KR101558443B1 - 전자기 에너지를 반응성 매질에 인가하는 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자기 에너지를 반응성 매질에 인가하는 장치(7)에 관한 것으로, 전자기 에너지 인가 장치는 방사선 전송 수단을 이용하여 전자기 방사선 생성기에 연결되도록 설계되며, 전자기 에너지를 반응성 매질에 전달하는 계면을 특징으로 하는 하나 이상의 손실성 전송 라인(70)을 포함하며, 이 전달 계면은 손실성 전송 라인의 길이에 걸쳐 손실성 전송 라인에 의해 반응성 매질에 전달되는 전자기 에너지의 밀도를 위한 소정의 분배 횡단면을 보장하도록 배치된다. 본 발명은 또한 이러한 인가 장치를 포함하여 전자기 방사선에 의해 반응성 매질을 처리하는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 마이크로파 또는 고주파 방사선에 의해 반응성 매질의 열처리를 위한 장치의 분야에 적용될 수 있다.

Description

전자기 에너지를 반응성 매질에 인가하는 장치{DEVICE FOR APPLYING ELECTROMAGNETIC ENERGY TO A REACTIVE MEDIUM}
본 발명은 방사선을 전송하기 위한 수단을 통해 전자기 방사선 생성기에 연결되어 전자기 에너지를 반응성 매질에 인가하는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 반응성 매질이 내부에 위치되는 반응기 및 인가 장치 등을 포함하는 어셈블리에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 어셈블리를 포함하는, 전자기 방사선에 의해 반응성 매질을 처리하는 장치에 관한 것이다.
이러한 처리 장치는 반응성 매질의 열처리를 위한 장치로서 널리 알려져 있으며, "열처리"는 기화(evaporation), 건조, 로스팅(roasting), 용제(solvent)에 현탁되어 있는 자연적인 산물의 추출, 유전 손실(dielectric loss)에 의한 가열에 따른 반응 또는 화학적 합성(화학적 화합물의 분석 또는 생산의 관점에서의), 탈수(dehydration), 베이킹, 변색, 해리(dissociation), 중합화, 가교 결합, 초임계 유체(supercritical fluid)를 이용한 처리, 휘발성 화합물의 제거 등과 같은 가열에 의해 행해지는 각종 처리뿐만 아니라 혼합 또는 밀링과 같은 가열과 동시에 수행되는 각종 처리를 의미한다.
이러한 열처리를 위해, 마이크로파 또는 고주파 타입의 전자기 방사선을 이용하는 방법이 널리 알려져 있다. 마이크로파 전자기 방사선은 주파수가 약 300㎒ 내지 약 30㎓, 바람직하게는 약 400㎒ 내지 약 10㎓, 보다 바람직하게는 약 915㎒ 내지 약 2.45㎓인 파에 관련된다. 고주파 전자기 방사선은 주파수가 약 100㎑ 내지 약 300㎒, 바람직하게는 약 13㎒ 내지 약 28㎓인 파에 관련된다.
이러한 처리 장치는 단일 시약 또는 가변 비율의 시약의 혼합물을 촉매를 갖거나 갖지 않는 상태에서 고체, 액체 또는 기체 상태로 포함되는 다수 유형의 반응성 매질을 위한 응용을 가지며, 상기 반응성 매질이 방사선에 민감한 하나 이상의 성분을 포함한다. 반응성 매질은 고체 타입(예컨대, 알갱이 또는 분말 타입의), 가스 타입, 플라즈마 타입, 액체 타입(전자기 방사선을 흡수하는 용제 및/또는 용질을 갖는)의 것일 수도 있다.
공지의 방식에서, 반응성 매질을 전자기 방사선으로 처리하는 장치는 이하의 구성요소를 포함한다:
- 예컨대 마그네트론 생성기 또는 반도체 생성기로 이루어질 수도 있는 고주파 웨이브 생성기 또는 마이크로파 생성기와 같은 전자기 방사선 생성기;
- 필요한 경우 상기 반응성 매질을 순환시키기 위한 수단을 갖는 용기의 형상일 수도 있는, 상기 반응성 매질을 포함하고 있는 반응기; 및
- 전자기 방사선 생성기에 의해 생성된 전자기 방사선을 상기 반응기에 포함된 반응성 매질에 전송하기 위한 장치.
이 전송 장치는 통상적으로 이하의 요소를 포함한다:
- 전자기 방사선 생성기의 출력단에 위치되고, 전자기 에너지를 반응기에 전송하기 위해 반응기에 연결되며, 전자기 방사선에 적합하도록 구성되고, 예컨대 동축 케이블 또는 마이크로파의 분야에서 통상적으로 사용되는 도파관으로 이루어질 수도 있는, 전자기 방사선 전송 수단;
- 전자기 방사선 전송 수단으로부터의 전자기 에너지를 반응성 매질 내로 전달하는 것을 가능하게 하도록 배치된 결합 수단.
동작 시에, 전자기 방사선 생성기는 소정의 주파수에서 전자기 방사선을 생성하고, 전자기 방사선 전송 장치가 생성된 전자기 방사선을 전송 수단 및 결합 수단을 통해 반응성 매질에 전송한다.
결합 수단은 현재 에너지 어플리케이터로 지칭되는 일반적으로 전자기 에너지를 반응성 매질에 인가하기 위한 장치를 포함하며, 전자기 에너지 인가의 선택은 방사선 수단(고주파 및 마이크로파), 처리될 매질의 치수 특성, 및 그 처리 방법에 좌우된다.
고주파 어플리케이터에 대해서는, 이하의 어플리케이터가 널리 알려져 있다:
- 그 사이에 고주파 전압이 인가되는 2개의 커패시터 플레이트로 형성된 용량성 어플리케이터;
- 충분하게 도전성을 나타내는 재료를 처리하며, 고주파 전류로 여자되는(energized) 솔레노이드로 구성되는 유도성 어플리케이터;
- 관형 또는 막대형 전극으로 구성되는 비교적 평면형의 재료를 위한 교번하는 막대를 갖는 어플리케이터;
- 전극을 형성하는 쓰레드형 재료(thread-like material)를 위한 교번 링 또는 루프를 갖는 어플리케이터.
이들 어플리케이터의 주요 단점은 이들이 액체 매질에서 전자기 에너지를 전달하고 또한 균일하게 전달하기에 적합하도록 구성될 수 없거나 이와 같이 구성하기가 곤란하다는 점이다.
마이크로파 어플리케이터에 대해서는, 이하의 어플리케이터가 널리 알려져 있다:
- 싱글 모드 캐비티 타입의 국소 필드(localized field)를 갖는 어플리케이터;
- 멀티-모드 캐비티 타입의 확산 필드(diffuse field)를 갖는 어플리케이터;
- 방사 안테나 가이드 타입의 인접 필드(near field)를 갖는 어플리케이터.
국소 필드 또는 확산 필드를 갖는 어플리케이터에 관해서는, 이들은 적어도 부분적으로는 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene) 또는 쿼츠(quartz)와 같은 파를 투과시키는, 즉 파를 흡수하지 않는 재료로 구성되는 반응기를 필요로 하며, 이 반응기가 어플리케이터의 캐비티 내측에 위치된다. 반응성 매질을 포함하는 반응기는 그 후 외측으로부터 유입되는 전자기 방사선을 받게 된다.
싱글 모드 타입의, 국소 필드를 갖는 어플리케이터는 도파관 방향으로의 방사선에 따른 방출 주파수에서 공진하는 소정 크기의 싱글 모드 캐비티로 형성된다. 이 싱글 모드 캐비티는 캐비티 내측에서 전자기장의 비교적 균일한 분포를 가능하게 한다. 그럼에도 불구하고, 이 타입의 싱글 모드 어플리케이터를 이용하면, 처리될 재료의 양이 캐비티의 치수 및 그에 따라 도파관의 치수에 의해 제한된다. 산업적인 응용을 위해서는, 충분한 출력을 갖도록 여러 개의 싱글 모드 어플리케이터가 병렬로 배치되는 복잡하고 비용이 많이 드는 장치뿐만 아니라 반응성 매질을 위한 복잡한 순환 시스템을 요구한다. 또한, 전달 가능한 전자기 에너지가 처리될 제품과 방사선 간의 계면에서의 체적에 의해 제한된다.
다른 한편으로 멀티 모드 타입의, 확산 필드를 갖는 어플리케이터는 핫 포인트(hot point)의 존재로 인해 캐비티 내측에서 전자기장의 불균일한 분포를 제공한다. 이러한 분포는 멀티 모드 타입의 어플리케이터에서 처리될 샘플의 체적을 제한하고, 또한 마이크로파에 의한 가열의 균일성을 보장하기 위해 샘플의 이동 또는 교반(stirring)에 대한 설정을 필요로 한다.
싱글 모드 타입 또는 멀티 모드 타입의 이들 어플리케이터 모두의 공통적인 단점은 이들이 파를 흡수하지 않도록 하기 위해 적합한 재료의 반응기를 필요로 한다는 점이다. 생산이 복잡하고 비용이 많이 소요된다는 것 외에도, 파를 투과시키는 이들 반응기는 크기 및 형상이 제한되며, 이에 의해 파에 의한 처리를 특정 반응 및 특정 반응성 매질로 제한하고, 반응기의 형상 및 길이가 더 중요한 요인이 될 수도 있는 다른 반응을 처리할 수 없게 된다. 전자기 방사선에 의해 유도되는 가열에 무관하거나 이러한 가열 없이, 높은 압력 하에서 행해져야 하는 반응을 위해서는, 이들 파 투과 반응기는 대부분 높은 압력을 견뎌야 하지만, 이것은 용이하지 않다.
싱글 모드 타입 또는 멀티 모드 타입의 이들 어플리케이터 모두에 공통되는 다른 단점은, 반응기에서 일정한 전기장을 얻기가 곤란하다는 점이며, 궁극적으로, 국소 필드를 갖는 어플리케이터가 소정의 단일 주파수에서 작동할 수 있도록 캐비티의 지오메트리가 방사 주파수에 좌우된다는 점이다.
싱글 모드 타입 또는 멀티 모드 타입의 이들 어플리케이터 모두의 최종적인 단점은, 이들이 외측 냉각 유체의 사용에 의해 반응성 매질의 가열 온도를 정확하게 제어하는 장치와 호환되지 않는다는 점이다. 실제로, 반응을 정확하고 최적으로 제어하기 위해서는, 액체 냉각제가 가열 영역에서 반응기 둘레를 순환하는 것이 특히 이롭다. 이 경우, 파는 액체 냉각제를 가열시킬 것이며, 이것은 명확하게 고려될 수 없는 것이다. 액체 냉각제가 파에 대해 비투과성을 나타내는 도관에서 순환되면, 이 도관은 이 경우에 전자기 방사선과 반응기 사이에 스크린을 형성할 것이며, 반응성 매질을 방사선에 노출시키는 것을 제한할 것이 분명하고, 그에 따라 가열의 수율을 제한할 것이다. 따라서, 이들 어플리케이터는 조사 영역(irradiation area), 즉 캐비티에서의 온도 제어를 방해하여, 온도의 제어가 간혹 비효율적이거나 또는 심지어는 특정의 화학적 반응에 호환 가능하지 않다. 이것은 전자기파를 이용한 조사 후에 열적으로 저하될 수도 있는 생물학적 종의 물질(material of biological origin)의 처리 동안 낮은 온도를 유지하는 것이 필수적일 경우에는 두드러진다.
방사 안테나 가이드 타입의 인접 필드를 갖는 어플리케이터에 관해서는, 이들은 높은 압력 분위기에서 세라믹 분말을 마이크로파에 의해 처리하는 장치를 개시하고 있는 유럽 특허 출원 EP 0 329 338과 같은 종래 기술에 의해 공지되어 있다. 이 장치는 캐비티 내로 부분적으로 연장하는 직선형 안테나(rectilinear antenna)에 의해 내부에 마이크로파 방사선이 도입되는 고압 공진 캐비티를 형성하는 반응기를 포함한다.
인접 필드를 갖는 어플리케이터는 또한 유럽 특허 DE 10 2004 057 851 A1에도 개시되어 있으며, 이 특허에서는 스트레이트 안테나 또는 스틱 안테나 타입의 직선형 안테나가 가스, 액체 또는 고체 매질을 포함하고 있는 반응기의 내부에 직접 도입된다. 내부 도전체와 외부 도전체를 포함하는 동축 케이블이 다음의 방식, 즉 외부 도전체가 반응기의 외벽과 결합되고, 내부 도전체가 동축 케이블/반응기 접합부에서 반응기 내로 개방되는 방식으로 반응기와 연결된다. 내부 도전체의 말단부는 유전 손실에 의해 가열되는 반응성 매질 내로 방사하는 안테나를 형성한다. 안테나의 길이는 방사선의 파장보다 크다.
국제 특허 출원 WO 00/15008호는 방사 안테나를 갖는 인접 필드를 갖는 어플리케이터를 개시하고 있다. 이 장치는 케이블을 포함하며, 이 케이블의 하나의 제1 단부가 파 생성기에 의해 생성된 파를 수신하기 위한 수신기에 연결되고, 하나의 제2 단부가 파를 반응기 내로 전송하기 위한 트랜스미터와 연동한다. 이 케이블은 동축 타입의 것이어도 되며, 트랜스미터는 이 동축 케이블의 내부 도전체의 노출된 부분에 대응한다. 내부 도전체의 노출된 부분은 방사선 파장의 약 1/4의 길이를 가지며, 반응기 내부에서 방사 직선형 안테나의 역활을 행한다.
국제 특허 출원 WO 2006/067579호는 방사 안테나를 갖는, 국제 특허 출원 WO 00/15008호에 개시된 것과 유사한 인접 필드를 갖는 어플리케이터를 개시하고 있다. 어플리케이터의 자유 단부에 있는 이 안테나는 반응기 내부에서 방사하는 내부 도전체의 하나 이상의 노출 부분을 가져, 방사선의 작용이 안테나의 단부에 집중된다. 너무 국소화되는 방사선의 작용을 방지하고 에너지의 분포를 강화하기 위해, 이 특허 문헌에서는, 코히어런트 전자기파의 간섭의 원리에 따른 위상으로 파를 방출하는 2개 이상의 안테나를 이용하는 것이 고려되어 있다. 이 원리의 적용은, 여러 개의 안테나가 파 생성기 및 동일한 파 생성기로부터의 안테나의 동위상 여자(in-phase energizing)를 제어하기 위한 장치에 연결되는 고가의 기술을 이용하는 것을 수반한다.
미국 특허 출원 US 2006/001563 A1은 예컨대 액체 혼합물 또는 콜로이드 현탁액(colloidal suspension)과 같은 혼합물의 분리에 이용되는 장치를 개시하고 있으며, 이 장치는 내부가 하나 이상의 챔버로 분할되는 로터 어셈블리를 포함한다. 이 특허 문헌은 마이크로파 에너지를 챔버 내로 전송하기 위한 적어도 하나의 마이크로파 생성기를 이용하는 원리를 개시하고 있다. 제1 구성에서, 마이크로파 생성기는 로터 어셈블리 내부에서 연장하는 내부의 관형 샤프트 내측에 위치되며, 내부 관형 샤프트의 적어도 하나의 부분이 마이크로파 에너지를 충분히 투과시킨다. 이 문헌에서는 마이크로파 생성기의 구조를 상세하게 기술하지 않고 있으며, 또한 이러한 안테나의 선택 및 이용에 관한 어떠한 추가의 특정 없이 안테나의 사용에 대한 분명하지 않은 지침을 제외하고는 이 분리 장치 내에의 이들 마이크로파 생성 수단의 적용에 대한 어떠한 교시도 당업자에게 제공하지 않고 있다. 제2 구성에서, 마이크로파 생성기는 상기한 샤프트의 투과 부분을 통해 마이크로파 방사선을 챔버 내로 방출하기 위해 내부 관형 샤프트 내측에 형성된 하나 이상의 도파관을 포함하고 있지만, 이러한 도파관을 이용하는 것은 반응기 내측에서 마이크로파를 생성하는 것에 작용하지 않는다.
방사 안테나는 싱글 모드 또는 멀티 모드 타입의 어플리케이터의 단점의 일부를 해소하며, 그 이유는 이들 방사 안테나가 방사선을 반응기의 내부를 향해 직접 전송되도록 함으로써 전술한 제약 모두를 갖는 파를 투과시키는 반응기를 사용하는 것을 방지하기 때문이다.
그럼에도 불구하고, 방사 직선 안테나를 갖는 이들 어플리케이터는 어떠한 단점들을 갖는다. 먼저, 매질에 전송되는 전자기 에너지 및 이용될 수 있는 주파수는, 안테나의 실제 특성에 의해, 즉 안테나에서의 파의 감쇄(attenuation)가 방사선의 주파수 및 반응성 매질의 유전 특성에 좌우된다는 점에서, 제한된다.
직선형 안테나의 주요 단점 중의 하나는 방사 부분의 길이가 작아서, 이러한 장치에 의해 전송될 수도 있는 에너지를 제한하고, 안테나와 반응성 매질 간의 계면에서의 유전 브레이크다운의 위험의 증가를 초래하여, 그 결과 화염성 또는 폭발성 매질의 처리의 경우에 상당히 바람직하지 않은 전기 아크를 형성한다는 것이다.
또한, 방사 직선 안테나가 제공된 열처리 장치는 안테나의 치수에 좌우되는 소정의 단일 주파수로 제한되며, 너무 높지도 않고 너무 낮지도 않은 흡수율을 갖는 비도전성 유전체 반응성 매질로 제한된다. 반대로, 안테나의 길이 자체는 방사선의 주파수 및 반응성 매질에 의해 제한된다. 이러한 방사 안테나를 이용하면, 방사선의 주파수가 증가하는 경우, 실제로 중간인 방사 안테나의 길이가 감소하고, 또한 매질에 전송되는 전자기 에너지도 감소한다.
이러한 장치는 매질 내에 일정한 전기장을 보장하지 못한다.
공지의 방식에서, 안테나는 전자기파를 방사하기 위한 장치이다. 이러한 안테나는 결코 균일한 진로, 즉 안테나의 전체 길이에 걸쳐 동일한 진로로 방사하지 않는다. 실제로, 안테나에 의해 방사된 에너지는 공간 내에 또는 한정된 매질 내에 불균일하게 분포된다.
그러므로, 안테나가 반응성 매질에 노출되는 부분, 안테나의 베이스 및 안테나의 자유 단부 사이에서는, 방사선이 감쇄된다. 즉, 안테나를 따라 방사 다이아그램이 약화된다. 이러한 감쇄는 각각 A1과 A2로 나타낸 직선 방사 안테나가 반응성 매질(M)에 담겨 있는 도 1a 및 도 1b에 예시되어 있다. 도 1a에 예시된 방사 안테나 A1은 반응성 매질(M)로 채워진 용기로 구성되는 반응기(R) 내에서 자신의 전체 길이에 걸쳐 연장하는 한편, 도 1b에 예시된 방사 안테나 A2는 벗겨져 있는 동축 케이블(C)의 내부 도전체(Cin)의 단부 부분에 대응하며, 동축 케이블은 외부 도전체 Cout, 유전체층 Cd, 및 내부 도전체 Cin을 포함하며, 외부 도전체 Cout 및 유전체층 Cd는 내부 도전체 Cin의 길이 부분을 노출시키도록 제거된다.
안테나 A1 및 A2는 전자기 에너지를 반응성 매질(M) 내로 방사하고, 방사 다이아그램이 도면에 "D"로 표시되어 있다. 파의 전파 속도 및 감쇄는 반응성 매질의 유전 특성에 좌우된다. 파의 감쇄는 반응성 매질에 따라 1 내지 1000의 계수로 변화할 수 있으며, 예컨대 물은 헥산과 같은 매우 약한 극성의 매질보다 약 1000배 높게 파를 감쇄시킬 것이다.
실제로, 일정하게 변화하는 유전 특성을 채용하는 동안 시약이 점차적으로 변형되기 때문에, 화학 반응 동안 유전 상수가 변경될 수도 있다.
매질에 따라서는, 안테나의 유효 방사 길이 LR는 안테나가 매질에 노출되는 지점으로부터 길어지거나 짧아지게 되며, 이로써 방사가 매우 국소화된다. 예컨대, 용융된 글래스와 같은 충분히 균질한 매질에서 또는 흡수성이 아주 뛰어나지 않은 매질에서, 유효 방사 길이는 실질적으로 안테나의 전체 길이에 대응할 것이다. 한편, 다른 매질에서는, 방사선의 감쇄가 안테나를 따라 비교적 신속하게 발생하며, 이에 의해 수 센티미터로 제한된 특정의 경우에 매우 짧은 유효 방사 길이 LR에 대응한다.
그러므로, 이러한 안테나는 유전 손실에 의한 가열이 매질에서 더욱 균질하거나 덜 균질하다는 단점을 갖는다. 또한, 유전 상수가 시간이 지남에 따라 변화하는 반응 동안에 가열이 안테나를 따라 보다 원활하게 또는 덜 원활하게 분포되어 이루어진다.
또한, 이들 안테나는 일반적으로 특히 반응기가 예컨대 화학 실험실에서 예전부터 사용되었던 Pyrex 또는 글래스에 있어서 파 투과 타입의 것인 때에는 방사선에 대한 실드를 필요로 한다.
본 발명의 목적은 이러한 단점의 전부 또는 일부를 해소하는 것으로, 방사선 전송 수단을 통해 전자기 방사선 생성기에 연결되어 전자기 에너지를 반응성 매질에 인가하는 장치를 구성하며, 상기 장치는 전자기 에너지를 반응성 매질에 전달하기 위한 계면을 갖는 하나 이상의 손실성 전송 라인(lossy transmission line)을 포함하며, 상기 계면이 상기 손실성 전송 라인을 통해 상기 반응성 매질에 전달되는 전자기 에너지의 밀도의 소정의 분배 프로파일을 상기 손실성 전송 라인을 따라 이루어지도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
그러므로, 본 발명에 의하면, 처리된 매질, 요구된 반응, 소정량의 전자기 에너지를 인가하도록 요구되거나 또는 요구되지 않는 영역에 따라 손실성 전송 라인을 적합화함으로써 전자기 에너지 밀도의 분배 프로파일을 제어할 수 있다. 본 발명에 의하면, 예컨대 손실성 전송 라인을 따라 이러한 실질적으로 일정한 프로파일을 획득하는 것이 가능하며, 이로써 에너지의 인가가 이 손실성 전송 라인을 따라 모두 실질적으로 균질하게 되어, 예컨대 직선형 또는 유선형(serpentine type)의 관형 타입의 반응기에 실질적으로 동일한 전자기 에너지를 반응기를 따라 전체적으로 인가할 수 있다.
이러한 손실성 전송 라인은 감쇄에 대한 어떠한 제어 없이 또한 전자기 방사선의 작용에 놓이게 되는 것이 바람직한 반응성 매질의 영역에 대한 어떠한 제어 없이 방사하는 안테나보다 훨씬 더 이롭다.
또한, 이러한 인가 장치에 의하면, 하나의 손실성 전송 라인으로 라인을 따라 전체적으로 균질한 에너지의 인가에 대응하는 일정한 프로파일과 같은 전자기 에너지 밀도의 소정의 분배 프로파일을 획득할 수 있다.
이러한 인가 장치에 의하면, 손실성 전송 라인의 개시부와 손실성 전송 라인의 종료부 사이에 연장하는 전자기 에너지 밀도의 소정의 분배 프로파일을 갖도록 하는 것이 가능하다. 말단부에서만 방사하는 안테나를 이용하면, 에너지 밀도의 분배 프로파일은 이러한 노출 부분으로부터만 개시된다. 완전히 노출된 안테나를 이용하면, 에너지 밀도의 분배 프로파일은 손실성 전송 라인의 말단부 이전에 완전하게 감쇄되도록 손실성 전송 라인의 개시부에서 개시한다. 양자의 경우에, 안테나를 이용하면, 안테나를 따라 전체적으로 에너지 밀도의 분배 프로파일을 갖도록 하는 것이 가능하지 않다.
손실성 전송 라인은 전자기 에너지를 반응성 매질에 인가하기 위해 반응성 매질과 연결되며, 이러한 결합 또는 손실성 전송 라인을 따라 전체적으로 이 전달 계면에 대해 작용함으로써, 전술한 분배 프로파일을 제어할 수 있다.
또한, 안테나 장치와는 달리, 손실성 전송 라인을 갖는 인가 장치는 낮은 또는 매우 낮은 주파수로 이용될 수도 있다. 후자의 특징 및 방사 표면이 매우 클 수도 있다는 사실에 의해, 손실성 전송 라인을 갖는 인가 장치는 방사선의 경우에 실질적으로 어떠한 제한도 없이 전송 파워(transmitted power)에 대해 적합화될 수도 있으며, 파워 레벨에 대한 유일한 제한은 전자기 방사선 생성기의 성능이다.
손실성 전송 라인을 갖는 인가 장치의 다른 장점은 이온성 매질을 포함한 매우 다양한 매질에 에너지를 전달할 수 있는 가능성이 있다는 것이며, 이것은 안테나 장치의 경우에는 그러하지 못하다.
손실성 전송 라인의 전달 계면은 손실성 전송 라인의 적어도 하나의 제1 횡단면과 제2 횡단면 사이에서 상이(distinct)하며, 전자기 에너지가 이들 횡단면의 각각에서 반응성 매질에 전달된다.
횡단면은 손실성 전송 라인의 길이 방향의 축에 실질적으로 직각을 이루는 평면에서의 손실성 전송 라인의 단면을 의미한다. 그러므로, 손실성 전송 라인의 상이한 횡단면에서, 손실성 전송 라인과 매질 간의 결합 및 매질과의 전달 계면은 상이하며, 결합 또는 전달 계면은 이들 횡단면에서 당연히 영(0)이 아니다. 즉, 손실성 전송 라인이 이들 횡단면에서 전자기 에너지를 전달한다.
그러므로, 에너지의 전달은, 전달 계면이 안테나를 따라 전체적으로 동일한, 즉 안테나의 횡단면에 상관없이 전달 계면이 동일하게 유지되는, 안테나의 경우에서와 같이 균질하지 않고 확산하는 방식으로가 아니라, 제어된 방식으로 손실성 전송 라인을 따라 전체적으로 발생할 수 있을 것이다.
일실시예에서, 상기 손실성 전송 라인의 상기 전달 계면이 상기 제1 횡단면과 제2 횡단면 사이에서 연속적으로 구체적으로는 규칙적으로 변화하거나, 또는 불연속적으로 구체적으로는 계단형으로 변화한다.
일특징에 따라, 상기 손실성 전송 라인의 전달 계면은 상기 손실성 전송 라인의 개시부에 위치된 제1 횡단면과 상기 손실성 전송 라인의 종료부에 위치되는 제2 횡단면 사이에서 증가한다.
그러므로, 손실성 전송 라인의 개시부와 종료부 사이에서 손실성 전송 라인과 반응성 매질 간의 결합이 증가하며, 이로써 예컨대 손실성 전송 라인을 따라 전달되는 에너지 밀도의 실질적으로 균일한 분배 프로파일을 가질 수 있다.
손실성 전송 라인의 개시부에서, 즉 제1 횡단면에서, 반응성 매질이 손실성 전송 라인의 개시부에 진입하는 전자기 에너지의 총량 T의 x 퍼센트를 소비하도록 결합 및 전달 계면이 제공된다. 그러므로, 제1 횡단면에서 에너지의 양 Q1이 반응성 매질에 전달되거나, 또는 제1 횡단면에서 반응성 매질에 의해 에너지의 양 Q1이 소비되며, 여기서 Q1 = x％ T이다.
손실성 전송 라인의 종료부에서, 즉 제2 횡단면에서, 반응성 매질이 손실성 전송 라인의 종료부에서 나머지 전자기 에너지 R의 y 퍼센트를 소비하도록 결합 및 전달 계면이 제공된다. 손실성 전송 라인을 따른 파의 고유의 감쇄를 무시하고, 손실성 전송 라인이 제1 횡단면 및 제2 횡단면에서만 반응성 매질과 결합되는 것으로 가정하면, 다음의 관계가 얻어진다:
R = T -Q1 = (100-x)％ T
그러므로, 제2 횡단면에서 반응성 매질에 전달된 에너지의 양 Q2 또는 제2 횡단면에서 반응성 매질에 의해 소모된 에너지의 양 Q2는 다음과 같다:
Q2 = y％ R
손실성 전송 라인과 반응성 매질 간에 전달된 에너지가 2개의 횡단면 사이에서 대략 동일하게 되어 Q1 = Q2의 관계에 해당하도록 하기 위해, 손실성 전송 라인과 반응성 매질 간의 결합은 제1 횡단면에서에 비하여 제2 횡단면에서 더 우수하게 되어야 한다. 즉, 전달 계면이 제1 횡단면에서에 비하여 제2 횡단면에서 더 크게 되어야 하며, 이로써 y 퍼센트가 x 퍼센트보다 적어도 더 크게 되며, 그 목적은 손실성 전송 라인을 따른 신호의 감쇄에 선행하여 손실성 전송 라인의 개시부에서 에너지가 소모된다는 사실을 보상하기 위한 것이다.
특정 실시예에 따라, 상기 손실성 전송 라인은 상기 반응성 매질에 전달되는 전자기 에너지 밀도의 요구된 분포 프로파일에 적합화된 지오메트리, 구체적으로 상기 손실성 전송 라인의 전체 길이에 걸친 가변적인 가로 방향 지오메트리를 갖는다.
이에 의해 이 지오메트리는 이하의 것에 대하여 적합화될 수 있다:
- 연속 반응기, 불연속 또는 배치(batch) 반응기, 직선 반응기, 유선형 반응기, 작거나 큰 반응 체적을 갖는 반응기, 예컨대 오토클레이브(autoclave) 타입의 감압 또는 가압 반응기와 같은 모든 유형의 반응기; 및/또는
- 반응성 매질의 유전 상수에 상관없는 모든 반응성 매질; 및/또는
- 수 ㎐부터 수 ㎓까지의 모든 주파수.
전체적인 설명에서, 상기 손실성 전송 라인은 적합한 유전체 특징을 갖는 절연체를 통해 적어도 부분적으로 서로 절연되는 하나 이상의 제1 도전체 및 제2 도전체를 포함하며, 상기 제1 도전체가 한편으로는 상기 전자기 방사선 생성기에 연결되고 다른 한편으로는 반응성 매질에 연결되어, 생성된 전자기 에너지를 전자기 에너지 밀도의 소정의 분배 프로파일에 따라 상기 반응성 매질에 인가할 수 있도록 한다.
그러므로, 제1 도전체와 반응성 매질 간의 결합에 대한 제어는 전자기 에너지 밀도의 분배 프로파일의 제어를 보장한다. 그러므로, 손실성 전송 라인의 개시부와 종료부 사이의 반응성 매질에 의한 에너지 소모로 인한 손실성 전송 라인을 따른 파(전기장의)의 감쇄를 보상하기 위해, 또한 손실성 전송 라인의 개시부와 종료부에서 훨씬 더 많은 에너지를 인가하기 위해, 손실성 전송 라인의 개시부에 비하여 종료부에서의 결합을 증가시키는 것이 가능하다.
제2 도전체에 관하여서는, 본 발명은 상기 제2 도전체가 상기 반응성 매질이 위치되는 반응기 내측에 연장하도록, 즉 상기 반응기에 담겨지도록 할 수도 있다.
일특징에 따라, 상기 반응성 매질이 상기 제2 도전체 둘레에 위치되며, 상기 절연체는 예컨대 실리카, 알루미늄, 세라믹, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 적합한 유전체 재료로 이루어진다.
이러한 손실성 전송 라인은 손실이 없는 표준 전송 라인, 구체적으로 비분산형 라인(non-dispersive line)으로부터 얻어질 수도 있으며, 여기서 파의 전파 속도는 주파수와 무관하다. 이 전송 라인은 본 발명에 따른 손실성 전송 라인을 획득하기 위해 외부 매질과의 결합에 의해 손실성 영역을 생성함으로써 후술되는 바와 같이 수정된다. 이러한 손실성 전송 라인에 의하면, 손실성 전송 라인의 어떠한 길이에 걸쳐 전자기 에너지를 전달하는 것이 가능하며, 이로써 반응성 매질에 전자기 에너지를 전달하기 위한 표면적의 증가 및 단일 어플리케이터로 전달된 전자기 에너지의 증가를 가능하게 한다.
다른 특징에 따라, 상기 반응성 매질이 적어도 부분적으로 상기 제1 도전체와 상기 제2 도전체 사이에 위치될 수도 있으며, 상기 절연체는 적어도 부분적으로는 상기 반응성 매질로 이루어진다.
또 다른 특징에 따라, 상기 제2 도전체는 상기 반응성 매질이 내부에 위치되는 상기 반응기의 벽부를 형성하고, 상기 유전성 절연체는 적어도 부분적으로는 상기 반응성 매질로 이루어져 있다.
전술한 경우에, 제2 도전체는 제1 도전체로부터의 방사선과 반응기의 외측 사이에 실드를 형성하여, 반응기의 외측을 향하는 방사선에 대한 보호를 제공하는 것이 이롭다. 종래 기술의 방사 안테나를 갖는 어플리케이터와 달리, 안테나 주위 또는 반응기 주위에 추가의 실드를 제공할 필요가 없으며, 이것은 2개의 서로 다른 현상이 행해지는 것에 기인한다. 즉, 안테나를 이용하면, 안테나를 따라 불균질한 방사에 직면하게 되는 한편, 손실성 전송 라인을 이용하면, 2개의 도전체 사이의 파의 전파에 직면하게 되며, 이러한 전파는 부분적으로 또는 전체적으로 반응성 매질일 수도 있는 절연체에서 달성되며, 이 손실성 전송 라인은 제1 도전체와 반응성 매질 간의 적합한 결합에 의해 외부 매질의 에너지의 손실을 발생시킨다.
또 다른 실시예에서, 상기 제2 도전체는 상기 제1 도전체와 상기 반응성 매질 사이의 가변적인 전달 계면 및 그에 따라 제1 도전체와 반응성 매질 간의 가변적인 결합을 획득하기 위해 상기 손실성 전송 라인을 따라 가변적인 가로 방향 지오메트리를 갖는다.
예컨대, 상기 제2 도전체는 상기 제1 도전체의 양쪽 측면에 서로 평행하게 위치된 2개의 연속 스트립으로 구성되며, 상기 연속 스트립의 횡단면 및 구체적으로 이들의 폭이 상기 손실성 전송 라인을 따라 변화된다. 이 예에서, 손실성 전송 라인은 공지된 타입의 전송 라인, 즉 스트립 라인(strip line)으로부터 얻어진다.
다른 예에서, 상기 제2 도전체는 상기 제1 도전체를 둘러싸는 관형 프로파일(tubular profile)로 구성되고, 하나 이상의 리세스가 형성되어 있으며, 상기 제2 도전체의 리세스부의 가로 방향 치수가 상기 손실성 전송 라인의 2개 이상의 횡단면 사이에서 상이하다. 이 예에서, 손실성 전송 라인은 동축 케이블 타입의 전송 라인으로부터 획득된다.
상기 제2 도전체에 가늘고 긴 형상의 2개 이상의 리세스가 형성되며, 상기 리세스는 상기 손실성 전송 라인의 길이 방향 축에 관련하여 상이한 경사로 되어 있으며, 구체적으로 상기 손실성 전송 라인의 개시부에서의 제1 리세스는 상기 길이 방향 축에 실질적으로 평행하고, 상기 손실성 전송 라인의 종료부에서의 제2 리세스는 상기 길이 방향 축에 실질적으로 직각을 이루고 있다. 그러므로, 리세스의 경사는 손실성 전송 라인을 따라 변화되고 있다.
이하에서, 리세스는 슬롯의 형상인 것으로 설명되지만, 이러한 특정 형상으로 한정되지는 않는다. 그러므로, 손실성 전송 라인의 길이 방향 축에 관련된 가늘고 긴 슬롯의 경사가 손실성 전송 라인을 따라 감소할 수도 있으며, 이로써 손실성 전송 라인의 개시부에 위치된 가늘고 긴 슬롯이 길이 방향 축에 실질적으로 평행하고, 손실성 전송 라인의 종료부에 위치된 가늘고 긴 슬롯이 길이 방향 축에 대하여 실질적으로 직각을 이루게 된다. 그러므로, 손실성 전송 라인의 종료부에 있는 직각 슬롯은 평행 슬롯의 결합보다 큰 외부 매질과의 결합을 갖게 되어, 손실성 전송 라인의 개시부와 종료부 사이의 매질에 의한 에너지의 소모로 인한 손실성 전송 라인을 따른 파의 감쇄를 보상하고, 또한 최종적으로는 반응성 매질에 전송된 전자기 에너지의 균질한 분배를 얻게 된다.
길이 방향 축에 평행한 제1 슬롯에서의 손실성 전송 라인의 횡단면은 매질과의 전달 계면을 슬롯의 폭과 동일한 크기로 갖게 되는 한편, 길이 방향 축에 직각을 이루는 제2 슬롯에서의 손실성 전송 라인의 횡단면은 매질과의 전달 계면을 슬롯의 길이와 동일한 크기로 갖게 된다. 그러므로, 매질과의 전달 계면 및 그에 따른 결합은 제1 슬롯에 비하여 제2 슬롯에서 더 커지게 된다.
특정 실시예에서, 상기 제1 도전체는 상기 제1 도전체와 상기 반응성 매질 간의 가변적인 전달 계면 및 그에 따라 제1 도전체와 반응성 매질 간의 가변적인 결합을 획득하기 위해 상기 손실성 전송 라인을 따라 가변적인 가로 방향 지오메트리를 갖는다.
상기 제1 도전체는 상기 손실성 전송 라인의 개시부와 종료부 사이에서 증가하는 횡단면을 가지며, 구체적으로 전반적인 원추대(frusto-conical) 형상의 제1 도전체에서는 연속적으로 증가하는 횡단면을 갖고, 단면이 증가하는 단차(step)를 갖는 제1 도전체에서는 불연속적으로 증가하는 횡단면을 갖는 것이 이롭다. 단면을 증가시킴으로써 손실성 전송 라인의 개시부와 종료부 사이에서 횡단면의 윤곽이 증가하게 되며, 이로써 다시 한번 손실성 전송 라인의 종료부가 손실성 전송 라인의 개시부에서의 결합보다 큰 외부 매질과의 결합을 갖게 되어, 손실성 전송 라인을 따른 에너지 소모를 보상하고, 최종적으로는 반응성 매질에 전송된 전자기 에너지의 균질한 분포를 얻게 된다. 실제로, 제1 도전체와 외부 매질 간의 전달 라인의 치수가 증가하므로, 단면의 윤곽과 함께 결합이 증가한다.
다른 실시예에 따라, 상기 절연체는 상기 제1 도전체를 둘러싸는 유전체 재료의 슬리브를 포함하며, 상기 슬리브는 상기 제1 도전체와 상기 반응성 매질 사이에 가변적인 전달 계면을 획득하기 위해 가변적인 가로 방향 지오메트리로 되어 있다.
본 실시예에서는, 제1 도전체와 반응성 매질 간의 결합을 제어하기 위해 유전체 재료의 슬리브의 지오메트리에 영향을 준다.
예컨대, 상기 슬리브는 상기 손실성 전송 라인의 개시부와 종료부 사이에서 감소하는 횡단면을 가지며, 이 슬리브의 횡단면은 예컨대 원추대 형상을 가짐으로써 연속적으로 감소할 수도 있고 또는 단면이 증가하는 단차를 갖는 형상으로 함으로써 불연속적으로 감소할 수도 있다. 그러므로, 유전체 재료의 슬리브의 횡단면이 작을수록, 반응성 매질에 제1 도전체에 더 근접하게 되며, 그에 따라 결합이 더 커지게 된다. 즉, 제1 도전체와 반응성 매질 간의 전달 계면이 슬리브 두께가 감소되는 경우에는 증가하게 된다.
특정 실시예에서, 상기 전자기 에너지 인가 장치는, 상기 손실성 전송 라인의 전체 또는 일부분에 걸쳐 상기 손실성 전송 라인의 상기 제1 도전체를 둘러싸는, 상기 반응성 매질을 순환시키기 위한 하나 이상의 순환 채널(78)을 더 포함하며, 상기 순환 채널(78)은 적어도 부분적으로는 전자기 방사선에 대해 투과성을 갖는다.
이 순환 채널은 손실성 전송 라인과 이 순환 채널에 의해 전도(conduct)되는 반응 매질 간의 결합에 관여하게 된다.
그러므로, 상기 순환 채널과 상기 제1 도전체 사이의 간격은 상기 제1 도전체와 상기 반응성 매질 간의 전달 계면 및 그에 따라 상기 제1 도전체와 상기 반응성 매질의 결합을 제어하기 위해 상기 제1 도전체를 따라 변화하게 될 수도 있다. 실제로, 순환 채널을 손실성 전송 라인에 더 근접하게 하거나 덜 근접하게 함으로써, 반응성 매질이 손실성 전송 라인과 더 많이 또는 더 적게 결합되고 그에 따라 더 많거나 더 적은 전자기 에너지를 받아들이도록 할 수도 있다.
전술한 것과 동일하지만 이 번에는 전자기 방사선에 노출되는 반응성 매질의 표면적에 적용되는 원리에 따라 설명하면, 상기 순환 채널의 횡단면은 상기 제1 도전체와 상기 반응성 매질 간의 전달 계면 및 그에 따라 상기 제1 도전체와 상기 반응성 매질의 결합을 제어하기 위해 상기 제1 도전체를 따라 변화할 수도 있다.
이 원리를 이번에는 손실성 전송 라인을 따른 순환 채널의 위치에 적용하면, 상기 순환 채널의 표면 밀도는 상기 제1 도전체와 상기 반응성 매질 간의 전달 계면 및 그에 따라 상기 제1 도전체와 상기 반응성 매질의 결합을 제어하기 위해 상기 제1 도전체를 따라 변화하도록 할 수 있다. 이에 의해, 손실성 전송 라인을 따라 순환 채널이 위치되는 지점에 좌우되어, 순환 채널은 더 많거나 더 적은 접촉 면적을 갖게 되고, 이것은 순환 채널의 실제 단면과 무관하게 된다. 예컨대, 순환 채널을 형성하는 일정 단면의 나선형 관의 경우에, 표면 밀도는 실질적으로 단위 길이 당의 튜브의 턴(turn)의 수에 대응한다. 그러므로, 손실성 전송 라인의 길이 부분 상의 턴의 수는 손실성 전송 라인의 다른 길이 부분 상의 턴의 수와 상이하게 될 수도 있으며, 이로써 이에 대응하여 2개의 상이한 표면 밀도가 이루어지게 된다.
순환 채널의 특정 실시예에서, 상기 순환 채널은 전반적인 나선형 형상을 갖는 하나 이상의 통형 관을 포함한다.
일특징에 따라, 상기 통형 관의 피치는 상기 손실성 전송 라인을 따라, 구체적으로 상기 손실성 전송 라인의 종료부를 향하여 피치가 감소되는 방향으로 변화하며, 이것은 전술한 바와 같이 표면 밀도의 변화에 해당하게 된다.
다른 특징에 따라, 상기 통형 관의 직경은 상기 손실성 전송 라인을 따라, 구체적으로 상기 손실성 전송 라인의 종료부를 향하여 직경이 증가되는 방향으로 변화한다.
순환 채널의 다른 특정 실시예에 따라, 상기 순환 채널은 상기 제1 도전체를 둘러싸는 통형 몸체의 외면 상에 형성된 나선형 홈에 의해 적어도 부분적으로 범위가 정해진다.
일특징에 따라, 상기 홈의 피치는 상기 손실성 전송 라인을 따라, 구체적으로 상기 손실성 전송 라인의 종료부를 향하여 피치가 감소하는 방향으로 변화한다.
다른 특징에 따라, 상기 홈의 깊이는 상기 손실성 전송 라인을 따라, 구체적으로 상기 손실성 전송 라인의 종료부를 향하여 깊이가 증가하는 방향으로 변환한다.
또한, 본 발명은, 전자기 에너지를 반응성 매질에 인가하는 전자기 에너지 인가 장치 및 상기 반응성 매질이 내부에 위치되는 반응기를 포함하며, 적어도 부분적으로 상기 반응기 내부에 연장하는 상기 전자기 에너지 인가 장치가 전술한 바와 같이 구성되는 것을 특징으로 하는 어셈블리에 관련된다.
일반적으로, 반응기는 반응성 매질을 포함하고 있는 캐비티를 포함하고, 손실성 전송 라인이 상기 캐비티 내측에 연장하고 있다.
이 캐비티는 고체, 액체 또는 기체 형태의 반응성 매질을 직접 모으고, 예컨대 불연속적인 또는 배치(batch) 타입의 반응기를 형성한다.
반응기는 연속 반응기를 형성하기 위해 반응기의 유입구 및 배출구 사이에서 반응성 매질을 순환시키기 위한 수단을 포함할 수도 있다. 순환 수단은 예컨대 홈을 갖는 통형 몸체 또는 나선형 관 등의 전술한 바와 같은 하나 이상의 순환 채널을 포함할 수 있다. 홈을 갖는 통형 몸체의 경우, 순환 채널은 반응기의 내부 면에 의해서도 범위가 정해지며, 통형 몸체가 매우 작은 동작으로 반응기에 탑재된다.
일특징에 따라, 상기 어셈블리는 상기 반응기 내부에서 상기 반응성 매질을 교반하는 교반 수단을 더 포함한다.
교반 수단의 실시예에서, 상기 교반 수단은 상기 반응기 내에 위치되고 회전 이동하는 하나 이상의 프로펠러를 포함한다. 프로펠러의 대칭축은 손실성 전송 라인의 길이 방향 축과 평행하거나 심지어는 일치하는 것이 이로우며, 이 프로펠러가 손실성 전송 라인의 제1 도전체 둘레에 연장한다. 프로펠러는 구체적으로 반응기의 외측에서 반응기의 단부 중의 하나에 위치된 로터리 모터를 통해 회전 구동된다.
교반 수단의 다른 실시예에서, 교반 수단은 반응기 매질에 담겨져 있고 손실성 전송 라인 옆에 또는 평행하게 연장하는 회전 이동 교반기(stirrer)를 포함한다.
다른 특징에 따라, 상기 어셈블리는 상기 반응성 매질의 온도를 제어하는 수단을 더 포함한다. 이들 제어 수단은 상기 반응기를 적어도 부분적으로 둘러싸고 내부에서 냉각제 또는 가열 유체가 순환하는 재킷(jacket)에 의해 형성될 수도 있으며, 이 재킷은 이중 덮개(double envelop)를 형성한다.
그러므로, 반응기는, 내부에서 열전달 유체가 순환하여 반응성 매질을 소정의 온도로 유지하고 더 넓게는 반응성 매질의 온도를 제어하는 재킷을 갖는다. 제어 수단은 예컨대 냉장 유체(refrigerant fluid) 또는 극저온 유체 등의 재킷 내의 냉각 유체를 순환시킴으로써 특히 반응기 내부에서의 열의 급작스런 증가 또는 발열 단계를 포함하는 반응의 경우에 반응성 매질의 온도를 제한할 수도 있다.
재킷을 이용하면, 생물학적 종의 물질의 처리 동안에 깨지기 쉬운 분자를 처리하기 위해 극저온 유체를 사용하는 것이 가능하다. 특히, 특정 단백질은 전자기 방사선에 의한 생물학적 모체의 조사(irradiation)가 생물학적 종의 물질로부터 단백질의 추출을 촉진하는 동안에 50℃ 이하의 온도에서는 열화(degradation)를 겪게 될 수도 있다.
또한, 재킷의 치수는 처리된 반응성 매질의 체적에 관련하여 그리고 소트 이펙트(sought effect)에 좌우되어 더 크거나 더 적은 열교환 표면적을 갖도록 적합화될 수 있다.
다른 특징에 따라, 어셈블리는 캐비티를 가압하는 수단을 더 포함하며, 이로써 소정의 압력 아래에서 반응이 수행될 수도 있다.
반응기의 다른 실시예에서, 상기 반응기는 예컨대 원통형 단면을 갖는 전반적인 직선형 관의 형상과 같은 전반적인 직선 형상으로 구성되며, 손실성 전송 라인 또한 전반적인 직선 형상을 갖는다.
반응기의 다른 실시예에서, 상기 반응기는 예컨대 2개 이상의 직선형 부분이 서로 평행한 상태에서 180°벤드(bend)를 통해 연결되는 전반적인 유선형 형상으로 구성되며, 손실성 전송 라인(70) 또한 전반적인 유선형 형상으로 구성된다.
유선형 반응기의 장점은 반응기를 너무 큰 길이로 하지 않고서도 반응성 매질을 위한 순환 경로를 길게 할 수 있고, 특히 파에 대해 커다른 흡수성을 나타내지 않는 매질에서의 반응에 적합하다.
반응기의 다른 실시예에서, 손실성 전송 라인이 예컨대 반응성 매질에 전송된 전자기 에너지의 제어되고 균질한 분포를 허용하기 위해 반응기 및 반응기의 캐비티의 형상에 적합하게 된다는 것이 가장 중요하다. 이러한 형상 적합화는 당연히 종래 기술의 방사 안테나로는 생각될 수 없는 것이다.
또한, 본 발명은 반응성 매질을 전자기 방사선에 의해 처리하는 장치로서, 전자기 방사선 생성기, 상기 전자기 방사선을 전송하는 수단, 및 전술한 바와 같은 어셈블리를 포함하며, 전자기 방사선 인가 장치가 상기 전송 수단을 통해 상기 전자기 방사선 생성기와 결합되는 것을 특징으로 하는 처리 장치에 관련된다.
본 발명의 이로운 특징에 따르면, 상기 처리 장치는 상기 전자기 방사선 생성기에 의해 생성된 에너지를 반응성 매질에 전달하는 것을 최적화하기 위해 상기 전자기 방사선 생성기, 상기 전송 수단 및 상기 전자기 방사선 인가 장치 간의 임피던스를 매칭시키는 수단을 더 포함한다.
이상적인 매칭은 전자기 방사선 생성기에 의해 방출된 파워가 손실성 전송 라인과의 계면에서 반응성 매질에 전달되는 에너지에 동일한 경우에 해당하며, 이 파워 자체는 반응성 매질에 의해 소모되는 파워와 동일하다. 바람직하지 않은 파 귀환(wave return)을 방지하고 또한 임피던스의 연속적인 매칭을 갖도록 하기 위해, 손실성 전송 라인은 전송 수단에 위치되고 아래에 후술되는 자동 시스템을 통해 연속적으로 조정될 한정된 임피던스를 가져야만 하는 것이 바람직하다. 손실성 전송 라인의 임피던스는 약 50 Ohm인 것이 이롭다.
제1 실시예에서, 상기 전자기 방사선은 마이크로파 타입의 것이다. 이 경우, 상기 전송 수단은 도파관을 포함한다.
일특징에 따라, 상기 도파관은 상기 제1 도전체와 상기 도파관 간의 결합을 제공하기 위해 상기 손실성 전송 라인의 제1 도전체가 내측에서 연장하는 결합 캐비티와 연통되어 있다. 그러므로, 이 결합은 제1 도전체를 도파관에 의해 직접 안내된 방사선으로 조사함으로써 간편하게 수행된다.
다른 특징에 따라, 상기 처리 장치는 한편으로는 제1 도전체가 내측에 연장하고 다른 한편으로는 숏 서킷 피스톤(short-circuit piston)이 병진 운동 방식으로 이동하는 공간의 범위를 정하는 통형 슬리브(hollow sleeve)를 더 포함하며, 상기 공간은 상기 결합 캐비티와 인접되어 있다. 상기 숏 서킷 피스톤은 반응기 반대쪽의 상기 제1 도전체의 단부의 둘레에서 슬라이드한다. 통형 슬리브 및 제1 도전체가 이에 의해 동축 전송 라인 단면을 형성한다.
숏 서킷 피스톤은 전술한 바와 같은 손실성 전송 라인의 임피던스 매칭을 가능하게 하며, 그에 따라 에너지 전달의 최적화를 위한 요구된 임피던스 매칭에 관여하게 된다. 그 조정은 피스톤과 일체화되고 슬롯을 통해 슬리브를 교차하는 로드(rod)를 통해 달성되며, 슬롯에서 로드를 이동시키고, 피스톤의 위치를 조정하며, 매칭을 제공하는 것으로 충분하다. 피스톤의 이러한 이동은 모터에 의해 이루어져 자동 및 연속 매칭을 가능하게 할 수도 있다.
이 제1 실시예에서, 매칭 수단은 상기 도파관 내에서 병진 운동 방식으로 이동하는 숏 서킷 피스톤과 같은 제1 매칭 부재 및 상기 도파관 내에서 병진 운동 방식으로 이동하는 가변적인 결합 아이리스(variable coupling iris)와 같은 제2 매칭 부재를 포함한다. 제1 매칭 부재 및 제2 매칭 부재는 반응기의 양측면 및 그에 따라 전자기 에너지 인가 장치의 양측면 상의 도파관 내에 위치된다.
이들 매칭 이동 부재 모두는 도파관과 손실성 전송 라인 간의 에너지 전달의 최적화를 가능하게 한다. 이들 2개의 이동 적합화 부재의 배치 또한 자동적이고 연속적인 매칭을 가능하게 하기 위해 모터로 이루어질 수 있다.
제2 실시예에서, 상기 전자기 방사선은 고주파 타입의 것이다. 이 경우, 상기 전송 수단은 특히 고주파 방사선 생성기의 출력단에 연결된 동축 케이블 타입의 전송 케이블을 포함한다.
일특징에 따라, 적합화 수단은 상기 전송 케이블에 직렬로 위치된 전기적 매칭 수단을 포함한다.
이 전기적 매칭 시스템은 예컨대 전송 케이블에 직렬로 연결된 제1 가변 커패시터 및 인덕터와 전송 케이블 및 기준 전위 사이에 병렬로 위치된 제2 가변 커패시터를 갖는 공지된 유형의 것일 수도 있다.
본 발명에 따른 처리 장치는 손실성 전송 라인을 따라 전달되는 전자기 에너지 밀도의 분배 프로파일에 따른 전자기 에너지를 인가함으로써 소정의 화학적 반응을 발생하기 위해 반응성 매질의 열처리를 위한 장치를 형성하며, 상기 프로파일은 요구된 화학적 반응에 좌우되어 선택된다.
상기 처리 장치는 하나 이상의 용제(solvent)에 현탁되어 있는 생물학적 종(origin)의 물질, 구체적으로 식물 또는 동물 종의 물질 또는 미생물(micro-organism)로부터의 물질을 포함하고 있는 반응성 매질에 전자기 에너지를 인가함으로써 생물학적 종의 물질, 구체적으로 식물 또는 동물 종의 물질 또는 미생물로부터의 물질을 추출하는 장치로서 이용될 수도 있으며, 여기서 용제는 물과 같은 수용성 타입의 것일 수도 있고, 전자기 방사선에 대해 투과성을 나타낼 수도 있고 또는 투과성을 나타내지 않을 수도 있다.
예컨대, 처리 장치는 예컨대 식물 종 및 동물 종과 같은 생물학적 종의 어떠한 물질을 추출하거나 또는 바이오테크놀로지의 리소스로부터의 줄기 배양을 위해 이용될 수 있다.
생물학적 종의 분자를 추출하기 위해서는, 수용성 상태에 있거나 또는 용제에 현탁되어 있는 생물학적 물질을 전자기파에 의한 조사하는 동안에, 온도를 적절하게 제어하기 위한 수단, 보다 구체적으로는 온도를 제한하는 수단을 사용할 수 있는 것이 특히 중요하다. 본 발명의 특정 실시예에 따라, 생물학적 모체로부터의 추출 직후에 민감성 물질의 열적 저하를 방지하기 위해, 재킷은 조사된 체적에 관련하여 더 크거나 더 작은 열교환 표면적을 가질 수도 있다. 이 재킷을 이용하면, 예컨대 높은 전자기 에너지 밀도를 인가함으로써 낮은 온도에서의 반응 또는 추출을 발생시키기 위해 극저온 유체를 이용하는 것이 가능하다.
그러므로, 본 발명에 따른 장치는 처리된 체적에 비하여 커다란 열교환 표면적을 제공하는 재킷을 갖는 금속 인클로저 내부에서 전자기 에너지를 전달하는 것이 가능하므로, 생물학적 종의 물질을 추출하기 위한 이러한 응용에 특히 적합하다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 이루어진 비제한적인 예시 실시예에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
도 1a 및 도 1b는 공지된 유형의 방사 안테나를 갖는 인접 필드 어플리케이터의 개략도이다.
도 2는 전송 라인의 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 이상적인 무손실 전송 라인과 손실성 전송 라인에서의 파의 전파를 예시하는 도면이다.
도 4a 내지 도 4e는 공지된 유형의 전송 라인의 횡단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 연속 반응기(continuous reactor)와 불연속 반응기 내에서 연장하는 본 발명에 따른 손실성 전송 라인의 개략도이다.
도 6a 내지 도 6d는 각각 도 6a에 예시된 전송 라인을 수정함으로써 획득된 "스트립 라인" 타입(도 6a)의 전송 라인과 손실성 전송 라인(도 6b 내지 도 6d)의 여러 부분의 횡단면도이고, 도 6e는 도 6c에 예시된 부분에 대응하는 연속 부분을 갖는 손실성 전송 라인의 사시도이다.
도 7a 및 도 7b는 동축 케이블 타입의 전송 라인을 각각 횡단면도와 사시도로 도시하는 도면이다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 도 7a 및 도 7b에 예시된 전송 라인을 수정함으로써 획득된 손실성 전송 라인을 각각 제1 횡단면도, 제2 횡단면도 및 사시도로 도시하는 도면이다.
도 9a는 본 발명에 따른 인가 장치 및 불연속 반응기의 어셈블리의 사시도로, 인가 장치에 연결된 도파관의 부분도 예시하고 있으며, 도 9b 및 도 9c는, 도 9a에 예시되어 있고, 본 발명에 따른 인가 장치의 제1 및 제2 실시예를 각각 포함하는 어셈블리의 중앙 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 인가 장치를 갖는 다른 불연속 반응기의 개략도이다.
도 11a 및 도 11b는 각각 마이크로파(도 11a) 및 고주파 타입(도 11b)의 방사선을 인가하는 본 발명에 따른 처리 장치를 예시하는 개략도이다.
도 12는 유선형 손실성 전송 라인을 갖는 연속 유선형 반응기의 개략도이다.
도 13a 및 도 13b는 반응기의 내부를 반응기 매질을 위한 상위 순환 채널과 하위 순환 채널로 분리하는 손실성 전송 라인을 갖는 평탄한 연속 반응기의 길이 방향 도면 및 횡단면도를 각각 도시하고 있다.
도 14는 본 발명에 따른 마이크로파 방사선 처리 장치의 사시도이다.
도 15a 내지 도 15c는 본 발명에 따른 장치에 적합화된, 도파관과 연결된 연속 반응기의 상이한 사시도이다.
도 16은 연속 반응기와 도파관의 길이 방향의 부분 단면도로, 본 발명에 따른 손실성 전송 라인과 도파관 간의 연결을 더욱 구체적으로 예시하고 있다.
도 17 내지 도 19는 본 발명에 따른 인가 장치를 갖는 반응기의 길이 방향의 단면도이다.
도 20a 및 도 20b는 본 발명에 따른 인가 장치를 갖는 연속 반응기의 사시도와 길이 방향 단면도를 각각 도시하고 있으며, 도 20c는 도 20a와 유사하지만 손실성 전송 라인의 다른 실시예를 갖는 도면이다.
도 2는 에미터(EM)로부터의 신호를 리시버(RE)에 전자기 방사선의 형태로 전송하는 전송 라인(LT)을 예시하고 있으며, 이 전자기 방사선은 전송 라인(LT) 내부에서 전파한다. 전송 라인(LT)은 유전성 절연체(ID)(예컨대, 공기 또는 공지된 유형의 적합한 재료)에 의해 분리된 2개의 평행한 전기 도전체, 즉 신호의 전송을 가능하게 하는 제1 도전체(C1) 및 소위 리턴 도전체로 불리우고 예컨대 접지에 연결되는 제2 도전체(C2)를 포함한다. 에미터(EM)와 리시버(ER) 사이에 최대 파워를 전달하기 위해서는, 전송 라인을 따르는 손실, 구체적으로 도전체(C1, C2)의 고유 저항에서 비롯되는 주울 효과(Joule effect)에 의한 손실을 최소화하는 것이 필수적이다.
도 3a는 전송 라인을 따른 어떠한 손실도 없는 이상적인 전송 라인의 동작을 예시하고 있으며, 파에 의해 운송된 에너지에 대응하는 파의 진폭이 라인을 따라(즉, z 방향을 따라) 일정하게 유지되고, 그에 따라 전송된 전자기 에너지가 최적으로 된다.
도 3b는 손실성 전송 라인의 동작을 예시하고 있으며, 파의 진폭이 전송 라인을 따라, 즉 에미터측에 있는 전송 라인의 개시부와 리시버측에 있는 전송 라인의 종료부 사이에서, 감소하고 있다. 후술되는 바와 같이, 본 발명의 목적은 손실성 전송 라인을 전자기 에너지를 반응성 매질에 인가하기 위한 장치로서 사용하기 위해 이러한 손실을 야기하고 또한 심지어는 이들 손실을 제어하는 것이다. 본 발명에 의하면, 손실성 전송 라인에서의 손실은 전자기 에너지를 반응성 매질에 전송하기 위한 소스를 형성한다.
도 4a 내지 도 4e는 일정 단면을 갖는 프로파일로서 보이는 전송 라인의 다른 실시예들을 예시하고 있다.
도 4a는 유전성 절연체(ID)로 먼저 감싸여지고 그 다음에 제2 관형 도전체(C2)로 감싸여진 원형 단면의 제1 중앙 도전체(C1)를 포함하는 동축 케이블 타입의 전송 라인을 예시한다.
도 4b는 원형 단면의 유전성 절연체(ID)로 감싸여진 2개의 평행 도전체(C1, C3)를 포함하는 전송 라인을 예시하고 있다.
도 4c는 제1 도전체(C1)에 평행하고 또한 유전성 절연체(ID)로 둘러싸여진 제3 도전체(C3)를 포함하고 있다는 것을 제외하고는 도 4a와 동일한 전송 라인을 예시하고 있다.
도 4d는, 유전성 절연체(ID)가 전반적으로 8자형의 형상을 갖는 단면을 포함하고, 각각의 도전체(C1, C3)가 8자형의 루프 중의 하나로 감싸여지는 것을 제외하고는, 도 4b와 동일한 전송 라인을 예시하고 있다.
도 4e는 직사각 단면의 유전성 절연체(ID)로 둘러싸인 직사각 단면의 제1 도전체(C1) 및 유전성 절연체(ID)의 길이에 걸쳐 평행하게 위에 위치된 2개의 도전성 스트립(C21, C22)으로 구성되는 제2 도전체(C2)를 포함하는 "스트립 라인" 타입의 전송 라인을 예시하고 있다.
도 5a는, 소위 반응기 몸체로 지칭되는 관형 외벽부(23)를 포함하고, 반응기(2)의 상류측에 위치한 유입구(20) 및 반응기(2)의 하류측에 위치한 배출구(21)를 갖는 연속 타입의 반응기(2)를 개략적으로 예시하고 있다. 반응기(2) 내부에는 전자기 에너지를 반응기(2) 내에서 순환하는 반응성 매질에 전달하도록 구성된 손실성 전송 라인(70)을 포함하는 전자기 에너지 인가 장치(7)가 위치된다. 도 5a에서의 손실성 전송 라인(70)의 예시는 상징적인 것이며, 손실성 전송 라인(70)의 상이한 실시예를 이해하기 위해 후속 도면이 참조될 것이다.
전반적으로 또한 후속하는 전체 설명에 대하여, 손실성 전송 라인(70)은 이하의 구성요소를 포함한다:
- 전자기 에너지의 인가를 허용하기 위해 한편으로는 생성기와 연결되고 다른 한편으로는 반응성 매질과 연결되는 제1 도전체(71);
- 제1 도전체(71) 둘레에 위치된 제2 도전체(72); 및
- 적합화된 유전 특성을 갖고, 적어도 부분적으로 제1 도전체(71)에 의해 둘러싸이며, 제1 도전체(71)와 제2 도전체(72) 사이에 위치되는 절연체(73).
도 5a에 예시된 실시예에서, 제1 도전체(71)는 직선 내부 도전체를 형성하고, 제2 도전체(72) 또한 직선 내부 도전체를 형성하며, 절연체(73)는 제1 도전체(71)와 제2 도전체(72) 사이에 개재된 유전체 재료가 그 안에 담겨지는 슬리브(730)로 구성된다.
또한, 손실성 전송 라인(70)은 아래의 요소를 갖는 직선 타입의 것이다:
- 손실성 전송 라인(70)이 반응기(2) 내로 진입하고, 후속하는 설명을 위한 손실성 전송 라인의 개시부에 대응하는 유입부(74); 및
- 반응기로부터 하류측에 배치되고, 후속하는 설명을 위한 손실성 전송 라인의 종료부에 대응하는 자유 단부(75).
손실성 전송 라인(70) 및 보다 구체적으로 손실성 전송 라인의 제1 도전체(71)는, 제2 도전체가 가변적인 지오메트리를 갖고 예컨대 도 6 및 도 8을 참조하여 설명된 바와 같이 적합화된 손실성 전송 라인을 통해 반응성 매질에 연결된다. 손실성 전송 라인(70)의 지오메트리는, 손실성 전송 라인(70) 둘레에 전기장을 나타내는 연속 할로(continuous halo)(700)에 의해 도 5a에 예시된 바와 같이 손실성 전송 라인을 따라 실질적으로 일정하거나 균일하게 유지되는 반응성 매질에 전달되는 전자기 에너지 밀도의 분배 프로파일을 획득하도록 제공되며, 이에 의해 손실성 전송 라인(70)을 따라 전자기 에너지의 균질한 인가가 이루어진다. 이러한 결과를 얻기 위해, 손실성 전송 라인을 따른 전자기 에너지의 소모를 보상하도록 손실성 전송 라인을 따라 에너지 전달 계면을 증가시키는 원리가 적용된다. 즉, 본 발명은 손실성 전송 라인의 종료부에서의 단위 길이당의 전달 표면적이 손실성 전송 라인의 개시부에서보다 커지도록 하며, 이로써 손실성 전송 라인의 개시부에서 인가되는 에너지와, 손실성 전송 라인의 종료부로부터 하류측의 매질에 의한 에너지의 소비로 인해 손실성 전송 라인의 개시부에서보다 낮은 에너지가 파에 의해 운반되는 손실성 전송 라인의 종료부에서 인가되는 에너지가 실질적으로 동일하게 된다.
이러한 손실성 전송 라인(70)과 반응성 매질 간의 전달 계면의 변동을 획득하기 위해, 이하의 파라미터를 단독으로 또는 조합으로 영향을 미치는 것이 가능하다:
- 제1 도전체(71), 절연체(73)(및 그에 따라 슬리브(730)), 및 제2 도전체(72)의 지오메트리들과 같은 손실성 전송 라인(70)의 지오메트리;
- 손실성 전송 라인(70) 둘레의 반응성 매질에 의해 제공된 접촉 표면, 이 표면적은 손실성 전송 라인(70)이 반응성 매질에 직접 침지(immersion)되는 경우에는 일정하지만, 매질이 순환 도관에서 순환하여 손실성 전송 라인의 개시부와 종료부 사이의 도관의 지오메트리에 대해 영향을 미칠 수 있고, 이로써 반응성 매질이 손실성 전송 라인의 개시부에서보다 손실성 전송 라인의 종료부에서 단위 길이당의 방사선에 노출되는 더 큰 표면적을 제공하는 경우에는 제어될 수도 있다.
물론, 손실성 전송 라인과 반응성 매질 간의 전달 계면은, 균일한 프로파일이 아닌, 예컨대 손실성 전송 라인의 개시부 및 종료부에서의 인가에 비하여 손실성 전송 라인의 중앙에서의 전자기 에너지의 인가가 더 큰 것에 대응하는 프로파일과 같은, 반응성 매질에 전달된 전자기 에너지 밀도의 분배 프로파일을 획득하도록 적합화될 수 있으며, 반응성 매질에 전달되는 전자기 에너지 밀도의 분배 프로파일의 이러한 제어는, 반응성 매질의 순환의 소정 부분에 소정량의 에너지가 인가되도록 요구되는, 반응성 매질의 연속 순환을 갖는 특정의 화학 반응을 제어하는데 특히 이롭다.
도 5b는 불연속 또는 배치(batch) 타입의 반응기(2)를 개략적으로 예시하며, 반응기의 외벽부(23)가 반응성 매질을 담고있는 캐비티(22)를 규제하고, 내부에 본 발명에 따른 손실성 전송 라인(70)이 연장되어 있다. 손실성 전송 라인(70)은 전자기 방사선 생성기(1)와 직접 연결되며, 반응기(2)의 외측에서 연장하는 외측부(76)를 가지며, 전자기 방사선 생성기(1)에 의해 생성된 전자기 에너지의 최대치가 반응성 매질에 인가되도록 하기 위해 손실성 전송 라인을 따른 손실이 최소화되어야 한다는 것에 유의하여야 한다. 본 실시예에서, 이 경우에는 실질적으로 균일한 프로파일인 전자기 에너지 밀도의 소정의 분배 프로파일을 획득하기 위해 손실성 전송 라인(70)의 지오메트리에 영향을 준다. 이를 위해, 제2 도전체(72)에 리세스(77)가 형성되며, 이들 리세스(77)는 손실성 전송 라인의 개시부에서 2개, 손실성 전송 라인의 중앙에 2개, 및 손실성 전송 라인의 종료부에 2개를 포함한다. 방사 로브(radiation lobe)(770)에 의해 예시된 반응성 매질 내의 방사 손실이 이들 리세스(77)에 대응하며, 이로써 손실성 전송 라인의 개시부에 있는 리세스(77)에서의 에너지의 인가가 손실성 전송 라인의 중앙 및 종료부에서의 에너지의 인가와 실질적으로 동일하게 된다. 이에 의해 전자기 에너지 밀도의 상이한 분배 프로파일이 획득되며, 예컨대 손실성 전송 라인을 따른 리세스(77)의 수를 증가시킴으로써 연속 프로파일에 더 근접하게 되는 프로파일을 획득하는 것이 가능하다는 것에 유의하여야 한다.
도 6b 내지 도 6c는 도 6a에 단면이 예시된 표준 전송 라인으로부터 획득된 본 발명에 따른 손실성 전송 라인(70) 단면을 예시하고 있다.
도 6a는, 도 4e와 같이, 적합한 재료로 구성되고 또한 직사각 단면을 갖는 유전성 절연체(73)로 둘러싸인 직사각 단면을 갖는 제1 도전체(71) 및 유전성 절연체(73)의 길에 걸쳐 평행하게 그 위에 위치되는 2개의 도전성 스트립(721, 722)으로 구성되는 제2 도전체(72)를 포함하는 스트립 라인 타입 전송 라인을 예시하고 있다. 이러한 단면을 갖는 전송 라인에서는, 도전성 스트립(721, 722)의 폭이 제1 도전체(71)의 폭보다 커서, 이들이 차폐 역활을 행함으로써 파가 외측으로의 방사 없이 유전성 절연체(73)에 전파하기 때문에, 손실이 거의 영(0)이 된다.
도 6a 및 도 6d에 예시된 바와 같이, 손실성 전송 라인(70)과 반응성 매질 사이의 전달 계면을 제어하기 위해서는, 제1 도전체(71)의 지오메트리에 비해 손실성 전송 라인(70)의 지오메트리 및 보다 구체적으로 제2 도전체(72)의 지오메트리에 대해 작용하여, 손실성 전송 라인(70)을 따른 손실을 제어하는 것이 전제가 된다. 그러므로, 손실성 전송 라인(70)의 길이에 걸쳐 손실의 프로파일을 제어하기 위해, 2개의 도전성 스트립(721, 722) 중의 적어도 하나의 폭을 변화시키는 것이 가능하다. 또한, 유전성 절연체(73)의 폭이 제1 도전체(71)의 폭과 동일하게 되거나(도 6b 및 도 6c) 또는 작게(도 6d) 되도록 유전성 절연체(73)의 폭을 감소시키는 것도 가능하다. 도 6b에 예시된 손실성 전송 라인(70)의 제1 횡단면(711)은 도 6c에 예시된 제2 횡단면(712)보다 반응성 매질과의 결합 계면이 작게 되며, 도전성 스트립(721, 722)의 폭은 제2 횡단면(712)에서보다 제1 횡단면(711)에서 더 크게 된다. 그러므로, 도전성 스트립(721, 722) 및 가능하게는 유전성 절연체(73)의 폭을 제어함으로써, 반응성 매질에 에너지를 전달하기 위한 계면이 제어된다.
도 6e는 도전성 스트립(721, 722)의 폭이 도면의 상단에 있는 손실성 전송 라인(70)의 개시부와 도면의 저부에 있는 손실성 전송 라인의 종료부 사이에서 감소되고 있는 손실성 전송 라인(70)을 예시하며, 여기서 폭은 규칙적으로 증가하고 있다. 반응성 매질과 커플링 계면을 제어하기 위해, 손실성 전송 라인(70)의 단면의 지오메트리(또는 손실성 전송 라인(70)의 길이 방향 지오메트리)가 라인을 따라 변화된다. 예컨대, 도전성 스트립(721, 722)의 폭은, 라인의 개시부와 종료부 사이의 매질에 의한 에너지의 소비로 인한 라인을 따른 파의 감쇄를 보상하기 위해 또한 이에 의해 전자기 에너지 밀도의 실질적으로 불균일한 분배 프로파일을 획득하기 위해, 라인의 개시부와 종료부 사이에서 라인을 따라 규칙적으로 또는 계단형으로 감소될 수도 있다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는, 도 7a 및 도 7b에 예시된 표준 전송 라인으로부터 획득된 본 발명에 따른 손실성 전송 라인(70)을 예시하고 있다.
도 7a 및 도 7b는 적합한 재료로 형성된 유전성 절연체(73)로 감싸여진 원형 단면의 제1 중앙 도전체(71) 및 차폐를 형성하는 제2 관형 도전체(72)를 포함하는 동축 케이블 타입의 전송 라인을 예시하고 있다. 이러한 단면을 갖는 전송 라인에서는, 제2 도전체(72)가 라인 전체를 따라 제1 도전체(71)를 완전하게 둘러싸고, 이로써 파가 외측으로의 방사 없이 유전성 절연체(73)에서 전송되도록 하기 때문에, 손실이 거의 영(0)이 된다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c에 예시된 바와 같이, 손실성 전송 라인(70)과 반응성 매질 간의 전달 계면을 제어하기 위해서는, 손실성 전송 라인(70)의 지오메트리 및 보다 구체적으로 제2 도전체(72)의 지오메트리에 대해 작용하여, 손실성 전송 라인(70)을 따른 손실을 제어하는 것이 전제가 된다. 그러므로, 이러한 손실을 획득하기 위해, 제2 도전체(72)에 리세스(77)를 형성하여, 손실성 전송 라인(70)이 이 리세스(77)를 통해 외측으로 방사하도록 하며, 이 리세스(77)는 직사각 슬롯으로서 예시되어 있지만, 리세스의 형상은 당연히 이러한 특정 슬롯 형상으로 한정되지 않는다. 이들 손실을 제어하기 위해, 제2 도전체(72)의 리세스 부분의 길이 방향 치수를 제어할 필요가 있고, 이들 치수는 예컨대 손실성 전송 라인(70)의 제1 횡단면(711)(도 8a에 예시됨) 및 제2 횡단면(712)(도 8b에 예시됨)과 구분된다. 따라서, 단위 길이당의 제2 도전체(72)의 감소된 크기가 라인을 따라 변화한다. 그러므로, 슬롯의 개수 및 슬롯의 치수에 영향을 주는 것이 가능하다. 도 8c에 예시된 예에서, 직사각 형상의 2개의 가늘고 긴 슬롯이 예시되어 있으며, 제1 슬롯(77)이 손실성 전송 라인(70)의 길이 방향 축에 평행하고(도 8c의 상단에 있고, 도 8a에 예시되어 있으며, 제1 횡단면(711)이 이 제1 슬롯을 통과함), 제2 슬롯(77)이 손실성 전송 라인(70)의 길이 방향 축에 직각을 이루고 있다(도 8c의 저부에 있고, 도 8b에 예시되어 있으며, 제2 횡단면(712)이 이 제2 슬롯을 통과함). 그러므로, 제1 슬롯(77)은 제2 슬롯(77)에 의해 제공되는 것보다 작은 단위 길이당의 결합 표면적을 반응성 매질에 제공한다. 그러므로, 손실성 전송 라인(70)에서의 파의 감쇄를 보상하기 위해, 제1 슬롯이 손실성 전송 라인의 개시부에 위치되고, 제2 슬롯이 손실성 전송 라인의 종료부에 위치될 필요가 있다. 또한, 길이 방향 축에 평행한 하나 또는 여러 개의 슬롯을 제공하는 것도 가능하며, 그 길이 방향의 치수(손실성 전송 라인(70)의 길이 방향 축에 직각을 이루는 방향에서의)가 손실성 전송 라인의 개시부와 종료부 사이에서 손실성 전송 라인을 따라 연속적으로 증가하거나(예컨대 3각형 형상의 슬롯) 또는 단차를 이룬다. 또한, 여러 개의 가늘고 긴 슬롯을 제공하는 것도 가능하며, 손실성 전송 라인(70)의 길이 방향 축에 대한 이 슬롯의 경사가 증가하여, 예컨대 손실성 전송 라인의 개시부의 리세스가 도 8a에 예시된 제1 슬롯에 대응하고, 손실성 전송 라인의 종료부의 슬롯이 도 8b에 예시된 제2 슬롯에 대응하며, 중간 슬롯이 손실성 전송 라인의 개시부와 종료부 사이에서 경사가 증가하도록 된다.
도 9a 내지 도 9c는 불연속 타입의 반응기(2)를 예시하며, 반응기의 외벽부(또는 반응기 몸체)(23)가 반응성 매질을 담고 있는 캐비티(22)를 형성하며, 그 내부에 본 발명에 따른 손실성 전송 라인(70)이 연장되어 있다. 외벽부(23)는 외벽부(23) 또는 반응기 몸체를 둘러싸는 재킷(24)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이며, 그 내부에는 열전달 유체 타입의 냉각제 유체 또는 냉각 유체나 극저온 유체(cryogenic fluid)가 케이스(24) 내에 제공된 유입구(240)와 배출구(241) 사이에서 순환할 수 있다. 반응기(2)는 손실성 전송 라인(70)이 가로지르고 있는 상단부(25)에서 밀봉되어 있다.
손실성 전송 라인(70)은 마이크로파 타입의 전자기 방사선을 전송하는 도파관(4)에 결합된다. 도파관(4)은, 손실성 전송 라인(70)에 직각으로 연장하고 손실성 전송 라인(70)과 가로 방향으로 결합되는 결합부(40)를 포함한다. 도파관(4)의 결합부(40)는 그 내부에 결합 캐비티(401)를 형성하고, 이 캐비티 내에는 손실성 전송 라인(70)의 제1 도전체(71)가 연장되고, 이 제1 도전체(71)는 유전성 절연체(73) 및 제2 도전체(72)에 의해 둘러싸이지 않는 상태로 결합 캐비티(401) 내에 연장하고 있다. 그러므로, 제1 도전체(71)는 이 결합 캐비티(401)에서 도파관(4)과 결합되며, 이 결합 캐비티에서 도파관(4)에 의해 운반된 전자기 방사선을 받아들인다.
제2 도전체(72) 및 유전성 절연체(73)는 결합 캐비티(401)를 통과한 제1 도전체(71)의 둘레를 반응기(2) 내에까지 연장하며, 유전체 재료로 슬리브(730)의 형상으로 되는 유전성 절연체(73)가 2개의 도전체(71, 72) 사이에 위치된다. 그러므로, 손실성 전송 라인(70)은 이하의 3개의 상이한 부분을 갖는다:
- 도파관(4) 및 보다 일반적으로는 전자기 방사선 생성기(1)와 결합하는 부분으로, 제1 도전체(71)가 노출되고, 그에 따라 제2 도전체(72) 및 유전성 절연체(73)에 의해 둘러싸이지 않게 되는 제1 부분(701);
- 도파관(4), 보다 구체적으로는 결합 캐비티(401)와 반응기(2) 사이의 부분으로, 이러한 중간 부분을 따라 최소 손실이 발생하도록 제1 도전체(71)가 제2 도전체(72) 및 유전성 절연체(73)에 의해 완전히 둘러싸이는 제2 연결 부분(702); 및
- 전자기 에너지를 반응성 매질에 인가하는 부분으로, 반응기(2) 내부로 연장하는 제3 부분(703).
제3 부분(703)은 예컨대 도 6b 내지 도 6e 또는 도 8a 내지 도 8c에 예시된 것과 같은 손실성 전송 라인을 갖는다.
도 9b에 예시된 실시예에서, 손실성 전송 라인(70)은 제3 부분(703)을 따라 제2 도전체(72)에 형성된 리세스(77)를 가지며, 이 리세스(77)는 예컨대 손실성 전송 라인의 개시부와 종료부 사이에서 치수가 증가하는 것으로 된다. 그러므로, 제1 횡단면(711)은 더 적은 전달 계면을 가지며, 그에 따라 반응성 매질과의 결합이 손실성 전송 라인(70)의 제2 횡단면(712)보다 낮아지게 된다.
도 9c에 예시된 실시예에서, 손실성 전송 라인(70)은 제1 도전체(71)를 둘러싸는 유전체 재료가 담겨져 있는 슬리브(730)를 포함하는 제3 부분(703)을 따라 유전성 절연체(73)를 가지며, 이 슬리브(730)는 손실성 전송 라인의 개시부와 종료부에서 단면이 증가하는 것으로 된다. 그러므로, 슬리브(730)는 제1 도전체(71)에서부터 두께가 증가하여 전반적으로 원추대(frusto-conical) 형상을 갖는다. 그러므로, 반응성 매질은 손실성 전송 라인의 종료부에서보다 손실성 전송 라인의 개시부에서 제1 도전체(71)로부터 더 멀리 떨어지게 되며, 이로써 손실성 전송 라인의 개시부와 종료부 사이에서 전달 계면이 증가한다. 예컨대, 제1 횡단면(711)은 더 작은 전달 계면을 가지며, 그에 따라 반응성 매질과의 결합이 손실성 전송 라인(70)의 제2 횡단면(712)보다 낮아지게 된다.
손실성 전송 라인(70)은 적합한 밀봉 개스킷(26)을 통해 반응기의 상단부(25)를 통과한다.
도파관(4)이 전자기 방사선 생성기(1) 및 손실성 전송 라인(70)/반응성 매질 어셈블리에 완벽하게 매칭되는 경우, 전자기 방사선 생성기(1)의 출력 임피던스와 손실성 전송 라인(70)/반응성 매질 어셈블리의 입력 임피던스가 도파관(4)의 특성 임피던스와 동일하게 될 때에, 도파관(4)만이 진행성 파(progressive wave)에 의해 덮여지고, 전자기 에너지의 최대치가 전자기 방사선 생성기와 반응성 매질 사이에 전송되는 조건이 충족된다.
손실성 전송 라인(70)/반응성 매질 어셈블리를 적합화하기 위해, 인가 장치(7)는 손실성 전송 라인(70)/반응성 매질 어셈블리의 임피던스를 매칭시키기 위한 수단(6)을 포함한다. 이러한 매칭 수단(6)은 반응기(2)의 반대측 에지에서 결합 캐비티(401)에 진입하기 위해 도파관(4) 상에 위치된 슬리브(61)에 슬라이드 가능하게 탑재되고 위치 조정이 가능한 숏 서킷 피스톤(60)을 포함한다. 슬리브(61) 및 숏 서킷 피스톤(60)은 손실성 전송 라인(70)과 정렬되며, 보다 구체적으로 숏 서킷 피스톤(60)이 제1 도전체(71)의 둘레에 병진 운동 방식으로 안내되고, 제1 도전체(71)가 슬리브(61)에 의해 범위가 정해지는 공간(62) 내부를 연장하도록 결합 캐비티(401)를 통과한다. 제1 도전체(71)가 슬리브(61)의 말단 횡단 벽부(63)에 맞닿게 될 것이며, 피스톤(60)이 이 제1 도전체(71)에 슬라이드 가능하게 탑재된다. 피스톤(60)의 위치를 조정함으로써, 손실성 전송 라인(70)/반응성 매질 어셈블리의 임피던스는 전자기 방사선 생성기(1)와 반응성 매질 간의 전자기 에너지의 전달을 최적화하도록 매칭된다. 그러므로, 슬리브(61)는 한편으로는 피스톤(60)과 일체화되거나 다른 한편으로는 수동 또는 전동 타입의 구동 수단과 결합되는 로드(rod)와 같은 피스톤 구동 수단(도시하지 않음)을 통해 이동 상태로 되도록 하기 위해 길이 방향 슬롯(64)을 갖는다.
도 10은 밀폐 캐비티(22)를 형성하는 또 다른 불연속 반응기(2)를 예시하며, 이 반응기는 밀폐 캐비티(22) 내에서의 역류와 연동하기 위해 통기 콘덴서(venting condenser)(27)와 연결되어 있다.
밀폐 캐비티(22)는 또한 캐비티(22) 내의 소정 압력 하에서 작동하기 위해 도시하지 않은 가압 수단에 연결될 수도 있다. 가압 수단은 예컨대 안전 밸브, 안전 파열 디스크(safety rupture disk) 등을 포함한 적합한 회로를 갖는 공지의 유형의 것이다.
반응기(2)는 또한 전술한 것과 동일한 타입의 재킷(24)을 포함할 수도 있다.
반응기(2)는 또한 반응성 매질을 교반하기 위한 수단(28)을 캐비티(22) 내에 밀봉 가능하게 진입하고 또한 이 교반 수단을 회전시키기 위한 로터리 모터와 같은 회전 구동 수단(도시하지 않음)에 연결되는 기계적 교반기의 형태로 포함할 수도 있다.
반응기(2) 내부의 손실성 전송 라인(70)의 유전성 절연체(73)는 적어도 부분적으로 반응성 매질로 구성되어, 이 반응성 매질이 제1 도전체(71)와 제2 도전체(72) 사이에서 순환하고, 반응성 매질의 교반에 의해 이들 도전체 사이에서의 순환이 촉진된다. 그러므로, 적합한 유전체 특성을 갖는 반응성 매질은 부분적으로는 캐비티(22) 내의 손실성 전송 라인(70)의 유전성 절연체(73)를 형성한다. 그러므로, 반응성 매질은 손실성 전송 라인(70)의 양자의 도전체 사이에 위치됨으로써 손실성 전송 라인(70)과 연결된다. 제1 도전체(71)를 둘러싸는 유전체 재료가 담겨지는 슬리브(730) 또한 도 9b를 참조하여 전술된 바와 같은 원추대 형상으로 제공되며, 슬리브(730)의 형상은 요구된 에너지 밀도 분배 프로파일에 적합화된다. 본 실시예에서, 슬리브(730)는 제1 도전체(71) 둘레에 위치되며, 반응성 매질이 슬리브(730)와 제2 도전체(72) 사이에 순환할 수 있도록 제2 도전체(72)에 대하여 이격되어 있다. 예시되지 않은 대안에서, 슬리브(730)는 그 내측면이 제1 도전체(71)에 대해 이격되는 상태로 제2 도전체(72) 내측에 위치되어, 반응성 매질이 슬리브(730)와 제1 도전체(71) 사이에 순환할 수 있으며, 제1 도전체(71)와 제2 도전체(72) 사이의 슬리브(73)가 두꺼울수록 결합이 작아지기 때문에, 슬리브(730)의 형상은 제1 도전체(71)와 반응성 매질 사이의 요구된 결합에 적합화된다.
손실성 전송 라인(70)의 제1 도전체(71)는 전자기 에너지의 전달을 허용하기 위해 절연 재료로 구성된 밀봉 개스킷(26)을 통해 반응기(2)의 벽부를 통과한다. 반응기(2)의 외측에서, 손실성 전송 라인(70)은 예컨대 전술한 바와 같이 제1 부분 및 제2 부분으로 연장할 수도 있다.
제2 도전체(72)가 예컨대 손실성 전송 라인의 개시부에서 반응성 매질을 빠져나오게 하기 위한 통로(720)를 가지며, 이로써 반응성 매질이 반응성 매질에 대해 개방된 손실성 전송 라인의 종료부와 이 통로(720) 사이에서 순환할 수 있다.
도 11a는 아래의 구성요소를 포함하는 본 발명에 따른 마이크로파 방사선에 의한 반응성 매질의 전자기 처리를 위한 장치를 개략적으로 예시하고 있다:
- 마이크로파 방사선 생성기(1);
- 반응성 매질을 포함하고 있는 반응기(2); 및
- 마이크로파 방사선 생성기(1)에 의해 생성된 전자기 방사선을 반응기(2) 내에 포함되어 있는 반응성 매질에 전송하는 장치(3).
전송 장치(3)는 이하의 구성요소를 포함한다:
- 생성된 전자기 에너지를 반응성 매질에 전송하기 위해, 생성기(1)의 출력단에 위치되고, 본 발명에 따른 손실성 전송 라인(70)과 연결되는 도파관(4);
- 도파관(4)으로부터 반응성 매질 내로의 전자기 에너지의 전달을 허용하도록 배치된 결합 수단(5); 및
- 반응성 매질에 대한 전자기 에너지의 적합화를 보장하고 또한 매질에 따른 에너지 전달의 최적화를 허용하도록 설계된 적합화 수단(8).
적합화 수단(8)은 이하의 구성요소를 포함한다:
- 파의 전송 방향에 직각으로 위치된 예컨대 구리 또는 알루미늄의 금속 플레이트를 포함하는 숏 서킷 피스톤(81)으로 구성되고, 이 숏 서킷 피스톤(81)이 생성기(1)의 반대측 및 반응기(2)의 하류측의 도파관(4)의 자유 단부(49)에 위치되는, 제1 이동 적합화 부재(81);
- 그리고, 필요한 경우에 이용되는, 생성기(1)와 단락 회로 피스톤(81) 사이의 도파관(4) 내에, 보다 구체적으로 반응기(2)의 상류측에 위치된, 가변 커플링 아이리스(iris)로 구성되는 제2 이동 적합화 부재(82).
결합 수단(5)은, 손실성 전송 라인(70)과, 손실성 전송 라인(70)/반응성 매질 어셈블리의 임피던스를 매칭시키기 위한 수단(6)을 포함하며, 이들 매칭 수단(6)은 특히 전술한 바와 같은 숏 서킷 피스톤(60)을 포함한다. 도파관(4)과 손실성 전송 라인(70) 간의 결합은 도 9b를 참조하여 설명한 것과 동일한 유형의 것으로 될 수도 있다.
이 장치는 또한 전자기 방사선 생성기(1)를 반응기(2)로부터 절연시키는 격벽(9)을 포함하여, 이 격벽(9) 외부의 사람 및/또는 장비를 전자기 방사선 생성기(1)에서 발생할 수도 있는 폭발 및/또는 화재의 위험으로부터 보호한다. 이 격벽(9)은 예컨대 아르곤, 이산화탄소 또는 질소 등의 중성 가스로 채움으로써 불활성화될 수 있으며, 그 후 중성 가스 누출을 방지하기 위해 밀봉 방식으로 절연될 수 있다. 불활성화는 폭발성 대기와 같은 대기를 비연소성 및 비산화성 가스 또는 가스 혼합물로 교체하는 것을 포함하는 기술을 의미한다.
불활성화 기술은 또한 가연성의 폭발성 물질을 포함하거나 또는 처리 동안 이러한 물질을 생산할 가능성이 있는 반응성 매질의 처리의 경우에는 도파관(4), 결합 수단(5) 및 반응기를 대기 하에 위치시키기 위해 이용될 수도 있다. 이를 위해, 도파관(4)에 윈도우(도시하지 않음)가 위치될 수도 있으며, 이 윈도우는 예컨대 석영과 같이 파에 대해 투과성을 갖는 절연 재료로 구성된다.
도 11b는 이하의 구성요소를 포함하는 본 발명에 따른 고주파 방사선에 의한 반응성 매질의 전자기 처리를 위한 장치를 개략적으로 예시하고 있다:
- 고주파 방사선 생성기(1);
- 반응성 매질을 위한 유입구(20) 및 유출구(21)를 갖는 연속 타입의 반응기(2); 및
- 고주파 방사선 생성기(1)에 의해 생성된 전자기 방사선을 반응기(2)에 포함되어 있는 반응성 매질에 전송하기 위한 장치(3).
전송 장치(3)는 이하의 구성요소를 포함한다:
- 생성된 전자기 에너지를 반응성 매질에 전송하기 위해, 고주파 방사선 생성기(1)의 유출구에 위치되고 또한 본 발명에 따른 손실성 전송 라인(70)과 연결되는, 50 Ohm 접속 타입의 동축 전송 케이블(400);
- 전자기 에너지를 손실성 전송 라인(70)에 대해 적합화시키고 반응성 매질에 따른 에너지 전달의 최적화를 가능하게 하도록 설계된 적합화 수단(800).
적합화 수단(800)은 동축 전송 케이블(400)에 직렬로 위치된 전기적 매칭 시스템을 포함하며, 이 시스템은 본 기술분야의 당업자에게 알려진 유형의 것이며, 예컨대 이하의 구성요소를 포함한다:
- 동축 전송 케이블(400)에 직렬로 위치된 자체 유도 코일(810)(또는 인덕터) 및 제1 가변 커패시터, 이 제1 가변 커패시터(820)는 임피던스의 리액턴스 부분을 정정함; 및
- 동축 전송 케이블(400)과 병렬로 위치되고, 한편으로는 자체 유도 코일(810)의 단자 중의 하나에 연결되고 다른 한편으로 접지와 같은 기준 전위에 연결되고, 임피던스의 저항 부분을 정정하는 제2 가변 커패시터(830).
동축 전송 케이블(400)과 손실성 전송 라인(70)을 연결시키기 위해서는, 손실성 전송 라인(70)의 제1 도전체(71)를 동축 전송 케이블(400)의 대응하는 도전체와 전기적으로 연결시키는 것으로 충분하다. 전기적 매칭 시스템(800)은 동축 전송 케이블(400)과 손실성 전송 라인(70)/반응성 매질 어셈블리 간의 임피던스 매칭을 보장한다.
도 12는 일반적인 유선형 형상을 갖는 캐비티(22)를 형성하는 유선형 반응기(2)를 예시하고 있다. 반응기(2)는 예컨대 서로 평행하고 180°벤드(bend)를 통해 연속적으로 연결된 3개의 직선 부분을 포함한다. 손실성 전송 라인(70)은 또한 전반적인 유선형 형상으로 되고, 보다 구체적으로 반응기(2)를 따라 전체적으로 반응성 매질과의 결합 계면을 제공하고 그에 따라 전자기 에너지를 인가하기 위해 캐비티(22)의 형상과 실질적으로 동일한 형상으로 된다. 물론, 다른 반응기 형상도 고려될 수 있으며, 핵심은 손실성 전송 라인(70)이 모든 반응기 형상에 적합화될 수 있으며, 직선형 방응기로만 한정되지 않는다.
또한, 반응기(2) 및 손실성 전송 라인(70)은 반응성 매질이 예컨대 유성 제품(oleaginous product)과 같이 흡수성이 크지 않을 것이기 때문에 더 길어지게 될 것이다. 손실성 전송 라인(70)의 길이는 반응기(2) 내에서의 체류 시간(dwelling time)에 적합화될 수도 있다. 반응기(2)를 위한 유선형 구성의 장점은 너무 길어서 너무 번거로운 직선형 반응기를 방지하면서 반응성 매질에 이용 가능한 경로를 길게 한다는 것이다. 손실성 전송 라인(70)의 길이 및 반응기(2)의 길이는 예컨대 수 센티미터와 수 미터 사이에서 이루어질 수 있다.
모든 경우에, 반응기의 금속 벽부는, 고려된 처리의 필요성에 적합화된 표면 온도를 획득하기 위해 열전달 유체, 냉각제 유체 또는 극저온 유체가 그 안에서 순환할 수도 있는 재킷으로 구성될 수 있다. 이후에 설명되는 본 발명의 실시예는 반응성 매질과 재킷 내에서 순환하고 있는 유체 간의 열교환 표면적을 더 많게 또는 더 적게 하는 가능성을 예시한다. 재킷의 유체는 당연히 반응성 매질과 동일한 방향 또는 이 흐름에 대항하는 방향으로 순환할 수도 있다.
도 13a 및 도 13b는 병렬 파이프부와 함께 반응기(2) 내측에서 연장하는 손실성 전송 라인(70)의 다른 실시예를 예시하고 있다. 반응기(2)의 내부 캐비티(22) 내측에서 제1 도전체(71)가 반응기(2) 내의 반응 매질에 노출된다. 반응기(2) 내측에는, 반응기(2)의 외벽부(23)(또는 반응기 몸체)로 제2 도전체(72)가 형성되고, 상기 외벽부(23)는 반응기(2) 외측의 제2 도전체(72)의 일부분과 전기 접속되어 있다.
직사각 단면의 제1 도전체(71)는 반응기(2)의 전체 폭에 걸쳐 연장하고, 그 길이 방향의 에지가 유전성 절연체 스트립(73)으로 각각 감싸여지며, 이 유전성 절연체 스트립(73)이 반응기(2)의 벽부를 형성한다.
이 구성에서, 제1 도전체(71)가 캐비티(22)를 2개의 채널, 즉 제1 채널(221) 및 제2 채널(222)로 분할하고, 이들 채널은 제1 도전체(71)의 자유 단부에 해당하는 손실성 전송 라인의 끝에서만 각각 연통한다. 제1 채널(221)은 또한 벽부(23)의 제1 내측 면(235)에 의해 범위가 정해지는 한편, 제2 채널(222)은 제1 내측 면(235)의 반대쪽의 벽부(23)의 제2 내측 면(236)에 의해 범위가 정해진다. 반응기(2)는 또한 반응성 매질의 순환을 위한 유입구(20) 및 배출구(21)를 가지며, 유입구(20)는 제1 채널(221) 내로 직접 개방되어 있고, 배출구(21)는 제2 채널(222) 내로 직접 개방되어 있으며, 유입구(20)와 배출구(21)는 제1 도전체(71)에 관련하여 라인의 개시부에 예컨대 대칭으로 위치되는 것이 이롭다. 그러므로, 반응성 매질은 유입구(20)를 통해 반응기(2)에 진입하고, 제1 채널(221)에서 순환하여 제1 도전체(71)와 결합되며, 그 후 제2 채널에서 순환하여 배출구(21)를 빠져나가기 전에 제1 도전체(71)와 다시 결합된다.
한편으로는 제1 도전체(71)가 일정한 두께의 것이고 캐비티(22)의 중간 평면 Pm으로 연장하기 때문에 채널(221, 222)은 동일한 일정 치수의 것이며, 다른 한편으로는 내측 면(235, 236)이 중간 평면 Pm에 관련하여 대칭으로 이루고 중간 평면 Pm에 평행하다는 것에 유의하여야 한다.
이와 달리 그리고 전자기장의 분배 프로파일을 조정하기 위해, 채널(221, 222)의 각각의 체적에 대해 영향을 주는 것은 당연히 가능하며, 채널(221, 222) 모두는 이하의 것에 영향을 줌으로써 전혀 다르고 가변적인 치수로 될 수도 있다:
- 라인(70)을 따라 변화할 수도 있는 제1 도전체(71)의 지오메트리, 구체적으로 캐비티의 중간 평면 Pm에 관련하여 비대칭적으로 변화할 수도 있는 제1 도전체의 두께 및/또는 캐비티(22)의 중간 평면 Pm에 관련된 제1 도전체의 기울어짐;
- 라인을 따라 변화할 수도 있는 외벽부(23)의 지오메트리, 구체적으로 중간 평면 Pm에 관련하여 더 이상 대칭을 이루지 않을 수도 있는 내측 면(235, 236)의 형상.
도 14는 도 11a의 개략적인 예시에 따른 장치를 예시하고 있으며, 방사선이 마이크로파 타입의 것이다. 본 실시예에서, 도파관(4)은 곡선 형상, 구체적으로는 도파관(4)의 복귀 루프를 형성하는 전반적인 U자 형상을 갖는 연결부(40)를 포함한다. 도파관(4)은 또한 서로 마주보는 제1 직선부(41) 및 제2 직선부(42)를 포함하며, 이들 직선부는 곡선 연결부(40)의 제1 단부와 제2 단부에 각각 연결되어 있다.
숏 서킷 피스톤과 같은 제1 이동 적합화 부재(81)가 제1 직선부(41)에서 병진 운동 방식으로 이동하고, 가변 커플링 아이리스와 같은 제2 이동 적합화 부재(82)(도시하지 않음)가 제2 직선부에서 병진 운동 방식으로 이동한다. 직선부(41, 42)는 서로 평행하고 마주보고 있으며, 이로써 이동 적합화 부재(81, 82)가 단일 모터를 갖고 어떠한 복잡한 동기화 장치는 갖지 않는 간편한 수단에 의해 동기되어 이동될 수도 있다.
반응기(2)는 도파관(4)의 곡선부(40)에 연결되고, 이 곡선부(40)가 적어도 부분적으로 격벽(9)의 외측으로 연장한다는 점에 유의하기 바란다. 본 장치의 어떠한 요소들은 도 9b(적합화 및 연결 수단에 대한) 및 도 11a를 참조하여 이미 설명되었으므로 다시 설명되지 않는다.
도 15 내지 도 20 모두는 반응성 매질의 순환을 위한 유입구(20) 및 배출구(21)를 갖는 연속 타입의 반응기(2)를 예시하고 있다. 도 15 내지 도 20에서는 단지 도파관(4)의 연결부(40)와 결합되는 반응기(2)를 예시하고 있고, 이 연결부(40)는 직선형(도 15b 및 도 15c) 또는 "U"자형과 같은 곡선형(도 15a 및 도 16)으로 될 수도 있다.
이 반응기(2)는 관형 외벽부(23)를 포함하며, 이 관형 외벽부는, 도파관(4)쪽으로 가로 방향으로 연장하고 내부 캐비티(22)의 범위를 제한하는 원통부와, 관형 외벽부(23)에 내부로 개방되는 유입구(20) 및 배출구(21)가 형성되어 반응성 매질이 유입구(20)와 배출구(21) 사이에서 캐비티(22)를 순환할 수 있는 원통부를 갖는다.
관형 외벽부(23)는 예컨대 나사체결에 의해 또는 관형 외벽부(23)의 제1 단부(231) 상에 일체형으로 추가된 크라운(crown)을 통해 도파관(4)의 연결부(40) 상에 일체형으로 추가되는 제1 단부(231)를 갖는다. 손실성 전송 라인(70)은 밀봉 및 절연 개스킷(26)을 통해 제1 단부(231)를 교차한다.
관형 외벽부(23)는 덮개(234)에 의해 폐쇄된 제2 단부(232)를 갖는다.
도 15a에 예시된 실시예를 제외하고는, 반응기(2)는 도 9b를 참조하여 전술한 것과 동일한 유형의 재킷(24)을 포함한다. 원통부를 갖는 관형 재킷(24)은, 유입구(20)와 배출구(21) 사이에 위치된, 반응기(2)의 관형 외벽부(23)의 길이부를 둘러싼다.
손실성 전송 라인(70)과 도파관(4) 사이를 연결 캐비티(401)로 연결하는 것은 도 9b를 참조하여 전술한 것과 동일한 유형의 것이다.
또한, 손실성 전송 라인(70)/반응성 매질 어셈블리의 임피던스를 피스톤(60) 및 슬리브(61)의 임피던스와 매칭시키기 위한 수단(6) 또한 도 9b를 참조하여 전술한 것과 동일한 유형의 것이다.
반응기(2)의 관형 외벽부(23)는 도 16 내지 도 20에 예시된 실시예에서의 손실성 전송 라인(70)의 제2 도전체(72)를 형성하며, 제1 도전체(71)가 반응기(2)의 캐비티(22) 내에서 연장하고, 유전성 절연체(73)가 제1 도전체(71)와 제2 도전체(72) 사이, 여기서는 반응기(2)의 관형 외벽부(23)에 위치되며, 유전성 절연체(73)는 제1 도전체(71) 상에 추가된 적합한 재료로 구성될 수도 있고, 또는 전자기파에 민감한 하나 이상의 성분을 포함하는 반응성 매질의 전부 또는 일부로 구성될 수도 있다.
도 16 내지 도 19는, 손실성 전송 라인(70)의 일부 또는 전부 상의 제1 도전체(71)를 둘러싸는 순환 채널(78) 내에서 반응 매질이 반응기(2)를 순환하고, 순환 채널이 전자기 방사선에 대해 적어도 부분적으로는 투과성을 나타내는 몇몇 실시예를 예시하고 있다. 순환 채널(78)은 제1 도전체(71)와 내부를 순환하는 반응성 매질 간의 계면을 제공한다.
도 15c 및 도 17에 예시된 실시예에서, 순환 채널(78)은, 일반적인 나선형 형상을 갖고 제1 도전체(71)의 길이의 일부분 상에서 제1 도전체(71)를 둘러싸는 통형 관(hollow tube)(780)으로 구성된다. 이에 의해, 통형 관(78)은 제2 도전체(72), 여기서는 반응기(2)의 관형 외벽부(23)와 제1 도전체(71) 사이에서 연장한다. 통형 관(780)은 전자기 방사선에 대해 투과성을 갖는 재료로 구성된다.
통형 관(780)의 제1 단부(781)는 관형 외벽부(23)의 제1 단부(231)에서 반응기(2)를 빠져나오고, 제2 단부(782) 또한 관형 외벽부(23)의 제2 단부(232)에서 구체적으로 덮개(234)를 교차하여 반응기(2)를 빠져나온다.
반응성 매질은 통형 관(780)을 통해 반응기(2) 내로 유입될 수도 있으며, 중성의 유전체 액(액체 또는 기체 타입의)이 유입구(20) 및 배출구(21)를 통해 반응기(2) 내에 유입될 수도 있다. 이러한 방식에서, 반응성 매질은 통형 관(780)을 순환하는 한편, 중성 유전체 액은 제1 도전체(71), 제2 도전체(72) 및 통형 관(780) 사이에서 반응기(2)를 순환하며, 그에 따라 제1 도전체(71)와 반응성 매질 사이의 유전성 절연체로서 작용할 수도 있다. 이에 의해, 제1 도전체(71)와 통형 관(780)을 순환하는 반응성 매질 간의 에너지 전달을 수정하기 위해 전자기장의 프로파일의 분포에 영향을 미치는 것이 가능하다. 반응성 매질이 통형 관(780)을 순환하므로 열교환 표면적이 감소되어, 반응성 매질이 재킷(24)에 의해 열조절되기가 더욱 곤란하기 때문에, 중성 유전체 액의 중요한 기능은 통형 관(780) 내의 핫 포인트의 형성을 방지함으로써 반응성 매질의 열조절을 촉진하는 것이다.
손실성 전송 라인(70)과 통형 관(780)을 순환하는 반응성 매질 간의 전달 계면을 변경하기 위해서는, 이하의 2개의 파라미터, 즉
- 제1 도전체(71)의 지오메트리;
- 통형 관(780)의 지오메트리
에 단독으로 또는 조합하여 영향을 미쳐, 제1 도전체(71)의 방사선에 노출되는 반응성 매질 표면적을 제어하는 것이 가능하다.
제1 도전체(71)가 손실성 전송 라인의 개시부와 종료부 사이에서 단위 길이 당의 증가하는 방사 표면적을 제공하기 위해서는, 제1 도전체(71)가 원추대 형상을 갖는다. 그러므로, 손실성 전송 라인을 따라 직경이 증가하면, 제1 도전체(71)의 방사 표면적 또한 단위 길이당 증가한다.
도 17에 예시된 통형 관(780)은 일정한 단면(관의 크기에 대응하는), 일정한 직경(턴의 직경에 대응하는) 및 일정한 피치의 것으로 되며, 제1 도전체(71)의 원추대 형상에 의하여 손실성 전송 라인(70)과 반응성 매질 간의 연결 계면의 제어가 이루어진다.
그러나, 반응성 매질이 손실성 전송 라인의 개시부와 종료부 사이에서 증가하는 단위 길이 당의 방사선에 노출되는 표면적을 제공하기 위해서는, 손실싱 전송 라인의 개시부와 종료부 사이에서 이하의 변동을 제공함으로써 통형 관(780)의 지오메트리에 영향을 미칠 수 있다:
- 점차적으로 커지 관에 대응하여 단면의 증가; 및/또는
- 제1 도전체(71)에 점차적으로 근접하는 관에 대응하여 직경의 감소; 및/또는,
- 점차적으로 근접하는 턴에 대응하여 피치의 감소, 손실성 전송 라인의 개시부의 턴은 서로 떨어져야 함.
도 16, 도 18 및 도 19에 예시된 실시예에서, 순환 채널(78)은 한편으로는 제1 도전체(71)를 둘러싸는 통형 몸체(784)의 외면 상에 형성된 나선형 홈(783)에 의해, 다른 한편으로는 관형 외벽부(23)에 의해 범위가 정해진다. 통형 몸체(784)는 관형 외벽부(23)에 대하여 밀봉 가능하게 탑재되며, 이로써 반응성 매질만이 홈(783) 내에서 순환한다. 반응성 매질은 홈 내로 직접 개방되는 유입구(20)를 통해 홈(783) 내로 유입되며, 또한 홈(783) 내로 직접 개방되어 있는 배출구(21)를 통해 홈으로부터 빠져나온다. 통형 몸체(784)는 전자기 방사선에 대해 투과성을 갖는 재료로 구성되며, 특히 도 9b 및 도 9c를 참조하여 전술한 유전체 재료의 슬리브(730)와 동일하게 절연체(73)의 일부분으로서 간주될 수도 있다.
손실성 전송 라인(70)과 홈(783)을 순환하는 반응성 매질 간의 전달 계면을 변화시키기 위해서는, 이하의 2개의 파라미터,
- 제1 도전체(71)의 지오메트리;
- 통형 몸체(784), 구체적으로는 홈의 지오메트리
에 단독으로 또는 조합으로 영향을 주어, 도 9c에 예시된 바와 같은 슬리브(730)의 지오메트리에 작용하는 것과 실질적으로 동일한 양에 해당하는 제1 도전체(71)의 방사선에 노출되는 반응성 매질 표면적을 제어하는 것이 가능하다.
도 18에 예시된 바와 같이, 제1 도전체(71)가 손실성 전송 라인의 개시부와 종료부 사이에서 단위 길이 당의 증가하는 방사 표면적을 제공하기 위해, 제1 도전체(71)는 원추대 형상을 갖는다. 본 실시예에서, 통형 몸체(784)는 원통형 단면 및 제1 도전체(71)의 자유 단부에서의 제1 도전체의 직경보다 실질적으로 큰 직경을 갖는 내부 캐비티(785)를 갖는다. 물론, 통형 몸체(784)의 내부 캐비티(785)의 직경의 제어에 의해 제1 도전체(71)와 홈(783) 사이의 유전성 절연에 영향을 주어, 통형 몸체(784)가 제1 도전체(71)를 더 많이 고정(clasp)하거나 더 적게 고정하게 할 수 있다.
특정의 특징에 따라, 통형 몸체(784)는 손실성 전송 라인(70)의 길이 방향 축의 둘레를 반응기(2) 내에서 회전 구동될 수 있도록 하기 위해 회전 방식으로 이동하며, 홈(783)을 갖는 통형 몸체(784)가 반응기(2)의 유입구(20)와 배출구(21) 사이에서 반응성 매질을 운반할 수 있도록 하기 위해 워엄 스크류(worm screw)의 원리에 따라 작동한다. 통형 몸체(784)의 회전에 의한 이러한 운반은 예컨대 알갱이 또는 분말 타입과 같은 고체 형태의 반응성 매질에 특히 적합하다.
도 19에 예시된 바와 같이, 통형 몸체(784)를 회전으로 구동하기 위해, 통형 몸체(784)와 제1 도전체(71)를 회전 시에 서로 의존하도록 하고 또한 예컨대 슬리브(61) 상에 탑재된, 보다 구체적으로 가로 방향 단부 벽(63) 상에 탑재된 로터리 모터(786)를 통해 제1 도전체(61)를 회전으로 구동하는 것이 가능하다. 이 경우, 제1 도전체(71)는 로터리 모터(786)와 연동하기 위해 특히 볼 베어링을 통해 제1 도전체가 회전 가능하게 탑재되는 가로 방향 단부 벽(63)을 교차한다. 제1 도전체(71)의 다른 단부에서는, 제1 도전체(71)가 덮개(234)로부터 돌출하는 센터링 핀(238)을 통해 회전 시에 안내되어 제1 도전체(71)의 이 단부에 이러한 목적을 위해 구성된 캐비티 내로 결합하게 될 수 있다. 물론, 로터리 모터(786)가 제1 도전체(71)의 상기 다른 단부에 위치되어, 도 19에서 가로 방향 단부 벽(63)을 교차하는 것과 동일한 방식으로 덮개(234)를 교차하도록 하는 것도 생각할 수 있다.
예컨대 원통형 단면의 통형 몸체(784) 및 제1 도전체(71)를 회전 시에 상호 의존적으로 하기 위해서는, 제1 도전체 둘레를 통형 몸체(784)가 어떠한 동작 없이도 탑재되는 것을 고려해볼 수도 있으며, 그 후 통형 몸체(784)의 내부 캐비티(785)가 제1 도전체(71)로 완전하게 채워진다.
도 18에 예시된 홈(783)은 일정 폭(제1 도전체(71)의 길이 방향 축을 따른 치수에 대응하는), 일정 깊이(제1 도전체(71)에 직각을 이루는 축을 따른 치수에 대응하는), 및 일정 피치의 것이며, 손실성 전송 라인(70)과 반응성 매질 간의 결합 계면의 제어가 제1 도전체(71)의 원추대 형상에 의해 수행된다.
그러나, 반응성 매질이 손실성 전송 라인(70)의 개시부와 종료부 사이에서 증가하는 단위 길이 당의 방사선에 노출되는 표면적을 제공하도록 하기 위해, 손실성 전송 라인(70)의 개시부와 종료부 사이에서 이하의 변화를 제공함으로써 홈(783)의 지오메트리에 영향을 줄 수 있다:
- 점점 더 넓어지는 홈에 대응하여 홈의 폭의 증가; 및/또는
- 제1 도전체(71)에 점점 근접하는 홈에 대응하여 홈의 깊이의 증가; 및/또는
- 점점 더 근접하는 턴에 대응하여 피치의 감소, 홈의 개시부에서의 턴은 이격되어 있어야 함.
도 20a 내지 도 20c는 모터 장착된 부재(281)를 통해 회전 운동을 행하는 프로펠러(280) 또는 나선면체 부품과 같은 교반 수단(stirring means)(28)을 포함하는 반응기(2)를 예시하고 있다. 본 발명의 특정 실시예에 따라, 프로펠러 또는 나선면체 부품(280)은 손실성 전송 라인(70)의 길이 방향 축과 대칭을 이루거나 일치하는 평행 축을 갖는다. 그러므로, 프로펠러는 손실성 전송 라인(70)의 제1 도전체(71) 둘레에 연장하며, 이 제1 도전체(71) 둘레에 센터링된다. 프로펠러(280)는 또한 반응기 몸체에 관련하여 작은 동작으로 몸체(23)에서 회전하기 위해 관형 반응기 몸체(23)(또는 외벽부(23))의 내경과 실질적으로 동일한 외경을 가질 수도 있다. 프로펠러(280)는 반응기의 외측에서 반응기(2)의 단부(232)에 위치된 로터리 모터(281)를 통해 회전으로 구동된다.
도 20a 내지 도 20c에 예시된 반응기(2)는 전술한 바와 같은 반응성 매질을 위한 어떠한 순환 채널도 포함하지 않으며, 이 반응성 매질은 유입구(20)에서 유입되고 배출구(21)에서 추출되며, 제1 도전체(71)와 제2 도전체(72), 즉 외벽부(23) 또는 반응기 몸체 사이에서 전체적으로 연장한다.
손실성 전송 라인(70)과 반응기(2) 내에서 순환하고 있는 반응성 매질 간의 전달 계면을 변화시키기 위해서는, 제1 도전체(71)의 가로 방향 지오메트리에 영향을 주는 것만으로 가능하며, 도 20a 및 도 20b에서는, 제1 도전체(71)가 제1 도전체(71)의 단면에 있어서 연속적인 증가를 갖는 전반적인 원추대 형상을 가지며, 도 20c에서는, 제1 도전체(71)가 제1 도전체(71)의 단면에 있어서 계단형 증가를 갖는 전반적인 계단 형상을 갖는다.
도 17, 도 18, 도 19, 도 20b 또는 도 20c의 각각에서, 손실성 전송 라인(70)의 제1 횡단면(711)과 제2 횡단면(712)이 예시되어 있으며, 손실성 전송 라인(70)과 반응성 매질 간의 전달 계면 및 그에 따른 손실성 전송 라인(70)과 반응성 매질 간의 결합은, 제1 횡단면(711)에 비하여 제2 횡단면(712)의 경우에 더 크다. 반응성 매질과의 전달 계면 또는 결합에서의 이러한 차이를 얻기 위한 다른 수단이 앞에서 설명되었으며, 주로 제1 도전체(71), 순환 채널(78), 제2 도전체(72), 및/또는 절연체(73)의 지오메트리에 미치는 작용으로 이루어진다.
전술한 예시 실시예는 어떠한 제한을 목적으로 하는 것이 아니며, 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고서도 본 발명에 따른 응용 장치에 다른 세부구성 및 개량 구성이 제공될 수도 있으며, 다른 제1 도전체, 순환 채널, 반응기, 제2 도전체 및/또는 절연체 실시예가 달성될 수도 있다.

Claims (46)

  1. 전자기 방사선을 전송하는 수단(4; 400)을 통해 전자기 방사선 생성기(1)에 연결되어 전자기 에너지를 반응성 매질에 인가하는 장치(7)에 있어서,
    전자기 에너지를 반응성 매질에 전달하기 위한 계면을 갖는 하나 이상의 손실성 전송 라인(lossy transmission line)(70)을 포함하며,
    상기 전달 계면이 상기 손실성 전송 라인(70)을 통해 상기 반응성 매질에 전달되는 전자기 에너지의 밀도의 미리 결정된 분배 프로파일을 상기 손실성 전송 라인(70)을 따라 이루어지도록 배치되는,
    전자기 에너지 인가 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 손실성 전송 라인(70)의 상기 전달 계면이 상기 손실성 전송 라인(70)의 하나 이상의 제1 횡단면(711)과 하나의 제2 횡단면(712) 사이에서 상이하며, 전자기 에너지가 이들 횡단면(711; 712)의 각각에서 상기 반응성 매질에 전달되며, 상기 손실성 전송 라인(70)의 상기 전달 계면이 상기 제1 횡단면(711)과 상기 제2 횡단면(712) 사이에서 연속적으로 구체적으로는 규칙적으로 변화하거나, 또는 불연속적으로 구체적으로는 계단형으로 변화하며, 구체적으로 상기 손실성 전송 라인(70)의 전체 길이에 걸쳐 가변적인 가로 방향 지오메트리(variable transverse geometry)를 갖는, 전자기 에너지 인가 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 손실성 전송 라인(70)은 유전체 특징을 갖는 절연체(73)를 통해 적어도 부분적으로 서로 절연되는 하나 이상의 제1 도전체(71) 및 하나의 제2 도전체(72)를 포함하며, 상기 제1 도전체(71)가 한편으로는 상기 전자기 방사선 생성기(1)에 연결되고 다른 한편으로는 상기 반응성 매질에 연결되어, 생성된 전자기 에너지를 전자기 에너지 밀도의 미리 결정된 분배 프로파일에 따라 상기 반응성 매질에 인가할 수 있도록 하며, 상기 제2 도전체(72)는 상기 반응성 매질이 위치되는 반응기(2)의 내측에 연장하도록 구성되는, 전자기 에너지 인가 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 손실성 전송 라인(70)은 상기 반응성 매질이 상기 제2 도전체(72) 둘레에 위치되도록 배치되고, 상기 절연체(73)가 유전체 재료로 이루어져 있거나, 또는 상기 손실성 전송 라인(70)은 상기 반응성 매질이 적어도 부분적으로 상기 제1 도전체(71)와 상기 제2 도전체(72) 사이에 위치되도록 배치되고, 상기 절연체(73)가 적어도 부분적으로는 상기 반응성 매질로 이루어져 있으며, 상기 제2 도전체(72)는 상기 반응성 매질이 내부에 위치되는 상기 반응기(2)의 벽부(23)를 형성하는, 전자기 에너지 인가 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 도전체(72)가 상기 손실성 전송 라인(70)을 따라 가변적인 가로 방향 지오메트리를 갖거나, 상기 제1 도전체(71)가 상기 손실성 전송 라인(70)을 따라 가변적인 가로 방향 지오메트리를 갖거나, 상기 절연체(73)가 상기 제1 도전체(71)를 둘러싸는 유전체 재료의 슬리브(730)를 포함하고,
    상기 슬리브(730)가 가변적인 가로 방향 지오메트리로 되어 있어, 상기 제1 도전체(71)와 상기 반응성 매질 사이에 가변적인 전달 계면을 획득하는, 전자기 에너지 인가 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 손실성 전송 라인(70)의 전체 또는 일부분에 걸쳐 상기 손실성 전송 라인(70)의 상기 제1 도전체(71)를 둘러싸는 상기 반응성 매질을 순환시키기 위한 하나 이상의 순환 채널(78)을 더 포함하며, 상기 순환 채널(78)은 적어도 부분적으로는 전자기 방사선에 대해 투과성을 갖는, 전자기 에너지 인가 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 순환 채널(78)은 전반적인 나선형 형상을 갖는 하나 이상의 통형 관(hollow tube)(780)을 포함하거나, 또는 상기 제1 도전체(71)를 둘러싸는 통형 몸체(784)의 외면 상에 형성된 나선형 홈(783)에 의해 적어도 부분적으로 범위가 정해지며,
    상기 순환 채널(78)의 지오메트리는,
    - 상기 통형 관(780) 또는 상기 홈(783)의 피치가 상기 손실성 전송 라인(70)을 따라, 구체적으로 상기 손실성 전송 라인(70)의 종료부를 향하여 피치가 감소되는 방향으로 변화하거나,
    - 상기 통형 관(780)의 직경 또는 상기 홈(783)의 깊이가 상기 손실성 전송 라인(70)을 따라, 구체적으로 상기 손실성 전송 라인(70)의 종료부를 향하여 상기 직경 또는 상기 깊이가 감소되는 방향으로 변화하거나,
    - 상기 통형 관(780)의 단면 또는 상기 홈(783)의 폭이 상기 손실성 전송 라인(70)을 따라, 구체적으로 상기 손실성 전송 라인(70)의 종료부를 향하여 단면이 증가하는 방향으로 변화하는,
    전자기 에너지 인가 장치.
  8. 전자기 에너지를 반응성 매질에 인가하는 전자기 에너지 인가 장치(7) 및 상기 반응성 매질이 내부에 위치되는 반응기(2)를 포함하며, 적어도 부분적으로 상기 반응기(2) 내부에 연장하는 상기 전자기 에너지 인가 장치(7)가 제1항 또는 제2항에 따른 장치인 것을 특징으로 하는 어셈블리.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 반응기(2) 내부에서 상기 반응성 매질을 교반하는 교반 수단(28), 구체적으로 상기 반응기(2) 내에 위치되고 회전 이동하는 하나 이상의 프로펠러(280)를 포함하는 타입의 교반 수단을 더 포함하는, 어셈블리.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 반응성 매질의 온도를 제어하는 수단(24), 구체적으로 상기 반응기(2)를 적어도 부분적으로 둘러싸고 내부에서 냉각제 또는 가열 유체가 순환하는 재킷(jacket)으로 형성되는 수단을 더 포함하는, 어셈블리.
  11. 제8항에 있어서,
    캐비티(22)를 가압하는 수단을 더 포함하는, 어셈블리.
  12. 반응성 매질을 전자기 방사선에 의해 처리하는 장치에 있어서,
    - 전자기 방사선 생성기(1);
    - 상기 전자기 방사선을 전송하는 수단(4; 400);
    - 상기 전송 수단(4; 400)을 통해 전자기 방사선 인가 장치(7)가 상기 전자기 방사선 생성기(1)와 결합되는, 제8항에 따른 어셈블리; 및
    - 상기 전자기 방사선 생성기(1), 상기 전송 수단(4; 400) 및 상기 전자기 방사선 인가 장치(7) 간의 임피던스를 매칭시키는 적합화 수단(6; 8; 800)
    을 포함하는 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전자기 방사선은 마이크로파 타입의 것이고, 상기 전송 수단은 도파관(4)을 포함하며, 상기 도파관(4)은 제1 도전체(71)와 상기 도파관(4) 간의 결합을 허용하기 위해 손실성 전송 라인(70)의 상기 제1 도전체(71)가 내측에서 연장하는 결합 캐비티(401)와 연통되어 있으며,
    상기 처리 장치는 숏 서킷 피스톤(short-circuit piston)(60)이 병진 운동 방식으로 이동하는 공간(62)의 범위를 정하는 통형 슬리브(hollow sleeve)(61)를 더 포함하며, 상기 공간(62)이 상기 결합 캐비티(401)와 인접되어 있으며, 상기 숏 서킷 피스톤(60)이 반응기(2) 반대쪽의 상기 제1 도전체(71)의 단부의 둘레에서 슬라이드하며,
    적합화 수단(8)이 상기 도파관(4) 내에서 병진 운동 방식으로 이동하는 숏 서킷 피스톤과 같은 제1 적합화 부재(81) 및 상기 도파관(4) 내에서 병진 운동 방식으로 이동하는 가변적인 결합 아이리스(variable coupling iris)와 같은 제2 적합화 부재(82)를 포함하며, 상기 제1 적합화 부재(81) 및 상기 제2 적합화 부재(82)가 상기 반응기(2)의 양측면 상의 상기 도파관(4) 내에 위치되는,
    처리 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 전자기 방사선은 고주파 타입의 것이고, 상기 전송 수단은 구체적으로 동축 케이블 타입의 전송 케이블(400)을 포함하며, 상기 적합화 수단은 상기 전송 케이블(400)에 직렬로 위치된 전기적 매칭 시스템(800)을 포함하는, 처리 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 처리 장치는 손실성 전송 라인을 따라 전자기 에너지 밀도의 분배 프로파일에 따른 전자기 에너지를 인가함으로써 요구된 화학적 반응을 발생하기 위해 반응성 매질의 열처리를 위한 장치를 형성하고, 상기 프로파일은 요구된 화학적 반응에 좌우되어 선택되며, 상기 처리 장치는 하나 이상의 용제(solvent)에 현탁되어 있는 생물학적 종(origin)의 물질, 구체적으로 식물 또는 동물 종의 물질 또는 미생물(micro-organism)로부터의 물질을 포함하고 있는 반응성 매질에 전자기 에너지를 인가함으로써 생물학적 종의 물질, 구체적으로 식물 또는 동물 종의 물질 또는 미생물로부터의 물질을 추출하는 장치를 형성하는, 처리 장치.
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