DE602004004642T2

DE602004004642T2 - Mikrowellen- oder radiofrequenz-vorrichtung enthaltend drei entkoppelten generatoren

Info

Publication number: DE602004004642T2
Application number: DE602004004642T
Authority: DE
Inventors: Georges Roussy
Original assignee: Rimm Technologies Corp N V; RIMM TECHNOLOGIES CORP NV
Current assignee: Rimm Technologies Corp N V; RIMM TECHNOLOGIES CORP NV
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2004-04-15
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2024-04-16
Also published as: ATE353535T1; US7230218B2; JP2006523921A; EP1614327A1; WO2004093499A1; HK1086433A1; FR2854022A1; DE602004004642D1; JP4719870B2; EP1614327B1; US20070075072A1; PT1614327E; ES2281796T3

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikrowellen- oder Hochfrequenzvorrichtung.
Derzeit ist es von Bedeutung, Mikrowellenvorrichtungen anzugeben, die homogene und sehr intensive elektromagnetische Feldverteilungen erzeugen.
Die Lösung mit einem eine Vielzahl von Moden aufweisenden Resonatorhohlraum ist aus industrieller Sicht nicht zufrieden stellend, da sie nur bei kleinen Volumina, beispielsweise von etwa einem Liter Produktmenge, anwendbar ist. Bei den erheblichen, in der Industrie zu behandelnden Volumina ist es häufig erforderlich, eine Gesamtleistung von mehr als einigen kW aufzuwenden, allerdings führt das Konzept einer homogenen elektromagnetischen Verteilung mit einer einzigen Quelle zu einem erheblichen Problem.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Mikrowellen- oder Hochfrequenzvorrichtung, die einen Applikator aufweist, der dazu bestimmt ist, ein zu behandelndes Objekt aufzunehmen, und über mehrere Generatoren verfügt, die den Applikator über Wellenleiter speisen.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der am 12. Juli 2000 unter der Nummer EP 1018856 veröffentlichten europäischen Patentanmeldung bekannt. Zwei Generatoren versorgen einen Applikator über ein magisches T. Die Homogenität des elektrischen Feldes in dem Applikator würde durch eine Kombination der elektrischen Feldverteilungen erhalten, die durch die beiden Generatoren hervorgerufen werden, die voneinander entkoppelt arbeiten, das heißt dass sie sich nicht gegenseitig belasten. In Kopplung wird durch das magische T und durch die Symmetrie des zu bestrahlenden Objekts in Bezug auf eine Mittelebene erzielt. Allerdings ist die Versorgung einer Vorrichtung dieses Typs auf zwei Generatoren beschränkt.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Mikrowellen- oder Hochfrequenzvorrichtung der eingangs genannten Art zu verändern, um die gesamte Strahlungsleistung der Vorrichtung unter Beibehaltung einer homogenen elektromagnetischen Feldverteilung in dem Applikator zu erhöhen.
Zu diesem Zweck schafft die Erfindung einer Mikrowellen- oder Hochfrequenzvorrichtung mit einem Applikator, der dazu bestimmt ist, ein zu behandelndes Objekt aufzunehmen, sowie mit mehreren Generatoren, die den Applikator über Wellenleiter speisen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass drei Wellenleiter, die durch die drei Generatoren erzeugten Mikrowellen- oder Hochfrequenzwellen leiten, an drei Platten angebracht sind, die einen Trieder mit drei rechten Winkeln bilden und bezüglich einer ternären Symmetrieachse des Trieders symmetrisch angeordnet sind, so dass die Generatoren den Applikator speisen, während sie voneinander entkoppelt sind.
Die Entkopplung der Generatoren erklärt sich aus der Theorie der elektrischen Spiegelungen. Das durch eine Quelle, die oberhalb einer unendlich großen, perfekt leitenden Ebene angeordnet ist, erzeugte elektromagnetische Feld kann dadurch berechnet werden, dass man zu dem durch die Quelle erzeugten elektromagnetischen Feld das durch deren symmetrisches Bild in Bezug auf die metallische Ebene erzeugte hinzufügt.
Die drei Wellenleiter der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind symmetrisch an den drei Seiten des dreifach rechtwinkligen, mit OX, OY, OZ bezeichneten Trieders angeordnet, um derart in den Applikator zu münden, um ein elektrisches Feld jeweils parallel zu der Achse OX, parallel zu der Achse OY und parallel zu der Achse OZ zu leiten. Die Bilder des in der Ebene XOY gelegenen Wellenleiters in Bezug auf die Ebenen YOZ und ZOX sind in der gleichen Ebene XOY zusammen mit den zu OX parallelen elekt rischen Feldern angeordnet. Zudem geben diese Bilder elektrische Feldverteilungen ab, deren Polarisation parallel zu OX ist, das heißt rechtwinklig zu der Polarisation des elektrischen Feldes der durch die beiden anderen Generatoren abgebenden Verteilungen. Unabhängig davon, ob der Applikator leer oder mit einem homogenen Objekt gefüllt ist, sind die drei Generatoren somit entkoppelt.
Die Entkopplung der drei Generatoren gestattet es dem Applikator, das zu behandelnde Objekt auf homogene Art und Weise mit drei separaten Verteilungen eines elektromagnetischen Feldes zu bestrahlen, die sich addieren. Die durch die Generatoren bereitgestellte Gesamtleistung ist somit das Dreifache derjenigen, die durch jeden von ihnen bereitgestellt wird. Es ist beispielsweise möglich, ein Objekt mit einer Gesamtleistung von 2,7 kW unter Verwendung von drei Generatoren mit jeweils 900 W zu bestrahlen. Aus wirtschaftlicher Sicht erhält man, falls jeder Generator 50 Euro kostet, somit 2,7 kW für 150 Euro. Weiterhin macht es die Tatsache, dass man drei Generatoren mit geringer Leistung verwendet, überflüssig, Zirkulatoren einzusetzen, die erforderlich sind, wenn man Generatoren hoher Leistung verwendet.
Bei dieser Erfindung kann jedes Magnetron durch eine der drei Phasen eines Drehstromnetzes gespeist werden, so dass die elektrische Versorgung eines Applikators ausgeglichen ist.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von drei Ausführungen, die in den Zeichnungen dargestellt sind.
1 zeigt schematisch eine Mikrowellenvorrichtung gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung.
2 ist eine Prinzipdarstellung, die drei Wellenleiter mit einem rechteckigen Querschnitt zeigt, die gemäß der in 1 gezeig ten Darstellung rechtwinklig auf die Seiten des Trieders ausgerichtet sind.
3 ist eine Prinzipdarstellung, die drei Wellenleiter mit einem rechteckigen Querschnitt zeigt, die gemäß einer zweiten Ausführung parallel zu den Seiten des Trieders angeordnet sind.
4A und 4B zeigen in schematischer Art und Weise einen Wellenleiter mit einem rechteckigen Querschnitt, der Schlitze aufweist, die an der langen Seite des Wellenleiters ausgebildet sind.
5 ist eine Prinzipdarstellung, die drei Wellenleiter einer Hochfrequenzvorrichtung in Gestalt von Koaxialkabeln zeigt, die gemäß einer dritten Ausführung der Erfindung rechtwinklig zu den Seiten des Trieders angeordnet sind.
6 ist eine Prinzipdarstellung, die einen Wellenleiter einer Hochfrequenzvorrichtung in Gestalt einer Stromschleife zeigt, die gemäß einer vierten Ausführung der Erfindung rechtwinklig zu den Seiten des Trieders angeordnet ist.
7 ist eine Prinzipdarstellung, die drei Wellenleiter mit einem wie in 1 dargestellten rechteckigen Querschnitt zeigt, die bezüglich einer Drehung um die Längsachse der Ausbreitung und parallel zu den Seiten des Trieders verschiebbar sind, an denen sie angeordnet sind.
8A und 8B zeigen in schematischer Art und Weise einen Wellenleiter einer Vorrichtung gemäß 1, der drehbar und an einer der Platten des dreifach rechtwinkligen Trieders verschiebbar ist. 9 stellt die Verteilung des durch eine Mikrowellenvorrichtung gemäß der ersten Ausführung der Erfindung hervorgerufenen elektromagnetischen Feldes dar, wobei der Applikator mit kreisförmigem Querschnitt ein Entwässerungsreaktor ist.
10 zeigt in schematischer Art und Weise eine Mikrowellenvorrichtung gemäß der ersten Ausführung der Erfindung, bei der der Applikator ein Glasofen ist.
Unter Bezug auf 1 und 2 weist eine Mikrowellenvorrichtung gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung einen Applikator 1 auf, der dazu bestimmt ist, ein zu behandelndes Objekt 3, beispielsweise eine Flüssigkeit, und drei Generatoren (nicht dargestellt) aufzunehmen, die den Applikator 1 über drei Wellenleiter 101, 102 und 103 versorgen. Diese leiten die jeweils durch die drei Generatoren erzeugten Mikrowellen dadurch weiter, dass sie jeweils an drei Platten 71, 72 und 73 angebracht sind, die einen dreifach rechtwinkligen Trieder bilden, der durch die Achsen OX, OY und OZ repräsentiert ist. Die drei Wellenleiter 101, 102 und 103 sind symmetrisch in Bezug auf die ternäre Symmetrieachse Δ des Trieders angeordnet. Weiterhin erstreckt sich jeder Wellenleiter 101, 102 oder 103 in einer Längsrichtung L1, L2 oder L3 der Ausbreitung rechtwinklig zu der Platte 71, 72 oder 73, an der er angebracht ist.
Bei dieser ersten Ausführung weisen die drei Wellenleiter 101, 102 und 103 einen rechteckigen Querschnitt auf und sind jeweils an den drei Platten 71, 72 und 73 derart angebracht, dass ihre Schmalseiten 91, 92 und 93 ihres rechteckigen Querschnitts paarweise orthogonal zueinander sind. Somit sind, wie in 2 dargestellt, die Vektoren des elektrischen Feldes, das parallel zu den Schmalseiten 91, 92 und 93 des rechteckigen Querschnitts ausgerichtet ist, zueinander orthogonal. Diese Anordnung gestattet den drei Generatoren, den Applikator 1 unter Entkopplung voneinander zu speisen.
Die drei Wellenleiter 101, 102 und 103 münden über für Mikrowellen transparente Fenster 41, 42 und 43, die in einem Ende jedes Leiters eingebracht sind, passend zu in den Platten 71, 72 und 73, an denen sie angebracht sind, ausgebildeten Öffnungen in den Applikator 1. Der dreifach rechtwinklige Trieder ist in Verlängerung der ternären Symmetrieachse Δ des Trieders oberhalb des Applikators 1 angeordnet. Das zu behandelnde Produkt 3 kann durch eine untere Leitung zurückgewonnen werden.
Es sei angemerkt, dass das Vorhandensein der Flüssigkeit in dem Applikator die elektrischen Bilder der Generatoren in Bezug auf die freie Oberfläche der Flüssigkeit um ein mit der Leitfähigkeit der Flüssigkeit zusammenhängendes Maß verschiebt. Daraus ergibt sich, dass die drei Generatoren voneinander entkoppelt bleiben, sogar wenn man die durch die freie Oberfläche der Flüssigkeit reflektierten Wellen betrachtet.
Als ein Ergebnis der Entkopplung der drei Generatoren ist die Verteilung der das behandelnde Objekt beaufschlagenden Energie die Summe der Quadrate der Amplituden der durch jeden Generator hervorgerufenen elektrischen Felder. Daraus ergibt sich, dass der Beitrag jedes Generators zur Gesamtleistung der Vorrichtung der größtmögliche ist.
Mit Bezug auf 3 unterscheidet sich eine zweite Ausführung der Erfindung von der vorangehenden dadurch, dass sich jeder Wellenleiter 201, 202 und 203 in einer Längsrichtung l1, l2 und l3 der Ausbreitung, die parallel zu der Platte 71, 72 oder 73 sind, an denen er angebracht ist. Die drei Wellenleiter 201, 202 und 203 sind auf symmetrische Art und Weise in Bezug auf die ternäre Symmetrieachse Δ des Trieders angeordnet.
Bei der zweiten Ausführung sind die drei Wellenleiter 201, 202 und 203 ebenfalls mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet und jeweils so an den drei Platten 71, 72 und 73 angebracht, dass die Schmalseiten 91, 92 und 93 ihres rechteckigen Querschnitts paarweise parallel zueinander sind. Diese Anordnung führt auch hier dazu, dass die drei den Applikator 1 speisenden Generatoren voneinander entkoppelt sind.
Die drei Wellenleiter 201, 202 und 203 münden über Schlitze 51, 52 und 53, die in die Schmalseite des Wellenleiters in Übereinstimmung mit an den Platten 71, 72 und 73, an denen sie angebracht sind, ausgebildeten Öffnungen in den Applikator.
Die Schlitze sind in der Schmalseite der Wellenleiter eingearbeitet, um eine Länge von λg/4 aufzuweisen und von einer an dem Boden des Leiters ausgebildeten Ableitung mit (1+2n) λg/4 beabstandet zu sein, wobei λg die Wellenlänge der Ausbreitung in den Versorgungsleitern mit rechteckigem Querschnitt ist. Beispielsweise ist bei der Frequenz von 2450 MHz λg gleich 173 mm für einen Wellenleiter mit einem durch eine Schmalseite von 43 mm und einer Langseite von 86 mm gebildeten Querschnitt. Daraus ergibt sich, dass die Verteilung des elektromagnetischen Feldes homogener ist als man mit Wellenleitern mit transparenten Fenstern erhält, wie sie bei der ersten Ausführung verwendet werden. Weiterhin kann die im Bereich der Schlitze vorhandene Energiedichte nach Bedarf eingestellt werden, um nicht einen kritischen Wert zu übersteigen und das Ausbilden eines Bogens zu vermeiden, wenn man die Leistung der Generatoren erhöhen möchte.
Es ist vorgesehen, die Schlitze an den Langseiten der Wellenleiter mit rechteckigem Querschnitt auszubilden. In 4A sind die Schlitze 51A, 52A oder 53A an den Langseiten 21A, 22A oder 23A der Wellenleiter 201–203 in Längsrichtung L1–L3 der Ausbreitung eingearbeitet, um einen Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schlitzen von λg/2 zu erhalten und von einer am Boden des Leiters angeordneten Ableitung von (1 + 2n) λg/4 zu erhalten. In 4B sind die Schlitze 51B, 52B oder 53B an der Langseite 21B, 22B, 23B der Wellenleiter 201–203 eingearbeitet, um einen Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgen den Schlitzen von λg/2 zu erhalten und von einer am Boden des Leiters liegenden Ableitung mit λg/2 beabstandet zu sein. Der Winkel der Schlitze in Bezug auf die Längsrichtung der Ausbreitung der Leiter hängt von der Anzahl der in einen Leiter eingebrachten Schlitze ab. Es sei an dieser Stelle ausreichend, sich beispielsweise auf die Publikation von A.F. Harvey, „Microwave Engineering", Academic Press (1963), Seiten 634–636 und insbesondere auf die Referenzen 332 und 457 zu beziehen, die jeweils auf den Seiten 690 und 694 angegeben sind. Mit Bezug auf 5 unterscheidet sich eine dritte Ausführung von der ersten oder von der zweiten Ausführung dadurch, dass die drei Wellenleiter 301, 302 und 303 Koaxialkabel sind, die sich in einer Längsrichtung 11, 12 und 13 der Ausbreitung rechtwinklig zu den Platten 71, 72 und 73 erstrecken und über eines ihrer abisolierten Enden 81, 82 und 83 in den Applikator münden. Die drei Wellenleiter 301, 302 und 303 sind auf symmetrische Art und Weise in Bezug auf die ternäre Symmetrieachse Δ des Trieders angeordnet. Die Vektoren des parallel zu den Kabeln 301, 302 ausgerichteten elektrischen Feldes sind zueinander orthogonal. Diese Anordnung gestattet auch hier den drei Generatoren, voneinander entkoppelt den Applikator zu speisen.
Mit Bezug auf 6 unterscheidet sich eine vierte Ausführung der Erfindung von der dritten Ausführung dadurch, dass die drei Wellenleiter 401, 402 und 403 Koaxialkabel sind, die durch Stromschleifen 411, 412 und 413 abgeschlossen sind. Die drei Wellenleiter 401, 402 und 403 erstrecken sich in einer Längsrichtung L1, L2 und L3 der Ausbreitung rechtwinklig zu den Platten 71, 72 und 73 und münden über eine Stromschleife 411, 412 und 413, deren abisoliertes Ende 421, 422 und 423 an der zugehörigen Platte des dreifach rechtwinkligen Trieders angebracht ist, in den Applikator. Die drei Wellenleiter 401, 402 und 403 sind auf symmetrische Art und Weise in Bezug auf die ternäre Symmetrieachse Δ des Trieders angeordnet. Die Vektoren des durch die Stromschleifen induzierten magnetischen Feldes sind entlang der Achse A rechtwinklig zu der Ebene jeder Stromschleife ausgerichtet, um orthogonal zueinander zu sein. Diese Anordnung gestattet auch hier, dass die drei den Applikator speisenden Generatoren voneinander entkoppelt sind.
Für jede der vorangehenden Ausführungen vorteilhaft nehmen die Wellenleiter 101–103, 201–203 oder 301–303 eine bezüglich einer Drehung um deren Längsrichtung der Ausbreitung und bezüglich einer Translation parallel zu den Platten 71–73, an denen sie angebracht sind, variable Positionen ein, wobei sie die Symmetrie in Bezug auf die ternäre Symmetrieachse Δ des durch OX, OY, OZ gekennzeichneten dreifach rechtwinkligen Trieders beibehalten, um die Entkopplung der Generatoren in Abhängigkeit der Gestalt des von dem Applikator 1 aufgenommenen Objekts einzustellen.
Wie in den 8A und 8B dargestellt, ist ein Wellenleiter 101 mittels eines an dem Wellenleiter angeschweißten kreisförmigen Flansches 801 abnehmbar angeordnet. Der Flansch 801 weist zwölf glatte Löcher auf, die regelmäßig auf einem Kreis angeordnet sind, um über Bolzen an einer Zwischenplatte 501 angebracht zu werden, die zwölf zugeordnete Löcher aufweist. Die Zwischenplatte weist weiterhin vier bolzenaufnehmende Ausnehmungen 601 auf, um selbst wiederum an der Platte 71 des dreifach rechtwinkligen Trieders angebracht zu werden. Die zwölf Löcher der Zwischenplatte 501 und des Flansches 801 gestatten dem Wellenleiter 101 eine in Bezug auf Rotation in der Ausbreitungsrichtung L1 des Leiters variable Positionen einzunehmen, wobei der Rotationsschritt durch den Winkelabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Löchern gegeben ist. Die Ausnehmungen 601 erstrecken sich parallel zu der Platte 71 des dreifach rechtwinkligen Trieders, um dem Wellenleiter 101 zu gestatten, auch eine in Bezug auf Translation in Bezug auf die Platte 71 variable Position einzunehmen. Die Position der drei Wellenleiter ist somit variabel in Bezug auf Rotation und Dre hung, wobei die Symmetrie der Position der drei Leiter in Bezug auf die ternäre Symmetrieachse (Δ) des Trieders bewahrt bleibt. Es sei angemerkt, dass die Richtung der Ausnehmung 601 allgemein von der Position der Platte 501 in Bezug auf die Seiten 71–73 des dreifach rechtwinkligen Trieders abhängt.
Es ist möglich, einen komplexen Reflexionskoeffizienten R und einen komplexen Transmissionskoeffizienten T zwischen den den Applikator speisenden Generatoren zu definieren. Mit Bezug auf 7 sind die Koeffizienten R und T Funktionen der Koordinaten x1, y1 oder y2, z2 oder z3, x3 des Mittelpunktes des Querschnittes jedes Leiters 101, 102 oder 103, der in den Applikator mündet, des Winkels θ1 oder θ2, θ3, die das elektrische Feld in der Ebene des dreifach rechtwinkligen Trieders auf der Seite hat, an der der Wellenleiter 101, 102 oder 103 angebracht ist und von dem Abstand des zu behandelnden Objekts von dem Scheitel O des Triedes. Die Transmission zwischen den Wellenleitern wird unter entsprechender Wahl der drei vorgenannten Größen ausgelöscht, um die Entkopplung der drei Generatoren wiederherzustellen. Ein an sich bekannter und in dem betrachteten Wellenleiter angeordneter Adapter gestattet im übrigen, den von jedem Generator gesehenen komplexen Reflexionskoeffizienten R zum Verschwinden zu bringen.
Die Entkopplung der drei Generatoren wird durch die Messung des komplexen Koeffizienten T mit einem handelsüblichen Analysator quantifiziert. Die Entkopplung ist akzeptabel, wenn der Betrag des Übertragungskoeffizienten T kleiner als 0,1 ist, so dass lediglich 10% der durch einen Generator abgegebenen Leistung durch einen anderen empfangen wird. Wenn der Übertragungskoeffizient T größer als 0,1 ist, besteht die Gefahr, dass sich die Generatoren gegenseitig zerstören und dass der energetische Wirkungsgrad des Applikators schlecht ist, wobei der Wirkungsgrad η jedes Generators durch die dem Produkt zugeführte Leistung in Bezug auf die abgegebene Leistung definiert und mit η = 1-R²-2T² gegeben ist. Man misst den und mit η = 1-R²-2T² gegeben ist. Man misst den Reflexionskoeffizienten R ebenfalls mit Hilfe eines Analysators.
Bei der ersten, bei der zweiten oder bei der dritten Ausführung ist der Applikator 1 mit einem kreisförmigen oder einem dreieckigen Querschnitt ausgebildet.
Es sei angemerkt, dass die Verteilung des elektromagnetischen Feldes in dem zu behandelnden Objekt durch die Tatsache bestimmt ist, dass ein Applikator, dessen Querschnitt ein gleichseitiges Dreieck ist, drei elektrische transversale Fundamentalausbreitungsmoden hat, die eine gleiche Abschneidwellenlänge von λ_c = 1,5a haben. Die Ausbreitungsmode spontaner höherer Ordnung ist eine Mode TM λ_c = (a 3)/2 und die folgende Mode TE hat für λ_c = a/2. Der dreifach rechtwinklige Trieder regt durch seine Symmetrie drei Fundamentalmoden an. Da diese Moden orthogonal sind, gibt es keine Kopplung zwischen den erzeugten Moden einerseits und den Leitern, die sie anregen, andererseits. Die Entkopplung der Leiter existiert weiterhin, wenn der dreieckige Applikator kreisförmig wird.
Nachfolgend werden drei Einsatzbeispiele der Erfindung erläutert.
Bei dem ersten Beispiel ist der Applikator ein Entwässerungsreaktor für ein Gas, der eine Zeolithsäule aufweist, durch die ein feuchtes Gas durchläuft. Während der Adsorptionsphase wird das Wasser in dem Gas durch die Zeolithe adsorbiert. Wenn die Zeolithe eine Menge an Wasser zurückgehalten haben, die im allgemeinen 30% ihres Gewichts entspricht, reinigt man die Säule durch Bestrahlung mit der Mikrowellenvorrichtung, um das Wasser zu desorbieren.
Der Reaktor ist zylindrisch mit einem kreisförmigen Querschnitt, beispielsweise mit einem Durchmesser von 30 cm. Mit Bezug auf
1 verwendet man eine Mikrowellenvorrichtung gemäß der ersten Ausführung der Erfindung: drei Wellenleiter 101, 102 und 103 mit rechteckigem Querschnitt sind an den drei Seiten 71, 72 und 73 des dreifach rechtwinkligen Trieders OX, OY, OZ so angebracht, dass die Schmalseiten 91, 92 und 93 ihres rechteckigen Querschnitts paarweise orthogonal sind. Der Trieder ist oberhalb des Reaktors unter fluchtender Ausrichtung der ternären Symmetrieachse Δ mit der Mittelachse des Reaktors angeordnet.
Wenn die transparenten Fenster der Wellenleiter nahe des Scheitels O des Trieders sind, wird die Oberfläche des Adsorbens gemäß der Kurve 1 von 9 bestrahlt. Das elektromagnetische Feld hat eine kreisförmige Symmetrie mit einem Maximum in der Mitte des Querschnitts und mit einem Minimum im Bereich der Wände des Reaktors. Wenn man die transparenten Fenster der Wellenleiter gegenüber dem Scheitel O des Trieders entfernt, nimmt die Verteilung des elektromagnetischen Feldes die Gestalt der Kurve 2 an. Man sieht, dass für die Diametralebene, die durch den Generator durchtritt, das Maximum in Richtung der Öffnung des in Betracht gezogenen Generators verschoben wird. Die Entkopplung der drei Generatoren gestattet es, dass sich die Verteilungen des elektromagnetischen Feldes jedes Generators in Abhängigkeit der Quadrate der Beträge der elektrischen Felder addieren, was zu einer gleichförmigeren Gesamtverteilung führt.
Es sei angemerkt, dass die Mikrowellenvorrichtung dadurch noch interessanter wird, dass die zugeführte Energie im Wesentlichen zum Desorbieren des Wassers und Erhitzen der Zeolithe verwendet wird, was es nicht erforderlich macht, die Säule abzukühlen, bevor sie für die Adsorptionsphase wiederverwendet wird.
Dieses Beispiel zeigt, dass man durch Entfernen oder Annähern der drei Generatoren zu dem Scheitel O des Trieders die Verteilung des elektromagnetischen Feldes, das in einen Abschnitt des Applikators einstrahlt, verändern kann, ohne dass man hinnehmen muss, dass sich die Generatoren gegenseitig belasten. Daraus ergibt sich, dass man die globale Verteilung der in Richtung der ternären Symmetrieachse des Trieders und um diese eingestrahlte Energie bedarfsweise einstellen kann.
Der Einsatz der Mikrowellenvorrichtung gemäß der Erfindung ist nicht auf das Dehydrieren von Zeolithen beschränkt, sondern kann in gleicher Weise auf jeden physikalisch-chemischen oder katalytischen Prozess wie der stimulierten Verdampfung durch Mikrowellen eines in einem Produkt oder einer Essenz enthaltenen Lösungsmittels einsetzen.
Bei einem zweiten Beispiel ist der Applikator ein Reaktor, um toxische gasförmige Bestandteile in der Luft zu verbrennen und die Luft zu reinigen, indem das Gas durch eine mit einem Katalysator gefüllte Säule durchläuft, beispielsweise mit einem tonerde- oder kieselsäurehaltigen Granulat, in dem man Metalle, beispielsweise 0,8 Gewichtsprozent Platin oder Siliziumcarbid eingebracht hat. Der Applikator weist eine Säule mit einem Durchmesser von 1,5 m und einer Höhe von 2 m auf. Er wird durch drei Generatoren mit 10 kW gespeist, die kontinuierlich bei 915 MHz arbeiten. Es sei gestattet anzumerken, dass die zu behandelnde Luft nur in der Mitte der Säule zirkulieren kann, da im Bereich der Wende der Säule, die durch in 9 schraffierte Bereiche dargestellt sind, ein elektrisches Feld von geringer Intensität vorhanden ist.
Bei einem dritten Beispiel ist der Applikator ein Glasofen.
Die Glasmacher wünschen häufig, verschiedene Glasschmelzen mit verschiedenen Farben oder verschiedenen Qualitäten aufzubewahren und darüber zu verfügen, sobald sie es wünschen.
Der Ofen gemäß 10 verfügt über einen zylinderförmigen Tiegel 111 mit einem kreisförmigen Querschnitt aus einem feuerfesten Alumosilikat, der schwenkbar an einem Metallträger 111 angebracht ist. Sie kann mehrere Liter an geschmolzenem Glas 113 aufnehmen. Die Erwärmung wird durch eine Mikrowellenvorrichtung gemäß der ersten Ausführung der Erfindung durchgeführt. Der dreifach rechtwinklige Trieder ist oberhalb des Applikators in Ausrichtung der ternären Symmetrieachse Δ mit der Mittelachse A der Wanne A angeordnet. Die drei vorrichtungseigenen Generatoren geben jeweils eine Leistung von 1,2 kW ab, so dass die gesamte Strahlungsleistung 3,6 kW ist. Der dreifach rechtwinklige Trieder OX, OY, OZ, der mit drei Wellenleitern 101, 102 und 103 ausgestattet ist, schwenkt um ein Scharnier 114, um den Zugang zu dem Tiegel zu gestatten, um in dem Tiegel die Glasschmelze zum Kochen zu bringen. Es versteht sich, dass die Generatoren ausgeschaltet sind, wenn der Ofen offen ist.
Die durch die Magnetrone abgegebene Leistung kann fein geregelt werden, so dass das Ausnutzen des Ofens sehr ökonomisch ist. Man kann ihn schnell in Betrieb setzen, man kann die Tiegel, die verschiedene Farben enthalten, auswechseln und sie getrennt bevorraten.
Es sei gestattet anzumerken, dass eine Mikrowellenvorrichtung gemäß der Erfindung gemäß der ersten oder gemäß der zweiten Ausführung beispielsweise bei einer Frequenz von 915 MHz oder von 2450 MHz arbeitet. Eine Hochfrequenzvorrichtung gemäß der dritten oder gemäß der vierten Ausführung arbeitet beispielsweise bei einer Frequenz von 13,56 MHz oder von 27,12 MHz.

Claims

Mikrowellen- oder Hochfrequenzvorrichtung mit einem Applikator (1, 111), der dazu bestimmt ist, ein zu behandelndes Objekt (3, 113) aufzunehmen, sowie mit mehreren Generatoren, die den Applikator über Wellenleiter speisen, dadurch gekennzeichnet, dass drei Wellenleiter (101–103, 201–203, 301–303, 401–403), die die durch die drei Generatoren erzeugten Mikro- oder Hochfrequenzwellen leiten, an drei Platten (71–73) angebracht sind, die einen Trieder mit drei rechten Winkeln (OX, OY, OZ) bilden und bezüglich einer ternären Symmetrieachse (A) des Trieders symmetrisch angeordnet sind, so dass die Generatoren den Applikator speisen, während sie voneinander entkoppelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Wellenleiter (101–103, 201–203) einen rechteckigen Querschnitt haben und so an den drei Platten angebracht sind, dass die Schmalseiten (91–93) ihres rechteckigen Querschnitts paarweise orthogonal sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeder Wellenleiter (101–103) in einer Längsrichtung (L1–L3) der Ausbreitung rechtwinklig zu der Platte erstreckt, an die er angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeder Wellenleiter (201–203) in einer Längsrichtung (l1–l3) der Ausbreitung parallel zu der Platte erstreckt, an die er angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Wellenleiter durch Fenster (41– 43), die für Mikrowellen transparent sind und an einem Ende jedes Wellenleiters ausgebildet sind, im Applikator münden.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Wellenleiter durch Schlitze (51–53, 51A–53A, 51B–53B), die in einer Seite (91–93, 21A–23A, 21B–23B) jedes Wellenleiters ausgebildet sind, im Applikator münden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Wellenleiter (301–303) Koaxialkabel sind, die sich in einer Längsrichtung (L1–L3) der Ausbreitung rechtwinklig zu den Platten (71–73) erstrecken und mit einer Stromschleife (411–413) im Applikator münden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Wellenleiter (401–403) Koaxialkabel sind, die sich in einer Längsrichtung (L1–L3) der Ausbreitung rechtwinklig zu den Platten (71–73) erstrecken und mit einem abisolierten Ende (81–83) im Applikator münden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiter mit einer Drehung um ihre Längsrichtung (L1–L3, l1–l3) der Ausbreitung sowie mit einer Translation parallel zu den Platten (71–73), an denen sie angebracht sind, eine veränderliche Position einnehmen, dabei aber die Symmetrie bezüglich der ternären Symmetrieachse (0) des Trieders (OX, OY, OZ) bewahren, um in Abhängigkeit von der Gestalt des in den Applikator (1) aufgenommenen Objekts (3) die Entkopplung der Generatoren zu regeln.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Applikator (1) einen kreisförmigen oder dreieckigen Querschnitt besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Applikator ein chemischer Reaktor oder ein Glasofen (111) ist.