热分解系统和用于产生二氧化碳的方法技术方案

诸如可用于碳酸饮料的二氧化碳是通过原材料的热分解而产生。用于所述处理的设备包括射频(RF)能量发生器、腔室、收纳在所述腔室中含有原材料的膜盒以及用于回收所述处理中产生的CO2的一个或多个通道。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对相关申请的交叉引用本申请要求2014年1月27日提交的第61/931,720号美国临时专利申请的权益，所述申请的全部内容是以引用方式并入。本专利技术的背景
本专利技术涉及通过利用射频(RF)能量热分解各种原材料而在压力下产生二氧化碳用于饮料等。
技术介绍
用于使用微波实现热分解的各种方法和设备在现有技术中是已知的。代表性实例包括WO 2013/070095，其描述了一种例如在有机废料的热解中使用的微波加热或反应设备。EP 343 673 Al描述了一种用于制造超轻质苏打的工艺，其中碳酸钠是利用微波能量进行处理。现有技术尚未公开一种用于使用微波热分解产生二氧化碳的方法或设备。
技术实现思路
在一方面，本专利技术是一种热分解系统，其包括：射频(RF)能量发生器；RF天线或电极，其连接到所述RF发生器；具有可密封开口的膜盒腔室，所述可密封开口适用于收纳并保持包括可热分解材料的至少一个膜盒且承受形成在所述膜盒中的定义压力；和至少一个通道，其具有通向所述膜盒的第一端和连接到压力阀的第二端。因此，施加RF能量于所述膜盒中的所述可热分解材料导致热分解，所述热分解形成气体。在另一方面，本专利技术涉及一种用于热分解系统的膜盒，其包括围封腔体的封闭罩和所述腔体中含有可热分解材料的至少第一隔间。在实施例中，所述膜盒进一步包括过滤器以防止所述可热分解材料以及热分解的副产物在所述材料的热分解期间从所述膜盒中排出。在另一方面，本专利技术是一种用于产生二氧化碳的方法，其包括提供RF能量发生器以及连接到所述微波发生器的RF天线和电极，以及将在热分解时形成二氧化碳的可热分解原材料围封在膜盒腔室中的膜盒中。所述膜盒腔室具有适用于收纳所述膜盒的可密封开口，且所述膜盒适用于承受在所述热分解期间形成的预定压力。提供具有通向所述膜盒的第一端和连接到压力阀的第二端的通道。利用所述RF能量发生器产生射频能量以对所述可热分解材料加热且在压力下形成二氧化碳。在另一方面，本专利技术涉及使用理论微波功率吸收系数和实验结果两者对热分解的热力学建模以获得最优碳酸氢钠，所述实验结果是给定质量的碳酸氢钠的含水率以及微波频率。根据这些数据，开发系统元件以在最小时间量内从所述热分解处理中产生最大二氧化碳提取。本专利技术的实施例提供了一种由射频电源和定制设计腔体构成的独特快速加热系统。所述系统被设计成用于在高压下对诸如碳酸氢钠粉末的可热分解材料加热以快速有效地提取二氧化碳。附图说明本说明书的结论部分中特别指出并明确要求了被视为本专利技术的主题。然而，本专利技术就组织和操作方法两者以及其目的、特征和优点来说可在结合附图阅读时通过参照以下详述而被最佳地理解，在附图中：图1A、1B、1C和1D是根据本专利技术的某些实施例的热分解系统的示意图；图2A和2B是热分解系统的其它实施例的示意图。图3是根据本专利技术的实施例的具有适用于两个膜盒的膜盒腔室的系统的示意图；图4A是根据本专利技术的实施例的用于同时进行热分解和水加热的系统的图解；图4B是根据本专利技术的某些实施例的高压微波热分解系统的另外的图解；图5A、5B、5C、5D和5E是根据本专利技术的实施例的膜盒的示例性图解；图6是根据本专利技术的实施例的用于材料的热分解的方法的流程图。图7是示出碳酸氢钠的离子溶液的总耗散依据固定微波频率下的温度和离子浓度变化的图表。图8是示出碳酸氢钠溶液微波耗散依据固定微波频率下的含水量变化的图表。图9是示出反应时间依据在20℃至150℃的范围中碳酸氢钠的热分解的含水量变化的图表。将明白，为了说明的简单和清楚起见，图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，某些元件的尺寸可为了清楚起见而相对于其它元件有所放大。另外，在认为合适的情况下，图中可重复参考符号以指示对应或类似元件。具体实施方式在以下详述中，阐释众多具体细节以提供对本专利技术的透彻理解。然而，本领域技术人员将了解，本专利技术可在无这些具体细节的情况下实践。在其它实例中，没有详细描述众所周知的方法、程序和组件以免使本专利技术变得晦涩难懂。根据本专利技术的优选实施例利用具有3KHz至300GHz的频率的RF能量，所述RF能量还包括具有300MHz至300GHz的频率的微波(MW)能量。本文中涉及利用MW能量进行加热的实例不应被视为限制本专利技术。同样地，本文中使用以2.4GHz至2.5GHz的频率操作的可商购MW能量产生元件的实例不应被解释为限制本专利技术。“湿粉末”被理解为指代与吸收MW能量的液体混合的粉末。此类液体包括(不限于)水、油、乙醇或其它溶剂、水-乙醇溶液等。湿粉末可包含SBC和水，在所述情况中SBC粉末可部分溶解在水中。“热分解”是指在加热时形成气体的化学反应。热分解包括(但不限于)形成二氧化碳的碳酸氢钠的热分解。基于微波(MW)吸收加热的热分解是一个复杂的动态处理过程。微波吸收相依参数在所述处理过程期间全部发生改变且可造成非所需结果，诸如热散逸和分解效率变差。另一方面，整个处理过程期间的最大微波吸收可通过事先了解主处理过程参数的变化以及控制经受微波热能的成分的成分比率而实现。一般来说，材料中的MV能量吸收受耗散电介质和离子导电的两种主要机制影响。总耗散成分(其是材料介电常数(ε\)的相对虚部)是电介质吸收成分(εd″)与离子耗散吸收(εc″)的和：ε″＝ε″d+ε″c (1)电介质吸收是由趋向于在被引入到MW辐射的交变电场中时旋转的分子偶极子所致。电介质吸收是电场的角频率(ω)、分子偶极子弛豫时间(τ)和零角频率下的材料介电常数值与无限角频率下的值之间的差值(εΔ)的函数： ϵ d ′ ′ = ϵ Δ ω τ 1 + ω 2 τ 2 - - - ( 2 ) ]]>离子导电是由用作沿MW辐射的电场振荡的自由带电粒子的移动溶解离子所致。离子耗散吸收等于电导(σ)与真空介电常数(ε0)和电场角频率的乘积之间的比： ϵ c ′ ′ = σ ϵ 0 ω - - - ( 3 ) ]]>这两种机制均由于偶极子移动和分子间摩擦力而促成目标加热。材料中吸收的加热功率密度(P)取决于平均电场强度(E)、材料总耗散(ε0ε″)和电场角频率(ω)：P＝ωε0ε″E2 (4)MW吸收在热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热分解系统，其包括：射频(RF)能量发生器；RF天线或电极，其连接到所述RF能量发生器；至少一个膜盒，其含有可热分解材料；具有可密封开口的膜盒腔室，所述可密封开口适用于收纳并保持所述至少一个膜盒且承受形成在所述膜盒中的定义压力；和至少一个通道，所述通道具有通向所述膜盒的第一端和连接到压力阀的第二端。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.27 US 61/931,7201.一种热分解系统，其包括：射频(RF)能量发生器；RF天线或电极，其连接到所述RF能量发生器；至少一个膜盒，其含有可热分解材料；具有可密封开口的膜盒腔室，所述可密封开口适用于收纳并保持所述至少一个膜盒且承受形成在所述膜盒中的定义压力；和至少一个通道，所述通道具有通向所述膜盒的第一端和连接到压力阀的第二端。2.根据权利要求1所述的热分解系统，其中所述膜盒是一次性薄壁金属膜盒，且所述膜盒腔室是由对RF能量几乎通透的不导电材料制成；且其中当所述膜盒插入到所述膜盒腔室中时，所述膜盒与所述RF天线发生电接触而变为一次性微波腔体。3.根据权利要求1所述的热分解系统，其中所述可热分解材料是碳酸氢钠。4.根据权利要求1所述的热分解系统，其中所述膜盒进一步包括过滤器以防止所述可热分解材料以及所述热分解的副产物在所述材料的热分解期间从所述膜盒中排出。5.根据权利要求1所述的热分解系统，其中所述膜盒进一步包括香料物质，且其中所述碳酸氢钠含在所述膜盒的第一区段中，且所述香料物质含在所述膜盒的第二区段中。6.根据权利要求3所述的热分解系统，其中所述碳酸氢钠是呈粉末形式。7.根据权利要求6所述的热分解系统，其中所述粉末是湿粉末。8.根据权利要求7所述的热分解系统，其中所述湿粉末包括碳酸氢钠和液体的组合物。9.根据权利要求8所述的热分解系统，其中所述湿粉末含有在65重量％至85重量％之间的碳酸氢钠和在35重量％至15重量％之间的水。10.根据权利要求1所述的热分解系统，其中所述膜盒腔室包括微波腔体。11.根据权利要求1所述的热分解系统，其中所述膜盒具有插口；且所述RF天线适用于在所述膜盒插入到所述膜盒腔室中时通过所述插口穿透到所述膜盒中。12.根据权利要求1所述的热分解系统，其中所述天线包括至少一个微波能量集中元件，所述微波能量集中元件适用于在所述膜盒插入到所述膜盒腔室中时通过所述膜盒的一个或多个面穿透到所述膜盒中。13.根据权利要求1所述的热分解系统，其中所述膜盒是一次性膜盒；其中所述膜盒的一部分是由对RF能量几乎通透的材料制成；其中所述膜盒的另一部分是由金属制成；且其中当所述膜盒插入到所述膜盒腔室中时，所述膜盒由对RF能量几乎通透的材料制成的所述部分靠近并引导朝向所述天线。14.根据权利要求1所述的热分解系统，其中所述天线在所述膜盒内可沿笛卡尔坐标系的至少两个轴移动。15.根据权利要求1所述的热分解系统，其进一步包括：压力表，其用于监测所述膜盒腔室中的压力；和控制电路，其与所述压力表和所述微波发生器通信；其中所述控制电路适用于根据从所述压力表接收的数据来改变由所述微波发生器产生的微波能量的频率和/或功率。16.根据权利要求1所述的热分解系统，其进一步包括第一通道和第二通道以及第一膜盒腔室和第二膜盒腔室；其中所述膜盒腔室适用于收纳并保持至少第二膜盒；且其中所述第一通道适用于输送从所述第一膜盒释放的第一热分解产物，且所述第二通道适用于输送从所述第二膜盒释放的另一物质。17.根据权利要求16所述的热分解系统，其进一步包括至少一个流体入口；所述至少一个流体入口具有孔口以穿透到所述第一膜盒和所述第二膜盒中的至少一个中以在所述系统的操作期间将流体提供到所述第一膜盒和所述第二膜盒中的所述至少一个中。18.根据权利要求17所述的热分解系统，其中所述膜盒腔室具有第一区域和第二区域；且其中所述微波能量发生器在所述第一区域中具有第一热效率且在所述第二区域中具有第二热效率；且其中所述第一膜盒在所述第一区域中且所述第二膜盒在所述第二区域中以在所述系统的操作期间可控地将所述第一膜盒的内容物在预定义时间间隔中加热到第一预定义温度并将所述第二膜盒的内容物在所述预定义时间间隔中加热到第二预定义温度。19.根据权利要求1所述的热分解系统，其进一步包括与所述可热分解材料接触的感受器材料，所述感受器材料相对于所述可热分解材料微波吸收有所增加。20...

【专利技术属性】
技术研发人员：平沙斯·沙莱夫，
申请(专利权)人：闪亮有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL