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KR20210148260A - 마이크로파 열분해 시스템을 위한 내부적 냉각 임피던스 튜너 - Google Patents

마이크로파 열분해 시스템을 위한 내부적 냉각 임피던스 튜너 Download PDF

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Publication number
KR20210148260A
KR20210148260A KR1020217035534A KR20217035534A KR20210148260A KR 20210148260 A KR20210148260 A KR 20210148260A KR 1020217035534 A KR1020217035534 A KR 1020217035534A KR 20217035534 A KR20217035534 A KR 20217035534A KR 20210148260 A KR20210148260 A KR 20210148260A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hollow body
plunger
microwave
stub
body plunger
Prior art date
Application number
KR1020217035534A
Other languages
English (en)
Inventor
죠셀린 두셋
진 필리페 라비올렛
Original Assignee
파이로웨이브 인크
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 파이로웨이브 인크 filed Critical 파이로웨이브 인크
Publication of KR20210148260A publication Critical patent/KR20210148260A/ko

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Abstract

작동중에 순환 냉각액을 수용하기 위한 빈 덕트를 갖는 스텁이 있는 내부적으로 냉각되는 마이크로파 튜너 어셈블리를 나타낸다. 열분해 리액터를 위한 마이크로파 스텁 튜너 어셈블리는 웨이브가이드 캐비티의 안으로 돌출된 적어도 하나의 가늘고 긴 중공체 플런저를 포함하는 것으로 설명된다. 상기 중공체 플런저의 각 상기 중공체는 순환 냉각액을 수용하기 위한 적어도 하나의 내부 냉각 덕트를 가지며, 상기 내부 냉각 더트는 상기 순환 냉각액이 상기 중공체 플런저에 들어와서 각 상기 내부 냉각 덕트를 통과하고 상기 중공체 플런저를 빠져나감에 의해 냉각되도록 구성된다. 각 상기 중공체 플런저는 상기 웨이브가이드 캐비티 내에 있는 상기 중공체 플런저의 위치를 조정하기 위한 중공체 플런저 위치 조정 수단을 갖는다.

Description

마이크로파 열분해 시스템을 위한 내부적 냉각 임피던스 튜너
본 발명은 열분해의 분야에 관한 것이다. 더 구체적으로, 마이크로파 열분해 시스템을 위한 커플러에 관한 것이다.
바이오매스와 플라스틱과 같은 제품의 열분해는 통상적으로 혐기 조건 하, 즉 산소가 없는 대기 안에서 열을 가하여 리액터 안에서 수행된다. 통상적으로 3가지의 주요 반응 생성물이 있는데, 석유, 가스 및 카본 블랙이 그것이다. 대부분의 경우, 열분해 과정은 정유 수율을 최대화하도록 조정되었는데 그 이유는 석유가 화학물질 또는 연료의 공급원으로 가장 높은 가치가 있기 때문이다.
열분해를 위한 종래의 발열체는 통상적으로 연료가스의 연소를 포함하여 화염 및 뜨거운 연소 가스 또는 저항 가열 요소를 만든다. 이와 같은 종래의 열분해 시스템에서는, 상기 리액터의 외부 표면이 가열되어 측벽 또는 하부를 포함하는 리액터 벽을 통한 열전도를 통해 열이 제품에 전달되어 제품이 열분해된다.
그러나, 적어도 이 종래의 열분해 시스템의 일부는 다음 문제점의 적어도 일부를 갖고 있다.
이 종래의 열분해 시스템의 일부는 낮은 정유 수율을 제공하는데, 왜냐하면 열분해되기 위한 제품의 가열속도가 상대적으로 느리고 이것이 낮은 정유 수율로 이어지기 때문이다. 이는 제품의 가열속도가 용기 벽의 온도에 의해 정해진다는 사실 때문이며, 즉, 용기 벽 온도가 높을수록, 제품 가열속도가 높기 때문이다. 최대 용기 벽 가열속도, 즉, 제품의 최종 온도는 통상적으로 용기의 열적 관성, 열원의 힘, 열 손실, 용기 벽 합금의 선택, 표면 면적 및 열 전달 계수에 의해 정해진다. 이 모든 제한은 공급원료의 가열속도를 한정한다. 그러나, 고온을 유지할 수 있는 (인코넬TM 또는 티타늄과 같은) 합금의 선택은 시스템의 자본비를 증가시킨다.
더욱이, 낮은 최종 생성물 온도 (즉, 낮은 반응 온도)는 낮은 반응 속도로 이어지며 또한 반응 속도론적인 영향을 미친다. 또한, 리액터 벽이 열분해되는 제품보다 더 높은 온도로 가열되므로, 제품은 리액터 벽을 나가면서 온도 상승을 겪고 이는 제품의 악화를 야기한다.
종래의 열분해 시스템의 상기 설명된 결함의 적어도 일부를 극복하기 위해 마이크로파 열분해 시스템이 개발되었다. 이와 같은 마이크로파 열분해 시스템은 마이크로파를 이용하여 리액터 안에 놓여 분해되도록 제품을 가열한다.
마이크로파는 전자파다. 자기장에 수직으로 이동하는 전기장이다. 가열에 이용되는 마이크로파는 통상적으로 2.45GHz (15kW 미만의 낮은 전력)과 915MHz (100kW까지의 높은 전력) 사이의 주파수를 갖는다. 이 주파수는 국제규정에 의해 정해진다.
종래의 열분해 시스템에 비해 마이크로파 열분해 시스템의 주요 이점 중의 일부는 높은 제품 수율로 이어지는 높은 가열속도, 높은 반응속도로 이어지고 속도 및 급속 온도 조정을 개선하는 높은 반응 현장 온도, 및 열분해 반응에 의한 제품의 악화를 피하는 낮은 환경 온도이다.
그러나, 마이크로파 열분해 시스템에는 몇 가지 문제가 있다. 이 문제 중 한가지는 마이크로파 전력이 리액터에 전달되는 수단이다. 전력 전달의 한가지 어려움은 고강도 전기장의 존재와 화학 리액터의 오염 물질의 존재다.
통상적으로 마이크로파 열분해 시스템은 마이크로파 발전기에 의해 발전된 마이크로파를 열분해가 발생하는 리액터에 전파하기 위한 마이크로파 웨이브가이드를 포함한다. 통상의 웨이브가이드는 마이크로파 파장/주파수에 대해 설정된 치수의 직사각형 관이며 마이크로파 리액터는 통상적으로 상기 웨이브가이드의 치수보다 큰 내부 치수를 갖는다. 따라서 마이크로프 전력 밀도는 통상적으로 마이크로파 리액터 안보다 (부피가 작은) 웨이브가이드 안에서 더 크다.
상기 웨이브가이드와 상기 리액터 안에서 고정된 상태에서는, 시간에 맞춰 진동하는 전기 및 자기 포텐셜을 경험할 수 있다. 상기 포텐셜이 매체의 파괴 전압 위로 증가하며, 전기 아크가 형성된다. 상기 전기 아크는 가스의 온도를 증가시키고 플라즈마를 생산한다. 상기 플라즈마는 전기적으로 전도성이 있으며 상기 진동하는 전기장은 상기 전기 아크를 유지하는데, 상기 전기 아크는 가장 높은 전력 밀도의 방향으로 이동, 즉 마이크로파 발전기의 방향으로 이동한다. 전기 아크가 마이크로파 발전기를 향해 이동하면서, 상기 전기 아크는 접촉하는 금속 표면 및 경계선을 손상시키는데, 즉, 상기 전기 아크는 금속에 날카로운 모서리를 생성시킨다. 상기 전기 아크는 마이크로파 주입을 멈춰서 없앨 수 있다. 마이크로파 주입이 재개되면, 상기 기존 전기 아크에 의해 생성된 날카로운 모서리의 존재는 높은 전기장 강도의 지점을 생성하며, 이는 중간 파괴 전압을 넘길 위험을 증가시키고 다른 전기 아크의 생성을 촉진시킨다. 따라서 전기 아크의 생성은 그로 인해 아크 발생의 더 높은 확률로 돌아온다. 상기 웨이브가이드 안의 전력밀도가 통상적으로 마이크로파 리액터에 비해 높기 때문에, 상기 웨이브가이드 안에서의 아크 발생의 위험은 리액터 안에서보다 높다. 따라서, 웨이브가이드 환경은 잘 통제되어야 한다 (깨끗함, 높은 파괴 전압, 오염 없음, 매끄러운 면, 날카로운 모서리 없음 등).
열분해는 통상적으로 카본 블랙 입자를 생산하는 부반응을 수반한다. 이들 분자는 전기적으로 전도성이 있는 고운 고체 입자다. 가스 상태로 서스펜션 안에 있을 때, 카본 블랙 입자의 존재는 가스 파괴 전압을 줄이고 아크 발생을 촉진시킨다. 반응에 의해 생성된 다른 가스 및/또는 액체의 존재 또한 중간 파괴 전압을 줄일 수 있다.
금속 표면 위에 오염 물질 퇴적 또한 핫스팟 또는 아크 발생으로 이어질 수 있다. 예를 들면, 고정된 카본 블랙 입자 안에서, 진동하는 전기장이 전류를 유발할 것이다. 카본 블랙 입자의 전기 저항이 0이 아니기 때문에, 카본 블랙 입자는 저항 손실로 인해 가열된다. 핫스팟은 따라서 금속 표면 위에 생성될 수 있으며, 이는 표면 손상, 표면 용융, 날카로운 모서리 및/또는 아크 발생으로 이어질 수 있다.
종래의 마이크로파 열분해 시스템은 직사각형의 단면 형상을 가진 마이크로파 웨이브가이드를 이용한다. 이와 같은 직사각형의 마이크로파 웨이브가이드에서는, 가장 높은 전기장 강도는 상기 웨이브가이드의 긴 모서리의 중앙에 위치해 있다. 이는 TE10 전송 모드에 대응하는데, 이는 직사각형의 웨이브가이드를 위한 기본 모드이다. 이 경우, 상기 오염물질의 퇴적은 금속 위에 핫스팟, 금속 손상, 날카로운 모서리의 생성 및/또는 아크의 발생으로 이어질 수 있다.
더욱이, 마이크로파 시스템에서의 임피던스 매칭은 통상적으로 마이크로파 발전기에서 리액터까지 전송되는 전력을 최대화하고 반사되는 전력을 최소화하기 위해 요구된다. 임피던스 매칭은 통상적으로 아이리스 또는 스텁 튜너를 이용하여 수행된다. 아이리스는 다공판이며 그 임피던스는 홀 크기 및 기하학적 구조의 기능이다. 크기와 기하학적 구조가 모두 고정되어 있기 때문에, 아이리스의 임피던스는 고정되며 마이크로파가 리액터 안으로 주입되는 동안 실시간으로 변동될 수 없다. 아이리는 따라서 정적 임피던스 매칭 시스템이다.
스텁 튜너는 조정가능하도록 구성된 임피던스 매칭 시스템이다. 통상적인 스텁 튜너는 긴 모서리를 따라서 직각으로 웨이브가이드 벽 안으로 삽입되는 원통형의 스텁 또는 플런저가 제공되는 웨이브가이드 부분으로 이루어진다. 대부분의 종래의 스텁 튜너는 웨이브가이드 벽에 부착된 케이싱 안에 통상적으로 배치된 3개의 일정 간격으로 떨어진 스텁을 갖는다. 웨이브가이드 안으로의 삽입되는 깊이는 튜너의 특성 임피던스를 변동시키도록 변동될 수 있다. 대부분의 스텁 튜너는 마이크로파가 주입되는 동안 각 개별 스텁의 삽입 깊이를 실시간으로 변동시킬 수 있으며, 이로 인해 반사 전력을 최소화하도록 임피던스 매칭을 조정하게 된다. 스텁 튜너는 따라서 동적 임피던스 매칭 시스템이다.
현존하는 스텁 튜너는 임피던스 미스매치가 상대적으로 낮은 시스템의 임피던스를 매칭하기 위해 설계된다 (전압 정재 파비 (VSWR < 10:1)). VSWR은 마이크로파 시스템의 임피던스 미스매치를 나타내기 위해 이용된다:
Figure pct00001
여기서
Figure pct00002
는 반사 계수이다.
통상적인 스텁 튜너는 스미드 선도에서 완전한 일치 스펙트럼의 약 절반을 포함한다. 일반적인 목표는 스미드 선도 측정값이 중앙에 있도록 스텁 튜너를 사용하여, 마이크로파의 낮은 반사를 표시하게 하는 것이다.
통상적으로 스텁 튜너는 상기 웨이브가이드 내에서 수평 및/또는 수직의 위치로 수동적으로 이동하여 임피던스 매칭을 조율한다. 마이크로파 튜너는 수직 이동을 위해 자주 마이크로미터 캐리지 드라이브를 이용한다. 일반적인 스텁은 스크루 드라이브에 의해 이동된다.
자동 스텁 튜너는 컴퓨터 인터페이스를 통해 제어되는 작동기를 통해 스텁을 이동시킨다.
그러나, 상기 웨이브가이드 내에서 마이크로파 장 안에 삽입되었을 때, 상기 스텁은 전기 및 자기 장에 들어가게 되며, 이는 스텁 표면 위에 전류를 유발한다. 스텁 재질에도 전기저항이 있기 때문에 (스텁은 통상적으로 알루미늄이나 구리로 만들어진다), 저항 열손실이 스텁에서 발생한다. 일부 저항 손실은 웨이브가이드 벽에서도 발생하지만 이는 스텁에서 발생하는 손실에 비하면 미미하다.
스텁에서의 저항 손실 때문에, 스텁은 가열되고 스텁의 운전 온도가 증가한다. 스텁 온도가 증가하면서, 스텁은 열적으로 팽창하며 그로 인해 길이와 직경이 증가한다. 이 열적 팽창 때문에, 스텁은 스텁 케이싱 내부에서 욱죄일 수 있으며 스크루 드라이브는 상기 튜너의 안팎으로 더 이상 움직이지 않을 수 있다. 상기 시스템은 이 때 상기 튜너의 임피던스를 변동시킬 능력을 상실한다. 더욱이, 상기 스텁을 이동시키거나 내보내도록 강제하는 것은 스텁, 스텁 케이싱, 스크루 드라이브 및/또는 작동기에 기계적인 손상을 일으킬 수 있다.
또한, 더 높은 수준의 미스매치가 관찰될 때, 이 현상은 악화되며 종래의 시스템은 더 가열되기 시작하고 스텁 튜너 어셈블리의 본체 내부에서 반복되는 아크 발생을 생성하기까지도 한다. 대부분의 기존의 튜너는 스텁 온도를 제어할 냉각 수단을 갖고 있지 않거나 튜너 케이싱 안에 액체 (물, 글리콜) 냉각 회로를 구성한다. 두 경우 모두 스텁의 온도는 열의 주요 공급원으로서 제어되지 않고 이는 기존 튜너를 낮은 임피던스 미스매치 기기에 이용되게 한다 (VSWR < 10:1). 마이크로파 발전기와 높은 전력의 리액터 공진 공동 간의 (VSWR ≥ 10과 같이) 높은 임피던스 미스매치를 보상하는 스텁 튜너 어셈블리가 필요하다 (예를 들면, 915 MHz 와 2450 MHz 에서의 100 kW).
따라서 기존의 시스템의 상기 언급된 결전의 일부를 극복하는 개선된 마이크로파 열분해 시스템 및 스텁 튜너 어셈블리에 대한 필요가 존재한다.
본 발명은, 위에 서술된 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 넓은 의미로, 작동중에 순환 냉각액을 수용하기 위한 빈 덕트를 갖는 스텁이 있는 내부적으로 냉각되는 마이크로파 튜너 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다.
열분해 리액터를 위한 마이크로파 스텁 튜너 어셈블리는 웨이브가이드 캐비티의 안으로 돌출된 적어도 하나의 가늘고 긴 중공체 플런저를 포함하는 것으로 설명된다. 상기 중공체 플런저의 각 상기 중공체는 순환 냉각액을 수용하기 위한 적어도 하나의 내부 냉각 덕트를 가지며, 상기 내부 냉각 더트는 상기 순환 냉각액이 상기 중공체 플런저에 들어와서 각 상기 내부 냉각 덕트를 통과하고 상기 중공체 플런저를 빠져나감에 의해 냉각되도록 구성된다. 각 상기 중공체 플런저는 상기 웨이브가이드 캐비티 내에 있는 상기 중공체 플런저의 위치를 조정하기 위한 중공체 플런저 위치 조정 수단을 갖는다.
본 발명과 본 발명의 장점에 대한 보다 완전한 이해를 위해, 동봉된 도면과 함께 다음 설명이 참조된다. 본 발명은 도면의 도식적인 그림에 명시된 예시적인 실시예를 이용하여 더 자세히 설명된다. 도면은 다음과 같다:
도 1은 실시예에 따라 마이크로파 열분해 리액터, 커플러 및 스텁 튜너를 포함하는 마이크로파 열분해 시스템의 단면도이다.
도 2는 상기 웨이브가이드의 종축에 수직인 도 1 상기 단면의 스텁 튜너 어셈블리의 단면도 2이다.
도 3은 상기 스텁 튜너 어셈블리의 외부를 따라 도 1의 스텁 튜너 어셈블리의 측단면도이다.
도 4는 상기 스텁의 종축을 따라가는 도 1의 상기 스텁 튜너 어셈블리의 측단면도이다.
도 5는 도 4의 분리도이다.
도 6은 도 1의 상기 스텁 튜너 어셈블리의 사시 컷어웨이 측면도이다.
도 1은 예를 들면 915MHz 마이크로파 공급원에서 구동되는 마이크로파 열분해 시스템(10)의 일 실시예를 도시한다. 시스템(10)은 리액터 또는 용기(12), 커플러(14) 및 스텁 튜너(16) 어셈블리를 포함한다. 상기 스텁 튜너 어셈블리(16)는 상기 마이크로파의 공급원 또는 마이크로파 발전기 (미도시)에 직접적으로 또는 마이크로파 웨이브가이드를 통해 연결될 수 있음을 알 수 있다. 리액터(12)는 화학적 및/또는 물리적 반응을 여기서 마이크로파 에너지로 인해 수행하도록 구성된다.
상기 리액터(12)의 형상, 치수, 입구 및 출구, 커플러(14) 및 스텁 튜너 어셈블리(16)는 단지 예를 든 것이며 변동될 수 있음을 알 수 있다. 예를 들면, 커플러(14) 및 스텁 튜너 어셈블리(16)는 리액터(12)의 종축에 거의 수직으로 연결되도록 구성된 것으로 나타나지만, 다른 실시예 또한 가능한 것임을 알 수 있다. 상기 리액터(12), 커플러(14) 및 스텁 튜너 어셈블리(16)의 상대적인 비율은 표시 목적이며 한 예일 뿐이다.
본 발명의 또 다른 실시예(미도시)에서는 커플러(14)가 없으며, 달리 말하면, 상기 리액터 내에 구성된 캐비티와 스텁 튜너 어셈블리(160)의 상기 직사각형 웨이브가이드 간에 물리적인 인터페이스가 없다는 뜻이다. 그러나, 커플러의 부재는 마이크로파 열분해 시스템(10)이 리액터(12) 내에 있어야 하는 다상의 환경 (고체, 기체 및/또는 액체)과 관련 화학 반응을 수행하기에 부적절하게 만들 수 있다. 물리적 장벽의 부재 때문에, 고체, 기체 및/또는 액체는 마이크로파와 상호작용하여 핫스팟, 아크 발생 (핫 플라즈마) 및 스텁 튜너 어셈블리(16)의 고장을 일으킬 수 있다. 스텁 튜너가 높은 마이크로파 전력 밀도 및 높은 전기장에 노출되어 있으므로, 아크 발생 및 핫스팟 생성 경향은 높다. 따라서 적절한 커플러(14)의 설치가 아크 발생과 스텁 튜너 어셈블리(16)의 고장을 최소화하기 위해 선호된다.
사용하기 전에, 커플러(14)는 너트 및 볼트와 같은 적절한 수단에 의해 리액터(12)와 조립된다. 일 실시예에서, 커플러(14)는 스텁 튜너(16)에 비해 큰 폭의 직경을 가지며, 직사각형 관형의 웨이브가이드 모양에서 일반적으로 원통형으로의 이동을 제공한다.
리액터(12)에는 마이크로파 열분해를 실행하기 위한 재료를 위해 적절한 입구와 출구가 제공된다. 재료 레벨 필 라인(66)의 예가 나타나 있다. 일부 실시예에서는 리액터(12)는 밀폐되며 진공 또는 압력 하에 작동되도록 구성된다. 리액터 벽(18)은 이중 벽이거나 피복되어 리액터 벽(18)의 냉각 또는 가열이 가능하게 한다.
도시된 실시예에서, 스텁 튜너 어셈블리(16)는 커플러(14)에 마이크로파(미도시)에 의해 발해지는 마이크로파를 임피던스 매칭하고 안내하도록 이용된다. 커플러(14)는 스텁 튜너 어셈블리(16)에서 나오는 마이크로파를 리액터(12)안으로 전파하도록 이용된다. 리액터(12)는 마이크로파 가열에 의해 가열되어 열분해될 제품을 수용하도록 구성된다.
스텁 튜너 어셈블리(16)은 도 1내지 6을 참조하여 여기에서 더 상세하게 설명될 것이다.
도시된 바와 같이, 스텁 튜너 어셈블리(16)는 마이크로파 웨이브가이드 내에서 둘러싸이고 3개의 플런저 (스텁) 하우싱(22)이 부착되는 웨이브가이드 캐비티(20)을 포함한다. 고정 나사(24)는 각 플런저(26)가 하우싱(22) 내의 일정 위치 안에 고정되도록 하며 상기 플런저 나삿니부(46)와 상기 하우싱 스크루부(48)간에 좋은 전기적 접촉을 보장하여 마이크로파의 유츨을 방지한다. 제2 고정 나사(3)는 제1 고정 나사(34)를 잠근다. 종래의 설계가 약 1/8"의 플런저 나삿니부를 갖겠지만, 도시된 실시예는 약 1.0"보다 큰 부분을 제안한다.
유리하게, 상기 플런저(26)간의 축방향 거리는 마이크로파 장의 파장λ의 함수이며, 통상적으로 함수는 λ/3이다.
통상적으로, 플런저(26)가 상기 웨이브가이드 캐비티(20)에 닿을 수 있는 깊이는 λ/4 이하이다.
일 실시예에서, 냉각액이 상기 플런저(26)의 튜닝을 위한 회전을 가능하게 하면서 플런저(26) 내부를 상기 냉각액이 순환하게 하는 이중 흐름 회전 결합체(35)를 이용하여 각 플런저(26) 내부를 순환한다. 상기 플런저(26)의 회전은 전적 바깥 위치에서 상기 웨이브가이드 캐비티(20)의 중앙에 대략 착지하는 위치로 축방향 위치로 플런저(26)의 이동을 가능하게 한다.
플런저 케이싱(36)은 마이크로파의 방지를 가능하게 하며 플런저(26)와 플런저 케이싱(36)간의 틈은 완전하거나 거의 완전한 마이크로파의 전기식 초크를 가능하게 한다. 플런저(26)는 약 (λ/6)에 비례하는 냉각 관 직경을 가진 빈 샤프트(40)이며 λ는 파장이고, 이는 플런저 냉각 관(38) 내부의 상기 냉각액의 순환을 가능하게 한다.
일 실시예에서, 플런저(26)는 냉각기능을 더 하기 위해 하나보다 많은 냉각 관을 가질 수 있다.
플런저(26)는 철, 구리, 알루미늄, 합금 및 이 중 어느 하나 또는 그 결합의 재질을 포함하는 금속과 같은 주조적 및 기계적 재료로 구성된다. 일 실시예에서 상기 플런저(26)는 낮은 전기적 손실 재질로 피복될 수 있으며, 이는 은과 같은 재질일 수 있다.
플런저 냉각 관(38)은 상기 냉각액 입구(42)에 연결되고 냉각액이 상기 플런저(26)의 끝부분으로 들어가서 상기 플런저의 상부를 나와서 회전 결합체(35)를 통해 냉각액 출구(44)로 나오게 한다. 통상의 기술자는 상기 냉각액의 유향도 역방향일 수 있으며 각 플런저(26)는 냉각액 흐름에 유리하게 직렬로 연결될 수 있음을 알 것이다.
일 실시예에서 상기 냉각액은 개방 회로 안을 순환하는데, 예를 들면 도시 용수를 이용한다. 또 다른 실시예에서 냉각액은 폐쇄 회로 안을 순환하고 냉장 교환기(미도시)에 연결된다.
일 실시예에서 플런저(26)의 모서리와 플런저 케이싱(36)간의 아크 발생을 방지하기 위해, 상기 플런저 케이싱(36) 내부에 최소한의 플런저 길이가 웨이브가이드의 내부 높이의 약 1/4로 초기 설정되고 적절한 임피던스 매칭을 위해 필요에 따라 조정된다.
따라서 임피던스 미스매치가 부하와 공급원 간에 관찰될 때, 본 발명의 상기 스텁 튜너 시스템은 임피던스의 복잡한 부분을 보상한다. 이를 위해, 복수의 플런저(26)가 삽입되고 웨이브가이드 캐비티(20)의 안팎으로 조정되어 시스템 전체의 임피던스에 영향을 주고 임피던스의 복잡한 부분이 거의 0 (스미드 선도에서 수평)이 되도록 보장하여 상기 마이크로파 리액터(12)에 전달되는 전력을 최대화하도록 한다.
따라서 임피던스 미스매치가 부하와 공급원 간에 관찰될 때, 상기 스텁 튜너 어셈블리, 복수의 플런저(26)는 이동되고 상기 웨이브가이드 안으로 더 깊이 조정될 수 있다. 일부 실시예에서 상기와 같이 설명되는 부가적인 복수의 플런저(26)는 상기 시스템의 유도용량을 더 증가시키기 위해 추가되어야 할 필요가 있을 수도 있다.
상기 복수의 플런저(26)에서 발생하는 지상전류에서 소산하는 (저항적) 에너지 손실은 열을 발생시키고 이를 통해 필요한 열소산의 양은 상기 복수의 플런저의 깊이에 비례하며 따라서 높은 수준의 미스매치가 기록될 때, 많은 양의 열이 발생하고 결과적으로 냉각이 더 필요하다.
상기 복수의 플런저(26)를 냉각 관(38 안에서 흐르는 냉각액의 균일한 온도, 양, 유량 및 성질로 유지하기 위해서 빈 샤프트(40)가 선택된다.
일 실시예에서 상기 냉각액은 순환 펌프(미도시)에 의해 끊임없이 순환되며 복수의 유량 및/또는 온도 센서(미도시)에 의해 감시되어 이 데이터를 제어기(미도시)에 전달한다. 상기 냉각액의 유량 및/또는 온도는 제어기에 의해 실시간으로 적절히 제어되고 조정된다.
일 실시예에서, 상기 제어기는 상기 냉각액의 온도를 냉각 관(38)에 들어가기 전에 원하는 온도로 조정하기 위해 상기 냉각액의 공급원을 냉각 기기(미도시)에 작동가능하게 연결한다. 다른 일 실시예에서, 상기 제어기는 또한 변동가능 속도 순환 펌프(미도시)에 상기 냉각액의 공급원을 작동가능하게 연결한다. 따라서 상기 냉각액의 원하는 온도와 유량이 선택될 수 있고 호적의 실시예에서 실시간으로 조정되어 상기 스텁 튜너(16)가 작동되는 동안 상기 플런저(26)를 냉각할 수 있다.
일 실시예에서, 각 플런저(26)는 상기 냉각액을 순환시키는 복수의 냉각관(38)을 가질 수 있다. 동일하거나 그 외의 실시예에서 복수의 냉각관(38)의 길이와 직경은 상기 웨이브가이드 캐비티(20) 안에 있는 상기 플런저(26)의 끝을 향해 더 냉각 효과를 발생시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서 상기 복수의 냉각 관(38)은 함께 액체적으로 연결되어 단일 입구와 단일 출구가 존재할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 스텁 튜너 어셈블리는 복수의 플런저(26)를 빠져나가는 상기 냉각액의 측정을 통해 복수의 플런저(26)의 온도를 감지하는 적어도 하나의 온도 센서를 더 포함한다. 동일하거나 또 다른 실시예에서, 상기 리액터(12)는 상기 온도 조절 유체의 흐름을 감지하는 적어도 하나의 유량 센서를 갖는다. 상기 하나 이상의 온도 센서 및/또는 하나 이상의 유량 센서는 상기 온도 조절 유체의 온도 및/또는 유량을 각각 측정하기 위해 어느 적절한 위치에든지 설치될 수 있음을 알 수 있다.
상기 복수의 플런저를 안팎으로 움직이게 할 수 있도록, 이중 유체 회전 결합체(35)가 각 플런저(26)의 끝에 설치되며 이는 상기 복수의 플런저가 순환 냉각액에 의해 냉각되는 동안 안팎으로 나사로 고정될 수 있게 한다.
상기 플런저의 단부와 상기 웨이브가이드 캐비티의 하단부 간에 아크 발생을 더 방지하기 위해, 본 발명은 기존의 배치보다 더 긴 직선부를 가진 플런저 하우싱(22)을 이용하여 하우싱(22)과 플런저(26)간의 거리의 적어도 약 5배의 적어도 일부분을 유지한다. 이는 마이크로파 전기장이 완전하게 또는 거의 완전하게 초크되도록 보장하며 전기장이 상기 웨이브가이드 캐비티(20) 안에 생기는 것을 방지한다. 이 연장된 중복부가 없이는, 상기 복수의 플런저는 마이크로파를 상기 웨이브가이드 캐비티 안으로 유출시키고 원치 않는 아크를 발생시킨다.
상기 설명된 본 발명의 실시예는 예를 든 것일 뿐에 불과하다. 본 발명의 범주는 따라서 첨부된 청구항의 범주만에 의해 한정된다.

Claims (12)

  1. 열분해 리액터를 위한 마이크로파 스텁 튜너 어셈블리로서:
    웨이브가이드 캐비티의 안으로 돌출된 적어도 하나의 가늘고 긴 중공체 플런저를 포함하며;
    상기 중공체 플런저의 각 상기 중공체는 순환 냉각액을 수용하기 위한 적어도 하나의 내부 냉각 덕트를 가지며, 상기 내부 냉각 덕트는 상기 순환 냉각액이 상기 중공체 플런저에 들어와서 각 상기 내부 냉각 덕트를 통과하고 상기 중공체 플런저를 빠져나감에 의해 냉각되도록 구성되며;
    각 상기 중공체 플런저는 상기 웨이브가이드 캐비티 내에 있는 상기 중공체 플런저의 위치를 조정하기 위한 중공체 플런저 위치 조정 수단을 갖는, 마이크로파 스텁 튜너 어셈블리.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 순환 냉각액이 폐쇄 회로 안에 있는, 마이크로파 스텁 튜너 어셈블리.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 순환 냉각액이 개방 회로 안에 있는, 마이크로파 스텁 튜너 어셈블리.
  4. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로파 스텁 튜너 어셈블리는 상기 순환 냉각액의 온도를 감시하고 제어하는 수단을 더 포함하는, 마이크로파 스텁 튜너 어셈블리.
  5. 제 1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로파 스텁 튜너 어셈블리는 상기 순환 냉각액의 유량을 감시하고 제어하는 수단을 더 포함하는, 마이크로파 스텁 튜너 어셈블리.
  6. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이브가이드 캐비티 내에서 상기 중공체 플런저의 위치를 조정하기 위한 상기 중공체 플런저 위치 조정 수단은 마이크로파 임피던스 매칭을 위해 자동적으로 조정되는, 마이크로파 스텁 튜너 어셈블리.
  7. 제 1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가늘고 긴 중공체 플런저의 수는 3 이상인, 마이크로파 스텁 튜너 어셈블리.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 가늘고 긴 중공체 플런저의 수는 3인, 마이크로파 스텁 튜너 어셈블리.
  9. 제 1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가늘고 긴 중공체 플런저 내의 상기 냉각 덕트의 직경은 약 (λ/6)로서, λ는 파장인, 마이크로파 스텁 튜너 어셈블리.
  10. 제 7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 상기 중공체 플런저 간의 축방향 거리는 약 (λ/3)로서, λ는 파장인, 마이크로파 스텁 튜너 어셈블리.
  11. 제 1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 상기 중공체 플런저는 하나보다 많은 냉각 덕트를 가진, 마이크로파 스텁 튜너 어셈블리.
  12. 제 1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 덕트는 단일 냉각액 회로에 모두 연결된, 마이크로파 스텁 튜너 어셈블리.
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