专利名称：用于处理具有多个电磁发生器的加工体积的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及物质的加工或反应。本发明在促进诸如断裂大分子中的化学键 的化学加工或反应的电磁能量的使用上具有特别的应用，并将结合这些应用描述本发明， 但是也可考虑其它应用。断裂化学键的一个例子是断裂长碳氢链中的化学键，从而产生链 较短且重量较轻的碳氢化合物。这样的加工可以例如将高粘度的石油分解为低粘度，从而 可以使石油更易于输运通过管道。
背景技术：
基于石油的物质是世界经济的基础，对基于石油的燃料和基于石油的产物的需求 日益增加。随着需求的增加，需要有效且经济地加工基于石油的物质以满足此需求。因此， 不但能够加工来自地底的基于石油的原料，还可以循环消费产物以重新获取那些基于石油 的物质将是有益的。全球范围的石油消耗被估计为每天超过七百万桶，并且这个数量仍在增长。因此 需要充足的石油供应。浙青砂、油砂和油页岩包含大量的石油；然而，从这些物质的石油提 取价格昂贵并且耗时。将重油从油砂中抽出是很困难的。一般地，必须将高达30%体积的溶剂或稀释液 加入到这样的石油，以使石油稀薄到能够通过管道抽出。这给现行价格的每桶石油增加了 差不多15%的成本。因此，经济地断裂一些分子键以使石油不那么粘稠的能力将对来自油 砂的有用产物的回收有显著的影响。另一个变得越来越重要的问题是有毒废物的处理。一 般地使废物无害需要断裂废物中的化学键并在可能的情况下接着加入其它物质以形成新 键。在现有技术中，已知在连接有电磁发生器的谐振电磁结构中，可以激活加工或反 应体积。该结构一般是多模式的(即，多空间模式)。微波炉是这种设备的一个实例。谐振结构还可以是单模式的结构，其中在单空间模式中单频是谐振的。单模式谐 振结构比多模式谐振结构小，并且不能加工同样的功率输入。在多种应用中都期望在加工 或反应体积中产生等离子体，一般在单模式谐振结构中比较容易产生稳定的等离子体并保 持与发生器及其输送系统的匹配。在连接到多个电磁发生器的多模式谐振结构中可以激活反应或加工体积也是已 知的。例如，美国专利No. 7，227，097描述了一种使用多个连接到公共的多模式谐振结构的 发生器的系统，其中在公共的谐振腔中产生等离子体。这种构造具有允许更高输入功率的 优点，但是多模式腔对离子体波动太过敏感。在这种构造中匹配和保持电磁发生器与它们 各自的输运系统也很困难。还存在更多的由于等离子体不稳定性的多个发生器的交叉耦 合。现有技术参考文献也提供了用于单模式谐振结构的多个发生器输入，但是在单模式构造中需要每个发生器都具有相同的频率和相位，并且谐振结构将限制可以提供的功率的大在某些情况下，必须使用很高的频率，例如微波。来自输入电能的微波能量的产生 (大致为300MHz至300GHz) —般仅有约50%至70%的效率。相比之下，较低比率频率的产 生(大致为455KHz至300MHz)能量转换效率高达95%。在某些加工或反应中，有必要使用微波能量。例如，在某些应用中，有必要用微波 频率形成等离子体，但是用可以更有效率产生的较低频率来进一步加热等离子体是很有利 的。另外，一般地在微波谐振结构中等离子体沿着加工室或反应室的长度不是均勻加热的。因此，需要更有效率地对加工体积进行加工的改进的方法与设备。更明确地，需要 沿着反应室的长度均勻地激活等离子体，并需要利用较低比率的频率能量转换。
发明内容
为了满足上面所述的需求，本发明公开了一种用于加工具有多个电磁发生器的加 工或反应体积的方法与设备。在本发明中通过在谐振结构中使用更高阶的微波模式以及 通过利用允许较低频率RF辐射的附加使用的独特结构来实现目的。与用矩形波导管作为谐振腔的现有技术(Hammer，6，683，272 B2,2004年1月27 日)相比，本发明使用圆形谐振结构。本发明公开了允许将多种频率应用到反应或加工体 积的独特物理结构，同时包括静态场和各种频率的交变场。此外，圆形形状的应用实现了比 矩形形状高的内部功率。本发明还公开了一种通过给结构提供声震动以在操作期间从谐振 结构壁除去反应或加工产物的方法。在形成等离子体的情况中，具有适当的横向电(用TElmn表示)谐振器模式的圆 形形状的使用将等离子体限制在反应室或加工室的轴线，因此通过提供相对于电场横向的 磁场和通过附加地提供射频场来实现反应或加工体积的更有效率的加热。此外，可以加入 静态螺线管场以帮助将等离子体限制在谐振器的轴线。通过既操作多空间模式的谐振结构又采用此处公开的独特结构，可以通过使用更 多的发生器来提供更高的功率，还可以均勻地激活沿着谐振结构的长度而运动的介质。2008年9月19日提交的共同未决的美国申请12/234，503的权利让予共同的受让 人，并作为参考并入本发明，该申请提供了一种系统，即通过给各个谐振结构提供多个电磁 发生器的输出，来加工具有多个电磁发生器的加工或反应体积的方法与设备，其中多个谐 振结构随后被连接到公共的加工或反应体积。该申请还公开了匹配与调谐电磁发生器与它 们各自的谐振结构、控制输入到各个谐振结构的功率、以及控制具有相同谐振频率的任意 输入的相位的方法。多个谐振结构被布置为使反应或加工体积是各个谐振结构的一部分。 在这样的构造中，发生器可以具有不同的频率和相位，并仍与公共的加工或反应体积相匹 配。只有加工或反应体积限制了可以输入的功率量。因此，该系统通过使各个发生器连接 到其各自的谐振结构将多输入与稳定性提高的优点相结合，其中各个谐振结构依次连接到 公共的加工或反应体积。因此本发明的一个目的是提供一种将除微波源之外的较低射频(RF)电磁源连接 至反应和加工体积的方法与设备。本发明的另一个目的是为静态磁场作准备。为了实现这 个目的，加工室或反应室被布置为使多个微波模式在结构中同时产生谐振。这实现了物质在被加工或反应时更均勻和更强的激活。本发明的另一个目的是实现相同或不同频率的多个微波输入。在本发明中，具有 相同频率的发生器的相位锁定。每个发生器都连接到机械和电子方面都与反应室或加工室 的谐振模式相配的适当谐振模式，并在负载改变时帮助保持与腔室匹配的源。在反应室中 产生等离子体时的情形是特别重要的。在这种情况下，等离子体形成时负载动态地改变。本 发明还提供用于微波发生器与加工室或反应室的匹配的电子与机械调谐，并实现了用于保 持与负载的匹配的快速调整。一方面，本发明提供一种激活具有电磁辐射的加工介质的设备，该设备包括包含 加工体积或反应体积的反应结构；连接到反应结构的至少一个微波电磁发生器，最好是连 接到反应结构的多个微波电磁发生器；以及连接到反应结构的至少一个射频(RF)电磁发 生器。加工或反应室最好是圆柱对称的，微波源被设置为仅激活横向电(TE或H)模式。这 种模式被称为TElmn模式。在这些模式中，电场是环状的并平行于谐振室的壁，磁场平行于 轴线。来自多个微波发生器的输入被设置为使多个发生器连接到谐振结构的多种模式。在 多种情况下，使用沿圆周不变的模式。这种模式被称为TEomn模式。另一方面，本发明提供一种加工具有多个电磁发生器的加工体积的设备，该设备 包括谐振结构，由金属螺旋线和连接到螺旋线的多个电磁发生器形成。谐振结构本身由金 属螺旋线制成，螺旋线的盘绕可以具有等于谐振频率的波长的几分之一的宽度。参见图1， 可以横跨线圈的数个盘绕连接射频(RF)源。在RF频率处线圈的盘绕显现出电感。有时在 RF频率处用电容器使电流谐振。这种设置提供了平行于线圈轴线的交变磁场，允许给正在 加工或反应中的物质增加能量。再一方面，本发明提供一种用磁场激活加工介质的方法，该方法包括提供基本上 为圆柱形的谐振结构，其中至少一个微波发生器和至少一个RF发生器连接到谐振结构 ’产 生连接到谐振结构的多个模式的电磁场；沿着轴线将加工介质运送通过所述谐振结构。加 工介质被提供到结构中。存在贯穿谐振结构的RF和微波透明管道(低介电常数)(用虚 线表示)，或者可以省略该透明管道。管道的输入部分一般是金属的以防止出自腔室的辐 射。方法与设备的具体描述将与诸如副产物从线圈的除去以及设备的屏蔽的其它特 征一起在随后的章节中给出。
本发明的进一步的特征和优点可以从下面的具体描述中结合所附附图看出，其中图1是根据本发明的一个方面的加工具有多个电磁发生器的加工体积的设备的 示图。图2a和图2b是图1中所示的设备的截面图，示出了电磁发生器所产生的多种场。图3a和图3b是根据本发明的一个方面的匹配设备的示图。图4是根据本发明的一个方面的相位锁定设备的示意图。图5a是根据本发明的一个方面的线圈的示图。图5b是根据本发明的一个方面的端盖的示图。图6是根据本发明的另一方面的加工具有多个电磁发生器的加工体积的设备的示图。图7是根据本发明的加工具有多个电磁发生器的加工体积的方法与设备的示意 图。
具体实施例方式在下面的描述中，将参考形成说明书一部分的所附附图，在附图中用图示的方式 示出了本发明的多个实施例。应当理解在不脱离本发明的范围的前提下也可采用其它实施 例与进行多种改变。图1示出了本发明的一般概念。由导电金属螺旋线100形成了微波频率的谐振腔 (可以存在多个不同的微波频率输入)。螺旋线的内直径被选择为支持具有等于螺旋的内 直径的直径的圆柱谐振器4的适当的微波模式。长度被选择为输入微波频率的半波长的整 数。多个微波和多个RF源11、12传递功率至谐振结构。然而一般来说，不可能让微波腔以 任意的输入频率谐振，谐振结构允许不同频率的谐振模式是本发明的一个特征。螺旋100 由连续的电导(和热导)材料形成，诸如铜。提供热交换器或制冷器来冷却线圈，并用声 源来除去由于注入谐振结构中的物质的加工或反应而在上面形成的沉积物。不管是否使用透明管道，本发明的方法与设备可以用于在反应室中形成等离子 体。在这里，“透明”表示关于微波和RF频率透明。在形成等离子体时，存在等离子体内的 电场的短路。因此在这种情况下，不可以存在沿着轴线的电场(通常用E场表示)。因此， 在激活谐振室时让仅具有环状E场的模式被激活。这些是已知的TElmn模式。在此术语中， 下标“η”表示在半波长的谐振模式中谐振结构的长度。“1”表示在垂直于轴线的圆形路径 周围的场中的变化次数，“m”表示径向方向的E场中的变化次数。对于所有的这些模式，H 场平行于谐振结构的轴线。此处所描述的设备可以用于依靠磁场激活在加工或反应中的物质，磁场通常用H 场表示，与E场不同的是，H场在形成时可以穿透等离子体。谐振室的独特特征让多个TE模 式被激活，从而更加均勻地加热等离子体。螺旋绕组100的宽度不是关键性的，因而相当宽范围的微波频率可以同时进行谐 振。若模式在频率上接近，则令螺旋绕组的宽度等于谐振频率的四分之一波长是有利的。在 这种情形下，线圈之间的空间出现对谐振结构内的E场的短路。这是由于在外直径处线圈 之间的开放空间可能在距离内直径四分之一波长处短路。若谐振模式是如本发明中的TE 模式，则E场是环状的，因此在纵向方向上几乎没有电流。在谐振器中模式被激活以使相应 的磁场平行于谐振器的轴线，并使电场是圆形的、平行于壁。这种模式的电场在壁处为零， 从而电流不需要在螺旋绕组的间隙中流动。参见图1，结构的各个线圈之间的间距d，2由多个因素决定，包括结构的这个部分 需要多少电感以及密封线圈之间空间的材料的介电常数。在附图中放大了线圈各圈之间的 空间以便于说明。在实际中，该空间比示出的小得多并由绝缘物所填充，从而谐振器具有连 续的壁(金属、绝缘物、金属、绝缘物……)。实心的金属末端平板3A、3B被管子或管道4穿 透(管道4的输入和输出部分是金属的以防止来自谐振腔的辐射)，管道4运送按照谐振 结构内的电磁场而运动的介质。在某些实施例中，不需要该管道(管道关于微波和RF频率 透明)，并且按照7运动的物质填充了谐振结构的整个内部。内部管道4的虚线5表示在谐振结构内可以存在或不存在管道。谐振结构的输出端是可以被管道穿透的实心金属盖， 如虚线管道所示的被加工或反应的物质流动通过该输出端。在谐振腔中不存在管道的情况 下，仍有外部金属管道4，通过该管道反应或加工物质离开腔室。谐振结构的输入平板3A被一或多个微波输入穿透，通常被波导管6穿透。将输入 微波频率调谐以匹配结构的谐振频率。对所有的输入采用匹配设备以有效地将微波接入谐 振结构并随着负载变化保持匹配。将按照7加工或反应的物质通过管道4注入到谐振结构中。若如关于微波和RF 频率透明的虚线管道所示该物质继续运动通过谐振结构，则加工或反应的产物在输出8离 开谐振结构。根据加工或反应的程度，此输出由原物质及其副产物组成。如随后说明的，与反应结构的轴线同轴的可移动圆柱形一般是空的活塞(图1中 未示出)位于谐振结构的输出端。平行于谐振结构的轴线移动这些活塞的轴杆穿透了输出 盖3B。这些活塞允许同时匹配不同频率和不同径向变化的TE模式。由于比微波场更有效地产生较低频率的RF场，因此期望利用较低频率的RF源对 反应室添加更多的能量。这就是螺旋形结构的原因。螺旋在RF频率形成感应器。如图1中 所示，如果RF发生器9、10横跨多个线圈1连接，则形成螺线管，产生沿着谐振结构的轴向 的螺线管磁场或轴向磁场。如果在谐振结构内侧形成等离子体，则电场在等离子体内必须 为零。但是，磁场能够穿透，并且对等离子体添加能量。这样的连接使得由RF发生器产生 的磁场与微波模式产生的磁场处于沿谐振结构的相同位置，由此沿轴添加更多的电能。各 种RF发生器11和12可以具有相同或不同的频率。添加电容器13和14，从而电容器和由谐振结构的线圈形成的感应器形成谐振电 路。图1中的电容器与发生器和感应器串联，形成串联谐振结构。在这些情况下，无需分离 的电容器。在这种情况下，结构本身的电容沿着线圈旋转的电感形成谐振电路。或者电容 器可以并行设置，形成并行谐振RF电路。由此沿着谐振结构的轴产生交变轴磁场，对正被 加工或反应的材料添加能量。除了交变的RF场之外，通过将一个或多个DC源连接到线圈15的各个部分，能够 沿轴产生静态场或DC场。可以存在与各种线圈连接的几个DC源，或者可以存在横跨整个 结构而连接的单个DC源18。感应器16与DC电源串联设置以免受RF辐射。静态DC电流 产生静态轴场。在谐振结构内侧形成等离子体的情况下，DC场用于将产生的等离子体限制 在谐振结构的轴上，从而更有效地被交变的RF场激活。优选与矩形室相对的圆形室，是由于圆形室能够处理大得多的功率，并且圆形几 何形状能够提供对正被加工或者起反应的材料的更均勻的激活。如前面所述，几个TElmn模式将被激活以提供谐振结构中的更均勻的微波功率密 度。各种TElmn模式在不同的径向位置具有最大值，如图2a中所示，其示出沿谐振结构的 轴的截面。注意的是所有TElmn模式均具有沿谐振结构的轴的磁场最大值。这在谐振结构 中形成等离子体的情况下特别有利。在这种情况下，不存在沿轴具有E场的TM模式。但 是，具有沿轴的磁场的TE模式能够穿透等离子体，将附加的能量添加给等离子体以对其进 一步加热。在许多情况下，期望具有圆周对称的谐振模式，这种模式在圆周周围没有变化。 这些模式如TEomn模式一样公知。图2a示出与谐振结构的轴平行的本发明的截面图。所示的两个TElmn模式21、22在不同的径向位置具有最大值。模式21是TELln模式，而具有两个径向变化的模式22是 TEL2n模式。沿着谐振结构的长度纵向24调节在模式21的H场的最大值处的环形活塞23 以使调谐模式21谐振。类似地，调节26与模式22的H场的最大值相符的具有两个环的活 塞25以使调谐模式22在结构中谐振。图2a还示出包括谐振结构的壁的螺旋形线圈27的 旋转的截面。图中还示出管道28，其运载在该结构中反应或通过该结构加工的材料。如前 面所述，能够透入微波和RF频率的管道可以或者不可以存在于谐振结构内。其由虚线29 表示。但是，在任何情况下，存在金属排气管29A。管29A由金属制成以防止谐振结构被辐 射。如后面将解释的，整个装置还将被外容器封装，在大多数情况下，外容器是金属的，以防 止外界的辐射。图2b示出分辨各种纵向模式的方法。所示为许多半波长长度的谐振结构的截面。 两个模式29B和29C在不同的位置具有纵向最大值。在这种情况下，穿透螺旋形线圈的壁 的螺钉29D防止虚线模式29B振荡。各种谐振模式被装置的输入端上的微波输入激活，为了有效耦合，该装置与适当 的TElmn模式的H场相符。一旦适当设置活塞，必须在谐振装置的输入端预作安排以在负载改变时使微波源 与负载匹配。由于在突然形成等离子体的情况下负载迅速改变，所以期望使用一种允许输 入迅速匹配的方法。这通过输入匹配方案来实现，下面进行解释。输入匹配方案的第一部分是利用电子驱动的机械装置调节对适当模式的匹配，从 而迅速响应。对每一微波输入使用这些装置之一。该装置改变每个微波源对谐振结构的耦 合系数。耦合系数为1表示完美匹配，从而从谐振结构不反射功率。耦合系数为零表示从 谐振结构反射所有功率。这期望具有能够被闭环伺服系统控制的电子触发装置。匹配装置的工作如下参照图3a和图3b，来自微波发生器的输出通常通过如图3a 中所示的适当尺寸的矩形波导31传送到反应室。选择波导中的模式及其在谐振室的输入 的位置以激活期望的TELmn模式。输入盖中的输入孔也是具有相同尺寸的矩形，并且通常 与第二波导32耦合，该第二波导32具有与来自微波发生器的波导相同的横截面。通过旋 转相对于输入波导具有相同横截面的截面以及通向输入孔的波导，旋转调谐装置33工作。 当旋转截面与其他两个横截面对齐时，耦合系数为1，如果该截面旋转90度，则耦合系数为 零。图3b示出与适当电子控制器36连接的螺线管34、35如何电子控制中心旋转件 33。通过适当的布置，例如通过如定向耦合器监控比作输入功率的反射功率来检测反射系 数，并且控制信号37驱动螺线管以使正向发送功率最大化。在图示中，水平方向测量旋转 角θ。接近零度的θ值利用接近零反射系数提供与负载的最佳匹配。接近90度的值导致 最大的反射系数。如果使用在相同频率下的多个发生器，则必须将他们的相位一起锁定。其在图4 中示出。第一发生器41已与谐振结构匹配。第二发生器42与第一发生器同相锁定，从而 两个频率相同，并且两个发生器同相。谐振结构43容纳在容器44内，其将结合图6更详细 地描述。在谐振结构内部的传感元件45检测谐振结构内部的辐射的相位。该信号在混频 器46内与第二发生器42的频率进行比较。来自混频器的误差信号47反馈至第二微波发生 器以使其相位与谐振结构和第一发生器41的相位同位。该技术不限于仅仅两个发生器或者相同的频率。相同频率的多个发生器可以类似地被相位锁定。来自各个发生器的输出必 须与相同谐振结构模式耦合。注意的是相位的这种锁定仅应用于具有相同频率的发生器， 因此他们与谐振结构中的相同TELmn模式耦合。采用标准微波技术以保护微波发生器，例如使用在发生器与负载之间的循环器或 绝缘体以保护发生器免受大反射频率的影响。在这种方法和设备的许多应用中，由于在谐振结构内的加工或反应，沉淀物将形 成在谐振结构上。特别关注的情况是重质烃的处理使大分子分散成单分子。在这种情况下， 如在前述US申请No. 12/234，503中所述的演示前述方法和设备的原型装置中所演示的，碳 沉淀物形成在设备的内壁上。这会降低加工的效率并且改变谐振结构与一个微波源或多个 微波源之间的匹配。图5a示出清除装置的沉淀物的技术。线圈的盘绕是中空的51，允许水或一些其他 液体52通过线圈流动。超声波发生器53通过耦合换能器55施加超声波能量以使液体通 过线圈流动，同时水冷却线圈。泵56抽取通过线圈的液体，并且贮液器57例如通过冷却器 还去除液体中的热量。为了减少由于交变RF场在端盖58中感应的有损耗的涡流，端盖的内部被细小导 电螺旋形缠绕的箔片59覆盖，如图5b中所示。图6示出在不存在支撑正被处理的介质的内部管的情况下反应室的一种布置。例 如，输入60可以是被雾化器61物化的液体60，然后其被注入反应室62。在这种情况下，整 个反应设备将被围绕在封闭容器63内，如图中所示。通过出口 64收集加工或反应的产物。 来自出口的各种原料被适当地再次加工，例如分离液体与气体。这种封闭容器63可以是例 如玻璃或陶器的绝缘体，或者由金属制成以作为屏蔽用于防止RF或微波辐射露至外界。图7示出本发明的方法和设备的一些基本元件。加工设备或反应设备的输入可以 例如是液体71。该输入也可以是固体或气体，或者被雾化的液体、液体、气体和/或固体的 多态混合物。在气体或固体的情况下，将使用适当的装置将待被加工或反应的材料注入到 反应或加工设备中。在附图中，液体74被泵72抽到反应设备或加工设备。液体被雾化器 73雾化，并注入74到被加工或反应的反应室中。在特殊关注的情况下，在反应室内部建立 等离子体，并且液体中的化学键被破坏。例如期望破坏重质烃中键的情况以生成气体产物 并且使液体降低粘性。输出产物75被适当围绕反应室的收集室76收集。在液体输入的情 况下，输出通常可以包含可被适当分离77的液体和气体产物。使用适当的可调匹配装置78 以使微波源79与反应设备耦合。这些装置已结合图3进行解释。在微波发生器具有相同 频率的情况下，发生器被相位锁定在一起，如图4中所示。用于匹配各种谐振模式的可移动 活塞在图中示意为80。如前面所述，用于移动这些活塞的轴杆通过室壁延伸。参照图2示 意性地解释这些活塞。与谐振结构耦合用于进一步加热工作介质的多个RF发生器在图中 示意为81和82。DC电流源83提供轴向静态磁场。可以是水或某种类型的冷却液84的冷 却液通过中空线圈被泵85抽吸。超声波源86通过适当的换能器88对液体施加超声波能 87，这造成谐振结构线圈的机械振动以移除在其上沉淀的任何材料。无论该系统是否正在 处理输入材料，在任何需要的时候都可以使用超声波。用于冷却液的贮液器89包含从冷却 液去除热量的装置，例如热交换器或冷却器。应强调的是本装置和加工的上述实施例，特别是“优选”实施例仅为实施的可能实例，并且仅表示对本发明的原理的清楚理解。不脱离本发明的精神和范围，可以设计和/或 制造这里描述的用于处理加工体积的方法和设备的许多不同实施例。所有这些和其他这样 的修改和变化意在包含在本公开的范围内并由下面的权利要求保护。因此，除了所附权利 要求所指出的范围之外，不限制本发明的范围。
权利要求
一种利用电磁辐射激活加工介质的设备，包括包含加工体积或反应体积的反应结构；在所述反应结构周围与反应结构耦合的多个微波电磁发生器；以及与所述反应结构耦合的至少一个射频(RF)电磁发生器。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括，与所述反应结构耦合的至少一个静态电磁发生器。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述反应结构是在微波频率下的单一模式或者 多模式。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述反应结构关于轴圆柱对称。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述反应结构被螺旋线结构限制，该螺旋线结构 由导电材料形成并且具有多个线圈。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述螺旋线的盘绕宽度是谐振频率的波长的四 分之一。
7.根据权利要求5所述的设备，其中，所述螺旋线与一个或多个所述射频发生器连接。
8.根据权利要求5所述的设备，其中，所述线圈形成谐振电路的一部分。
9.根据权利要求5所述的设备，其中，所述螺旋线在每个端部具有端盖，其中所述端盖 包括螺旋绕组以防止涡流损耗。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，两个或更多个所述至少一个微波电磁发生器产 生相同频率的微波，所述微波被选择以激活所述反应结构内的各种模式。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，相同频率的所述微波被同相锁定。
12.根据权利要求11所述的设备，还包括监相器，从该监相器得到误差信号，并且该误 差信号返回至相同频率的所述微波电磁发生器的至少一个。
13.根据权利要求1所述的设备，其中，微波电磁发生器产生不同频率的微波，所述微 波被选择以激活所述反应结构内的各种模式。
14.根据权利要求1所述的设备，其中，利用TElmn模式的H场激活所述加工介质。
15.根据权利要求1所述的设备，其中，所述射频发生器被耦合以激活谐振结构的轴附 近的区域。
16.根据权利要求1所述的设备，还包括用于超声波清洗谐振结构的超声波装置。
17.根据权利要求1所述的设备，其中，所述螺旋线是液冷式的。
18.根据权利要求1所述的设备，其中，所述螺旋线是气冷式的。
19.根据权利要求2所述的设备，其中，所述至少一个静态电磁发生器产生DC场以限制 等离子体。
20.根据权利要求1所述的设备，其中，所述微波电磁发生器配置为激活在所述反应结 构内处于不同纵向位置的多微波模式。
21.根据权利要求1所述的设备，其中，所述RF电磁发生器配置为激活在所述反应结构 内的处于不同纵向位置的多TElmn模式。
22.根据权利要求1所述的设备，还包括位于所述反应结构的一端的至少一个活塞，用 以支持不止一个模式。
23.根据权利要求22所述的设备，其中，所述至少一个活塞用于调节各种模式的调谐。
24.根据权利要求1所述的设备，其中，所述反应结构包括串联连接的多谐振结构。
25.根据权利要求1所述的设备，其中，所述反应结构包括并联连接的多谐振结构。
26.根据权利要求1所述的设备，其中，所述反应结构包括并联和串联连接的多谐振结构。
27.根据权利要求1所述的设备，还包括用于大负载改变的机电耦合器。
28.根据权利要求1所述的设备，还包括适于调节微扰的主振荡器。
29.一种利用多电磁发生器处理加工体积的设备，包括 由金属螺旋线形成的谐振结构；以及与所述螺旋线耦合的多个电磁发生器。
30.根据权利要求29所述的设备，还包括在所述金属螺旋线的各个端的输入盖和输出 盖，其中所述加工体积通过输入盖被引入该谐振结构。
31.根据权利要求29所述的设备，还包括圆柱对称的反应室。
32.根据权利要求29所述的设备，其中，所述多个电磁发生器包括至少一个微波发生 器和至少一个RF发生器。
33.根据权利要求29所述的设备，其中，所述电磁发生器产生与所述线圈的轴平行的 交变磁场。
34.根据权利要求29所述的设备，其中，来自多个电磁发生器的输入被布置以使各种 发生器与谐振结构的各种模式耦合。
35.根据权利要求29所述的设备，还包括至少一个圆柱形活塞，用于调谐由所述电磁 发生器产生的H场的各种谐振模式。
36.根据权利要求29所述的设备，其中利用TElmn模式的H场激活所述加工介质。
37.根据权利要求29所述的设备，还包括用于将加工体积供给所述谐振结构的管道， 其中该管道能够透入RF和微波能量。
38.根据权利要求37所述的设备，其中，所述管道具有输入部分和输出部分，并且所述 管道的输入部分和输出部分由金属制成。
39.根据权利要求29所述的设备，其中，所述金属螺旋线的盘绕具有谐振频率的波长 的四分之一的宽度。
40.根据权利要求29所述的设备，其中，所述螺旋线是液冷式的。
41.根据权利要求29所述的设备，其中，所述螺旋线是气冷式的。
42.根据权利要求29所述的设备，还包括用于大负载改变的机电耦合器。
43.根据权利要求29所述的设备，其中，所述多个电磁发生器的一部分配置为激活在 反应结构内处于不同纵向位置的多模式。
44.一种使用磁场激活加工介质的方法，包括提供基本成圆柱形的谐振结构，其中至少一个微波发生器和至少一个RF发生器与所 述谐振结构耦合；产生与所述谐振结构的各种模式耦合的电磁场；以及 将所述加工介质在纬度方向上通过所述谐振结构。
45.根据权利要求44所述的方法，还包括调谐所述电磁场至该谐振结构的各种模式。
46.根据权利要求45所述的方法，其中，通过调节中空圆柱形活塞的纵向位置实现所述调谐。
47.根据权利要求44所述的方法，还包括调谐所述至少一个微波发生器与用于大负载 改变的机电耦合器。
48.根据权利要求44所述的方法，还包括使用TElmn模式激活具有相应H场的介质。
49.根据权利要求44所述的方法，其中，所述加工介质是等离子体，还包括利用DC场限 制所述等离子体以使H场与所述等离子体更好的相合。
50.根据权利要求44所述的方法，其中，所述谐振结构被螺旋线结构限制，该螺旋线结 构由导电材料形成并且形成至少一个线圈。
51.根据权利要求44所述的方法，其中，所述螺旋线的调谐宽度是谐振频率的波长的 四分之一。
全文摘要
本发明公开一种用于处理具有多个电磁发生器的加工体积的方法和设备。该设备将各种频率的各种电磁源耦合，其包括用于静态磁场、射频场和微波场的装置，并且能够同时或任意组合的应用这些场。本发明的一种利用电磁辐射激活加工介质的设备包括包含加工体积或反应体积的反应结构；在所述反应结构周围与反应结构耦合的多个微波电磁发生器；以及与所述反应结构耦合的至少一个射频电磁发生器。
文档编号C10G15/12GK101940904SQ201010149789
公开日2011年1月12日 申请日期2010年4月8日 优先权日2009年4月8日
发明者乔·迈克尔·亚伯勒, 柯克·麦克尼尔, 瓦西里·P·普鲁德基 申请人:Rf沙米姆技术股份有限公司