DE2627656A1

DE2627656A1 - Vorrichtung zur behandlung von stoffen mit elektromagnetischer energie und verfahren zur herstellung der vorrichtung

Info

Publication number: DE2627656A1
Application number: DE19762627656
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: 1977-01-20
Also published as: FR2316761B1; DE2627656B2; GB1548191A; JPS5230946A; CH615551A5; FR2316761A1; GB1548192A; DE2627656C3

Description

Anmelder:

Olivier A.L. Jean 12 a ve* Lavoisier 78 600 Mainons Lafitte Frankreich

und

Georges Koussy 17 rue Urneat Kenan 54 520 Laxou Frankreich

Stuttgart, den 14. Juni 1976 P 3208 S/kg

Vorrichtung zur Behandlung von Stoffen mit elektromagnetischer Energie und Verfahren zur Herateilung der Vorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zur Behandlung von Stoffen mit Wellen sowie auf Bestandteile solcher Vorrichtungen« Sie findet bevorzugt Anwendung bei Verfahren und Vorrichtungen, die "Applicateur"

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genannt werden und dazu dienen, einen begrenzten Stoff zu behandeln, der einen oder mehrere Bestandteile in Form eine3 Dielektrikums in flüssiger, fester oder auch gasförmiger Phase enthält, mit elektromagnetischen Wellen hoher Frequenz oder Mikrowellen im Frequenzbereich von 1 LIIIz bis 4-0 GHz und vorzugsweise 500 MHz bis 4- GHz₁ um dem Stoff elektromagnetische Energie zuzuführen oder um den Stoff zu erwärmen.

Bin "Applicateur" besteht im wesentlichen aua einem Wellenleiter aus einem elektrisch leitenden Material, dessen Eingang an einen Generator solcher Wellen angeschlossen ist. Der Wellenleiter dient auch als Aufnahme oder Schacht für die zu behandelnde Materie oder enthält eine solche Aufnahme oder ist durch eine solche Aufnahme verlängert.

Eine Vorrichtung dieser Art wird auf den verschiedensten Gebieten angewendet, die von der Behandlung von Nahrungsmitteln zur Erwärmung von Isoliermaterialien, Kunststoffen, Beton, Kautschuk, und Erzen reichen und über die Durchführung von Polymerisationen, Desorptionen, Trocknungsund Trennungsvorgängen und anderen physikalischen und chemischen Vorgängen gehen, die einen der Bestandteile des Stoffes betreffen oder sich zwischen dessen Bestandteilen abspielen.

Die Form des Wellenleiters hängt von der Menge des zu behandelnden Stoffes, den dielektrischen Eigenschaften dieses Stoffes, der Wellenlänge der angewendeten elektromagnetischen Strahlung sowie den Änderungen ab, welche diese Parameter während der Behandlung erleiden.

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Unabhängig davon, ot> es sich um Vorrichtungen zur Behänd- , lung eines Stoffes im Durchiaufverfahren oder um Vorrichtungen mit einem Iiehrmoden-Resonanzraum handelt, ist das Volumen des zu behandelnden Stoffes im Verhältnis zu den Dimensionen des Hohlraumes, in dem er sich befindet, klein. Wenn der effektive Querschnitt sv £', wobei s der wahre Querschnitt und £' die Dielektrizitätskonstante des Stoffes sind, kleiner ist als ein Zehntel des Querschnittes des Hohlleiters, so nimmt das elektromagnetische Feld, das von den metallischen Wänden des Wellenleiters oder des Hohlraumes aufgeprägt wird, im gesamten Querschnitt des Stoffes einen konstanten Wert an. V/enn jedoch der effektive Querschnitt ein Fünftel des Querschnittes des Hohlleiters erreicht, ist das Feld nicht mehr homogen.

Wenn in den wellenleiter ein relativ großes Volumen des Stoffes eingebrocht werden soll, könnten die Dimensionen des Hohlleiters zu groß werden, um noch mit der Materialfestigkeit und dem zur Verfügung stehenden Platz verträglich zu sein. V/erm das Volumen eine gewisse Menge an Gas oder Flüssigkeit mit vorgegebener Förderleistung adsorbieren oder desorbieren soll, können sich die Beschränkungen hinsichtlich der Abmessungen des Wellenleiters, die sich aus der Forderung nach einem konstanten Y/ert des Feldes im gesamten Querschnitt der Materie ergeben, hinderlich oder sogar unverträglich sein mit den Gesetzen der Verfahrenstechnik bezüglich eines guten Flusses des Fluids. Man kann nicht dem Hohlleiter den großen Querschnitt geben, der für eine gute Homogenität des elektrischen Feldes in dem dielektrischen Stoff erforderte.

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Die Erfindung hat diese Schwierigkeiten erkannt und begegnet ihr mit einer Vorrichtung, die einen Mikrowellen-Generator umfaßt, der an einen Hohlleiter angeschlossen ist, in dem sich ein Zylinder aus einem dielektrischen Y/erkstoff befindet, dessen Abmessungen in zv/ei zueinander senkrechten, in der Querschnittsebene des Hohlleiters liegenden Eichtungen das 0,25-bis 4-fache der Vakuumwellenlänge der von dem Generator erzeugten Mikrowellen beträgtο Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß in einem Querschnitt des Hohlleitere mindestens 50% und vorzugsweise 80% der Energie der Mikrowelle das Dielektrikum durchlaufen.

Der Reaktionsbereich kann insbesondere die Form eines Zylinders mit beliebigem Querschnitt haben, beispielsweise einem kreisrunden, rechteckigen oder auch komplizierteren Querschnitt« Wenn der Stoff pulverförmig ist und in !form von Kügelchen, Stäbchen, Granulat, Pulver oder Flüssigkeit vorliegt, wird diese Form einem Behälter gegeben, insbesondere einer Hülse aus einem dielektrischen Werkstoff. Der zu behandelnde Stoff kann auch in dem Hohlleiter einfach durch Platten gehalten werden, die mit Nuten versehen sind, oder auf jede andere Weise, die die erforderliche Dichtigkeit des Fluid-Kreislaufes ergibt. Die Dimensionen der Querschnitte der einzelnen Elemente definieren unter Berücksichtigung der bereits erwähnten Parameter einen bekannten Modus der Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen, also einen Modus, von dem die axialen und transversalen Komponenten des elektromagnetischen Feldes bekannt sind. Der Stoff wird an solchen Stellen angeordnet, wo das elektrische Feld

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intensiv int, gewöhnlich im Zentrum der Struktur, wenn der dominante Fundamental-Modus der Ausbreitung im Reaktor erhalten bleibt. An den Stellen, an denen das elektrische Feld schwach ist, kann der Raum freigelassen oder mit einem inerten Füllstoff versehen werden.

TJm die Verteilung der elektromagnetischen Energie so wenig wie möglich zu stören, ist es zweckmäßig, auf besondere Glieder zum Festhalten des Zylinders in seiner Stellung zu verzichten. Daher wird der Zylinder vorteilhaft in dem Hohlleiter durch den Kontakt zwischen einem Teil seiner Außenfläche und einem Teil der Innenfläche des Hohlleiters gehalten« Dabei kann wenigstens zwischen einem der Flächenteile und angrenzenden Flächenteilen des gleichen Körpers eine Unstetigkeit vorhanden sein.»

Der Zylinder hat vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt, der leicht herstellbar ist und ein Einführen des Zjrlinders in den Hohlleiter ohne Probieren und ohne vorhergehendes besonderes Ausrichten ermöglicht·

Der Hohlleiter soll jedoch so wenig Kanten und andere Stellen aufweisen, die zwar geeignet sind, den Zylinder in der gewünschten Stellung zu halten, jedoch die gewünschte gute Verteilung der elektromagnetischen Energie stören. Es wurden besonders befriedigende Resultate mit einem Hohlleiter erzielt, der im Querschnitt eine rechteckige Grundform aufweist und an seinen beiden Breitseiten

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mit bogenförmigen Abschnitten versehen ist, deren konkave Wölbung nach innen gerichtet ist. Die beiden bogenförmigen Abschnitte liegen vorzugsweise auf einem gemeinsamen Kreis oder ggf. auch auf einer gemeinsamen Ellipse oder einem gemeinsamen Oval„ Vorzugsweise ist einer der Bogen weniger lang als der andere. Einer der Bogen kann sich über ein Viertel bis eine Hälfte der Länge der Breitseite erstrecken.

Die Erfindung hat auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung zum Gegenstand, das darin besteht, daß ein JJodell einer Vorrichtung mit einem Hohlleiter mit vorbestimmtem Querschnitt hergestellt und dann nacheinander die Verteilung der elektromagnetischen Energie über den Querschnitt des Hohlleiters festgestellt, der Querschnitt des Hohlleiters in vorbestimmter V/eise deformiert, erneut die Verteilung der elektromagnetischen Energie bestimmt und entweder der Querschnitt des Hohlleiters in der vorbestimmten Weise weiter deformiert wird, wenn die Verteilung der elektromagnetischen Energie in diesem Querschnitt stärker in der Materie konzentriert ist als sie bei der vorhergehenden Verteilung konzentriert war, oder die zweite Deformation rückgängig gemacht wird, wenn die Verteilung nach der zweiten Deformation eine geringere Konzentration der Energie in der Materie ergab als nach der ersten Deformation« Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens wird die vorbestimmte Weise der Deformation anhand einer Betrachtung der Verteilung

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der elektromagnetischen Energie in Hohlleitern mit einfachem Querschnitt ermittelt, an die sich der deformierte Hohlleiter annähert»

Man kann demnach eine Vorrichtung nach der Erfindung herstellen, indem man einem Hohlleiter eine geeignete Form gibt, die man empirisch, evtl. unter Zuhilfenahme der bekannten Gesetze über die Verteilung des Feldes in Hohlleitern mit einfachem Querschnitt, bestimmt, indem man die Resultate der Überlagerung solcher Felder abschätzt. Außer den Gesetzen über die Verteilung des Feldes in Hohlleitern mit kreisförmigem und rechteckigem Querschnitt sind beispielsweise auch die Felder in Steghohlleitern, Kanalhohlleitern und Hohlleitern mit sektorförmigem Querschnitt bekannt (siehe z.B_e IRE transactions MTT J, 1955, Nr. 5, Seite* 20, IREMTT 12, 1964, Seiten 245 Ms 247 und IEEE transactions MTT 22, 1974, Nr, 3» Seiten 202 bis 209).

Es ist bekannt, daß die Feldverteilung kaum gestört wird, wenn alle Dimensionen unter Beibehaltung der Winkel proportional vermindert werden. Es versteht aich ferner, daß die empirischen Versuche von der Tatsache geleitet sind, daß in erster Näherung der Überlagerung zwei verschiedener Querschnitte eines Hohlleiters eine überlagerung der Feldverteilungen entspricht. Ggf. können algebraische oder numerische Berechnungen unter Anwendung geeigneter Vereinfachungen zur Lösung von Gleichungssystemen durchgeführt

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werden, weiche die Feldverteilung für jeden Bereich ι und für die elektrischen und magnetischen Komponenten des Feldes angeben, nämlich der homogenen Helmholtζsehen Gleichungen, der Gleichungen bezüglich des Überganges an den Grenzflächen dielektrischer Stoffe und den Feldgleichungen für die metallischen Oberflächen des Hohlleiters. Die technisch am schnellsten zum Erfolg führende Liothode besteht jedoch darin, am Ende des Hohlleiters eine Platte anzuordnen, die einen Kurzschluß bildet, und die Verteilung des elektrischen Feldes mit einer Sonde zu messen, die vor der Platte in Längsrichtung des Hohlleiters bewegt wird, um die aufeinanderfolgenden Minima und Maxima der stationären Welle zu beobachten und daraus die Wellenlänge im Hohlleiter \ zu bestimmen. Ist die Hohlleiter-Wellenlänge λ und die Frequenz der vom Generator erzeugten Welle bekannt, ao können die Ausbreitungs-iligenschaften des Hohlleiters durch dessen Grenzfrequenz charakterisiert werden.

Wenn in die Kurzschluß-Platte eine große Anzahl kleiner Löcher gebohrt wird, kann man in jedes dieser Löcher eine Sonde einführen und das elektromagnetische' Feld nahe dem Kurzschluß messen. Auf diese Weise kann eine Karte gezeichnet werden, welche die Amplituden des elektrischen Feldes angibt. !.lan kann auch die Oarientierung des Feldes mit einer Sonde ermitteln, die von einer kleinen Schleife gebildet wird.

Auf diese V/eise kann die Verteilung des elektromagnetischen Feldes in einem Querschnitt der Zelle ermittelt werden«

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Diese Verteilung bleibt von Querschnitt zu Querschnitt erhalten. Die Amplitudenwerte des Feldes werden lediglich mit einem Faktor multipliziert, der von der Stellung des Querschnittes längs der Au3breitungarichtung abhängt· Dieser Faktor ist aln'(.2Vz/\ ).

Anhand der Verteilung des elektromagnetischen Feldes, die man in der vorstehend beschriebenen Weise aufgenommen hat, kann man die Energiedichte über der ganzen Fläche ermitteln· Diese Energiedichte hängt von der Stelle ab, wo sie gemessen ist. Sie ist abhängig vom Quadrat der Amplitude der vorhergehenden Felder (Poyntingscher Satz). Die Integration der Energiedichte über die ganze Fläche des Dielektrikums und nur über dieser Fläche ergibt den Anteil der Energie, den der betrachtete Modus oder Wellentyp durch die Materie transportiert.

Eine andere Methode zur Messung des genannten Energieanteils besteht in der Messung der Dämpfung, die der kombinierte Hohlleiter als Funktion der Verluste des Stoffes aufweist.

Die Erfindung zielt auch darauf ab, eine von Querschnittsebene zu Querschnittsebene homogene Behandlung eines Zylinders aus einem dielektrischen Stoff zu erreichen·

Der Wirkungsgrad, nämlich das Verhältnis der im Hohlleiter verbrauchten Energie zur Energie der einfalllenden Welle ist um so besser, je weniger die Welle an der Eintrittsfläche reflektiert wird. Eine solche Reflexion

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führt übrigens zur Erzeugung eines Systems stationärer Wellen, die für die gute Funktion des Generators schädlich ist. Die Hefloxion der Wellen an der Austrittsfläche oder an jeder Uristetigkeit, die sich in Ausbreitungsrichtung dahinter befindet, führt zur Bildung von stationären V/ellen in der zu behandelnden Materie. Die Knoten und Bäuche der stehenden V/ellen verursachen eine Inhomogenität der Verteilung der elektromagnetischen Energie innerhalb des Stoffes. Diese Inhomogenität ist für den Wirkungsgrad schädlich und stört die Behandlung. Sie begrenzt das elektrische oder elektromagnetische Feld, an einer bestimmten Stelle der Materie auf einen Wert, der kleiner ist als derjenige, der normalerweise durch die Wirkung der von Generator ausgesandten Welle erzielbar wäre, weil diesem verminderten Wert (Knoten) eine andere Stelle entspricht, die von der ersten um ein Viertel der Wellenlänge entfernt ist, ein erhöhter Wert (Beuch) entspricht, der größer sein kann als ein Wert, bei dessen Überschreiten die örtlich verfügbare Energie nur noch schlecht ausgenutzt wird, eine nicht erwünschte Reaktion stattfindet oder die Materie selbst beschädigt wird.

Bei der Behandlung von Stoffen mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Effekt der Diffusion der Behandlung in der Materie zu berücksichtigen, wie es im Fall einer Erwärmung durch dielektrische Verluste der Fall ist. Die Wärme wächst an, bis eine Erwärmung der gesamten Masse durch Wärmeleitung von den warmen Stellen zu den weniger erwärmten Knoten eintritt· Die Inhomogenität der Verteilung der elektromagnetischen

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Energie überlagert sich einer strukturellen Inhomogenität der zu behandelnden Materie ohne ihr zu entsprechen. Daher trifft beispielsweise bei einem Adsorber von der Art eines iuolekular3iebes, der regeneriert werden soll, ein Bruch elektromagnetischer Energie im allgemeinen nicht mit einer Adsorptionszone zusammen, also mit einer Stelle, wo die Dichte der am Substrat fixierten Moleküle groß int»

Hach der Erfindung wird daher eine "echte" Fortpflanzung der Wellen erzwungen, d.h., daß die Wellen die Materie durchlaufen, und nicht ein System von stationären Y/ellen, das sich normalerweise einstellt, wenn keine besonderen Maßnahmen zur Unterdrückung von störenden Reflexionen getroffen werden, damit eine physikalisch-chemische Eigenschaft des Stoffes modifiziert wird.

Diese tatsächliche Fortpflanzung hat erlaubt, überraschende He3ultate zu erzielen« So wurde ein Adsorptionsmittel von der Art eines Molekularsiebes bei ziemlich geringen Temperaturen desorbiert, während ea bisher erforderlich war, ein Molekularsieb zur Regeneration auf einige hundert Grad zu erhitzen. Die zur Extraktion der am Substrat fixierten Moleküle-erforderliche Energie wird selektiv den Adsorptionsstellen in dem Maße zugeführt, wie diese die zu desorbierenden Produkte enthalten, die aus polaren Molekülen bestehen, welche gegen die elektromagnetischen Wellen empfindlicher sind als der Rest des dielektrischen Molekularsiebea. Die Behandlung

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dieser Stellen erfordert nicht die gleichzeitige Erwärmung der gesamten Masse des Adsorptionsmittels_β Dieser Erfolg int das Ergebnis der Fortpflanzung einer Welle durch den Behälter, der das Adsorptionsmittel enthält und eine Regenerationskolonne bildet.

Die Erfindung begünstigt die Fortpflanzung zu Ungunaten der Bildung stehender Wellen, die von den Einrichtungen des eigentlichen Reaktionsteiles ausgelöst werden, inabesondere von denjenigen Einrichtungen, die zur Konditionierung dor zu behandelnden Materie und zur Funktion des Heaktionateilea erforderlich sind, wie beispielsweise öffnungen zum Zu- und Abführen der verschiedenen Bestandteile*

Die Erfindung umfaßt ebenfalls bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art die Anwendung von Einrichtungen, welche Reflexionen entgegenwirkt, unterdrückt, vermindert, korrigiert oder kompensiert, und zwar insbesondere Reflexionen an den Eingangs- und Ausgangsflächen des Hohlleiters, die von dem zu behandelnden Stoff oder einem Behälter dieses Stoffes, insbesondere einer Hülse, gebildet werden. Hinsichtlich der Flächen gewährleisten die Einrichtungen die Anregung der im Reaktionsteil gewünschten elektromagnetischen Verteilung ausgehend von der Standardverteilung, die sich in einem rechteckigen Hohlleiter ergibt, ohne daß bei der Transformation Energieverluste 'eingeführt werden· Wenn der in der Reaktionszone vorgesehene Wellentyp nur wenig von dem· vom Generator gelieferten Wellentyp abweicht,

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kann, die Kontinuität der Richtung der Feldlinien gewährleistet werden, indem ein Element, dessen Dielektrizitätskonstante zwischen derjenigen des zu behandelnden Materials und derjenigen des in Ausbreitungsrichtung der Welle davor oder dahinter angeordneten Mediums liegt, zwischen dem zu behandelnden Material und dem angrenzenden Medium angeordnet wird. Dieses Element hat vorteilhaft die Form eines Keiles. Bei Bedarf kann es von Längskanälen durchaätzt sein, die den Durchtritt eines Fluids ermöglichen» Wenn das Material in dem Hohlleiter einfach durch eine Platte gehalten int oder wenn ein Fluid durch ein Gitter eintreten soll, genügt es, die Platte oder das Gitter zu neigen. In anderon Fällen kann der Übergang komplizierter sein und wird dann wie ein Vierpol oder Impedanz-Transformator betrachtet.

Die Einrichtung kann von einer Deformation gebildet werden, deren Einfluß durch Kompensation der Reflexion von Wellen an dem störenden Hindernis entgegenwirkt« Hierzu gehört auch do3 Anbringen einer Gegenöffnung, welche die gleiche Größe und Form besitzt wie die zum Zuführen eines Fluids dienende öffnung und an der dieser Öffnung gegenüberliegenden Seite des Hohlleiters in einer Entfernung von dieser Öffnung angebracht ist, die einem ungeraden Vielfachen eines Viertels der Wellenlänge gleich ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert» Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen

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der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden» Es zeigen

Fig. 1A bis 10 schematische Daretellungen zur Erläuterung

des erfinclungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 1 einen Querschnitt durch die Reaktionszone

einer Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Reaktionszone

einer Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie IH-III durch

die Vorrichtung nach Fig. 2 in vergrößertem Maßstab,

Figo 4 einen Schnitt ähnlich Fig. 2 durch eine

weitere Vorrichtung nach der Erfindung und

Fig. 5 und 6 Schnitte längs der Linien V-V und VI-VI

durch die Vorrichtung nach Fig. 4-.

Bei der Herstellung des in Fig. 1 maßstäblich dargestellten Hohlleiters wurde berücksichtigt, daß der Hohlleiter an einen Generator anzuschließen ist, der Wellen mit einer Frequenz von 24-50 MEIz liefert, und daß er einen dielektrischen Stoff mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten von 2,5 enthalten soll. Ein rechteckiger Hohlleiter, der eine Welle mit der angegebenen Frequenz im fundamentalen

ρ übertragen soll, kann die Abmessungen 72 χ 34- mm

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haben (Fig. 1A). -Man kann ihn vollständig mit dem Dielektrikum füllen, ohne daß höhere Wellentypen existenzfähig werden. Der nutzbare Querschnitt beträgt

2
demnach 24 cm', jedoch ist c

setzende Feld nicht homogen«

2
demnach 24 cm', jedoch ist das diesen Querschnitt durch-

Wird die Materie nur in der !.Litte des Hohlleiters angeordnet, so können seine Dimensionen etwas vergrößert werden· ^a kann dann die Höhe h 4,3 cm, die Breite a 8,5 cm und die Breite des Dielektrikums w 4,3 cm betragen (Fig. 1B). Der nutzbare Querschnitt beträgt dann nur noch 18 cm".

Wenn ein im Querschnitt kreisrunder Hohlleiter, der mit der Materie angefüllt ist, im ML,.-Modus benutzt wird (Fig. 1G), muß der Radius des Hohlleiters zu 2,8 cm

ρ gewählt werden. Der nutzbare Querschnitt beträgt 22 cm , jedoch ist daa Feld nicht homogen» In den nichtschraffierten Bereichen R ist das Feld praktisch Null«

Durch Überlagerung der Fig. 1B und 10, in der Praxis also durch eine solche Deformation des Hohlleiters nach Fig. 1B, daß er die sich aus der Überlagerung ergebende Form annimmt, kommt man zum Querschnitt nach Fig. 1, bei dem der Hohlleiter eine Höhe von 4,2 cm und eine Breite von 8 cm aufweist und der Durchmesser des Kreises 6 cm beträgt«,

ρ Der nutzbare Querschnitt erreicht 29 cm . Das Feld in diesem Bereich ist homogen. Diese Form des Hohlleiters ist für daa Strumen eines Gases durch den Stoff besonders günstig.

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Fin;. 1 veranschaulicht die Anordnung eines zu behandelnden dielektrischen Stoffes M, der über die Kontur eines rechteckigen Standard-Hohlleiters hinausragt« Oar Typ der Wellenausbreitung bleibt ein TE.„-Modus gemäß der dem Ilochfrequenztechniker bekannten Notation. Der Wellentyp int von demjenigen abgeleitet, der sich in rechteckigen Standard-Hohlleitern ausbreitet. Die größere Dicke des mittleren Dielektrikums, die sich aus dem Einsetzen des dielektrischen Zylinders M ergibt, verteilt die sich ausbreitende elektromagnetische Energie homogener, als er, bei einem rein rechteckigen oder rein kreisförmigen Querschnitt der Fall wäre. Der dielektrische Stoff ist wegen seiner kreisförmigen Gestalt für das Fließen von Fluiden günstig.

Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Vorrichtung dient zur Aufnahme und Behandlung eines adsorbierenden Molekularsiebes. Sie umfaßt einen mittleren Hohlleiter-Abschnitt 1, der aus einem Metallrohr 2 mit rechteckigem Querschnitt nach Fig. 1 und einer Eintrittsfläche 3 und einer Austrittsfläche 4- einer zylindrischen Hülse 5 aus Teflon besteht, die mit einem adsorbierenden Molekularsieb gefüllt ist₀ Der Querschnitt der Hülse ist kreisförmig, hat jedoch einen kleineren Umfang als der Querschnitt des Rohres 2. Der Abschnitt 6 des Rohres 2, der sich vor dem Abschnitt 1 befindet, ist an ein Magnetron 7 angeschlossen. Er ist mit zwei längsgerichteten üffnungen 8 und 9 versehene Der Abstand, den die öffnung 8 vom Magnetron 7 trennt, ist um ein Viertel der Wellenlänge, welche die vom Magnetron 7

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ausgesandte Welle im Hohlleiter hat, größer als der Abstand der Öffnung 9 vom Magnetron 7· -Eine nicht dargestellte Luftquelle steht mit den öffnungen 8 und 9 in Verbindung.

Zwischen den durch Bolzen verbundenen Abschnitten 1 und 6 des Hohlleiters 2 ist ein aus Teflon (Polytetrafluoräthylen) bestehender Keil 10 angeordnet. Der Scheitel 11 des Seiles 10 ist dem Magnetron 7 zugewandt· Die Basis 12 des Seiles steht mit dem Boden oder der Eintrittsfläche 3 der Hülse 5 in Berührung und hat die gleiche Größe wie die Hülse. In dem Keil 10 sind im wesentlichen parallel zur Längsrichtung des Hohlleiters 2 und damit parallel zur IFortpflanzungsrichtung angeordnete Kanäle 13 vorhanden« Sie stellen eine Verbindung zwischen dem Inneren des Abschnittes 6 und dem Inneren des Abschnittes 1 her.

Der Abiichnitt 14 des Hohlleiters 2, der sich in Ausbreitungsrichtung an den Abschnitt 1 anschließt, bildet einen reflexionsfreien Abschluß. Er besteht aus einem absorbierenden Material, das ebenfalls mit sich in Längsrichtung erstreckenden Kanälen versehen ist, die das Abfließen eines Fluids ermöglichen. Die durch das Absorbieren der Mikrowellenenergie erzeugte Wärme wird durch eine den Abschluß durchdringende Kühlschlange 15 abgeführt. Der Abschnitt 14 enthält einen Keil 16 aus Teflon, der ebenfalls längsgerichtete Kanäle enthält und dessen Scheitel 17 entgegengesetzt zur Ausbreitungsrichtung der V/ellen im Hohlleiter 2 gerichtet ist. Der

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Scheitel 17 greift in eine Aussparung an dem dem lingnetron 7 f'b gewandt em Ende der Hülse 5 ein· Dabei schmiegt sich der Scheitel 17 an die Auatrittsfläche 4 der Hülse an.

Bei einer anderen Ausfuhrungsform werden die Flächen 3 und 4 von Gittern gebildet, zwischen denen die zu behandelnde Liatorie gehalten wird»

Bei der Aus führung s form nach Fig. 4· wird das Molekularsieb 5 von einem aus l'eflon bestehenden Gitter 3 gehalten« In Berührung mit dem Gitter 3 ist zwischen dem Gitter und dem nicht näher dargestellten Magnetron, das sich in Fig. 4 unterhalb des dargestellten Abschnittes befindet, ein dickes Metallfenster 18 angeordnet· Daa Gitter 3 und das Fenster 18 sind mittels Bolzen 19 und Flanschen 20 befestigt. Das fenster 18 kompensiert und korrigiert die eine Quelle von Reflexionen bildende Sprungstelle zwischen dem Stoff und der sich davor befindenden Luft»

Bine vom Magnetron aufsgesandte Welle bewegt sich in dem Rohr 2 praktisch ohne Reflexion«»

Die dargestellten Vorrichtungen erlauben es, bei verminderter Temperatur als gewöhnlich ein Molekularsieb zu regenerieren, das COp und V/asser adsorbiert hatte.

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Claims

■ Patentansprüche

Vorrichtung zum Behandeln von Stoffen mit elektromagnetischer Energie in Form von Mikrowellen, mit einem an einen Mikrowellen-Gonerator angeschlossenen Hohlleiter, in dem sich ein Zylinder aus einem dielektrischen Werkstoff befindet, dessen Abmessungen in zwei zueinander senkrechten, in der Querschnittsebene des Hohlleiters liegenden Richtungen das 0,25- "bis 4—fache der Vakuumwellenlänge der vom Generator erzeugten Mikrowellen betragen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Querschnitt des Hohlleiters mindestens 50% der Energie der Mikrowellen da3 Dielektrikum durchrlaufen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 80% der Energie der Mikrowelle das Dielektrikum durchlaufen.

3* Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder im Hohlleiter durch den Kontakt zwischen einem Teil seiner Außenfläche und einem Teil der Innenfläche des Hohlleiters gehalten ist, wobei wenigstens zwischen einem der Flächenteile und angrenzenden Flächenteilen des gleichen Körpers eine Unstetigkeit vorhanden ist.

4·. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder einen kreisrunden Querschnitt aufweist.

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5· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter im Querschnitt eine rechteckige Grundform aufweist» Jedoch an seinen beiden Breitseiten mit bogenförmigen Abschnitten versehen ist, deren konkave Wölbung nach innen gerichtet ist.

6· "Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden bogenförmigen Abschnitte auf einem gemeinsamen Kreis liegen«

7· Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich mindestens einer der bogenförmigen Abschnitte über einen Zentriwinkel von wenigstens ΤΓ/4- erstreckt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die bogenförmigen Abschnitte verschieden lang sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 "bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich mindestens einer der bogenförmigen Abschnitte über ein Viertel bis eine Hälfte der Länge der Breitseite erstreckt.

10. Hohlleiter, gekennzeichnet durch einen Querschnitt, wie er in einem der Ansprüche 3 his 7 definiert ist.

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ο Verfahren zum herstellen einer "Vorrichtung nach Anspruch 1 oder ?, dadurch gekennzeichnet, daß ein Modell einer Vorrichtung mit einem Hohlleiter mit vorbestimmtem Querschnitt hergestellt und dann nacheinander die Verteilung der elektromagnetischen Energie über den Querschnitt des Hohlleiters festgestellt, der Querschnitt des Hohlleiters in vorbestimmter Weise deformiert, erneut die Verteilung der elektromagnetischen Energie bestimmt und entweder der Querschnitt des Hohlleiters in der vorbestimmten V/eise weiter deformiert wird, wenn die Verteilung der elektromagnetischen Energie in diesem Querschnitt stärker in der Materie konzentriert ist als sie bei der vorhergehenden Verteilung konzentriert war, oder die zweite Deformation rückgängig gemacht wird, wenn die Verteilung nach der zweiten Deformation eine geringere Konzentration der Energie in der Materie ergab als nach der ersten Deformation.

12o Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte V/eise der Deformation anhand einer Betrachtung der Verteilung der elektromagnetischen Energie in Hohlleitern mit einfachem Querschnitt, an die sich der deformierte Hohlleiter annähert, ermittelt wird.

15» Verfahren zur Modifikation der physikalisch-chemischen Eigenschaften eines fertigen dielektrischen Stoffes durch die Wirkung elektromagnetischer Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stoff ein Sustand einer im wesentliehen fortschreitenden Ausbreitung hergestellt wird.

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14. Vorrichtung mit einem an einen Generator elektromagnetischer Wellen angeschlossenen Y/ellenleiter, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die Reflexionen entgegenwirkt, ohne Energie zu absorbieren.

15· Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung Reflexionen der Wellen an der Eintaritts- und/oder Austrittsfläche des Wellenleiters entgegenwirkt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aus einem Fenster aus einem dielektrischen Material beisteht, das in Ausbreitungsrichtung der Welle vor der Eintritts fläche oder hinter der Auntrittafläche des Wellenleiters angeordnet ist.

17· Vorrichtung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aus einem Element besteht, dessen Dielektrizitätskonstante zwischen derjenigen des zu behandelnden Stoffes und derjenigen dea sich in Ausbreitungsrichtung der Welle davor oder dahinter befindenden Mediums liegt und das zwischen dem Stoff und dem Medium angeordnet ist«

18ο Vorrichtung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß das Element die Form eines Keiles aufweist, dessen Spitze der Ausbreitungsrichtung der Welle entgegengerichtet ist.

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19· Vorrichtung nach Annpruch 14, die eine mit dem Wellenleiter durch eine in dessen Verlängerung angeordnete Öffnung in Verbindung stehende Fluidquelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Kompensation der von der öffnung hervorgerufenen Reflescionen ausgebildet ist«

20. Vorrichtung nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aus einer Deformation, insbesondere einer G-egenöffnung besteht, welche die gleiche Größe und Form besitzt.wie die öffnung und an der Seite der Verlängerung angebracht ist, die der die öffnung aufweisenden Seite gegenüberliegt, und die gegenüber der öffnung in Ausbreitungsrichtung der Welle um ein ungerades Vielfaches eines Viertels der Wellenlänge versetzt ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, die eine mit dem Wellenleiter durch die Eintritts- oder Austrittsfläche in Verbindung stehende Fluidquelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Element von Kanälen durchsetzt ist, die sich in Fortpflanzungsrichtung erstrecken.

22. Aus einem dielektrischen Material bestehender Keil, dadurch gekennzeichnet, daß er von im wesentlichen in seiner Längsrichtung verlaufenden Kanälen durchsetzt ist.

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23β Aus einem dielektrischen Material bestehender massiver Zylinderabschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß er wenigstens an einem seiner Enden eine keilförmige Aussparung aufweist.

24. Aus einem dielektrischen Material bestehender zylindrischer Behälter, insbesondere Hülse, dadurch gekennzeichnet, daß er wenigstens an einem seiner Bnden eine keilförmige Aussparung aufweist«

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