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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Eintrag von
Mikrowellen in einen Reaktionsraum sowie ein Verfahren zum Erwärmen
eines Stoffes.
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In
der Offenlegungsschrift
DE 10 2004 044 687 A1 wird ein Verfahren
zur Herstellung von Metallcarboxylaten aus einem Reaktionsgemisch
offenbart. Während der Herstellung wird das Reaktionsgemisch mit
Mikrowellen behandelt. Bei diesem Verfahren ist es notwendig, einen
hohen thermischen Energieeintrag in dem Reaktionsgemisch zu erzielen.
Für diesen Zweck sind Mikrowellen geeignet. Aus der
DE 10 2004 044 687
A1 ist bisher nicht bekannt, auf welche Weise der thermische
Energieeintrag ohne hohe thermische Verluste und möglichst
störungsfrei in das Reaktionsgemisch eingetragen werden
kann.
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Weiterhin
steht bei vielen Produktionsprozessen ein Stoff, der erwärmt
werden soll bzw. in den Mikrowellen eingetragen werden sollen, unter
hohem Druck. Die Behandlung solcher Stoffe bei hohen Drücken
und hohen Temperaturen stellt große Anforderungen insbesondere
an die Dichtungen für einen Reaktionsraum.
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Es
besteht daher ein Bedarf nach einer Vorrichtung zum Eintrag von
Mikrowellen in einen Reaktionsraum, welche die mit dem Stand der
Technik bekannten Probleme zumindest teilweise löst.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung anzugeben, womit eine einfache und störungsarme
Produktion von Produkten erreicht werden kann, die bei einem Produktionsprozess
unter hohem Druck mit Mikrowellen bestrahlt werden sollen. Weiterhin
soll der Eintrag von Mikrowellen in den Reaktionsraum möglichst
verlustfrei erfolgen, d. h., dass ein möglichst großer
Teil der in den Mikrowellen enthaltenen Energie in einen Stoff,
der sich in dem Reaktionsraum befindet, eingetragen werden kann.
Auch soll mit der Vorrichtung ein kontinuierlich ablaufender Produktionsprozess
ermöglicht werden. Insbesondere besteht die Aufgabe auch
darin, bei den genannten hohen Drücken und Temperaturen
eine Dichtung bereitzustellen, die weitestgehend inert hinsichtlich der
zu behandelnden Reaktionsmedien ist und einen störungsarmen
Dauerbetrieb der Vorrichtung ermöglicht. Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist auch eine Vorrichtung anzugeben, bei der Einzelteile
möglichst einfach montiert und demontiert sowie ausgetauscht
werden können.
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Die
oben genannten Aufgaben werden durch eine Vorrichtung gemäß den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren gemäß dem
Patentanspruch 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen
angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängig
formulierten Unteransprüchen einzeln aufgeführten
Merkmale in beliebiger technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert
werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung
definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen
angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert
und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen
der Erfindung dargestellt werden.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Eintrag von
Mikrowellen in einen Reaktionsraum, der zumindest einen Mikrowellengenerator,
zumindest einen Reaktionsraum und zumindest eine Antenne aufweist.
Dabei ragt die Antenne zumindest teilweise in den Reaktionsraum
hinein, und kann Mikrowellen von dem Mikrowellengenerator aufnehmen
und in den Reaktionsraum abgeben. Dabei ist zumindest eine Halterung
für die Antenne vorgesehen, die zumindest teilweise von
wenigstens einem Schrumpfring umgeben ist, so dass die Halterung
und der Schrumpfring den Reaktionsraum abdichten.
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Der
Mikrowellengenerator dient dazu, Mikrowellen in einem bestimmten
Frequenzbereich und in einem bestimmten Leistungsbereich zur Verfügung zu
stellen. Ein solcher Frequenzbereich kann z. B. in dem Bereich von
0,5 bis 24 GHz liegen. Der Leistungsbereich des Mikrowellengenerators
kann z. B. in dem Bereich von 0,5 bis 50 kW liegen. Die Antenne dient
zunächst dazu, die vom Mikrowellengenerator erzeugten Mikrowellen
aufzunehmen. Diese Mikrowellen werden dann von der Antenne wieder
abgestrahlt. Mit unterschiedlichen Antennenformen können
verschiedene Leistungsverteilungen der abgegebenen Mikrowellen in
einem Raum um die Antenne erreicht werden. Die Antenne ragt in einen
Reaktionsraum hinein, um die vom Mikrowellengenerator erzeugten
Mikrowellen in den Reaktionsraum abzugeben. Durch das Hineinragen
der Antenne in den Reaktionsraum wird ein möglicht verlustfreier
Eintrag von Mikrowellen in den Reaktionsraum ermöglicht. Weiterhin
kann so eine gleichmäßige Verteilung der Mikrowellenenergie
in dem Reaktionsraum erreicht werden. Der Reaktionsraum ist geeignet,
um einen Stoff bzw. ein Gemisch aufzunehmen und abzugeben. Ein in
dem Reaktionsraum befindlicher Stoff kann die von der Antenne abgestrahlten
Mikrowellen aufnehmen und sich so erwärmen. Der Reaktionsraum
ist vorzugsweise so auszulegen, dass in ihm hohe Drücke
und hohe Temperaturen, beispielsweise Drücke bis 300 bar
und Temperaturen bis 500°C, herrschen können.
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Um
einen dauerhaften und störungsarmen Betrieb der Vorrichtung
zu gewährleisten, ist es nötig, den Reaktionsraum
um die hineinragende Antenne abzudichten. Hierzu ist eine Halterung
für die Antenne vorgesehen. Diese Halterung dient auch
dazu, die Antenne an geeigneter Stelle in dem Reaktionsraum zu positionieren.
Die Halterung muss für die im Reaktionsraum herrschenden
Drücke und Temperaturen ausgelegt sein. Geeignete Materialien
für die Halterung können temperaturstabile Polymere
(z. B. Polytetrafluorethylen), glasfaserverstärkter Polytetrafluorethylen
(Teflon), Bornitrid, Quarzglas, Polyethyletherketon (PEEK), Keramik,
Zirkonoxid, Titanoxid, Siliziumnitrit, Siliziumcarbid sowie Aluminiumoxidkeramik sein.
Mit einem Schrumpfring, der beispielsweise die Halterung fest umschließt,
kann erreicht werden, dass der Reaktionsraum abgedichtet wird, das
heißt, dass ein mit einem bestimmten Druck und einer bestimmten
Temperatur in dem Reaktionsraum befindliches Gemisch sich nicht
entlang der Antenne aus dem Reaktionsraum hinaus bewegen kann. Das
Material des Schrumpfrings kann beispielsweise Metall aufweisen.
Mit einer solchen Vorrichtung ist der Eintrag von Mikrowellen in
einen Reaktionsraum, in dem sich ein Mikrowellen aufnehmendes Gemisch
befinden kann, auch bei hohen Drücken und Temperaturen
möglich, und ein dauerhafter und störungsfreier Betrieb
ist gewährleistet.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung zumindest
ein Koaxialkabel auf, das Mikrowellen vom Mikrowellengenerator zur
Antenne leitet.
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Bei
einer solchen Vorrichtung gelangen die Mikrowellen vom Mikrogenerator über
ein Koaxialkabel zur Antenne. Anstelle eines Koaxialkabels können
auch andere Mittel verwendet werden, die zur Übertragung
von Mikrowellen geeignet sind. Ein solches Koaxialkabel bzw. Übertragungsmittel
von Mikrowellen ermöglicht es, dass sich der Mikrowellengenerator
an einer von der Antenne mit dem Reaktionsraum entfernten Ort befindet.
Weiterhin ist der Reaktionsraum zusammen mit der Antenne gegenüber
dem Mikrowellengenerator beweglich.
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In
einer alternativen Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung umfasst der Mikrowellengenerator zumindest einen Hohlleiter,
und die Antenne ragt teilweise in den Hohlleiter hinein.
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Hohlleiter
sind Wellenleiter, die als Rohre mit meist recheckigem, kreisförmigen
oder elliptischem Querschnitt ausgebildet sind, in denen sich hohe
Frequenzen, beispielsweise im Bereich 3 bis 30 GHz, beispielsweise
im Gegensatz zu Kabeln, vergleichsweise verlustarm übertragen
lassen. Abhängig von der Bauform des Hohlleiters und der
Frequenz der Mikrowelle bildet sich in dem Hohlleiter ein Fokussierpunkt.
An diesen Punkt kann die Antenne besonders gut Mikrowellen aus dem
Hohlleiter aufnehmen. Es ist demnach vorteilhaft, wenn die Antenne
an der Stelle des Fokussierpunktes teilweise in den Hohlleiter hineinragt.
Hineinragen bedeutet dass ein Antennenende durch eine Öffnung
an dem Hohlleiter in dem Innenraum des Hohlleiters positioniert
ist, vorzugsweise an einer Stelle, die es ermöglicht, Mikrowellen
besonders gut aufzunehmen.
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In
einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der beschriebenen
Vorrichtungsalternativen besteht die Halterung aus mikrowellentransparentem
Material, das besonders bevorzugt Aluminiumoxidkeramik umfasst.
Mit mikrowellentransparentem Material ist gemeint, das dieses keine
bzw. wenig Mikrowellenenergie absorbiert und durchlässig
gegenüber Mikrowellen ist. Damit soll ein Erwärmen
der Halterung vermieden werden und gleichzeitig erreicht werden, dass
ein möglichst großer Teil der Mikrowellenenergie
in den Reaktionsraum eingetragen wird. Bei den betrachteten hohen
Drücken und hohen Temperaturen (bis 300 bar und bis 500°C)
hat es sich als besonders günstig erwiesen, dass das mikrowellentransparente
Material der Halterung Aluminiumoxidkeramik umfasst. Mit diesem
Material war gleichzeitig eine störungsfreie Abdichtung
des Reaktionsraums auch unter extremen Bedingungen im Dauerbetrieb
möglich.
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In
einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der Vorrichtung
ist die Antenne stabförmig ausgestaltet. Stabförmige
Antennen können ein radialsymmetrisches Mikrowellenfeld
abstrahlen. Ein solches Feld kann für den Eintrag von Mikrowellenenergie
in einen Reaktionsraum besonders geeignet sein. Stabförmigkeit
der Antenne kann insbesondere auch bedeuten, dass die Antenne keine
Knickstellen aufweist. Auf diese Weise können Feldüberhöhungen
und Spitzenladungen und ähnliche Effekte vermieden werden.
Für den Fall, dass die Antenne in den Hohlleiter hineinragt,
ist es besonders vorteilhaft, wenn die Antenne durchgehend, d. h.
vom Antennenende im Hohlleiter bis in das Reaktionsrohr hinein,
gerade verläuft. Mit einer solchen Ausgestaltung können
besonders gute Wirkungsgrade erzielt werden, das heißt,
dass ein möglichst großer Teil der Mikrowellenenergie
in den Reaktionsraum eingetragen wird.
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In
einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der Vorrichtung
umhüllt die Halterung die Antenne von einer im Reaktionsraum
positionierten Antennenspitze bis zum Schrumpfring vollständig.
Die vollständige Umhüllung der Antenne von einer
Antennenspitze bis zum Schrumpfring bewirkt zum Beispiel, dass der
Antennenteil, der sich in dem Reaktionsraum befindet, nicht in direkten
Kontakt mit einem Stoff, der sich in dem Reaktionsraum befindet,
treten kann. Denn zwischen der Antenne und dem Stoff befindet sich
die Halterung. Eine so ausgestaltete Halterung verhindert es, dass
eine Undichtigkeit zwischen der Antenne und der Halterung auftreten
kann. Die Antenne ist im Allgemeinen fest von der Halterung umschlossen
bzw. fest in die Halterung eingepresst. Es kann aber auch Anwendungen
geben, bei denen die Antenne frei in die Halterung eingehängt
ist. Dies würde ein leichtes Austauschen der Antenne ermöglichen.
Eine solche Vorgehensweise bietet sich insbesondere dann an, wenn
die Dichtung (Halterung und Schrumpfring) nur geringe Drücke
und geringe Temperaturen, beispielsweise Drücke bis 2 bar
und Temperaturen bis 150°C, aushalten muss und gleichzeitig
beispielsweise eine leichte Austauschbarkeit der Antenne gewünscht
ist.
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In
einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der Vorrichtung
weist der Mikrowellengenerator einen Fokussierapparat mit mindestens
einem Hohlleiter, mindestens einer Mikrowellenquelle und mindestens
einem Kurzschlussschieber auf. Der Fokussierapparat dient dazu,
Mikrowellen in einem Hohlleiter auf einen Punkt zu fokussieren.
Er kann beispielsweise so aufgebaut sein, dass ein Hohlleiter an
einer Seite mit einer Mikrowellenquelle verbunden ist und an einer
anderen, beispielsweise gegenüber liegenden Seite, einen
Kurzschlussschieber aufweist. Mit dem Kurzschlussschieber kann der
Fokussierpunkt verschoben werden. Ebenso verursachen die Bauform
des Hohlleiters und der erzeugte Frequenzbereich des Mikrowellengenerators
ein Verschieben des Fokussierpunktes. Eine solche Vorrichtung eignet
sich demnach dazu, Mikrowellen mit verschiedener Frequenz an ein
Antennenende, das sich in dem Hohlleiter an einer fixen Position
befindet, einkoppeln zu können. Ein Verschieben des Kurzschlussschiebers
in den Hohlleiter hinein bzw. hinaus kann den Fokussierungspunkt
auf das Antennenende einstellen.
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In
einer erfindungsgemäßen Weiterbildung weist die
Vorrichtung zumindest einen Kühlkörper auf, der
bevorzugt mit Kontakt zu wenigstens der Halterung oder dem Schrumpfring
steht. Das bedeutet, dass der Kühlkörper bevorzugt
die Halterung und/oder den Schrumpfring so berührt, dass
eine gute thermische Ableitung der Wärme des Schrumpfringes
bzw. der Halterung zu dem Kühlkörper möglich ist.
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Bei
dem Kühlkörper kann es sich beispielsweise um
ein mit Kühlrippen ausgestalteten Kühlkörper
handeln oder aber auch um einen Kühlkörper, der mit
einem Flüssigkeitskühlmittel betrieben wird. In diesem
Fall weist der Kühlkörper auch einen Anschluss
für das Kühlmittel auf.
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In
einer erfindungsgemäßen Weiterbildung wird der
Reaktionsraum der Vorrichtung durch ein Reaktionsrohr begrenzt,
wobei die Antenne vorzugsweise mittig in dem Reaktionsrohr angeordnet
ist und wobei das Reaktionsrohr an einer Stirnseite zumindest eine
zentrale Öffnung und an einer Mantelfläche mehrere
Mikroöffnungen aufweist. Das mittige Anordnen der Antenne
in dem Reaktionsrohr führt zu einem Reaktionsraum, der
sich ringförmig um die Antenne bildet. Diese Form ist vorteilhaft,
da sich das radialsymmetrische Feld der Mikrowellen gleichmäßig
in dem Reaktionsraum ausbreiten kann. Dies führt zu einem
gleichmäßigen Eintrag der Mikrowellen in einen
Stoff, der sich in diesem Reaktionsraum befindet. Die Stirnseite
des Reaktionsrohres befindet sich gegenüber der dem Haltering
zugewandten Seite des Reaktionsrohrs. Diese Stirnseite weist eine zentrale Öffnung
auf, durch die der Stoff in den Reaktionsraum hineingelangen bzw.
aus dem Reaktionsraum herausgelangen kann. Die Mantelfläche
des Reaktionsrohres begrenzt den Reaktionsraum in von der Antenne
ausgesehen radialer Richtung. Diese Mantelfläche weist
Mikroöffnungen auf, durch die der Stoff aus dem Reaktionsraum
hinausgelangen kann bzw. in den Reaktionsraum hineingelangen kann.
Die Mikroöffnungen sind im Allgemeinen kleiner als die zentrale Öffnung.
Beispielsweise können zwischen 5 und 500 Mikroöffnungen
in der Mantelfläche enthalten sein. Eine bevorzugte Richtung
des Stoffflusses besteht darin, dass der Stoff durch die zentrale Öffnung
in den Reaktionsraum gelangt und aus den Mikroöffnungen
herausgelangt. Die Mikroöffnungen befinden sich vorzugsweise
in dem Bereich der Antenne. Auf diese Weise kann sichergestellt
werden, dass der Stoff den Reaktionsraum erst dann wieder verlässt,
wenn genügend Mikrowellen in den Stoff eingetragen sind,
dass heißt, wenn eine ausreichende Erwärmung stattgefunden
hat.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren zum Erwärmen
eines Stoffes umfasst zumindest die folgenden Schritte:
- a) Zuführen des Stoffes mit einer ersten Temperatur
in den Reaktionsraum;
- b) Aktivieren der hier erfindungsgemäß beschriebenen
Vorrichtung;
- c) Abführen des Stoffes mit einer zweiten Temperatur,
die größer als die erste Temperatur ist.
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Das
Verfahren kann bevorzugt mit einem der Verfahren aus der
DE 10 2004 044 687
A1 kombiniert werden, so dass hier auf die dort beschriebenen
Prozesse zur Herstellung von Metallcarboxylaten gleichermaßen
zurückgegriffen und zur Erläuterung herangezogen
werden können.
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Die
hier betroffenen Stoffe können beispielsweise in flüssiger,
gasförmiger und/oder fester Form, beispielsweise als Granulat
oder als pulverisiertes Material, vorliegen. Insbesondere kann das
beschriebene Verfahren bei der Herstellung von Zinkstearat, Stearylstearat,
Polyol, Polyglycerol und Zincum eingesetzt werden. Als Stoff kann
auch Wasser verwendet werden. Der Frequenzbereich der Mikrowellen
ist vorzugsweise so zu wählen, dass die Mikrowellen von
dem jeweils zu erwärmenden Stoff möglichst gut absorbiert
werden können. Durch das Absorbieren der Mikrowellen erwärmt
sich der Stoff in dem Reaktionsraum. Vor dem Erwärmen wird
der Stoff in den Reaktionsraum eingebracht. Die Temperatur, die
der Stoff besitzt, bevor er in den Reaktionsraum gelangt, wird als
erste Temperatur beschrieben. Ein Aktivieren der Vorrichtung bewirkt,
dass Mikrowellen in den Reaktionsraum abgegeben werden. Das Aktivieren kann
demnach ein Einschalten der Vorrichtung bedeuten. Der durch das
Absorbieren der Mikrowellen in dem Reaktionsraum erwärmte
Stoff wird aus dem Reaktionsraum abgeführt. Dieser Stoff
besitzt die zweite Temperatur. Das Zuführen kann beispielsweise
durch die erste zentrale Öffnung in der Stirnfläche erfolgen,
während das Abführen des Stoffes durch die Mikroöffnungen
in der Mantelfläche erfolgen kann. Für das Aktivieren
der Vorrichtung kann ein Schalter oder auch eine beispielsweise
elektronische Steuerung verwendet werden, die die Vorrichtung gemäß einem
gewünschten Verarbeitungsprozess steuert.
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In
einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird bei Schritt a) der Stoff wenigstens mit einem Druck bis 30
bar oder mit einem Durchfluss bis 2.000 kg/h dem Reaktionsraum zugeführt.
Das Verfahren kann insbesondere auch mit einer Kombination der hier
genannten Drücke und Durchflösse betrieben werden.
Somit wird insbesondere eine großtechnische Umsetzung des
Verfahrend vorgeschlagen.
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Höhere
Durchflussmengen können größere Drücke
erfordern. Je höher die Durchfluss, desto effizienter kann
ein Herstellungsprozess sein. Allerdings erhöhen sich mit
höheren Drücken und Temperaturen die Anforderungen
an die Vorrichtung zum Mikrowelleneintrag, die aber von der erfindungsgemäßen Bauart
bewältigt werden.
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In
einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird bei Schritt b) die Vorrichtung wenigstens mit einer Leistung
von bis zu 50 kW oder in einem Frequenzbereich von 0,5 bis 24 Gigahertz,
bevorzugt 1 bis 5 Gigahertz, besonders bevorzugt 2 bis 3 Gigahertz
betrieben.
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Mikrowellen
im Frequenzbereich von 2 bis 3 Gigahertz werden besonders gut von
Wasser absorbiert. Im Allgemeinen soll der Frequenzbereich so gewählt
werden, dass ein bestimmter Effekt, beispielsweise Erwärmung
des Stoffes, der sich im Reaktionsraum befindet, möglichst
gut erreicht wird.
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In
einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
verlässt der Stoff bei Schritt c) mit einer zweiten Temperatur
bis maximal 500°C den Reaktionsraum.
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Die
gewünschte zweite Temperatur hängt beispielsweise
von dem jeweiligen Gebiet, beispielsweise die Herstellung eines
bestimmten Stoffes, ab, in dem die Vorrichtung eingesetzt wird.
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Exemplarisch
soll hier für eine konkrete Ausgestaltung des Verfahrens
die Betriebsweise und die Wirkungsweise der Vorrichtung (wie sie
in
6 gezeigt ist) dargestellt werden:
| Stoff: | Metallsalz |
| Druck: | 1–40
bar |
| Durchflussmenge: | ca.
40 kg/h |
| erste
Temperatur | ca.
80°C |
| MW-Frequenz: | ca.
2450 MHz |
| Leistung: | ca.
2 kW |
| Erwärmungszeit: | ca.
2–10 Sekunden |
| zweite
Temperatur: | ca.
170°C. |
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In
einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
erfolgen wenigstens Schritt a) und Schritt c) zumindest teilweise
zeitgleich. Eine solche Verfahrensführung ermöglicht
das zeitgleiche Zuführen und Abführen des Stoffes
in dem Reaktionsraum. Somit ist eine kontinuierliche Prozessführung
sowie auch ein pulsierender Batch möglich. Diese hat im Gegensatz
zu einem Batch-Betrieb zum Beispiel den Vorteil, dass Verzögerungszeiten,
wie sie in Batch-Verarbeitungen vorkommen, vermieden werden können.
Es kann demnach eine höhere Effizienz in einem Produktionsprozess
erreicht werden.
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Die
Erfindung sowie das technische Umfeld werden nun anhand der Figuren
näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass
die in den Figuren veranschaulichten Ausführungsvarianten
die Erfindung nicht beschränken. Regelmäßig
werden gleiche Bauteile in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen schematisch:
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1:
eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Eintrag
von Mikrowellen in einen Reaktionsraum,
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2:
den Aufbau einer Fokussiereinheit,
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3:
den Aufbau einer erfindungsgemäßen Strömungsvorrichtung,
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4:
eine Darstellung einer Antenne mit Halterung und Schrumpfring,
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5:
eine Schnittansicht der Darstellung von Antennehalterung und Schrumpfring
gemäß 4, und
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6:
eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum
Eintrag von Mikrowellen in einem Reaktionsraum 2. Mikrowellen
werden von dem Mikrowellengenerator 3 über ein
Koaxialkabel 7 zur Antenne 4 geleitet. Die Antenne 4 strahlt
die Mikrowellen in den Reaktionsraum 2 ab, der von dem
Reaktionsrohr 13 begrenzt wird. Die Antenne 4 wird
von der Halterung 5 in einer geeigneten Position in dem
Reaktionsraum 2 gehalten. Die Halterung 5 bildet
zusammen mit dem Schrumpfring 6 eine Dichtung 25,
die den Reaktionsraum 2 abdichtet. Ein Stoff, der sich
in dem Reaktionsraum 2 befindet, kann den Reaktionsraum 2 somit
nicht entlang der Antenne 4, bzw. in Richtung der Antenne 4,
verlassen.
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2 zeigt
eine weitere Möglichkeit, Mikrowellen in die Antenne 4 einzukoppeln.
Hier wurde auf die Verwendung eines Koaxialkabels 7 verzichtet
und stattdessen werden die Mikrowellen von einem Fokussierapparat 19 direkt
in die Antenne 4 eingeleitet. Der Fokussierapparat 19 besteht
aus einer Mikrowellenquelle 10, einem Hohlleiter 8 und
einem Kurzschlussschieber 11. Die Mikrowellenquelle 10 gibt Mikrowellen
an den Hohlleiter 8 ab. Mit dem axial bewegbaren Kurzschlussschieber 11 kann
der Fokussierpunkt 22 eingestellt werden. Der Fokussierpunkt 22 ist
vorzugsweise so zu wählen, dass er mit dem in den Hohlraum
hineinragenden Teil der Antenne 4, also mit dem Antennenende 26,
zusammenfällt. Auf diese Weise können Mikrowellen
besonders gut in die Antenne 4 eingeleitet werden.
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3 zeigt
eine bevorzugte Strömungsvorrichtung 23 in Gestalt
einer Schnittansicht. Der Reaktionsraum 2 ist von dem Reaktionsrohr 13 begrenzt. In
der Darstellung befindet sich in der linken Teilhälfte des
Reaktionsraumes 2 der Stoff 18. Dieser ist auf der
rechten Seite nicht dargestellt, um die Mikroöffnungen 17 in
der Mantelfläche 16 des Reaktionsrohrs 13 darzustellen.
Der Stoff 18 gelangt durch die zentrale Öffnung 15,
die sich an der Stirnseite 14 des Reaktionsrohrs 13 befindet,
mit einer ersten Temperatur in den Reaktionsraum 2. Die
Antenne 4 strahlt Mikrowellen in den Reaktionsraum 2 ab.
Diese werden von dem Stoff 18 absorbiert und so erhöht
sich die Temperatur des Stoffs 18 in dem Reaktionsraum.
Mit dieser zweiten Temperatur verlässt der Stoff 18 den
Reaktionsraum durch die Mikroöffnungen 17.
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4 zeigt
eine Darstellung einer Antenne 4 mit einer Halterung 5 und
einem Schrumpfring 6. 5 zeigt
diese Antenne 4 in einer Schnittansicht entlang der Schnittlinie
A-A. Der Schrumpfring 6 weist ein Relief 20 auf.
Dieses Relief 20 kann beispielsweise wie eine Labyrinthdichtung
wirken.
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6 zeigt
ein besonders geeignetes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 1 zum Eintrag von Mikrowellen in einen Reaktionsraum 2.
Der Mikrowellengenerator 3 weist einen Fokussierapparat 19 mit
einem Hohlleiter 8, einer Mikrowellenquelle 10 und
einem Kurzschlussschieber 11 auf. Die Mikrowellenquelle 10 gibt
Mikrowellen an den Hohlleiter 8 ab. Die Form des Hohlleiters 8 und die
Stellung des Kurzschlussschiebers 11 bestimmen die Lage
des Fokussierpunktes 22 für die jeweilige Frequenz
der Mikrowellen. Dieser Fokussierpunkt 22 wird so gelegt,
dass er mit einem in den Hohlleiter 8 hineinragenden Antennenende 26 zusammen
liegt. Die Mikrowellen gelangen von dem Hohlleiter 8 über die
Antenne 4 zu dem Reaktionsraum 2. Dort werden die
Mikrowellen von der Antenne 4 abgestrahlt. Die Antenne 4 ist über
den Anschluss 24 mit dem Hohlleiter 8 verbunden.
Der Reaktionsraum 2 wird von dem Reaktionsrohr 13 begrenzt.
Dieses besitzt an der Mantelfläche 16 mehrere
Mikroöffnungen 17. An der Stirnseite 14 befindet
sich die zentrale Öffnung 15. Durch diese gelangt
der Stoff 18 in den Reaktionsraum 2. Nachdem der
Stoff 18 durch den Eintrag von Mikrowellen er wärmt
wurde, verlässt er den Reaktionsraum durch die Mikroöffnungen 17.
Die Antenne 4 ist von der Antennenspitze 9 bis
zu dem Schrumpfring 6 von der Halterung 5 umgeben.
An dem Schrumpfring 6 befindet sich ein Kühlkörper 12. Dieser
Kühlkörper 12 weist auch einen Kühlanschluss 21 zum
Zuführen und Abführen einer Kühlflüssigkeit
auf. Der Kühlkörper 12 dient dem Kühlen des
Schrumpfringes und stellt somit die Dichtigkeit der Dichtung bestehend
aus Schrumpfring 6 und Halterung 5 sicher. Die
dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kann
dazu verwendet werden, einen Stoff 18 durch den Eintrag
von Mikrowellen zu erwärmen. Dies geschieht, in dem der
Stoff 18 mit einem bestimmten Druck und einer ersten Temperatur durch
die Öffnung 18 in den Reaktionsraum 2 gelangt,
dort mit Mikrowellen beaufschlagt wird und den Reaktionsraum durch
die Mikroöffnung 17 wieder verlässt.
Dieser Prozess kann kontinuierlich geführt werden, das
heißt das Zuführen und Abführen des Stoffes
passiert kontinuierlich und zeitgleich.
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- 1
- Vorrichtung
zum Eintrag von Mikrowellen
- 2
- Reaktionsraum
- 3
- Mikrowellengenerator
- 4
- Antenne
- 5
- Halterung
- 6
- Schrumpfring
- 7
- Koaxialkabel
- 8
- Hohlleiter
- 9
- Antennenspitze
- 10
- Mikrowellenquelle
- 11
- Kurzschlussschieber
- 12
- Kühlkörper
- 13
- Reaktionsrohr
- 14
- Stirnseite
- 15
- Zentrale Öffnung
- 16
- Mantelfläche
- 17
- Mikroöffnungen
- 18
- Stoff
- 19
- Fokussierapparat
- 20
- Relief
- 21
- Kühlanschluss
- 22
- Fokussierpunkt
- 23
- Strömungsvorrichtung
- 24
- Anschluss
- 25
- Dichtung
- 26
- Antennenende
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004044687
A1 [0002, 0002, 0022]