DE4123921A1 - Mikrowellengeraet zur durchfuehrung nasschemischer reaktionen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Mikrowellengerät zur Erwärmung von dielektrischem Material, insbesondere von Flüssigkeiten zur Durchführung naßchemischer Reaktionen.

Die bisherigen Geräte dieser Art besitzen einen Hohlraum, der von Metallwänden umschlossen ist und der mit Mikrowellenenergie ge­ füllt ist. Das zu erwärmende Material nimmt nur einen sehr klei­ nen Teil des Hohlraumvolumens ein und wird entweder durch eine verschließbare Öffnung in den Mikrowellenhohlraum eingebracht oder durch ein Rohr eingeführt, das so eng ist, daß sich im Rohr keine Mikrowellenenergie ausbreiten kann, so daß das Rohr als Mi­ krowellensperre dient (EP 01 55 893) und Abstrahlung von Mikrowel­ lenenergie aus dem Hohlraum nach außen unterbunden ist.

Ein Nachteil dieser Anordnungen ist, daß die Ankopplung der Mi­ krowellenenergie an das zu erwärmende Material von Form und Menge - bei Flüssigkeiten von der Füllhöhe des die Flüssigkeit enthal­ tenden mikrowellendurchlässigen Gefäßes - stark abhängt. Dies er­ schwert eine Anpassung des Mikrowellengenerators an die Last. Zur Schonung des Mikrowellengenerators fügt man gelegentlich in den Mikrowellenhohlraum zusätzliches Absorptionsmaterial, z. B. eine Wasserlast, ein.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ausgestaltung für einen Erwär­ mungsraum zu finden, bei dem die Abhängigkeit der Mikrowellenan­ kopplung von der Füllhöhe vermindert wird, so daß der Mikrowel­ lengenerator besser an die Last angepaßt werden kann und auf zu­ sätzliches energieverzehrendes Material verzichtet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß das zu er­ wärmende Material in ein Rohr eingebracht wird, das einerseits so eng ist, daß im leeren Rohr eine Ausbreitung von Mikrowellenener­ gie nicht möglich ist, andererseits so weit ist, daß in dem Teil des Rohres, das mit dem zu erwärmenden Material gefüllt ist, Mi­ krowellenenergie sich ausbreiten kann.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil liegt darin, daß die sich in Rohrachse ausbreitende Mikrowellenenergie vollständig für die Erwärmung des Materials genutzt wird, wenn die Füllhöhe des Mate­ rials im Rohr eine Mindesthöhe überschreitet. Die im Material um­ gesetzte Mikrowellenenergie ist dann unabhängig von der Füllhöhe. Damit wird eine Anpassung des Mikrowellengenerators an die Last ermöglicht, die weitgehend von der Füllhöhe unabhängig ist. Darüberhinaus bietet die Erfindung den Vorteil, daß die Mikrowel­ lenenergie in der Nähe des Gefäßbodens, auf dem sich die aufzu­ schließende Probe befindet, in Wärme umgesetzt wird.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Mikrowellenenergie in die erfindungsgemäße Anordnung einzukoppeln. Einige davon werden in den folgenden Ausführungsbeispielen dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Mikrowellen­ energie mittels eines koaxialen Wellenleitersystems zugeführt wird. Das erfindungsmäßig dimensionierte Rohr 1 (Innendurchmesser 50 mm, Länge 100 mm, Arbeitsfrequenz 2,45 GHz) enthält im oberen Teil das die zu erwärmende Flüssigkeit 2 ent­ haltende Gefäß 3 aus PTFE. Der Boden 4 des Gefäßes 2 liegt auf dem metallischen Innenleiter 5 auf. Dieser Innenleiter 5 bildet zusammen mit dem unteren Teil des Rohres 1 das koaxiale Wellenleitersystem. Die Speisung dieses koaxialen Wellenleiter­ systems geschieht über ein Koaxialkabel, das an die Steckverbin­ dung 6 angeschlossen wird. Um die angebotene Mikrowellenenergie möglichst vollständig in die zu erwärmende Flüssigkeit einzukoppeln, kann an der Stelle zwischen Koaxialkabel und Wel­ lenleitersystem ein Anpaßglied, z. B. ein "Stub-Tuner" eingefügt werden. Um beim Wechseln des Gefäßes 2 die Anpassung nicht ändern zu müssen, empfiehlt es sich, darauf zu achten, daß die Gefäß­ böden 4 möglichst gleich sind.

Die Speisung mit Koaxialkabel ermöglicht sehr einfach den gleich­ zeitigen Betrieb einer Vielzahl von Rohren mit nur einem Mikro­ wellengenerator entsprechend Patentanspruch 2. Dazu ist lediglich notwendig einen "Power Splitter" (Leistungsaufteiler) hinter den Mikrowellengenerator zu schalten. Koaxialkabel lassen sich bei 2,45 GHz maximal bis etwa zu einer Leistung von 200 Watt betreiben. Mit einem handelsüblichen 5-kW-Magnetron (z. B. YJ 1600) lassen sich somit 25 Rohre gleichzeitig betreiben. Die Rohre kön­ nen bequem in einem Viereck 35×35 cm angeordnet werden.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Mikrowellen­ energie aus einem Mikrowellenhohlraum auf vier Rohre gleichzeitig verteilt wird. Die vier Rohre 7 tauchen in einen Hohlraum 8 ein, und sind so angeordnet, daß sie alle den gleichen Abstand von der Einkoppelantenne 9 besitzen. Die Einkoppelantenne ist Teil des Magnetrons 10 (Mikrowellengenerator). Die Gefäße 11 aus PTFE besitzen in diesem Beispiel einen besonders dicken Boden 12, der zur Konzentrierung des elektrischen Mikrowellenfeldes dient. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt der Boden 12 eine Dicke von 27 mm. Das untere Ende der zu erwärmenden Flüssigkeitssäule 13 am Gefäßboden befindet sich auf gleicher Höhe wie das untere Rohrende im Hohlraum.

Mit Hilfe der unter den Gefäßen angebrachten Metallstifte 14 ist es möglich, daß auch bei geringerer Dicke des Gefäßbodens 13 eine optimale Leistungsanpassung erreicht wird.

Auch ein Verschieben der Flüssigkeitssäule nach unten in den Hohlraum hinein kann zur Verbesserung der Ankopplung benutzt werden. Um eine weitgehende Unabhängigkeit der Einkopplung von der Füllhöhe zu erhalten, muß sich aber der überwiegende Teil der Flüssigkeit im Rohr befinden.

Claims (2)

1. Mikrowellengerät zur Erwärmung von dielektrischem Material, insbesondere von Flüssigkeiten zur Durchführung naßchemischer Reaktionen, dadurch gekennzeichnet, daß das zu erwärmende Materi­ al in ein Rohr eingebracht wird, das einerseits so eng ist, daß im leeren Rohr eine Ausbreitung von Mikrowellenenergie nicht mög­ lich ist, andererseits so weit ist, daß in dem Teil des Rohres, das mit dem zu erwärmenden Material gefüllt ist, Mikrowellenener­ gie sich ausbreiten kann.

2. Mikrowellengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer größeren Anzahl von Rohren ausgestattet ist, die von einem Mikrowellengenerator gleichzeitig mit Mikrowellenener­ gie versorgt werden.