DE2627577C3

DE2627577C3 - Vorrichtung zur Behandlung eines Stoffes mit HF-Energie

Info

Publication number: DE2627577C3
Application number: DE2627577A
Authority: DE
Inventors: Olivier Auguste Louis Maisons Lafitte Jean
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-07-04
Filing date: 1976-06-19
Publication date: 1979-12-13
Also published as: CH611479A5; DE2627577A1; JPS529346A; US4099042A; FR2315986A1; GB1549268A; DE2627577B2; GB1549266A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung eines Stoffes mit HF-Energie, bestehend aus einem Generator elektromagnetischer Wellen, der ai. 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 Hohlraum 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, verschöben 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 deF 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 Ringlcitung bilden sich bei richtiger Abstimmung keine stehenden Wellen aus. An gegenüberliegenden Rnden eines geradlinigen Abschnittes der Ringleitiing, in dem sich der eigentliche

Behandlungsraum befindet, sind gegeneinander verschiebbare Kurzschlösse 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 Hauptteii der erzeugten Energie in einem Abschlußwiderstand vernichtet werden muß. Daher ist diese 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 Leitungsabschnities 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.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird demnach nicht der gesamte Hohlraum gegenüber dem zu behandelnden Stoff verschoben, sondern es wird dem 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 Ausführungsform 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 urn 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 fest miteinander verbunden sein.

Wenn die erfiiiai'ngsgemäße 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 Kurzschlußglieder 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 Hohlleiteranordnung eines Readtionsapparates nach der Erfindung und

Fig.2 einen Schnitt längs der Linie II—II durch die Vorrichtung nach Fig. 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 angescV^ssen, das dem Hohlleiter 1 elektromagnetische Welle-', über einen Impedanz-Transformator 2 zuführt der in der Zeichnung nicht im einzelnen dargestellt ist An den Impedanz-Transformator schließt sich ein Phasenschieber an, dt r 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 voir 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 Rohres 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 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 de3 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 paralleler! Hohlleiter gleitet, dessen anderes Ende mit dem Generator 3 über den Impedanz-Transformator 2 verbunden ist. Die Kolben 7 und 17 sind geger/:ir>ander um λ/4 verschoben. Die Schaltungsanordnung verhält sich wie ein vollkommener Phasenschieb er d. h. daß tine vom Magnetron 3 aur.gesaridle 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 Zustand im Rohr einstellt, weil dort eine Impedanz Z eingeführt iirde, sich das gleiche .System stationärer Wellen im hintrittszweig aufbaut, als wenn dort 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 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 der Luftübertragt auf die Kurzschlußglieder 15 und 16 eine hin- und hergehende Translationsbewegung in Richtung der Achse XX'. Der elektrische Abstand /wischen 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 db-Richtkoppler der verwendeten Art ein Viertel der Wellen'änge 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 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

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Außerdem wird die Kurvenscheibe 12 mit der Schubplatte 11 in Betrieb gesetzt. Die Schubplatte :<> arbeiten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Behandlung eines Stoffes mit

H F-Energie, bestehend aus einem Generator elek- *> tromagnetischer 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 ι« 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 r> 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 derc 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 auf- -'"> rechterhält

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufrechterhaltung des Resonanzzustandes ein am anderen Ende des Leitungsabschnittes angeordnetes, zweites Kurz- 1« Schlußglied umfaßt, das von dem Antrieb zusammen mit dem ersten Kurzschlußglied gleichsinnig und um die gleiche Strecke bewegbar ist

3. Vorrichtung nach Anspruc.i 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Av.trieb eine mechanische !"· Verbindung zwischen den beic m Kurzschlußgliedern umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den beiden Kurzschlußgliedern verstellbar ist. ·)<>

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- ">> zeichnet, daß die Einrichtung zur Aufrechterhaltung des Resonanzzustandes einen Koppler mit einem den Resonanzzustand aufrechterhaltenden Phasenschieberumfaßt

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden μ 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- ^h"> Schlußglieder den Querschnitt des l.eitungsabschnittes nur teilweise ausfüllen und der Leitungsabschnitt an eine !"luidquelle 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