt weil dort eine Impedanz Z
eingeführt wurde, sich das gleiche System stationärer Wellen im Eintrittszweig aufbaut, als wenn don eine
Impedanz Zangeschlossen 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 Fin das Rohr 1 einzuführen, in dem
sich ein Behälter 19 mit einem Molekularbereich befindet Solange das Molekularsieb 19 die Verunreinigungen
der Luft absorbiert, strömt der Luftstrom zwischen den Kolben 15 und 16 und den Innenwänden
des Rohres ! 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 der Luftstrom
unterbrochen und das Magnetron 3 eingeschaltet
Außerdem wird die Kurvenscheibe 12 mit der Schubplatte 11 in Betrieb gesetzt Die Schubplatte
überträgt auf die Kurzschlußglieder 15 und 16 eine hin- und hergehende Translationsbewegung in Richtung der
Achse XX'. Der elektrische Abstand zwischen dem Eingang des Impedanz-Transformators und der Fläche
16, unter Berücksichtigung der teilweisen Reflexionen an den Flächen der Kolben 15 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 3
ίο db-Richtkoppler der verwendeten Art ein Viertel der
Wellenlänge im Hohlleiter. Die anderen Abstände zwischen der Fläche 16 und dem Gitter 5 sowie
zwischen dem Gitter 4 und der Fläche 15 variieren periodisch. Der Impedanz-Transformator stellt die
is Kolben automatisch derart ein, daß die reflektierte
Energie während der gesamten Dauer der Behandlung Null bleibt. Die Regeneration ist wirksamer als in
bekannten Reaktoren. Das innere elektrische Feld ist höher al·; bei Vorrichtungen, die nicht mit Resonanz
arbeiten.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Vorrichtung zur Behandlung eines Stoffes mit HF-Energie, bestehend aus einem Generator elektromagnetischer
Wellen, der an einen Hohlraum angekoppelt ist und dem Hohlraum elektromagnetische
Energie zuführt, und einer Einrichtung, mit der eine Relativbewegung zwischen dem im Hohlraum
angeordneten, zu behandelnden Stoff und der dem Hohlraum zugeführten elektromagnetischen Energie
erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hohlraum die Form eines an beiden Enden kurzgeschlossenen Leitungsabschnittes hat,
in dem die elektromagnetische Energie einen Resonanzzustand annimmt, der der Resonanz eines
Wellentyps in einer bestimmten Ausbreitungsrichtung entspricht, daß an einem der Enden des
Leitungsabschnittes ein bewegliches Kurzschlußglied angeordnet und mit einem Antrieb gekoppelt
ist, mit dem dem Kurzschlußglied in Längsrichtung des Leitungsabschnittes eine Hin- und Herbewegung
erteilt werden kann, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die trotz der Hin- und Herbewegung
des Kurzschlußgliedes den Resonanzzustand aufrechterhält.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufrechterhaltung
des Resonanzzustandes ein am anderen Ende des Leitungsabschnittes angeordnetes, zweites Kurz- i<
> Schlußglied umfaßt, das von dem Antrieb zusammen mit dem ersten Kurzschlußglied gleichsinnig und um
die gleiche Strecke bewegbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb eine mechanische
Verbindung zwischen den beiden Kurzschlußgliedern umfaßt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den
beiden Kurzschlußgliedern verstellbar ist. -to
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 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 Leitungsabschnitt angeschlossen
ist, während sich in den anderen beiden Armen zwei in deren Längsrichtung bewegliche
Kurzschlußglieder befinden, die um ein Viertel der Wellenlänge gegeneinander versetzt sind und von
dem Antrieb gemeinsam um die gleiche Strecke verschiebbar sind, um die der Antrieb gleichzeitig
das Kurzschlußglied bewegt, das am Ausgang des Leitungsabschnittes angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- r>5
zeichnet, daß die Einrichtung zur Aufrechterhaltung des Resonanzzustandes einen Koppler mit einem
den Resonanzzustand aufrechterhaltenden Phasenschieber umfaßt.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub
des Kurzschlußgliedes wenigstens gleich einem Viertel der Wellenlänge ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurz- b5
Schlußglieder den Querschnitt des Leitungsabschnittes nur teilweise ausfüllen und der Leitungsabschnitt
an eine Fluidquelle angeschlossen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußglieder nur denjenigen
Teil des Querschnittes des Leitungsabschnittes einnehmen, in dem das Feld am intensivsten ist.
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