EP2621246B1

EP2621246B1 - Anordnung und Verfahren zur Erwärmung eines Mediums mittels Mikrowellenstrahlung

Info

Publication number: EP2621246B1
Application number: EP13152019.9A
Authority: EP
Inventors: Ronald Krippendorf; Thomas Dr. Krech
Original assignee: Jenoptik Katasorb GmbH
Current assignee: Jenoptik Katasorb GmbH
Priority date: 2012-01-24
Filing date: 2013-01-21
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2033-01-21
Also published as: KR20130086316A; DE102012100591A1; ES2566605T3; PL2621246T3; EP2621246A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Erwärmung eines in einem Arbeitsraum befindlichen Mediums mittels Mikrowellenstrahlung, wie diese gattungsgemäß aus der EP 1 471 773 A2 bekannt sind.
In einer Vielzahl von bekannten Lösungen zur Erwärmung von Medien mittels Mikrowellenstrahlung besteht das Erfordernis, eine homogene Verteilung der Mikrowellenstrahlung in und um ein zu erwärmendes Medium herum zu erzeugen. Insbesondere soll die Ausbildung stehender Wellen vermieden werden, um lokale Überhitzungen (hot-spots) und lokale Bereiche zu vermeiden, an denen keine Erwärmung erfolgt.
So ist es beispielsweise bei der Konstruktion von Mikrowellengeräten zur Erwärmung von Speisen üblich, die Abmessungen des Raumes, in dem sich das zu erwärmende Medium befindet (fortan: Arbeitsraum), ungleich der Wellenlänge oder eines Vielfachen der Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung zu dimensionieren. Dadurch wird vermieden, dass in den Arbeitsraum abgestrahlte Mikrowellenstrahlung an einer Wand des Arbeitsraumes in sich selbst reflektiert und eine stehende Welle erzeugt wird.
Eine Kombination von statischen Reflexionen der Mikrowellenstrahlung an den, einen Innenraum begrenzenden, Wänden eines Gehäuses und einer dynamischen Reflexion der Mikrowellenstrahlung mittels mindestens eines Modenrührers ist in der DE 103 29 411 B4 offenbart.
Um eine gleichmäßige Verteilung von Mikrowellenstrahlung in einen Arbeitsraum zu erreichen, wird in der technischen Lehre der EP 1 471 773 A2 der Ansatz verfolgt, eine Anzahl von Strahlungsquellen für Mikrowellenstrahlung (fortan: Strahlungsquellen) an oder um einen Arbeitsraum anzuordnen. Dabei beinhaltet jede Strahlungsquelle jeweils einen mit einer voreingestellten Mikrowellenfrequenz arbeitenden Oszillator, einen Leistungsverstärker, der von dem Oszillator erzeugte Signale verstärkt sowie Mittel, z. B. eine Antenne, zur Abstrahlung der verstärkten Signale als Mikrowellenstrahlung in den Arbeitsraum. Jeder Leistungsverstärker der Anzahl von Strahlungsquellen ist individuell ansteuerbar, wobei der Grad der Verstärkung gesteuert wird. Mit der Lösung nach der EP 1 471 773 A2 ist es grundsätzlich möglich, eine auf ein Medium abgestimmtes Abstrahlungsmuster in den Arbeitsraum zu bewirken.
Nachteilig an der angeführten Lösung ist, wie in der EP 1 471 773 A2 selbst ausgeführt, dass durch die Anzahl von Oszillatoren, die unabhängig voneinander Signale generieren, Phasenverschiebungen der abgestrahlten Mikrowellenstrahlung zueinander auftreten können. Wenn eine solche Phasenverschiebung nicht erwünscht ist, müssen die Oszillatoren voreingestellt oder angesteuert werden, womit neben der Ansteuerung der Leistungsverstärker eine weitere Ansteuerung jeder der Mikrowellenquellen erforderlich ist.
Für Anwendungen, bei denen eine Phasenverschiebung der Mikrowellenstrahlung nicht erwünscht ist, beispielsweise in experimentellen Anordnungen in der Werkstoffkunde oder der Verfahrenstechnik, ist die Lösung nach der EP 1 471 773 A2 sehr aufwendig und kostenintensiv. Außerdem ist es mit einer Anordnung gemäß der EP 1 471 773 A2 lediglich möglich, durch jeden der Oszillatoren Signale einer voreingestellten Mikrowellenfrequenz (fortan: Frequenz) zu erzeugen. Damit ist die Frequenz der gesamten Anordnung festgelegt und keine Variation der Frequenz möglich. Außerdem ist es sehr wahrscheinlich, dass bei der Anzahl der Oszillatoren Mikrowellenstrahlungen mit voneinander leicht verschiedenen Frequenzen abgestrahlt werden, wodurch eine Reproduzierbarkeit von Experimenten stark beeinträchtigt oder gar aufgehoben wird. Eine Änderung der Frequenz der Anordnung wäre nur durch einen Austausch der Anzahl von Oszillatoren möglich. Gerade in Hinblick auf experimentelle Ansätze wirft die Lehre der EP 1 471 773 A2 neben ihren Vorteilen die Frage auf, wie die einzelnen Beiträge von Frequenzen und Amplituden der Mikrowellenstrahlung sowie deren Wechselwirkungen untereinander und mit dem Medium zu separieren sind.
Aus den Schriften EP 2 051 564 A1 und EP 2 205 043 A1 sind Anordnungen bekannt, bei denen bewusst eine Veränderung der Phasen der abgestrahlten Mikrowellen hervorgerufen wird. Dazu sind in der Anordnung Phasendreher vorgesehen, durch die eine gezielte Drehung der Phasenlage bewirkt werden kann. Die EP 2 051 564 A1 offenbart dabei die Verwendung eines Mikrowellengenerators, der mit Leistungsverstärkern je einer Antenne in Verbindung steht. Jeder der Leistungsverstärker, sowie die Phasendreher sind durch eine Steuerung direkt ansteuerbar. Den Antennen sind jeweils Sensoren zugeordnet, durch die Messdaten in dem Arbeitsraum erfassbar sind und der Steuerung zugeleitet werden. Die Sensoren erfassen dabei die reflektierte Mikrowellenstrahlung. Ein besonderer Vorteil der Lösung gemäß der EP 2 051 564 A1 liegt darin, dass ein stationär in dem Arbeitsraum befindliches Objekt gezielt prozessiert, beispielsweise erwärmt, werden kann, ohne das Objekt in oder durch den Arbeitsraum bewegen zu müssen.
Durch die EP 2 205 043 A1 ist eine Möglichkeit offenbart, mittels der rückreflektierte Strahlung aus dem Arbeitsraum wieder auf das zu erwärmende Objekt gerichtet werden kann und diese rückreflektierte Strahlung nutzbar wird.
Mikrowellen unterschiedlicher Eigenschaften werden gemäß der Offenbarung der EP 2 326 142 A1 in einen Arbeitsraum abgestrahlt, um ein Objekt mit unregelmäßiger Form zu erwärmen. Bei dieser, wie bei den beiden vorgenannten Lösungen sind auftretende Phasenverschiebungen zu erwarten und sogar gewünscht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Erwärmung von Medien mittels Mikrowellenstrahlung vorzuschlagen, mittels der Phasenverschiebungen zwischen der abgestrahlten Mikrowellenstrahlung vermieden werden.
Die Aufgabe wird durch eine Anordnung zur Erwärmung eines in einem Arbeitsraum befindlichen Mediums mittels Mikrowellenstrahlung, umfassend mindestens zwei Strahlungsquellen zur Bereitstellung von Mikrowellenstrahlung mit je einem individuell ansteuerbaren Leistungsverstärker, durch welchen ein von einem Generator generiertes, eine Mikrowellenfrequenz aufweisendes, Signal verstärkt wird sowie mit Mitteln zur Abstrahlung des verstärkten Signals als Mikrowellenstrahlung in einen Arbeitsraum, der durch die Anordnung der Strahlungsquellen zueinander in seiner räumlichen Dimension bestimmt ist, gelöst. Die Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, der Arbeitsraum entlang einer Längsachse gestaltet ist und die Mittel zur Abstrahlung der Mikrowellenstrahlung Hohlleiter sind. Die Hohlleiter sind so ausgerichtet, dass die Abstrahlung der Mikrowellenstrahlung in Ebenen erfolgt, die senkrecht zur Längsachse ausgedehnt sind. Der Generator steht mit allen Leistungsverstärkern signaltechnisch in Verbindung, so dass das von dem Generator generierte Signal an allen Leistungsverstärkern anliegt. Außerdem ist der Generator über einen Bereich eines bestimmten Frequenzabschnitts innerhalb des Mikrowellenfrequenzbereiches durchstimmbar. In der Anordnung sind Messmittel vorhanden, mit denen Messdaten in dem Arbeitsraum erfassbar sind. Jede Mikrowellenquelle weist mindestens jeweils ein Messmittel zur Erfassung von Messdaten auf. Dabei sind die Messmittel zur Erfassung von Messdaten mit einer Steuerung signaltechnisch verbunden, durch die mindestens die Leistungsverstärker (5.2) individuell ansteuerbar sind und es ist mindestens ein Mittel zur Durchführung eines Mediums durch den Arbeitsraum vorhanden, das ein Führungselement mit einer Elementenlängsachse ist, die parallel zur Längsachse ausgerichtet ist.
Der Mikrowellenfrequenzbereich reicht von 300 MHz bis 300 GHz (Wellenlängen von 1 m bis 1 mm). Der Frequenzabschnitt kann jeder Abschnitt des Mikrowellenfrequenzbereichs sein. Die von dem Generator generierten elektromagnetischen Wellen werden als Signale bezeichnet, während als Mikrowellenstrahlung die abgestrahlten, durch einen der Leistungsverstärker verstärkten, Signale bezeichnet werden. Eine Verstärkung bewirkt vorzugsweise, dass die niedrig energetischen Signale zu Mikrowellenstrahlung verstärkt werden, deren Energie für einen vorgesehenen Verwendungszweck der erfindungsgemäßen Anordnung ausreichend ist. Die Mikrowellenstrahlung wird in Form von Feldern abgestrahlt, wobei die Felder gerichtet abgestrahlt sein können.
Je höher der erreichte Wirkungsgrad der Anordnung sein soll, desto kleiner ist der wählbare Frequenzabschnitt. Um vorteilhaft einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erreichen, sind der Generator und der Leistungsverstärker aufeinander abgestimmt. Die maximale Variabilität der Frequenzen von Generator und Leistungsverstärker liegt bei +/- 100 MHz.
Kern der Erfindung ist, die Frequenz der von den mindestens zwei Strahlungsquellen abgestrahlten Mikrowellenstrahlung durch nur einen einzigen Generator zu erzeugen. Es ist ferner erfindungswesentlich, dass der Generator durchstimmbar ist, so dass selbst während eines laufenden Erwärmungsvorgangs eine gesteuerte Veränderung der Frequenz ermöglicht ist.
Durch die Verbindung nur eines Generators mit den Strahlungsquellen ist vorteilhaft eine Phasenverschiebung der abgestrahlten Mikrowellenstrahlung vermieden. Zusammen mit einer individuellen Ansteuerbarkeit jedes Leistungsverstärkers ist es mittels der erfindungsgemäßen Anordnung möglich, Mikrowellenstrahlung nur einer einzigen Frequenz durch eine Anzahl von Strahlungsquellen in den Arbeitsraum abzustrahlen. Der Generator kann mehrere Bauteile umfassen. Beispielsweise kann ein Mittel zur Generierung der Signale (z. B. ein Mittel zur Generierung von Signalen auf Basis von Halbleiterbauelementen) und ein durchstimmbares Mittel zum selektiven Durchlass (z. B. ein Oszillator, ein Filter oder Gleichrichter) der ausgewählten Frequenz vorhanden sein. Abweichend von dem vorgenannten Stand der Technik beinhaltet eine Strahlungsquelle im Sinne dieser Beschreibung keinen Generator.
Ein Arbeitsraum kann ein geschlossener Raum wie der Innenraum eines Haushalts- oder Industrie-Mikrowellengerätes sein, in dem das Medium stationär angeordnet ist. Er kann auch ein offener Bereich sein, durch den das Medium hindurchtreten kann und dessen Größe durch eine Wirkungsweite der abgestrahlten Mikrowellenstrahlung bestimmt ist. Da Medien frequenzabhängig und temperaturabhängig, und somit auch leistungsabhängig, unterschiedlich auf Mikrowellenstrahlung reagieren, ist eine Wirkungsweite abhängig von einer Wechselwirkung zwischen Frequenz und Amplitude der Mikrowellenstrahlung sowie dem Medium. Die Wirkungsweite ist als Distanz zwischen Strahlungsquelle und dem am weitest entfernten Punkt des Mediums, an dem eine Wirkung feststellbar ist, zu verstehen und ist immer dann verschieden von einer Eindringtiefe der Mikrowellenstrahlung in das Medium, wenn die Strahlungsquelle nicht unmittelbar auf der Oberfläche des Mediums aufsetzt. Während eine Wirkungsweite im Vakuum theoretisch unendlich ist, können bei einer Bestrahlung von Medien sowie festen Körpern Wirkungsweiten lediglich im Bereich weniger Nano- oder Mikrometer vorliegen.
Der Arbeitsraum kann beispielsweise von einem Gitter aus einem für Mikrowellenstrahlung reflektierenden Material umschlossen sein, dessen Gitterweite einen Durchtritt von Mikrowellenstrahlung nicht erlaubt, ein Durchtritt eines, z. B. flüssigen oder gasförmigen, Mediums aber möglich ist. Medien können alle festen, flüssigen und gasförmigen Stoffe und Stoffgemische oder Plasmen sowie deren Kombinationen sein.
Die in jeder Mikrowellenquelle enthaltenen Messmittel zur Erfassung von Messdaten erlauben eine Erfassung und Auswertung von für die Messmittel spezifischen Größen. Dies kann vorteilhaft zum Schutz einzelner, einiger oder aller Strahlungsquellen genutzt werden. Beispielsweise kann eine Leistungsverstärkung durch eine Steuerung individuell reduziert oder unterbunden sein, wenn die durch die Messmittel erfassten Größen einen vorbestimmten Schwellwert überschreiten. Des Weiteren kann jedes Messmittel zur Erfassung von Größen für andere Auswertungen, z. B. für Untersuchungen des Verhaltens eines Mediums bei seiner Erwärmung mittels Mikrowellenstrahlung, bereitgestellt sein. Auch dazu ist das Messmittel signaltechnisch mit der Steuerung verbunden.
Es ist ebenfalls eine vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung, wenn in dem Arbeitsraum weitere Messmittel vorhanden und mit der Steuerung signaltechnisch, z. B. über bedrahtete oder unbedrahtete Messdatenleitungen, verbunden sind. Beispielsweise können durch weitere Messmittel Größen wie Temperaturen, Strahlungen, chemische Zusammensetzungen und Druck ortsaufgelöst erfasst sein. Die Steuerung ist vorzugsweise als Rechen-, Steuer- und Speichereinheit ausgebildet. Von der Steuerung können direkte Steuerleitungen zu jedem der Leistungsverstärker sowie zu jedem Messmittel und zu jedem weiteren Messmittel vorhanden sein. Es ist auch möglich, dass die Leistungsverstärker, die Messmittel und die weiteren Messmittel mit adressierten Steuersignalen ansteuerbar sind, wodurch die Anzahl von erforderlichen Steuerleitungen und Messdatenleitungen reduziert werden kann.
Günstig ist es, wenn die Messmittel und die weiteren Messmittel geschirmt und am Rand des Arbeitsraums angeordnet sind. Die Messmittel sowie die weiteren Messmittel können beispielsweise Infrarot-Pyrometer oder faseroptische Sensoren sein.
In einer ersten Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung sind die Strahlungsquellen bezüglich ihrer Position relativ zum Arbeitsraum frei wählbar. Sie können beispielsweise so gestaltet sein, dass sie manuell direkt auf einer Oberfläche des Mediums, z. B. eines zu erwärmenden Körpers, angeordnet werden können. Es ist von Vorteil, wenn die Strahlungsquellen als kompakte und leicht handhabbare Einheit gestaltet sind. Sie können vorzugsweise in je einem Gehäuse und mit diesem auf je einem Träger angeordnet sein. In einer solchen Ausführung der Anordnung ist die räumliche Dimension, also die konkrete räumliche Form, des Arbeitsraums durch die frei wählbare Positionierung der Strahlungsquellen bestimmt.
Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens die Mittel zur Abstrahlung der Mikrowellenstrahlung in den Arbeitsraum in mindestens einer Halterungsstruktur angeordnet sind. Eine solche Halterungsstruktur kann die räumliche Dimension des Arbeitsraums in mindestens einer Richtung begrenzen. Eine Halterungsstruktur kann in einem einfachen Fall eine Wand oder Wände eines Arbeitsraums sein und die Mittel zur Abstrahlung können in einer bestimmten Weise auf oder in der Wand oder den Wänden verteilt sein. Die Halterungsstruktur kann beispielsweise auch eine Halterung wie ein Gerüst oder eine flexible Matte sein.
Die Halterungsstruktur kann den Arbeitsraum ganz oder teilweise umschließen. Es ist auch möglich, dass die Halterungsstruktur den Arbeitsraum in einer Richtung begrenzt und die räumliche Dimension des Arbeitsraums durch die Halterungsstruktur und die Wirkungsweite der abgestrahlten Mikrowellenstrahlung bestimmt ist.
Hohlleiter werden üblicherweise dazu eingesetzt um eine z. B. Mikrowellenstrahlung zu leiten. In einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung wird Mikrowellenstrahlung über eine Antenne oder Sender in einen Hohlleiter abgestrahlt. Die Mikrowellenstrahlung ist durch den Hohlleiter bis zu einer Öffnung, die vorzugsweise als ein Schlitz ausgebildet ist, geleitet. Durch die Öffnung wird die Mikrowellenstrahlung in den Arbeitsraum abgestrahlt. Von Vorteil ist, dass durch den Schlitz schädliche Rückreflexionen in den Hohlleiter stark reduziert sind.
Ein Mittel zur Abstrahlung der Mikrowellenstrahlung in den Arbeitsraum kann in einer vorteilhaften Ausführung als ein sogenannter Schlitzstrahler ausgebildet sein. In einem von Wänden begrenztem Hohlleiter ist dabei mindestens ein Antennenkopf einer Antenne zur Einkopplung von Mikrowellenstrahlung in den Hohlleiter angeordnet. Es ist bevorzugt, wenn außerdem ein Tuner zur Beeinflussung des Ausbreitungs- und Reflexionsverhaltens der eingekoppelten Mikrowellenstrahlung in dem Hohlleiter angeordnet ist. Die eingekoppelte Mikrowellenstrahlung breitet sich in dem Hohlleiter in einer Ausbreitungsrichtung aus. In einer Wand des Hohlleiters ist ein Schlitz zum Abstrahlen der Mikrowellenstrahlung aus dem Schlitzstrahler vorhanden. Der Schlitz verläuft vorzugsweise quer zur Ausbreitungsrichtung und ist vorzugsweise in einem Abstand von dem Antennenkopf entfernt, welcher der halben Wellenlänge (Lambda / 2) der Mikrowellenstrahlung entspricht. Die Länge des Schlitzstrahlers ist größer als die halbe Wellenlänge (Lambda / 2) und kleiner als die Wellenlänge (Lambda) der Mikrowellenstrahlung. Bei einer optimalen Abstimmung aller Elemente des Schlitzstrahlers aufeinander und auf eine Frequenz und Leistung der Mikrowellenstrahlung sind Wirkungsgrade des Schlitzstrahlers von mehr als 75% bis über 99%, beispielsweise 99,7% erreicht.
Die Antenne kann einen Innenleiter zur Leitung und Einkopplung einer Mikrowellenstrahlung aufweisen. In weiteren Ausführungen kann die Antenne auch ohne einen Innenleiter realisiert sein. Die Antenne kann beispielsweise mittels einer lösbaren Steckerverbindung (z. B. SMA-Stecker oder N-Stecker) kontaktiert sein. Es ist auch möglich, dass eine nicht-lösbare Kontaktierung, beispielsweise durch ein Koaxialkabel mit einem direkten Übergang in die Antenne, vorhanden ist. Der Antennenkopf besteht vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Material wie Kupfer, Eisen, Gold oder Messing.
Es ist günstig, wenn die Antenne bzw. der Antennenkopf in dem Hohlleiter angebracht ist, ohne dass Befestigungselemente in den Hohlleiter ragen. Beispielsweise kann mindestens ein Sackloch in einer der Wände des Hohlleiters vorhanden sein, in den ein Bereich der Antenne bzw. des Antennenkopfs, beispielsweise der Innenleiter, eingreift oder eingesteckt ist. Durch mindestens eine solche Lagerung sind nachteilige Beeinflussungen des Ausbreitungs- und Reflexionsverhaltens der eingekoppelten Mikrowellenstrahlung stark reduziert. Die Antenne bzw. der Antennenkopf kann durch eine an dem Hohlleiter oder außerhalb des Hohlleiters befindliche Vorrichtung arretiert sein. Beispielsweise kann an einem aus dem Hohlleiter ragendem Bereich der Antenne eine Steckverbindung (z. B. ein SMA-Stecker) vorgesehen sein, durch welche die Antenne räumlich festgelegt ist.
Ist das Mittel zur Durchführung des Mediums durch den Arbeitsraum ein Bündel von Führungselementen mit einer Bündellängsachse, so ist diese Bündellängsachse vorzugsweise parallel zur Längsachse ausgerichtet. Führungselemente können beispielweise Rohre, Schächte oder Kanäle sein, die von einem flüssigen oder gasförmigen Medium durchströmt werden. Es können aber auch Fördereinrichtungen sein, mittels der feste Stoffe als z. B. Schüttgut oder als Körper durch den Arbeitsraum zu führen sind (dynamischer Fall). Eine Durchführung des Mediums durch den Arbeitsraum kann in zeitlich (z. B. kontinuierlich, diskontinuierlich) und räumlich (Streckenverlauf der Durchführung) beliebiger Weise erfolgen. Es ist auch möglich, dass das Medium in den Arbeitsraum eingebracht ist, dort während seiner Erwärmung verbleibt und wieder entnommen wird (statischer Fall). Beispielsweise kann ein Körper oder ein Behältnis mit dem zu erwärmenden Medium (z. B. ein befüllter Autoklav) in den Arbeitsraum eingebracht sein.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn der Generator gegen mindestens einen weiteren Generator austauschbar ist. Eine einfache Austauschbarkeit kann beispielsweise dadurch erreicht sein, dass der Generator, z. B. in eine Platine, einsteckbar ist. Dadurch ist im Fall eines Defekts der Generator leicht auswechselbar. Besonders günstig ist die einfache Austauschbarkeit in Experimentieranordnungen, in denen durch den Austausch nur einer Komponente der Anordnung beispielsweise ein Bereich eines anderen Frequenzabschnitts verfügbar wird. Einem physischen Austausch steht eine Möglichkeit zur Umschaltung auf einen anderen Generator gleich.
Die Anordnung kann neben der Erwärmung eines Mediums mittels Mikrowellenstrahlung beispielsweise zur Untersuchung des Ansprechverhaltens des Mediums bei der Erwärmung verwendet werden.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zur Erwärmung eines in einem Arbeitsraum befindlichen Mediums mittels Mikrowellenstrahlung und unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gelöst. Die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens sind nacheinander das Einbringen eines Mediums in einen Arbeitsraum. Es folgt die Auswahl einer Mikrowellenfrequenz in Abhängigkeit von Eigenschaften des Mediums aus einem bestimmten Frequenzabschnitt innerhalb des Mikrowellenfrequenzbereiches. Anschließend wird ein Generator mit Steuersignalen angesteuert, die zu einer Generierung eines Signals mit der ausgewählten Mikrowellenfrequenz führen. Es folgen das Generieren des Signals mit der ausgewählten Mikrowellenfrequenz, das Leiten des Signals an wenigstens eine Strahlungsquelle, das Verstärken des Signals mittels der wenigstens einen Strahlungsquelle zu wenigstens einem verstärkten Signal und das Abstrahlen des wenigstens einen verstärkten Signals als Mikrowellenstrahlung in den Arbeitsraum. An jeder der Strahlungsquellen werden Messdaten erfasst, auf deren Grundlage Steuersignale mindestens zur Ansteuerung der Verstärkung des Signals erzeugt werden.
Die Auswahl der Mikrowellenfrequenz (Frequenz) kann aufgrund der Kenntnisse über das Material, die Dimensionierung und weiterer Eigenschaften (z. B. Aggregatzustand, Temperatur) des Mediums erfolgen. Es ist auch möglich, eine bestimmte Frequenz aufgrund von Erfahrungssätzen oder aber willkürlich auszuwählen. Die Frequenz kann in weiteren Ausführungen des Verfahrens auch vor oder mit dem Einbringen des Mediums ausgewählt werden.
In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Arbeitsraum durch eine Anordnung mehrerer Strahlungsquellen in seinen räumlichen Dimensionen bestimmt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist äußerst vorteilhaft zur Untersuchung eines Verhaltens des Mediums bei seiner Erwärmung mittels Mikrowellenstrahlung geeignet. Dabei werden nacheinander Mikrowellenstrahlungen mindestens je einer ersten bis n-ten Eigenschaftsausprägung einer bestimmten Bandbreite von Eigenschaftsausprägungen einer Eigenschaft der Mikrowellenstrahlung in den Arbeitsraum abgestrahlt. Die der ersten bis n-ten Eigenschaftsausprägung zugeordneten ersten bis n-ten Messdaten werden erfasst und miteinander verglichen. Aus den Messdaten sowie deren Vergleich wird das Verhalten des Mediums bei seiner Erwärmung mittels Mikrowellenstrahlung erster bis n-ter Eigenschaftsausprägung abgeleitet. Es lässt sich das Verhalten des Mediums über die Zeit, an verschiedenen Bereichen des Arbeitsraums sowie unter verschiedenen Kombinationen der ersten bis n-ten Eigenschaftsausprägung der Mikrowellenstrahlung untersuchen.
Eigenschaften können beispielsweise die Leistung der Mikrowellenstrahlung oder die Frequenz sein. Die Eigenschaftsausprägung ist der jeweils konkrete Wert der Eigenschaft, z. B. eine konkret darstellbare Amplitude der Mikrowelle als erste Eigenschaftsausprägung und eine konkrete Frequenz als zweite Eigenschaftsausprägung der Leistung der Mikrowellenstrahlung.
Mit dem Verfahren ist eine Untersuchung von Medien beispielsweise dadurch möglich, dass das Medium mit Mikrowellenstrahlung der ersten bis n-ten Eigenschaftsausprägung bestrahlt und Messdaten erfasst werden. So können beispielsweise optimierte Kombinationen der ersten bis n-ten Eigenschaftsausprägung für eine Erwärmung des Mediums gefunden werden. Mit dem Verfahren kann außerdem eine geeignete räumliche Positionierung der Strahlungsquellen gesucht werden, bei der beispielsweise eine effiziente Erwärmung des Mediums bei gleichzeitigem Schutz aller Strahlungsquellen vor schädigenden Einflüssen erzielbar ist.
Steuerungstechnisch günstig ist es, wenn die Auswahl einer Frequenz, die Erzeugung der Mikrowellenstrahlung, die Ansteuerung der Strahlungsquellen und die Auswertung der Messdaten mittels einer zentralen Steuerung erfolgt.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können Medien beliebiger Aggregatzustände oder deren Mischung erwärmt werden. Es ist möglich, das Verfahren zur Fraktionierung eines aus einem Stoffgemisch bestehenden Mediums zu nutzen. Es kann damit auch mindestens ein Inhaltsstoff des Mediums aktiviert, sowie katalytische Reaktionen des Mediums durchgeführt werden. Es ist auch möglich, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens aus dem Medium ein Plasma zu erzeugen. In Bezug auf spezielle Methoden der Oberflächenbehandlung, wie z. B. der PVD (physical vapour deposition) oder der CVD (chemical vapour deposition), wird es möglich sein, Prozessabläufe präziser zu gestalten und dadurch die Homogenität von z. B. auf einem Objekt aufgebrachter Schichten weiter zu steigern. Auch können mittels Mikrowellenstrahlung Moleküle oder Molekülgruppen ausgerichtet bzw. auch erst polarisiert werden.Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Abbildungen näher erläutert. Es zeigen die Abbildungen:

Fig. 1: eine erste Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung;
Fig. 2: eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung;
Fig. 3: eine Strahlungsquelle einer dritten erfindungsgemäßen Anordnung und
Fig. 4: ein Ausführungsbeispiel eines Schlitzstrahlers.

Als wesentliche Elemente der in Fig. 1 stark schematisch gezeigten ersten Ausführung der Anordnung sind eine Spannungsquelle 1 zur Versorgung der Anordnung, ein durchstimmbarer Generator 2 zur Generierung eines Signals, ein Verteiler 3 zum Leiten des Signals über je eine Mikrowellenleitung 4 an zwei Strahlungsquellen 5 mit je einem Leistungsverstärker 5.1 und einem Messmittel zur Erfassung von Messdaten 5.3, sowie eine als Rechen-, Steuer- und Speichereinheit ausgebildete Steuerung 6 vorhanden, die mit dem Generator 2 und den Strahlungsquellen 5 über Steuerleitungen 6.1 in Verbindung steht.
Der von der Spannungsquelle 1 versorgte und durch die Steuerung 6 ansteuerbare Generator 2 beinhaltet einen Schwingungsgenerator 2.1, der aus Halbleiterbauelementen aufgebaut ist, sowie einen Oszillator als Frequenzfilter 2.2. Der Generator 2 ist über den Bereich des Frequenzabschnittes 1,8 bis 2,8 GHz kontinuierlich durchstimmbar. Durch von der Steuerung 6 übermittelte Steuersignale ist der Generator 2 auf eine ausgewählte Frequenz aus einem Frequenzabschnitt des Mikrowellenfrequenzbereichs abstimmbar. Mittels des Schwingungsgenerators 2.1 ist ein Signal mit der ausgewählten Frequenz generierbar. Eventuell erzeugte Signale, deren Frequenzen nicht der ausgewählten Frequenz entsprechen, sind durch die Funktion des Frequenzfilters 2.2 unterdrückt. Durch den Verteiler 3 ist das Signal auf die Mikrowellenleitungen 4 verteilt. Das in der erfindungsgemäßen Anordnung nach dem Frequenzfilter 2.2 bereitgestellte Signal liegt an jeder der vorhandenen Strahlungsquellen 5 an. Das Signal ist durch den Leistungsverstärker 5.1 zu verstärken und mittels eines Hohlleiters 5.2 als eine Mikrowellenstrahlung 11 in einen Arbeitsraum 7 abzustrahlen. Der Arbeitsraum 7 ist durch eine für Mikrowellenstrahlung 11 reflektierende Wand aus Metall als eine Halterungsstruktur 8, in der die Strahlungsquellen 5 in parallel zueinander verlaufenden Ebenen E in den Arbeitsraum 7 gerichtet angeordnet sind, in einer seiner räumlichen Dimensionen begrenzt. Die Ebenen E erstrecken sich senkrecht zu einer Längsachse 7.1 des Arbeitsraums 7. In seinen nicht von der Halterungsstruktur 8 begrenzten Dimensionen ist der Arbeitsraum 7 durch eine Wirkungsweite der Mikrowellenstrahlung 11 bestimmt, die von der Temperatur, der Frequenz und einer Amplitude der Mikrowellenstrahlung 11 sowie den Wechselwirkungen mit einem bestrahlten Medium 10 abhängt. In dem Arbeitsraum 7 ist ein zu erwärmender fester Körper als Medium 10 eingebracht. Das Medium 10 verbleibt während der Erwärmung bezüglich des Arbeitsraumes 7 in einer immer gleichen, stationären Lage. Das in der Strahlungsquelle 5 angeordnete Messmittel zur Erfassung von Messdaten 5.3 ist eine Diode und dient der Erfassung von Mikrowellenstrahlung 11, die von dem Medium 10 auf das Messmittel zur Erfassung von Messdaten 5.3 zurück reflektiert sind. Das Messmittel zur Erfassung von Messdaten 5.3 jeder Strahlungsquelle 5 ist über je eine Messdatenleitung 5.4 mit der Steuerung 6 verbunden. Jeder Leistungsverstärker 5.1 ist durch die Steuerung 6 über die Steuerleitungen 6.1 direkt und individuell ansteuerbar. Eine Ansteuerung erfolgt in Abhängigkeit der Messdaten des Messmittels zur Erfassung von Messdaten 5.3, um Schädigungen der Strahlungsquellen 5 durch reflektierte Mikrowellenstrahlung 11 zu verhindern.
Eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß Fig. 2 entspricht dem grundsätzlichen Aufbau gemäß Fig. 1. Zusätzlich ist ein Temperatursensor als ein weiteres Messmittel 12 zur Bestimmung der Temperatur innerhalb des Arbeitsraums 7 angeordnet und über eine Messdatenleitung 5.4 mit der Steuerung 6 verbunden. Der Arbeitsraum 7 ist in allen seinen Dimensionen von Wänden (vereinfacht als Linien gezeigt) begrenzt, die für die Strahlungsquellen 5 als Halterungsstrukturen 8 dienen (nur zwei Strahlungsquellen 5 einer Halterungsstruktur 8 gezeigt) und durch die der Arbeitsraum 7 abgeschlossen ist. In dem Arbeitsraum 7 ist, diesen in seiner gesamten Länge durchspannend, ein als Rohr ausgebildetes Führungselement 9.1 als ein Mittel zur Durchführung des Mediums durch den Arbeitsraum 9 entlang einer Elementenlängsachse 9.11 vorhanden. Die Elementenlängsachse 9.11 verläuft parallel zu der Längsachse 7.1. Das Führungselement 9.1 durchspannt den Arbeitsraum 7 von einer die Halterungsstruktur 8 eröffnenden Medienzuführungsöffnung 9.2 zu einer Medienabführungsöffnung 9.3.In weiteren Ausführungen der Anordnung können auch außen an dem Arbeitsraum 7 und / oder an der Medienzuführungsöffnung 9.2 und / oder der Medienabführungsöffnung 9.3 weitere Messmittel 12, z. B. Sensoren, durch die ein Zustand des Mediums 10 wie Temperatur, physikalische oder chemische Zusammensetzung erfassbar sind, angeordnet sein.
Eine Gestaltung einer Strahlungsquelle 5 gemäß Fig. 3 zeichnet sich durch eine als Träger ausgebildete Halterungsstruktur 8 aus, auf der der Leistungsverstärker 5.1, der Hohlleiter 5.2 und das Messmittel zur Erfassung von Messdaten 5.3 von einem Gehäuse 5.5 umschlossen angeordnet sind. Die Strahlungsquelle 5 ist über die Mikrowellenleitung 4 mit dem Verteiler 3 (nicht gezeigt) und über die Steuerleitung 6.1 und die Messdatenleitung 5.4 mit der Steuerung 6 verbunden. Die Strahlungsquelle 5 ist manuell an einer frei wählbaren Position auf der Oberfläche eines zu erwärmenden Körpers als Medium 10 anzubringen. Ein Arbeitsraum 7 ist durch die Strahlungsquelle 5 und durch die in diesem Fall als Wirkungsweite anzusehende Eindringtiefe der Mikrowellenstrahlung 11 in das Medium 10 (durch gestrichelte Mikrowellenstrahlung 11 symbolisiert) bestimmt. Diese Gestaltung kann beispielsweise als flexibles System zur schonenden Trocknung von Holz oder anderen Naturstoffen, sowie allen künstlichen erzeugten Edukten und Produkten eingesetzt werden, wobei durch den Einsatz von Mikrowellenstrahlung 11 eine steuerbare Erwärmung des Mediums 10 im Inneren bewirkt ist. Wasser oder andere Lösungsmittel werden dabei nicht von bereits getrockneten Schichten des Mediums 10 eingeschlossen, sondern durch noch feuchte Schichten nach außen transportiert. Durch eine Erwärmung im Inneren werden Rissbildungen im Medium 10 weitestgehend vermieden.
Ein Ausführungsbeispiel eines Schlitzstrahlers ist in Fig. 4 vereinfacht gezeigt. Der Schlitzstrahler besteht aus einem Hohlleiter 5.2 mit rechteckigem Querschnitt und besitzt eine Länge L, eine Breite B und eine Höhe H. Der Hohlleiter 5.2 ist durch Wände 16 begrenzt. Sich jeweils gegenüberliegend sind als Wände 16 ein erster Deckel 16.1 und ein zweiter Deckel 16.2, eine erste Seitenwand 16.3 und eine zweite Seitenwand 16.4 sowie eine obere Wand 16.5 und eine untere Wand 6.6 vorhanden. Die obere Wand 16.6 weist einen Schlitz 15 auf, durch den die Mikrowellenstrahlung 11 aus dem Schlitzstrahler abstrahlbar ist. Der Schlitz 15 verläuft in Richtung der Breite B und ist näher an dem zweiten Deckel 16.2 als an dem ersten Deckel 16.1 vorhanden. Gemäß Fig. 4 ist der Schlitz 15 ein Zehntel der Länge L von dem zweiten Deckel 16.2 entfernt. Die räumliche Lage der Wände 16 und weiterer Elemente des Schlitzstrahlers ist für die Funktionsweise des Schlitzstrahlers nicht relevant. Lediglich deren relative Lage zueinander und deren Dimensionierung ist von Bedeutung. Alle Angaben zur räumlichen Ausrichtung der Wände 16 sind daher beispielhaft.
Auf der unteren Wand 16.5 ist in dem Hohlleiter 5.2 ein Tuner 17 angeordnet, der zur gezielten Beeinflussung des Ausbreitungs- und Reflexionsverhaltens der eingekoppelten Mikrowellenstrahlung 11 dient und in den Hohlleiter 5.2 ragt. Der Tuner 17 ist gegenüber dem Schlitz 15 angeordnet. Weiterhin ist eine Antenne 13 vorhanden, die durch die untere Wand 16.5 geführt ist und die einen Antennenkopf 13.1 aufweist. Der Antennenkopf 13.1 ragt in den Hohlleiter 5.2 hinein und dient der Einkopplung der Mikrowellenstrahlung 11 in den Hohlleiter 5.2. In Richtung der Länge L ist der Antennenkopf 13.1 von dem Schlitz 15 (jeweils bezogen auf deren Mittellinie) mit einem Abstand d angeordnet. Der Abstand d beträgt rund Lambda / 2, was bei einer Mikrowellenstrahlung 11 mit einer Frequenz von 2,45 GHz rund 6,1 cm entspricht. Die Richtung der Länge L ist zugleich die Ausbreitungsrichtung der Mikrowellenstrahlung 11.
Der Antennenkopf 13.1 ist als eine Hülse aus Messing ausgebildet. Im Inneren des Antennenkopfs 13.1 ist ein Verbinder 18 in Form eines Kupferstabs vorhanden. Der Verbinder 18 ragt aus dem Antennenkopf 13.1 durch die untere Wand 16.5 hindurch und ist dort durch einen Aufnahmeteil einer Steckverbindung 19 kontaktiert. An dem Aufnahmeteil der Steckverbindung 19 kann eine Mikrowellenleitung 4 angeschlossen werden. Das Aufnahmeteil der Steckverbindung 19 ist direkt an der unteren Wand 16.5 angeordnet, wodurch die Antenne 13 fixiert ist. Der Antennenkopf 13.1 ragt von der unteren Wand 16.5 eine erste Strecke l1 senkrecht in den Hohlleiter 5.2 hinein. In den Antennenkopf 13.1 ist seitlich ein Innenleiter 14 eingesteckt, der in Richtung der Länge L über eine zweite Strecke l2 bis zu dem ersten Deckel 16.1 verläuft. In dem ersten Deckel 16.1 ist ein Sackloch (nur angedeutet) eingebracht, in das der Innenleiter 14 mit einem Ende eingesteckt ist. Über die zweite Strecke l2 liegt der Innenleiter 14 frei.
Der Antennenkopf 13.1 kann in weiteren Ausführungen der Erfindung anders gestaltet sein.
In weiteren Ausführungen des Schlitzstrahlers kann der Verbinder 18 durch einen Draht oder eine Litze einer Mikrowellenzuleitung 4 ersetzt sein. In einer solchen Ausführung ist das Aufnahmeteil der Steckverbindung 19 nicht erforderlich. Außerdem ist es möglich, dass der Verbinder 18 als ein Element des Aufnahmeteils der Steckverbindung 19 ausgeführt ist oder dass der Verbinder 18 ein Element eines Steckers (nicht gezeigt) der Steckverbindung 19 realisiert ist.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Untersuchung eines Verhaltens des Mediums 10 bei seiner Erwärmung mittels Mikrowellenstrahlung 11, wird anhand des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 erläutert. Anhand von Erfahrungswerten wird ein Frequenzabschnitt des Mikrowellenfrequenzbereichs, bei dem eine Erwärmung des Mediums 10 bekanntermaßen erfolgt, ausgewählt. In weiteren Ausführungen können auch Frequenzabschnitte ausgewählt werden, in denen keine Erwärmung erfolgt oder eine Erwärmung (noch) fraglich ist. Mittels der Steuerung 6 werden der Schwingungsgenerator 2.1 und der Frequenzfilter 2.2 so angesteuert, dass ein Signal mit der ausgewählten Frequenz bereitgestellt wird. Das Signal ist eine elektromagnetische Welle, die mit der ausgewählten Frequenz schwingt und eine Amplitude aufweist. Über den Verteiler 3 wird das Signal auf die Mikrowellenleitungen 4 verteilt, so dass diese an jeder der Strahlungsquellen 5 anliegt. Jeder der Leistungsverstärker 5.1 wird mittels der Steuerung 6 über die Steuerleitungen 6.1 so angesteuert, dass die Amplitude des Signals durch jeden Leistungsverstärker 5.1 gleich verstärkt und das verstärkte Signal über jeden Hohlleiter 5.2 als Mikrowellenstrahlung 11 in den Arbeitsraum 7 abgestrahlt wird. Die auf dem Medium 10 auftreffende Mikrowellenstrahlung 11 wird von dem Medium 10 entsprechend seiner Eigenschaften absorbiert und/oder gänzlich oder anteilig reflektiert. Reflektierte und von einem der Messmittel zur Erfassung von Messdaten 5.3 erfasste Mikrowellenstrahlung 11 verursacht mindestens ein Antwortsignal, dessen Höhe als Messdaten über die Messdatenleitung 5.4 an die Steuerung 6 gesendet und dort ausgewertet wird. Zeigen die Messdaten, dass auf die Messmittel zur Erfassung von Messdaten 5.3 Mikrowellenstrahlung 11 einer Leistung oberhalb eines vorbestimmten Schwellwertes auftreffen, wird der Leistungsverstärker 5.1 angesteuert und eine geringere Verstärkung bewirkt. Da die auf dem Messmittel zur Erfassung von Messdaten 5.3 auftreffenden Mikrowellenstrahlung 11 auch von anderen Strahlungsquellen 5 herrühren kann, werden in einer weiteren Ausführung des Verfahrens auch die Leistungsverstärker 5.1 einiger oder aller anderen Strahlungsquellen 5 angesteuert. Durch eine kontrollierte und systematische Variation der durch die Leistungsverstärker 5.1 bewirkten Verstärkungen des Signals kann ein gewünschtes Muster der Ansteuerung der Leistungsverstärker 5.1 für eine jeweilige Kombination von Medium 10, Positionierung der Strahlungsquellen 5 und Dimensionierung des Arbeitsraums 7 gesucht werden. Es ist in weiteren Ausführungen des Verfahrens auch möglich, das Verhalten des Mediums 10 bei unterschiedlichen Positionierungen der Strahlungsquellen 5 zu untersuchen. Die erläuterte individuelle Wahl der Verstärkung des Signals ist als eine erste Eigenschaftsausprägung der Eigenschaft "Leistung / Amplitude" der Mikrowellenstrahlung 11 anzusehen. Die Erfassung der Messdaten durch die Messmittel zur Erfassung von Messdaten 5.3 und deren Auswertung dient einmal dem Schutz der jeweiligen Strahlungsquelle 5 vor überhöhter Rückstrahlung und kann außerdem zur Untersuchung des Verhaltens des Mediums 10 bei seiner Erwärmung mit Mikrowellenstrahlung 11 dienen.
Um Wirkungen des Arbeitsraums 7 (z. B. Reflexionen an dessen Wänden) bei einer Untersuchung zu berücksichtigen bzw. auszuschließen, kann ein "Standard-Reflexionsprofil" des Arbeitsraums 7 ermittelt und abgespeichert werden. Es ist auch möglich, die Dimensionierung des Arbeitsraumes 7 so zu gestalten, dass Reflexionen der Mikrowellenstrahlung 11 keine oder einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Messdaten haben. Auch können die Wände des Arbeitsraums 7 aus für Mikrowellenstrahlung 11 nicht reflektierendem Material ausgestaltet oder der Arbeitsraum 7 in einer Anzahl von Richtungen seiner Dimensionierung ohne Wände ausgeführt sein.
Als eine zweite Eigenschaft wird die Frequenz durch Ansteuerung des Generators 2 mittels der Steuerung 6 verändert. Die Frequenz kann auf bestimmte Werte eingestellt werden. Es können Temperatur-Zeit-Kurven bei konstanten Bedingungen unter Variation der Frequenz aufgenommen werden, um eine für eine angestrebte Wirkung optimale Frequenz zu ermitteln. Die Frequenz wird also auf das Material abgestimmt. Sie kann aber auch kontinuierlich oder diskontinuierlich über einen Bereich des Frequenzabschnittes verändert werden. Eine solche Veränderung kann auch mehrmals, beispielsweise bei unterschiedlichen Temperaturen des Mediums 10 oder des Arbeitsraums 7 erfolgen. Die ersten bis n-ten Eigenschaften können einzeln oder in beliebigen Kombinationen eingestellt werden.
Sind weitere Messmittel 12 vorhanden, werden die durch die weiteren Messmittel 12 erfassten Messdaten ebenfalls über Messdatenleitungen 5.4 an die Steuerung 6 übermittelt.
In allen Fällen werden die erfassten Messdaten den Informationen über den Ort der Erfassung den ersten bis n-ten Eigenschaftsausprägungen der Eigenschaften zugeordnet, ausgewertet und gespeichert.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, das Verhalten eines Mediums 10 bei seiner Erwärmung bei unterschiedlichsten Kombinationen von Eigenschaftsausprägungen zu untersuchen. Es ist möglich, die Eigenschaftsausprägungen auch während eines Erwärmungsvorgangs gesteuert zu verändern und die resultierenden Verhaltensantworten des Mediums 10 zugeordnet zu den Eigenschaftsausprägungen, der Positionierung der Mikrowellenquellen 5, der Gestaltung des Arbeitsraums 7, dem Material und der Dimension des Mediums 10 zu untersuchen sowie eine Grundeinstellung einer Anordnung nach ihrer Installation oder Reparatur zu überprüfen oder einzurichten. Auch können unter Zugrundelegung üblicher Vorgehensweisen bei der Durchführung wissenschaftlicher Experimente Wechselwirkungen zwischen den oben angeführten Parametern untersucht werden. Das Verfahren kann auch zur Optimierung der Verfahrensführung der Fraktionierung eines Stoffgemisches, der Aktivierung von Inhaltsstoffen des Mediums, von katalytischen Reaktionen, der Erzeugung eines Plasmas oder der Ausrichtung von Molekülen angewendet werden. Die Anordnung und das Verfahren können auch bei der Erwärmung z. B. kontaminierten Bodens oder für die Trocknung von Körpern wie z. B. von Früchten, verwendet werden, wobei ein Austreiben von Wasser oder flüchtiger Stoffe und Verbindungen wie Alkoholen, Aceton, Phenolen, Toluol, Öle und dergleichen primäres Ziel ist.

Bezugszeichenliste

1: Spannungsquelle
2: Generator
2.1: Schwingungsgenerator
2.2: Frequenzfilter
3: Verteiler
4: Mikrowellenleitung
5: Strahlungsquelle
5.1: Leistungsverstärker
5.2: Hohlleiter
5.3: Messmittel zur Erfassung von Messdaten
5.4: Messdatenleitung
5.5: Gehäuse
6: Steuerung
6.1: Steuerleitung
7: Arbeitsraum
7.1: Längsachse
8: Halterungstruktur
9: Mittel zur Durchführung des Mediums durch den Arbeitsraum
9.1: Führungselement
9.11: Elementenlängsachse
9.2: Medienzuführungsöffnung
9.3: Medienabführungsöffnung
10: Medium
11: Mikrowellenstrahlung
12: weitere Messmittel
13: Antenne
13.1: Antennenkopf
14: Innenleiter
15: Schlitz
16: Wand (des Hohlleiters 5.2)
16.1: erster Deckel
16.2: zweiter Deckel
16.3: erste Seitenwand
16.4: zweite Seitenwand
16.5: untere Wand
16.6: obere Wand
17: Tuner
18: Verbinder
19: Aufnahmeteil der Steckverbindung
L: Länge (des Hohlleiters 5.2)
B: Breite (des Hohlleiters 5.2)
H: Höhe (des Hohlleiters 5.2)
d: Abstand
l1: erste Strecke
l2: zweite Strecke
E: Ebene

Claims

Anordnung zur Erwärmung eines Mediums mittels Mikrowellenstrahlung, umfassend
mindestens zwei Strahlungsquellen (5) mit je einem individuell ansteuerbaren Leistungsverstärker (5.1), welcher ein von einem Generator (2) generiertes, eine Mikrowellenfrequenz aufweisendes, Signal verstärkt sowie mit Mitteln zur Abstrahlung des verstärkten Signals als eine Mikrowellenstrahlung (11) in einen Arbeitsraum (7), der durch die Anordnung der Strahlungsquellen (5) zueinander in seiner räumlichen Dimension bestimmt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Arbeitsraum (7) entlang einer Längsachse (7.1) gestaltet ist,
die Mittel zur Abstrahlung der Mikrowellenstrahlung Hohlleiter (5.2) sind und die Hohlleiter (5.2) so ausgerichtet sind, dass die Abstrahlung der Mikrowellenstrahlung in Ebenen (E) erfolgt, die senkrecht zur Längsachse (7.1) ausgedehnt sind,
der Generator (2) mit allen Leistungsverstärkern (5.1) signaltechnisch in Verbindung steht, so dass das von dem Generator (2) generierte Signal an allen Leistungsverstärkern (5.1) anliegt;
der Generator (2) über einen Bereich eines bestimmten Frequenzabschnitts innerhalb des Mikrowellenfrequenzbereiches durchstimmbar ist und Messmittel zur Erfassung von Messdaten (5.3) vorhanden sind, mit denen Messdaten in dem Arbeitsraum (7) erfassbar sind und jede Strahlungsquelle (5) mindestens jeweils eines der Messmittel zur Erfassung von Messdaten (5.3) aufweist, wobei die Messmittel zur Erfassung von Messdaten (5.3) mit einer Steuerung (6) signaltechnisch verbunden sind, durch die mindestens die Leistungsverstärker (5.2) individuell ansteuerbar sind und
mindestens ein Mittel zur Durchführung eines Mediums durch den Arbeitsraum (9) vorhanden ist, das ein Führungselement (9.1) mit einer Elementenlängsachse (9.11) ist, die parallel zur Längsachse (7.1) ausgerichtet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Arbeitsraum (7) weitere Messmittel (12) vorhanden und mit der Steuerung (6) signaltechnisch verbunden sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Generator (2) gegen mindestens einen weiteren Generator (2) austauschbar ist.
Verwendung der Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Untersuchung des Verhaltens des Mediums (10) bei der Erwärmung mittels Mikrowellenstrahlung (11).
Verfahren zur Erwärmung eines Mediums mittels Mikrowellenstrahlung mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit den Schritten:
Einbringen eines Mediums (10) in einen Arbeitsraum (7),

Auswählen einer Mikrowellenfrequenz in Abhängigkeit von Eigenschaften des Mediums (10) aus einem bestimmten Frequenzabschnitt innerhalb des Mikrowellenfrequenzbereiches;

Ansteuern eines Generators (2) mit Steuersignalen, die zu einer Generierung eines Signals mit der ausgewählten Mikrowellenfrequenz führen;

Generieren des Signals mit der ausgewählten Mikrowellenfrequenz; Leitung des Signals an wenigstens eine Strahlungsquelle (5);

Verstärken des Signals mittels der wenigstens einen Strahlungsquelle (5) zu wenigstens einem verstärkten Signal;

Abstrahlen des wenigstens einen verstärkten Signals als Mikrowellenstrahlung (11) in den Arbeitsraum (7);

Erfassen von Messdaten an jeder der Strahlungsquellen (5) und Erzeugen von Steuersignalen mindestens zur Ansteuerung der Verstärkung des Signals.
Verfahren nach Anspruch 5 zur Untersuchung eines Verhaltens des Mediums (10) bei seiner Erwärmung,
wobei nacheinander Mikrowellenstrahlung (11) mindestens je einer ersten bis n-ten Eigenschaftsausprägung einer bestimmten Bandbreite von Eigenschaftsausprägungen mindestens einer Eigenschaft in den Arbeitsraum (7) abgestrahlt werden,
den ersten bis n-ten Eigenschaftsausprägung zugeordnete erste bis n-te Messdaten erfasst werden,
die Messdaten miteinander verglichen werden und
aus den Messdaten das Verhalten des Mediums (10) bei seiner Erwärmung mittels Mikrowellenstrahlung (11) erster bis n-ter Eigenschaftsausprägung abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 5 zur Fraktionierung eines aus einem Stoffgemisch bestehenden Mediums (10).
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7 zur Aktivierung mindestens eines Inhaltsstoffes des Mediums (10).
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8 zur Durchführung einer katalytischen Reaktion des Mediums (10).
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6 zur Erzeugung eines Plasmas aus dem Medium (10).