ES2238600T3 - Aparato para calentar por microondas. - Google Patents

Abstract

Aparato para calentar por microondas que comprende un aplicador de microondas dieléctrico alargado cilíndrico con un modo tipo TM axial, estando dicho aplicador dieléctrico provisto de una cámara de carga para una carga que va a calentarse, estando dicha cámara localizada en una posición axial centrada dentro del aplicador, caracterizado porque se disponen dos puntos de alimentación de microondas en el extremo inferior del aplicador para alimentar la energía de microondas en la dirección axial del aplicador resultando que el modo en el aplicador es de TMmnp, siendo m=1, 2, 3, y n y p >=1; para m=1, el modo es TM1np, en el que dichos puntos de alimentación de microondas coaxiales se encuentran dispuestos a la misma distancia a partir del eje central del aplicador y separados a x 90 grados, siendo a=1 ó 3; para m=2, el modo es TM2np, en el que dichos puntos de alimentación de microondas coaxiales se encuentran dispuestos a la misma distancia a partir del eje central del aplicador y separadosax45 grados, siendo a=1, 3, 5 ó 7, y para m=3, el modo es TM3np, en el que dichos puntos de alimentación de microondas coaxiales se encuentran dispuestos a la misma distancia a partir del eje central del aplicador y separados ax30 grados, siendo a=1, 2, 4, 5, 7, 8, 10 u 11.

Description

Aparato para calentar por microondas.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un aparato para calentar por microondas y a un método para dicho aparato para calentar por microondas, según los preámbulos de las reivindicaciones independientes.

Antecedentes de la invención

En la industria química el proceso de obtención de nuevas sustancias o compuestos sigue generalmente una ruta de desarrollo básico comenzando en un volumen a pequeña escala en la que se puedan evaluar muchas diferentes sustancias o compuestos. Avanzando en la ruta del desarrollo en la que debería ensayarse una sustancia específica o compuesto, por ejemplo en el caso de sustancias farmacéuticas en las que se han realizado muchos procedimientos de ensayo o cuando se han desarrollado nuevos materiales para la industria de los semiconductores, resultando necesarios volúmenes mucho mayores que los disponibles en las etapas iniciales a pequeña escala.

Un particular requisito de los sistemas para realizar las tareas consiste en que la mayoría de los procesos tienen lugar bajo una presión que puede resultar diez veces mayor que la presión atmosférica normal.

Existe así en la industria química una demanda general de tener capacidad de obtener mayores volúmenes de una sustancia o compuesto bajo dichas condiciones de procesamiento. Sin embargo lo anterior no debería considerarse como limitativo del alcance de la invención. La presente invención resulta aplicable para volúmenes a partir de 10 ml y mayores.

Existe con mucha frecuencia una necesidad de calentar rápidamente un volumen de carga, siendo 5 Kg/s un criterio típico de diseño. Suponiendo 50 ml de un líquido típico con una capacidad de calor de 2 J/ml, K consiste en el requerimiento de energía y se convierte en 500 W. Puede resultar problemático alimentar la elevada energía en una cavidad pequeña, resultando una dificultad añadida, en particular la necesidad de una alimentación de microondas cerrado de forma estanca a presión y la necesidad de un calentamiento razonablemente uniforme de la carga.

La química asistida por microondas se ha utilizado durante muchos años. Sin embargo, los aparatos y métodos se basan, en mayor medida, en hornos microondas domésticos convencionales. Los hornos microondas domésticos presentan una cavidad de modos múltiples y la energía se aplica a una frecuencia fija a 2450 MHz; la energía de microondas disponible puede llegar hasta 1 kW aunque el hecho de que dichos hornos no se diseñan para cargas del mencionado tipo resulta en un modo de eficacia típico de microondas por debajo del 50%. Se ha informado también de la utilización de cavidades de modos únicos, véanse por ejemplo, los documentos US-5.393.492 y US-4 681.740.

Recientes desarrollos han conducido a aparatos que comprenden un generador de microondas, un aplicador separado para sujetar la carga (o muestra) que va a resultar tratada, y una guía de onda que conduce la energía de microondas generada a partir del generador y que la acopla al aplicador. Incluso si el sistema consiste en una guía de onda TE_{10} que utiliza 2450 MHz al cual se conecta un generador magnetrón en un extremo y el depósito de la muestra se encuentra en el otro extremo, existe una necesidad de un dispositivo de concordancia en la forma de al menos una columna de metal o iris entre el generador y la carga, para alcanzar una eficacia razonable.

Cuando se acopla la radiación electromagnética, tales como en microondas a partir de la fuente a un aplicador, resulta importante que concuerde la impedancia de la línea de transmisión con la impedancia del aplicador (con carga) para lograr una buena transferencia de energía. Resulta de particular importancia que pueda utilizarse una variedad de líquidos en una variedad de temperaturas. Sin embargo, las propiedades dieléctricas de la carga varían entonces considerablemente y pueden influenciar drásticamente en la impedancia del aplicador, así como también en su dimensión eléctrica. Así, una falta de concordancia de impedancia entre la fuente y el aplicador ocurrirá con frecuencia y el acoplamiento y por lo tanto el proceso de calentamiento se hace menos eficaz y difícil de predecir.

A continuación se ofrece una breve descripción de los antecedentes de diferentes modos de transmisión utilizados en un aplicador de microondas. Se considera una guía de onda hueca con una sección transversal determinada que resulta uniforme a través de toda su longitud. Según la teoría conocida, resulta entonces posible un número distinto de dos tipos de modos dentro de un modo transversal eléctrico (TE) de variedad de frecuencia limitada y el modo transversal magnético (TM). Los modos TE presentan sólo componentes de campo E transversales (es decir perpendiculares) a la dirección de propagación, con lo cual el campo H puede presentar componentes transversales y longitudinales. Los modos TM presentan sólo el campo H de componentes transversales (es decir perpendicular) a la dirección de propagación, al tiempo que el campo E puede presentar los componentes longitudinal y transversal.

Una de las características más importantes de los modos TE y TM consiste en que existe un corte de longitud de onda para cada modo de transmisión. Si la longitud de onda de espacio libre resulta más larga que el valor de corte, el modo particular no puede existir en una guía de onda larga. Para cualquier guía de onda determinada, el modo que presenta el corte de longitud de onda más largo se conoce como el modo dominante. El modo particular se ofrece en la forma de índice y, como ejemplo, en una guía de onda rectangular resulta dominante el modo TE_{10}.

Un modo de tipo magnético transversal con indización que utiliza la nomenclatura para resonadores cilíndricos circularmente polarizados consiste en TM_{mnp} en la que m consiste en la dirección circunferencial, n consiste en la dirección radial, y p consiste en la dirección axial de propagación.

En el documento US-5.834.744 se describe un aplicador de microondas tubular para aplicar microondas a una carga que presenta una sección transversal generalmente circular. El aplicador soporta un modo dominante TM_{120} y la carga se alínea con un eje central en el aplicador. El aplicador presenta una cavidad de microondas llena de aire alimentada por un par de aberturas de ranuras que acoplan la energía de microondas a partir de un sistema de alimentación de guía de onda conectado a una fuente de energía de microondas. La guía de onda suministra un modo TE_{10} rectangular simétrico dividido en brazos de guía de onda con aberturas de ranuras dimensionadas y posicionadas para sólo excitar el tipo de modo TM_{1} en la cavidad del aplicador.

El aplicador descrito en el documento US-5.834.744 se suministra con energía de microondas a partir del sistema de alimentación de guía de onda que presenta puertos de alimentación de la cavidad en la periferia del aplicador, es decir desde una dirección radial.

El aplicador conocido presenta una limitación con respecto a la capacidad de alcanzar un cierre estanco por presión eficaz del aplicador debido a la dirección radial del sistema de alimentación. Así, disponiendo un cierre estanco por presión apropiada puede resultar bastante costoso y técnicamente difícil.

Una geometría de aplicador adecuada para tratar una carga bajo presión se describe en una Nota Técnica (Matusiewicz, Development of a High Pressure/Temperature Focused Microwave Heated Teflon Bomb for Sample Preparation, Analytical chemistry vol. 66, nº 5, 1994). Una vasija de acero cilíndrica se reviste con un material cerámico en el interior, y se localiza la carga dentro de un depósito frustocónico. Las microondas se alimentan dentro de la estructura por una línea coaxial desde abajo, conectada a un sistema de antena de acoplamiento interno en la cerámica. La parte superior de la vasija se cierra por una placa de compresión y una lengüeta.

El sistema de antena presenta una forma bastante complicada que lo convierte en problemático y costoso ya sea para fabricar como para controlar con relación a la necesidad del estrecho contacto con el material cerámico. Adicionalmente, la forma real y diseño del sistema de antena se facilitan sólo en una figura esquemática. A partir de la figura, sin embargo, es posible concluir que el sistema de antena consiste ya sea en una forma de receptáculo rotacionalmente simétrica, o en forma de cable o de placa delgada en U, en ambos casos con una alimentación simétrica por el conductor central coaxial desde abajo. Resulta verdaderamente muy poco claro si el sistema descrito resulta capaz de utilizarse con las energías elevadas de microondas previstas para el sistema de la presente invención; como una cuestión de hecho la descripción ofrece sólo un ejemplo, a 90 W. No sólo resulta problemático el proceso de fabricación del sistema de antena, sino puede mostrarse también sin ambigüedad por el modelado de microondas que utiliza los datos en la figura esquemática que ya sea un modo TM_{0} cilíndrico rotacionalmente simétrico o (en el caso de la antena complicada en forma de U) modos degenerados más complicados que presentan polarización no útil u otra propiedad que permite el refinamiento u optimización del diseño para cualquier cosa excepto la impedancia de igualación - la alimentación y sistema de antena consiste en una solución única que debe utilizarse como tal y no puede complementarse, por ejemplo, por un segundo sistema ortogonal.

El objetivo de la presente invención consiste en lograr un aparato para calentar por microondas adaptado para calentar volúmenes de carga de 10 ml o superiores, que puede utilizarse con niveles de energía de microondas que exceden 1 kW si se desea, y que puede también ser cerrado de forma estanca por presión de un modo rentable.

Sumario de la invención

Dicho objetivo se alcanza mediante un aparato para calentar por microondas, y un método para calentar una carga utilizando dicho aparato para calentar por microondas según las reivindicaciones independientes.

Las realizaciones preferidas se exponen en las reivindicaciones dependientes.

Así, el aparato para calentar por microondas comprende un aplicador de microondas dieléctrico alargado alimentado para crear modos del tipo TM axiales. Las partes externas del aplicador son de un material transparente de microondas y se prevé una cámara de carga interna localizada en una posición axial centrada dentro del aplicador, para una carga que va a ser calentada. Disponiendo dos líneas de alimentación TEM coaxiales en el extremo inferior del aplicador, en la dirección axial del aplicador, y dimensionando la zona de alimentación para modos TM de cuadratura axial particular, se evita el cruce aparente importante entre las dos líneas de alimentación de microondas si funcionan en la misma frecuencia. La cuadratura del modo espacial significa que son ortogonales en el sentido que se convierte en insignificante el acoplamiento mutuo entre los mismos. Lo anteriormente expuesto a su vez proporciona un aparato para calentar por microondas fácilmente manipulable que resulta útil en particular para aplicaciones de mayor energía que utilizan dos generadores de microondas independientes, ya que las fuentes no interferirán entonces una con otra incluso si funcionan en la misma frecuencia. El aparato resulta también muy adecuado cuando se calientan cargas para las que se requiere un cierre estanco a presión.

Breve descripción de los dibujos adjuntos

La figura 1 muestra una vista en perspectiva del aparato para calentar por microondas según la presente invención.

La figura 2 muestra una vista lateral del aparato para calentar por microondas según la presente invención.

Las figuras 3a-3c muestran una primera, segunda y tercera realizaciones, respectivamente, de la localización de los puntos de alimentación en el extremo inferior del aplicador de microondas.

La figura 4 muestra una vista lateral del aparato para calentar por microondas según otra realización de la presente invención.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas de la invención

Con referencia a las figuras 1 y 2 a continuación se describirá el aparato para calentar por microondas según la invención. El aparato para calentar por microondas comprende un aplicador 2 de microondas dieléctrico cilíndrico axialmente alargado, preferentemente de forma circular cilíndrica. El aplicador se rellena en principio con una cerámica típicamente dieléctrica que presenta una constante dieléctrica mayor que 4. Ello ocasiona que las dimensiones eléctricas aumenten a razón de la raíz cuadrada del valor de la constante eléctrica de modo que las dimensiones reales del aplicador puedan fabricarse correspondientemente más pequeñas; para una constante dieléctrica de 4 el volumen del aplicador se reduce en tamaño en (muy aproximadamente) 4^{3}=64 veces respecto a un aplicador relleno de aire correspondiente. Existe un orificio que forma una cámara 4 de carga localizada en una posición axial centrada dentro del aplicador en la que se dispone una carga (no mostrada) que se va a calentar. El aplicador comprende además dos puntos de alimentación de microondas 6, 8 dispuestos en el extremo inferior 10 del aplicador para la alimentación de energía de microondas en la dirección axial del aplicador.

El aplicador se divide a lo largo de su eje longitudinal en dos secciones, una sección 12 superior (figura 2) en la que se dispone la cámara de carga y una sección 14 inferior (figura 2) por debajo de la cámara de carga.

La sección inferior del aplicador dieléctrico se forma de modo que se alcanza un modo de filtro para un modo TM_{1} circular. El modo más bajo (TM_{0}) se puede activar también, aunque con una eficacia significativamente inferior; adicionalmente, se dimensiona el aplicador completo con la carga para utilizarlo como resonante con sólo modos que emanan de los modos de transmisión TM_{1} en la sección inferior.

Preferentemente, la sección inferior del aplicador presenta una forma cónica. Puesto que su periferia resulta metalizada y se pretende montar y fijar el cuerpo de cerámica en un tubo de acero grueso para crear un sistema presurizado (véase la figura 4), el tubo de acero presenta preferentemente una indentación 22 soldada o girada contra la cual el cuerpo de cerámica se detendrá si la presión desde arriba debida a la carga puede ocasionar que el cuerpo se deslice de otro modo hacia abajo en el tubo. Por tanto, la indentación forma una parte del conjunto de cierre estanco a presión eficaz.

Resulta posible fabricar el exterior del cuerpo cerámico de forma frustocónica, aunque se prefiere una forma circularmente cilíndrica. Se puede también fabricar de forma elíptica; lo anteriormente mencionado puede presentar algunas ventajas particulares de impedancia mejorada que concuerdan cuando las dos alimentaciones se encuentran a lo largo de los ejes mayor y menor, puesto que las diferentes resonancias en la sección de la cámara de carga anteriormente mencionada puede entonces activarse (con una forma circular los modos serán idénticos y desplazados sólo 90º).

La cámara de carga interna del cuerpo cerámico puede presentar en principio cualquier forma. Sin embargo, se alcanza la máxima eficacia del espacio con una forma cilíndrica y un diámetro determinado de modo que pueda tener lugar la propagación apropiada de la onda en la zona de cerámica externa, y se mantienen los requisitos sobre la presión no disruptiva.

La cámara de carga presenta una abertura 16 de acceso en la dirección axial sobre el extremo del aplicador opuesto a la de los puntos de alimentación.

La cámara de carga es esencialmente cilíndrica y la sección superior de dicho aplicador de microondas presenta una forma externa cilíndrica.

El modo dominante en el aplicador es TM_{mnp:} siendo M=1, 2 ó 3; n y p >=1.

La cámara de carga presenta un volumen de 10 ml o más.

Según una primera realización preferida de la presente invención, el modo es de TM_{1np:} y los puntos de alimentación de microondas coaxiales se disponen a la misma distancia a partir del eje central del aplicador y separados ax90 grados, siendo a=1 ó 3 y n y p>=1. Lo anterior se ilustra en la figura 3a que muestra el extremo inferior del aplicador desde abajo. En la figura a se incluye un círculo de línea discontinua para ilustrar que los puntos de alimentación se encuentran dispuestos a la misma distancia del eje central del aplicador y en el ejemplo ilustrado se encuentran separados 90 grados (a=1).

Según una segunda realización preferida de la presente invención, el modo es de TM_{2np:} y los puntos de alimentación de microondas coaxiales se encuentran dispuestos a la misma distancia a partir del eje central del aplicador y separados ax45 grados, siendo a= 1, 3, 5 ó 7 y n y p>=1. La realización se ilustra en la figura 3b que muestra una posible colocación de los puntos de alimentación en la que la separación es de 135º. La razón para seleccionar 135º (a=3) es puramente práctica, debido a que el aplicador presenta una fabricación y utilización más fácil si la distancia lineal entre los puntos de alimentación no es demasiado pequeña.

Según una tercera realización preferida de la presente invención, el modo es de TM_{3np:} y los puntos de alimentación de microondas coaxiales se disponen a la misma distancia a partir del eje central del aplicador y separados ax30 grados, siendo: a=1, 3 5 7 9 u 11 y n y p >=1. La realización se ilustra en la figura: 3c que muestra una posible colocación de los puntos de alimentación en los que la separación es de 210º.

La energía de microondas se genera por un generador de microondas (no mostrado) que genera energía de microondas de la misma frecuencia que se aplica a los puntos de alimentación.

Según una realización preferida, el aplicador dieléctrico se fabrica en alúmina (óxido de aluminio), que se encuentra comercialmente disponible en forma pura, densa y presenta pérdidas muy bajas de microondas. En los casos en los que el aplicador debe soportar una presión elevada y altas temperaturas, se prefiere el material mencionado anteriormente o materiales cerámicos similares, tales como cerámica de esteatita de feldespato. Los factores más importantes en uso lo constituyen la energía de microondas de diversos kilovatios, las bajas pérdidas en el material dieléctrico y el volumen del material que se requiere. Un material con constante dieléctrica de 40 y mayor puede no presentar ventajas particulares puesto que el grosor del material requerido para la función apropiada según la invención puede entonces resultar demasiado delgado, lo cual no es aceptable por razones mecánicas o presión no disruptiva. Una constante dieléctrica inferior a aproximadamente 4 no ofrecerá suficientes ventajas de ahorro de volumen.

En otra realización ilustrada en la figura 4, el aparato comprende además medios de tubería 18 metálica en los que está montado el aplicador de microondas dentro de dichos medios de tubería para absorber la presión generada en el aplicador cuando se calienta una carga. Preferentemente, dichos medios de tubería consisten en un tubo de acero.

Los medios de tubería están provistos de un elemento 20 de cierre adaptado para cerrar de forma estanca los medios de tubería en el extremo orientado al extremo superior del aplicador.

El aplicador de microondas puede montarse preferentemente en los medios de tubería mediante un proceso de montaje especial utilizado para garantizar que permanece en su lugar incluso a presiones muy elevadas.

Además de los medios de tubería y el elemento de cierre, los signos de referencia utilizados en la figura 4 son los mismos que en las figuras 1 a 3.

El aparato se encuentra especialmente bien adaptado para su utilización como un aplicador de cámara de carga para presiones muy elevada.

La sección inferior del aplicador cubre toda la sección transversal interna del tubo de metal que la rodea, de modo que sólo la parte superior del aplicador necesitará una puerta de cierre estanco a presión. Para incrementar adicionalmente la capacidad para tolerar la presión elevada, la parte inferior de los medios de tubería metálica se puede disponer sobre su superficie interna con los medios salientes hacia dentro, por ejemplo dicha indentación 22 mencionada anteriormente, dispuesta para mantener el aplicador en su lugar cuando se expone a presión elevada.

Se ha mostrado que resulta posible producir tales cuerpos de gran tamaño y obtener además una calidad mecánica, presión y un cierre estanco del microondas muy elevados de los medios de la tubería, por ejemplo un tubo de acero, utilizando un proceso específico. En una realización, el cuerpo presenta entonces un diámetro de 85 mm y está provisto de un orificio cilíndrico que forma la cámara de carga con un diámetro aproximado de 65 mm y una profundidad superior a 70 mm.

El aplicador dieléctrico está preferentemente metalizado en todas las superficies redondeadas excepto en la parte superior del aplicador y el extremo del fondo en el que se disponen las zonas de alimentación de microondas. La parte superior del aplicador está eléctricamente abierta, lo cual produce una distribución de campo favorable en la zona superior de la carga, y una sensibilidad reducida del sistema de carga a las variaciones de altura. Puesto que la constante dieléctrica de la cerámica es muy alta, el modo del aplicador se encuentra mucho más allá del corte de la longitud de onda por encima de la parte superior; es decir, los campos decaen tan rápidamente que aparecen esencialmente anulados 3-5 mm por encima de la superficie cerámica en el caso de utilizar alúmina como material cerámico. Por tanto, un material de constante dieléctrica baja y/o una tapa metálica o similar pueden disponerse bastante cerca de la parte superior cerámica, si ello resulta deseable, sin influenciar o resultar influenciados por las microondas.

La aplicación de presión externa así como el flujo de gas para refrigerar (y calentamiento previo o simultáneo del aplicador) se puede realizar a través de unos pequeños orificios a través de la cerámica del aplicador, sin ningún problema.

En una realización a título de ejemplo específico de la invención, la carga presenta un diámetro de 40 mm y se encuentra contenida en un depósito de cristal de borosilicato con un grosor de material de 3 mm. El fondo del depósito está ligeramente redondeado, encontrándose 5 mm más bajo en el eje que en la periferia.

La altura de carga (por encima de la parte redondeada) se encuentra también a 40 mm, de modo que el volumen de carga total se convierte en aproximadamente 53 ml. La cerámica del aplicador presenta \varepsilon=15, una cámara de carga de 50 mm de diámetro y un diámetro externo de 70 mm. En la parte superior de la carga existe sólo una prolongación de 10 mm por encima del nivel de carga del tubo metálico que rodea la cerámica; lo anterior actúa como una trampa de onda eficaz debido a la declinación del campo de microondas expuesto anteriormente y por tanto no necesita obstrucción adicional de microondas.

En el caso de que no existan objetos en movimiento en el aplicador, puede darse una tendencia a que existan distintos patrones de calentamiento originados por modos resonantes degenerados múltiples o únicos. El efecto resulta potente, puesto que el factor de rellenado (la relación entre volumen de carga/volumen de cámara de carga) resulta especialmente elevado. El calentamiento no uniforme resultante por el efecto se puede evitar agitando la carga.

La agitación de la carga puede realizarse fácilmente, puesto que el grosor de la cerámica es de sólo 10 mm (según una realización ventajosa a título de ejemplo), de modo que la distancia a partir de la periferia de la carga al exterior de un tubo de acero de 10 mm de grosor que la rodea se convierte sólo en 25 mm. Puesto que el aplicador está alimentado desde abajo y el acceso a carga se produce desde arriba, el exterior cilíndrico se encuentra disponible para un imán permanente giratorio, un electroimán o una bobina alimentada con una corriente de frecuencia muy baja (por ejemplo, aproximadamente 1 Hz) según la tecnología conocida utilizada para controlar un medio de agitación en la cámara de carga (no mostrado en la figura).

La aplicación de los medios de agitación requiere que el tubo de acero a través del cual el campo magnético variable debe actuar a su través presenta una conductividad eléctrica razonablemente baja, y como se mencionó anteriormente, también funciona a una frecuencia muy baja. Una conductividad eléctrica baja resulta así uno de los criterios de diseño para el tubo de acero. Puesto que lo anterior puede también afectar las pérdidas de microondas, una capa metalizada de un metal de elevada conductividad sobre el cuerpo de cerámica constituye por tanto una característica ventajosa de la presente invención. Realmente, el proceso especial de montaje para los medios de tubería puede incorporar la utilización de la aplicación de lámina de oro u oro pulverizado sobre la cerámica en una etapa de procesamiento previo. Debido a las frecuencias utilizadas de microondas, bastará con una capa de 3 \mum para obtener la elevada conductividad metálica deseada de la superficie de cerámica.

Otro criterio en relación al tubo de acero consiste en que su coeficiente de expansión térmica debe encontrarse en un intervalo adecuado, en consideración a la presión de montaje (e intervalo de temperatura de funcionamiento) del mayor cuerpo del aplicador.

Un criterio adicional consiste en que debería permitir buenas aleaciones de soldadura del dispositivo a presión especial para las partes superiores añadidas de las partes de la tapa.

Utilizando un tubo de acero inoxidable grueso que rodea el aplicador de cerámica, que permite que se extienda la cerámica unos 50-100 mm por debajo de la cámara de carga y que proporciona diversas válvulas de seguridad, etc. sólo en la puerta de la parte superior, se puede construir un aparato de microondas el cual no sólo resulte seguro, sino que también ofrezca al usuario una evidente percepción de seguridad.

La impedancia de igualación del aplicador de microondas se considera un problema menor, puesto que la carga presenta una constante dieléctrica razonablemente alta y la dimensión eléctrica del aplicador con carga es de varias longitudes de onda en el material, en toda las direcciones de coordenadas.

A continuación, se describirá un ejemplo del aplicador de microondas según la presente invención. En el ejemplo, el aplicador de cerámica presenta una constante dieléctrica de 15, un diámetro externo de 70 mm y un orificio interno con un diámetro de 50 mm. El tipo de modo inyectado consistía en un modo TM circular y la carga en un depósito de cristal de borosilicato con un volumen de 53 ml.

Por supuesto resulta de interés determinar lo que puede esperarse de las propiedades de concordancia y patrones de calentamiento. A tal efecto, se optimizó preliminarmente un aplicador con relación a la impedancia de igualación con diferentes constantes dieléctricas de carga y entonces funcionó a 2460 MHz con las mismas cargas. La investigación se realizó por modelado. Los datos de concordancia se recogieron en la Tabla 1.

TABLA 1

1

La presente invención no se limita a las realizaciones preferidas descritas anteriormente. Pueden utilizarse diversas alternativas, modificaciones y equivalentes. Por tanto, las realizaciones anteriormente mencionadas no se deberían considerar como limitativas del alcance de la invención, la cual se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (17)

1. Aparato para calentar por microondas que comprende un aplicador de microondas dieléctrico alargado cilíndrico con un modo tipo TM axial, estando dicho aplicador dieléctrico provisto de una cámara de carga para una carga que va a calentarse, estando dicha cámara localizada en una posición axial centrada dentro del aplicador,

caracterizado porque se disponen dos puntos de alimentación de microondas en el extremo inferior del aplicador para alimentar la energía de microondas en la dirección axial del aplicador resultando que el modo en el aplicador es de TM_{mnp}, siendo m=1, 2, 3, y n y p >=1;

para m=1, el modo es TM_{1np}, en el que dichos puntos de alimentación de microondas coaxiales se encuentran dispuestos a la misma distancia a partir del eje central del aplicador y separados a x 90 grados, siendo a=1 ó 3;

para m=2, el modo es TM_{2np}, en el que dichos puntos de alimentación de microondas coaxiales se encuentran dispuestos a la misma distancia a partir del eje central del aplicador y separados ax45 grados, siendo a=1, 3, 5 ó 7, y

para m=3, el modo es TM_{3np}, en el que dichos puntos de alimentación de microondas coaxiales se encuentran dispuestos a la misma distancia a partir del eje central del aplicador y separados ax30 grados, siendo a=1, 2, 4, 5, 7, 8, 10 u 11.

2. Aparato para calentar por microondas según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha cámara de carga presenta un volumen de 10 ml o más.

3. Aparato para calentar por microondas según la reivindicación 1, caracterizado porque una sección inferior del aplicador dieléctrico está conformada de tal modo que se alcance un modo TM_{1np} circular para un filtro de modo, y porque ninguno de los otros modos se encuentran activados o reflejados, siendo n y p>=1.

4. Aparato para calentar por microondas según la reivindicación 3, caracterizado porque la sección inferior del aplicador presenta una forma cónica.

5. Aparato para calentar por microondas según la reivindicación 1, caracterizado porque las microondas aplicadas presentan la misma frecuencia para los dos puntos de alimentación.

6. Aparato para calentar por microondas según la reivindicación 1, caracterizado porque el aplicador dieléctrico está realizado en alúmina.

7. Aparato para calentar por microondas según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho aparato comprende además unos medios de tubería metálica en los que el aplicador de microondas se monta dentro de dichos medios de tubería para absorber la presión generada en el aplicador.

8. Aparato para calentar por microondas según la reivindicación 7, caracterizado porque dichos medios de tubería consisten en un tubo de acero.

9. Aparato para calentar por microondas según la reivindicación 7, caracterizado porque dichos medios de tubería están provistos de un elemento de cierre adaptado para el cierre estanco de los medios de tubería en el extremo que está enfrentado a un extremo superior del aplicador.

10. Aparato para calentar por microondas según la reivindicación 7, caracterizado porque dichos medios de tubería están provistos de un medio (22) saliente hacia dentro dispuesto para mantener el aplicador en su lugar cuando se encuentra expuesto a alta presión.

11. Aparato para calentar por microondas según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha cámara de carga presenta una abertura de acceso en dirección axial en el extremo del aplicador enfrentado al de los puntos de alimentación.

12. Aparato para calentar por microondas según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha cámara de carga es esencialmente cilíndrica.

13. Aparato para calentar por microondas según la reivindicación 1, caracterizado porque una sección superior de dicho aplicador de microondas presenta una forma externa cilíndrica.

14. Aparato para calentar por microondas según la reivindicación 1, caracterizado porque la sección inferior del aplicador de microondas presenta una sección transversal elíptica, en el que los dos puntos de alimentación se encuentran dispuestos a lo largo de los ejes mayor y menor, respectivamente.

15. Método para calentar una carga que utiliza un aparato para calentar por microondas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.

16. Utilización de un aparato para calentar por microondas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, para reacciones químicas y especialmente para reacción de síntesis de química orgánica.

17. Utilización de un método según la reivindicación 15 para reacciones químicas y especialmente para reacción de síntesis de química orgánica.