DE10128038C1 - Mikrowellentechnischer Durchlauferhitzer - Google Patents
Mikrowellentechnischer DurchlauferhitzerInfo
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Abstract
Der mikrowellentechnische Durchlauferhitzer zum Erwärmen fluider Medien besteht aus einer Mikrowellenquelle, die direkt oder indirekt an einen Applikator angeflanscht ist. Der Applikator ist ein quaderförmiger Resonatorraum, in dem auf einer Seitenwand die Mikrowelle über eine Öffnung einkoppelt und darin den linear polarisierten Grundmode TE¶10¶ anregt. Zwischen derselben Seitenwand und der gegenüberliegenden ist das dielektrische Rohr eingespannt, in der das zu erwärmende Fluid durchströmt. Beides, dielektrisches Rohr und durchströmendes Fluid im Wesentlichen bilden die Last für die Mikrowellenquelle. Die Abstimmung der Einrichtung geschieht derart, dass die gesamte Mikrowellenenergie in die Last dissipieren kann.
Description
Die Erfindung betrifft einen mikrowellentechnischen Durchlauferhitzer zum Erwärmen
fluider Medien.
Die Mikrowelle eignet sich zum Erwärmen in vielfältiger Form. Sie findet daher Ein
satz in der Ernährungsindustrie, im Haushalt, in der Medizin, in der industriellen Ma
terialprozessierung in unterschiedlicher Weise, sei es, dass ein Prozessgut einfach
angestrahlt wird, sei es, dass ein Applikator Bestandteil einer mikrowellentechni
schen Anlage zur Erwärmung ist, wie etwa die hinlänglich bekannte Haushaltsmikro
welle oder bei der Temperierung und Thermostatisierung eines Wärmebades in der
Materialbearbeitung.
Letzteres ist aus der DE 199 35 387 A1 bekannt. Dort ist an einer Seitenwand des
Beckens der Mikrowellen-Applikator angebracht, der eine Seitenwand mit dem
Becken gemeinsam hat. Diese Wand besteht aus einem Gitter, das eine Maschen
weite hat, die die Mikrowelle nicht mehr durchtreten läßt, wohl aber die Flüssigkeit
des Bades im eigentlichen Nutzbecken und dem Applikator durch die Gitterwand
hindurch zirkulieren bzw. umgewälzt werden kann.
Solche Aufbauten sind recht komplex, wenn der mikrowellentechnische Teil und der
Nutzbereich, von außen gesehen, eine bauliche Einheit bilden. Damit einher gehen
Schutzmaßnahmen, die aufgrund der räumlichen Enge gewichtige Beachtung finden
müssen.
Aus den Schriften DE 697 01 702 T2, DE 199 25 493 C1 und DE 196 06 517 C2 ist
jeweils ein Mikrowellenresonator bekannt, der von einem mikrowellendurchlässigen
Rohr durchquert wird:
So wird in der DE 697 01 702 T2 ein Verfahren zur Zersetzung von Polymeren zu Monomeren angegeben, wobei sich anfänglich der Polymer in einem Quarzrohr befindet, das durch die Mikrowellenkavität ragt, die ein Hohlleitersystem abschließt. In der DE 199 25 493 C1 wird eine linear ausgedehnte Anordnung zur großflächigen Mikrowellenbehandlung und zur großflächigen Plasmaerzeugung vorgestellt. Eine Ausgestaltung besteht aus einem Hohlraumresonator mit ellipsenförmigem Quer entlang dessen einer Brennlinie ein linear gestreckte Mikrowellenantenne vorhanden ist. Dieser ist mit einem für die Umgebung inerten Dielektrikum umgeben, das mikrowellendurchlässig ist. Entlang der zweiten Brennlinie verläuft als Last ebenfalls ein mikrowellendurchlässiges Rohr, in dem ein zu behandelndes Werkstück liegt, das darin dem durch die Mikrowelle erzeugten Plasma ausgesetzt ist.
So wird in der DE 697 01 702 T2 ein Verfahren zur Zersetzung von Polymeren zu Monomeren angegeben, wobei sich anfänglich der Polymer in einem Quarzrohr befindet, das durch die Mikrowellenkavität ragt, die ein Hohlleitersystem abschließt. In der DE 199 25 493 C1 wird eine linear ausgedehnte Anordnung zur großflächigen Mikrowellenbehandlung und zur großflächigen Plasmaerzeugung vorgestellt. Eine Ausgestaltung besteht aus einem Hohlraumresonator mit ellipsenförmigem Quer entlang dessen einer Brennlinie ein linear gestreckte Mikrowellenantenne vorhanden ist. Dieser ist mit einem für die Umgebung inerten Dielektrikum umgeben, das mikrowellendurchlässig ist. Entlang der zweiten Brennlinie verläuft als Last ebenfalls ein mikrowellendurchlässiges Rohr, in dem ein zu behandelndes Werkstück liegt, das darin dem durch die Mikrowelle erzeugten Plasma ausgesetzt ist.
Die DE 196 06 517 C2 stellt einen Druckreaktor mit Mikrowellenheizung für kontinu
ierlichen Betrieb vor. Er besteht aus aneinandergereihten einzelnen, mit Mikrowel
lensendeantennen ausgerüsteten Zellen mit massebezogenen Trennwänden. Durch
die Trennwände und Zellen hindurch führen Rohre aus mikrowellentransparentem
Material, die nach außerhalb in Metallrohrleitungen übergehen. In diesen Rohren
fließt das Medium, das durch die Einwirkung der kammerweise eingekoppelten Mi
krowelle erwärmt wird. Kammerreihe ist über Ankerbolzen druck- und mikrowellen
dicht verspannt.
Aufgabe ist, eine technisch einfache Einrichtung zur Erwärmung von Flüssigkei
ten/Fluiden mittels Mikrowelle bereitzustellen, in deren Applikator Mikrowellenenergie
reflexionsfrei oder bis zu einem tolerablen Maß reflexionsarm einkoppelbar ist.
Die Aufgabe wird durch einen mikrowellentechnischen Durchlauferhitzer zum ge
führten Erwärmen fluider Medien gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Mikrowellenquelle der Einrichtung hat eine Auskoppeleinrichtung/Antenne, die je
nach räumlicher Vorgabe direkt oder über einen Rechteckhohlleiter an die Mikrowel
leneinkoppelöffnung in der Seitenwand eines rechteckigen Applikators angeflanscht
ist.
Die Last ist ein mit dem zu erwärmenden Medium durchströmtes dielektrisches Rohr,
das parallel zur Achse der Einkoppelöffnung für die Mikrowelle zwischen zwei zuein
ander parallelen Seitenwänden des Applikators eingebaut ist und auf der Längs
achse der jeweiligen Seitenwand stößt.
An das dielektrische Rohr schließt sich an seinen beiden Enden nach außen hin je
ein metallischer Rohrstutzen an, beide freien Enden sind an einen Strömungskreis
lauf angeschlossen. Beide Rohrstutzen setzen einerseits fluid/gasdicht am jeweiligen
Ende des dielektrischen Rohres an und sind andrerseits mindestens mikrowellen
dicht, aber auch mechanisch hinreichend stabil an der jeweiligen Seitenwand des
Applikators angeflanscht, hart angelötet oder angeschweißt.
Die Geometrie des mikrowellentechnischen Aufbaus wird von der Wellenlänge λ der
von der Quelle ausgekoppelten Mikrowelle und der Ausbildung des linear polarisier
ten Grundmodes TE10 bestimmt. Damit liegt der Applikator in seiner Geometrie als
Rechteckhohlleiter fest.
Die Achse der Mikowellen-Einkoppelöffnung und die Längsachse des dielektrischen
Rohrs stehen parallel zueinander, beide Achsen stehen senkrecht zu zwei einander
gegenüberliegenden Applikatorwänden und gehen durch deren jeweilige Längsmit
tellinie. Beide haben einen Abstand von etwa λ/4 zur jeweils nächstliegenden Stirn
seite des Applikators.
Der Abstand zwischen der Antenne und dem dielektrischen Rohr ist so groß ist, dass
die in den Applikator eingekoppelte Mikrowelle in dem in dem dielektrischen Rohr
durchströmenden Fluid, der Last, nahezu völlig oder völlig dissipiert. Zur Feinab
stimmung oder Feineinstellung ist deshalb die der Last naheliegende Stirnseite im
Gegensatz zu der der Mikrowelleneinkoppelöffnung naheliegenden justierbar, d. h.
sie kann mikrowellentechnisch auf die Last justiert werden und ist damit ein
Kurzschlußschieber. Diese Einrichtung erübrigt sich nach entsprechender, last- und
damit material- bzw. mediumabhängiger Einstellung des Abstandes, wenn stets nur
eine Sorte Medium erwärmt werden soll.
Das dielektrische Rohr, in dem das zu erwärmende Medium durchströmt, kann ma
ximal den lichten Abstand der beiden einander gegenüberliegenden Applikatorman
telwände haben, zwischen denen das Rohr hindurchgeht. Das dielektrische Rohr
verläuft mittig zwischen den beiden Applikatormantelwänden und senkrecht zu den
andern beiden, mit denen es stößt. Die durchströmende Flüssigkeit wird volumetrisch
erwärmt, im allgemeinen über den lichten Querschnitt des dielektrischen Rohres
nicht gleichmäßig sondern im wesentlichen im Profil, etwa eine Sinusform, des
linearpolarisierten Grundmodes TE10, der für die maßgebliche leistungsstarke
Aufwärmung vorgesehen ist. Da die Längsachse des Rohres mit dem Feldmaximum,
der Amplitude des elektrischen Feldes und mit der Polarisationsrichtung des linear
polarisierten Grundmodes TE10 zusammenfällt, ist daraus ersichtlich, wie gut die
gleichmäßige Erwärmung des durchströmenden Mediums, über den lichten Quer
schnitt gesehen, ist: in naher radialer Umgebung ist sie konstant, in größerer radialer
Entfernung nimmt sie ab. Das Konstanz- bzw. Abnahmeverhalten kann durch den
ähnlichen Verlauf des linear polarisierten Grundmodes über den Applikator
querschnitt wie der einer sinusförmigen Halbwelle veranschaulicht werden. Nahe der
Mitte zwischen zwei einander gegenüberstehenden Seitenwänden des Applikators ist
es etwa konstant entsprechend sin(π/2), darüber hinaus ist der Verlauf ähnlich wie
sin α, für 0 < α < n
sin α, für 0 < α < n
Die lichte Weite der beiden Rohrstutzen ab der jeweiligen Applikatorwand ist zu
nächst gleich dem Außendurchmesser des dielektrischen Rohrs. In Bezug auf die
Mikrowellenlänge λ bewegt sich diese Teillänge Ig in dem Bereich
λ/4 < Ig < λ/2.
λ/4 < Ig < λ/2.
Weiter nach außen hin sind die beiden Rohrstutzen in ihrer lichten Weite über eine
Länge Icut-off < λ/4 derartig verjüngt, dass für die Mikrowelle abhängig von der
relativen Dielektrizitätskonstanten ε r des zu erwärmenden Mediums dort Cut-Off-
Bedingungen für die Mikrowelle bestehen, sie dort also nicht in die Umgebung
austreten kann.
In den Unteransprüchen sind noch weitere, an sich bekannte Maßnahmen
beschrieben, mit denen der Durchlauferhitzer zweckmäßig ausgestattet werden
kann.
An das dielektrische Rohr werden außer der elektrischen Eigenschaft, dass es fluid
dicht ist, keine weitern außergewöhnlichen Forderungen gestellt. Es muß natürlich
gegenüber der berührenden, zu erwärmende Flüssigkeit inert sein. All diese Forde
rungen erfüllt Aluminiumoxid, das hinsichtlich des durchströmenden Fluids lediglich
auf sein chemisches Verhalten, d. h. seine Reaktionsträgheit hin überprüft werden
muß. Beispielsweise ist Al2O3 für die Mikrowelle von 700 MHz bis 25 GHz nahezu
völlig transparent, d. h. es gibt nur mehr geringe bzw. gar keine Mikrowellen
ankopplung und damit keine problematische Erwärmung des dielektrischen Rohres.
Dieses Überprüfen gilt aber für alle dielektrischen Materialien, die als Rohrwand in
Frage kommen. Glas, Quarzglas, um weitere Beispiel zu nennen, kommen deshalb
auch in Betracht.
In Anspruch 3 wird die Feinabstimmungsmöglichkeit mit der der Last naheliegenden
Stirnwand des Applikators aufgeführt. Diese technische Einrichtung ist ein Kurz
schlussschieber und nur bei elektrisch unterschiedlichen Medien notwendig. Bei ein
und demselben, zu erwärmenden Medium kann diese Stirn wie die gegenüberlie
gende von Anbeginn an schon fest eingebaut sein, bzw. ist fest eingebaut.
Welcher Typ Mikrowellenquelle im Einzelfall eingesetzt wird, orientiert sich am Lei
stungsbedarf und der Frequenz v bzw. Wellenlänge λ der Mikrowelle. Das technisch
heute völlig ausgereifte Magnetron dürfte in Leistungsbereichen < 10 kW konkur
renzlos sein (Anspruch 4). Weiter in Frage kommende Mikrowellenquellen sind ein
Klystron oder ein Backward-Wave-Oscillator, BWO.
Der rechteckige
Hohleiter samt Applikator haben eine einfache, an der Betriebsfrequenz orientierte
Geometrie. Im Grunde könnte damit jede Frequenz verwendet werden, solange es
dafür auch die entsprechend leistungsstarken Mikrowellenquellen gibt.
Mit dem mikrowellentechnischen Durchlauferhitzer können polare und nichtpolare
Fluide/Flüssigkeiten gelenkt erwärmet werden. Unter polaren Fluiden werden
Flüssigkeiten verstanden, deren Moleküle ein permanentes elektrisches
Dipolmoment haben, wie Wasser, Säuren, Ölsäuren und dergleichen. Dadurch können bekanntermaßen elektrische
Felder gut ankoppeln. Die komplementäre Gruppe der nichtpolaren besteht aus
Molekülen, die dieses elektrische Dipolmoment nicht permanent haben, sind also
meist organischer Natur wie säurefreie Öle und Fette, Alkohole, um nur einige zu
nennen. Bei beiden Arten ist das volumetrische Erwärmen maßgebend.
Der mikrowellentechnische Durchlauferhitzer ist ein technisch sehr einfacher Aufbau,
der komplett aus Standardkomponenten besteht. Mikrowellentechnische Abschirm
maßnahmen zur Umwelt hin bestehen gewissermaßen inhärent, da die Mikrowellen
quelle als Baugruppe mit einem Metallgehäuse umgeben ist. Sie ist mit Kühlrippen
und einem Gebläse zur Kühlung oder Kühlrippen mit kühlmitteldurchströmbaren Ka
nälen versehen, die an einen Kühlkreislauf anschließbar sind. Der Applikator ist un
mittelbar oder über ein kurzes Hohlleiterstück angeflanscht. Über die beiden metalli
schen Rohrstutzen, die an den beiden Enden des dielektrischen Rohrs ansetzen, ist
die Schließung des Strömungskreislaufs mit zwei Schlauchanschlüssen einfach erle
digt.
Die mikrowellentechnischen Einrichtung ist von der Nutzung des erwärmten Fluids
entkoppelt, das bedeutet, dass nur die mikrowellentechnische Einrichtung zur
Umgebung hin sicher abgeschirmt werden muß, nicht aber die Nutzeinrichtung, wie
ein Wärmebad, ein Radiator, eine Temperiereinrichtung oder sonst eine in dieser Art
brauchbare Erwärmungseinrichtung in Verfahrensanlagen, in der das erwärmte Fluid
schließlich genutzt wird. Statt des Fluids kann prinzipiell auch ein Gas auf diese
Weise erwärmt werden, sofern die Mikrowelle im lichten Bereich des dielektrischen
Rohrs überhaupt brauchbar, d. h. konkurrierbar mit andern Erwärmungssystemen
ankoppeln würde.
Ein wirtschaftlicher Vorteil ist auch darin zu sehen, dass bei auf die fluiddurchströmte
Last angepasster Applikatorgeometrie ein Zirkulator als Schutz für in die Mikrowel
lenquelle zurücklaufende Wellen nicht mehr notwendig ist, da die von der Quelle
emittierte Welle vollständig in der Last dissipiert und damit in Wärme ge
wandelt wird. Ein solcher wäre redundant und daher nur als zusätzlich Schutzein
richtung eingebaut.
Im Applikator besteht bei wohl angepasster Geometrie die Situation der elektromag
netischen Quelle in Form der Antenne bzw. Einkoppelöffnung und der ohne Refle
xion aufnehmenden Senke, in Form der gesamten Last aus dielektrischem Rohr und
darin durchströmendem Fluid, wobei bei der technischen Auslegung darauf geachtet
wird, dass die eingekoppelte elektromagnetische Energie ins durchströmenden Fluid
völlig, zumindest aber hauptsächlich dissipiert. Bei Puls-Breitengeregeltem Betrieb
der Mikrowellenquelle kann die Leistung der Einrichtung kontinuierlich von Null bis
auf Nennleistung geregelt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Die
Zeichnung besteht aus den Fig. 1 bis 3. Sie zeigen:
Fig. 1 den Applikator,
Fig. 2 die Intensitätsverteilung im beladenen Applikator bei Abstimmung,
Fig. 3 die Intensitätsverteilung im leeren Applikator.
Der im folgenden beschriebene mikrowellentechnische Durchlauferhitzer arbeitet bei
der Mikrowellen-Frequenz f = 2,45 GHz, das ist der Wellenlänge λ ≈ 12 cm im Va
kuum äquivalent. Die Geometrie orientiert sich daran. Zwei weiter nutzbare ISM-Fre
quenzen sind die niedrigere von 915 MHz und die höhere von 5,85 GHz beispiels
weise. Technisch einsetzbare Mikrowellenquellen sind dafür noch standardmäßig zu
bekommen.
Im jetzt beschriebene Ausführungsbeispiel wird als Mikrowellenquelle ein Magnetron
eingesetzt. Es hat beispielhaft die folgenden technischen Daten:
Mikrowellenleistung: 1000 W,
Frequenz: 2,45 GHz,
Spannung: 4,2 kV,
Strom: 0,33 A.
Mikrowellenleistung: 1000 W,
Frequenz: 2,45 GHz,
Spannung: 4,2 kV,
Strom: 0,33 A.
Das Magnetron bildet mit seiner Kühleinrichtung meist schon ab Werk eine bauliche
Einheit. An seinen Kopf ist der rechteckige Hohlleiter offen und dort mit einem Kop
pelflansch versehen. Daran flanscht der Applikator 1 an, an dessen nahe der Einkop
pelöffnung liegenden Stirn zum eventuell notwendigen Leerpumpen ein Evakuie
rungsstutzen ansetzt. Die andere Stirn 8 des Applikators 1 sitzt entweder fest oder ist
als Kurzschlussschieber 8 ausgebildet.
Fig. 1 zeigt diese Situation nicht in diesem Umfang. Es wird lediglich der quader
förmige Applikator 1 dargestellt, der hier beispielsweise aus Aluminium ist. In seiner
oberen Deckwand 3 ist die Öffnung 5 für die Mikrowelleneinkopplung. Weiter auf der
Längsachse in der Figur nach links ist zwischen der Deck- 3 und Bodenwand 4 des
Applikators 1 das dielektrische Rohr 2 eingebaut, hier ein Keramikrohr aus Al2O3.
Nach außen hin setzen daran auf der einen Seite 3 der metallisch geschirmte
Abfluss 6 und auf der andern Seite 4 der metallisch geschirmte Zufluss 7 an. Jeweils
daran schließt der Übergang auf den Schlauch 10 bzw. 9 des Kreislaufs an.
In Fig. 2 ist der elektromagnetische Zustand im Applikator 1 bei auf den Lastfall ab
gestimmter Geometrie auf der zur Einkopplungsebene parallellen Mittelebene durch
den Applikator 1 dargestellt, d. h. der Applikator 1 bzw. das dielektrische Rohr 2 ist
fluiddurchströmt. In der Nähe der im Bild rechts oberen Stirnwand, λ/4-Abstand ≈ 3
cm, ist die Quelle, also die Einkopplung der Mikrowellenenergie mit zunächst noch
hoher Energiedichte relativ zum weiteren Innern des Applikators 1. In der Nähe der
im Bild linken Stirnwand 8, im lastabhängigen λ/4-Abstand davon versinkt die ge
samte elektromagnetische Energie, d. h. sie wird volumetrisch in der strömende Last
in thermische Energie dissipiert. Bei dieser Situation gibt es keine Refle
xion/Resonanz im Applikator, die Mikrowelle wird in der Last völlig aufgesaugt. Zum
anschaulichen Vergleich zeigt die Fig. 3 den lastlosen Fall, der sich durch die Re
flexion/Resonanz im Applikator darstellt. Dieser Resonanzfall ist zu vermeiden, da
ohne einen Zirkulator zwischen der Mikrowellenquelle, hier dem Magnetron, und der
Einkoppelöffnung 5 im Applikator 1, dieselbe durch Rückwärtseinkopplung aus dem
Applikator 1 gefährdet wäre. Ganz allgemein muß die Rückwärtseinkopplung in eine
Mikrowellenquelle durch Anpassung vermieden oder zumindest bis auf ein tolerables
Maß durch Schutzmaßnahmen wie den Zirkulator unterdrückt werden.
Die Baugruppe der standardmäßig verwendeten Mikrowelle, also die Mikrowellen
quelle als solche mit ihrer Kühleinrichtung in Form eines Gebläses oder in Form einer
Kühlschlangengruppe, an wärmeabzuführender Stelle ankoppelnd, die Stromversor
gung mit Steuer- und Schalteinrichtung, ist nicht angedeutet, da die für die Erläute
rung der Erfindung die Einkoppelöffnung 5 am Applikator 1 ausreicht. Dort koppelt
bekanntermaßen die Auskoppelöffnung der Mikrowellenquelle direkt oder indirekt
über ein Wellenleiterstück an. Weitere, technisch übliche Maßnahmen zu Überwa
chungs-, Schutz- und Steuerungszwecken sind in der Fig. 1 der Übersicht und der
Hervorhebung halber auch nicht angedeutet.
1
Applikator
2
Keramikrohr
3
Seitenwand, Deckwand
4
Seitenwand, Bodenwand
5
Einkoppelöffnung, Mikrowelleneinkoppelöffnung
6
Abfluß
7
Zufluß
8
Stirnwand
9
Schlauchsystem
10
Schlauchsystem
Claims (4)
1. Mikrowellentechnischer Durchlauferhitzer zum Erwärmen fluider Medien, be
stehend aus:
einer Mikrowellenquelle,
einem an den Ausgang der Mikrowellenquelle direkt oder über einen Rechteckhohlleiter angeflanschten Applikator (1) mit ebenfalls rechteckigem Querschnitt,
einer Last in Form eines mit dem zu erwärmenden Medium durchflossenen dielektrischen Rohres (2), das parallel zur Achse der Einkoppelöffnung (5) für die Mikrowelle in den Applikator (1) steht und
senkrecht auf die jeweilige Längsachse von zwei einander gegenüberlie genden Seitenwänden (3, 4) des Applikators (1) stößt, wovon in der einen Seitenwand (3) davon die Einkoppelöffnung (5) sitzt,
je einem metallischen Rohrstutzen (6, 7) an den beiden Enden des dielek trischen Rohres (2), der fluiddicht an der Stoßstelle des dielektrischen Rohres (2) und mikrowellendicht an den gegenüberliegenden/entspre chenden Seitenwänden (3, 4) des Applikators (1) ansetzt,
wobei
die Rechteckgeometrie des Applikators (1) an die von der Mikrowellen quelle emittierten Mikrowelle der Wellenlänge λ derart angepasst ist, dass im Applikator der linear polarisierte Grundmode TE10 angeregt wird,
die Achse des dielektrischen Rohrs (2) parallel zur Feldpolarisation des linear polarisierten TE10-Modes sowie mit dem Abstand von etwa λ/4 zur jeweils nächstliegenden Stirnseite (8) des Applikators (1) steht, und die Rohrachse des dielektrischen Rohrs (2) mit dem Ort des Feldmaxi mums des linear polarisierten TE10-Modes zusammenfällt,
der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Einkoppelöffnung (5) und der Achse des dielektrischen Rohrs (2) so eingestellt ist, dass die in den Applikator (1) eingekoppelte Feldenergie in dem fluiddurchströmten dielektrischen Rohr (2) mindestens nahezu oder völlig absorbierbar und damit in Wärme darin umwandelbar ist,
so daß sich im Applikator nur mehr vernachlässigbare oder keine Reflexionen ausbilden,
die lichte Weite der beiden Rohrstutzen (6, 7) ab den Seitenwänden (3, 4) des Applikators (1) zunächst gleich dem Außendurchmesser des dielektrischen Rohrs (2) ist, und zwar über eine Länge die zwischen λ/4 und λ/2 liegt und
anschließend, von der relativen Dielektrizitätskonstanten abhängig, über eine Länge < λ/4 derart verjüngt ist, dass dort ein vollständige Austrittshinderung für die Mikrowelle besteht.
einer Mikrowellenquelle,
einem an den Ausgang der Mikrowellenquelle direkt oder über einen Rechteckhohlleiter angeflanschten Applikator (1) mit ebenfalls rechteckigem Querschnitt,
einer Last in Form eines mit dem zu erwärmenden Medium durchflossenen dielektrischen Rohres (2), das parallel zur Achse der Einkoppelöffnung (5) für die Mikrowelle in den Applikator (1) steht und
senkrecht auf die jeweilige Längsachse von zwei einander gegenüberlie genden Seitenwänden (3, 4) des Applikators (1) stößt, wovon in der einen Seitenwand (3) davon die Einkoppelöffnung (5) sitzt,
je einem metallischen Rohrstutzen (6, 7) an den beiden Enden des dielek trischen Rohres (2), der fluiddicht an der Stoßstelle des dielektrischen Rohres (2) und mikrowellendicht an den gegenüberliegenden/entspre chenden Seitenwänden (3, 4) des Applikators (1) ansetzt,
wobei
die Rechteckgeometrie des Applikators (1) an die von der Mikrowellen quelle emittierten Mikrowelle der Wellenlänge λ derart angepasst ist, dass im Applikator der linear polarisierte Grundmode TE10 angeregt wird,
die Achse des dielektrischen Rohrs (2) parallel zur Feldpolarisation des linear polarisierten TE10-Modes sowie mit dem Abstand von etwa λ/4 zur jeweils nächstliegenden Stirnseite (8) des Applikators (1) steht, und die Rohrachse des dielektrischen Rohrs (2) mit dem Ort des Feldmaxi mums des linear polarisierten TE10-Modes zusammenfällt,
der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Einkoppelöffnung (5) und der Achse des dielektrischen Rohrs (2) so eingestellt ist, dass die in den Applikator (1) eingekoppelte Feldenergie in dem fluiddurchströmten dielektrischen Rohr (2) mindestens nahezu oder völlig absorbierbar und damit in Wärme darin umwandelbar ist,
so daß sich im Applikator nur mehr vernachlässigbare oder keine Reflexionen ausbilden,
die lichte Weite der beiden Rohrstutzen (6, 7) ab den Seitenwänden (3, 4) des Applikators (1) zunächst gleich dem Außendurchmesser des dielektrischen Rohrs (2) ist, und zwar über eine Länge die zwischen λ/4 und λ/2 liegt und
anschließend, von der relativen Dielektrizitätskonstanten abhängig, über eine Länge < λ/4 derart verjüngt ist, dass dort ein vollständige Austrittshinderung für die Mikrowelle besteht.
2. Mikrowellentechnischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das dielektrische Rohr (2) inert gegenüber dem durchströmenden, zu er
wärmenden Medium ist.
3. Mikrowellentechnischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die dem dielektrischen Rohr (2) nächststehende Stirnwand (8) des Applika
tors (1) zur Ausbildung des Grundmodes TE10 auf der Längsachse des Applika
tors (1) justierbar ist.
4. Mikrowellentechnischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Mikrowellenquelle, in ihrer Art an der Nennleistung orientiert,
ein Magnetron oder ein Klystron oder ein Backward-Wave-Oscillator ist.
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