(57)【要約】【課題】本開示は、マイクロ波加熱対象を均等に加熱するにあたり、複雑な回転機構、複雑な実機検証、高価な半導体発振器、及び、反応容器のサイズの変更時での制御プログラムの変更を不要とすることを目的とする。【解決手段】本開示は、複数のアンテナ５−１〜５−６は、マイクロ波反応容器１の格納位置を包囲するように、かつ、隣接するアンテナの間の距離がほぼ等しくなるように、導電性格納庫４内に配置され、各アンテナの配置位置と導電性格納庫４の内壁との間の距離は、マイクロ波反応容器１の格納位置から各アンテナの配置位置を見る方向では、照射マイクロ波の波長λのほぼ１／４と等しい長さであり、マイクロ波反応容器１の格納位置以外の位置から各アンテナの配置位置を見る方向では、照射マイクロ波の波長λの１／４と異なる長さであることを特徴とするマイクロ波加熱装置Ｍである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波加熱対象をほぼ中央に格納する導電性の格納庫と、マイクロ波加熱対象にマイクロ波を照射する複数のアンテナと、を備え、
前記複数のアンテナは、マイクロ波加熱対象の格納位置を包囲するように、かつ、隣接するアンテナの間の距離がほぼ等しくなるように、前記導電性の格納庫内に配置され、
各アンテナの配置位置と前記導電性の格納庫の内壁との間の距離は、マイクロ波加熱対象の格納位置から各アンテナの配置位置を見る方向では、照射マイクロ波の波長のほぼ１／４と等しい長さであり、マイクロ波加熱対象の格納位置以外の位置から各アンテナの配置位置を見る方向では、照射マイクロ波の波長の１／４と異なる長さである
ことを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項２】
マイクロ波加熱対象の格納位置を介して対向するアンテナが同時にマイクロ波を照射しないように、前記複数のアンテナがマイクロ波を照射するタイミングが設定される
ことを特徴とする、請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、マイクロ波加熱対象を均等に加熱する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、小型、低消費電力及び高反応速度の化学製品製造プラントが実用化されるなど、マイクロ波加熱を利用した化学プロセッシングが脚光を浴びている。例えば、ナノ粒子やポリマー合成等の化学製品の製造において、原料やマイクロ波加熱触媒等の被加熱物質にマイクロ波を照射し価値ある生成物を製造する技術が、非特許文献１、２に示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】塚原、安田、「触媒化学におけるマイクロ波」、電気学会誌、一般社団法人電気学会、２０１２年、１３２巻、１号、ｐｐ．１０−１２
【非特許文献２】竹内、長畑、「ポリマー合成化学におけるマイクロ波」、電気学会誌、一般社団法人電気学会、２０１２年、１３２巻、１号、ｐｐ．１３−１６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、化学工業において製品の量産の必要性から、反応容器の形式として連続型反応容器が一般的に利用される。しかし、連続型反応容器の場合、マイクロ波吸収率が高い被加熱物質にマイクロ波を照射するときには、被加熱物質の加熱ムラが顕著に発生する。そこで、連続型反応容器の場合、ターンテーブル、スターラファン及び干渉パターン制御を用いて、被加熱物質の加熱ムラを改善することが考えられる。
【０００５】
しかし、連続型反応容器の場合、ターンテーブルを用いて、被加熱物質の加熱ムラを改善するときには、反応容器の気密性を確保するために、複雑な回転機構が必要となる。
【０００６】
そして、連続型反応容器の場合、スターラファンを用いて、被加熱物質の加熱ムラを改善するときには、ファンの回転数、羽根の枚数及び羽根の長さ等を最適化するために、複雑な実機検証が必要となる。
【０００７】
さらに、連続型反応容器の場合、干渉パターン制御を用いて、被加熱物質の加熱ムラを改善するときには、（１）発振周波数及び発振位相を高精度に制御するために、高価な半導体発振器が必要となり、（２）反応容器のサイズを変更するときに、制御プログラムの変更が必要となる。
【０００８】
そこで、前記課題を解決するために、本開示は、マイクロ波加熱対象を均等に加熱するにあたり、複雑な回転機構、複雑な実機検証、高価な半導体発振器、及び、反応容器のサイズの変更時での制御プログラムの変更を不要とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、複数のアンテナが、マイクロ波加熱対象の格納位置を包囲するように、導電性の格納庫内に配置されるようにした。そして、各アンテナの指向性が、マイクロ波加熱対象の格納位置に集中して指向するようにした。
【００１０】
具体的には、本開示は、マイクロ波加熱対象をほぼ中央に格納する導電性の格納庫と、マイクロ波加熱対象にマイクロ波を照射する複数のアンテナと、を備え、前記複数のアンテナは、マイクロ波加熱対象の格納位置を包囲するように、かつ、隣接するアンテナの間の距離がほぼ等しくなるように、前記導電性の格納庫内に配置され、各アンテナの配置位置と前記導電性の格納庫の内壁との間の距離は、マイクロ波加熱対象の格納位置から各アンテナの配置位置を見る方向では、照射マイクロ波の波長のほぼ１／４と等しい長さであり、マイクロ波加熱対象の格納位置以外の位置から各アンテナの配置位置を見る方向では、照射マイクロ波の波長の１／４と異なる長さであることを特徴とするマイクロ波加熱装置である。
【００１１】
この構成によれば、複雑な回転機構、複雑な実機検証、高価な半導体発振器、及び、反応容器のサイズの変更時での制御プログラムの変更を不要とすることができる。
【００１２】
また、本開示は、マイクロ波加熱対象の格納位置を介して対向するアンテナが同時にマイクロ波を照射しないように、前記複数のアンテナがマイクロ波を照射するタイミングが設定されることを特徴とするマイクロ波加熱装置である。
【００１３】
この構成によれば、対向するアンテナのうちの一方のアンテナから、対向するアンテナのうちの他方のアンテナへと、マイクロ波電力が流入することを防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
このように、本開示は、マイクロ波加熱対象を均等に加熱するにあたり、複雑な回転機構、複雑な実機検証、高価な半導体発振器、及び、反応容器のサイズの変更時での制御プログラムの変更を不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本開示のマイクロ波加熱装置の概略構成を示す図である。
【図２】本開示のマイクロ波加熱装置のアンテナ配置を示す図である。
【図３】本開示のマイクロ波加熱装置の照射タイミングを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。
【００１７】
本開示のマイクロ波加熱装置の概略構成を図１に示す。マイクロ波加熱装置Ｍは、マイクロ波反応容器１、原料流入口２、生成物流出口３、導電性格納庫４及びアンテナ５−１、５−２、５−３、５−４、５−５、５−６から構成される。
【００１８】
マイクロ波反応容器１では、化学プロセッシングにおいて、原料から生成物を生成する。マイクロ波吸収率が高い原料の場合には、原料自体がマイクロ波吸収により発熱するため、マイクロ波反応容器１内にマイクロ波吸収率が高いマイクロ波加熱触媒は不要である。マイクロ波吸収率が低い原料の場合には、マイクロ波加熱触媒をマイクロ波吸収により発熱させ、原料を伝熱により加熱するため、マイクロ波反応容器１内にマイクロ波吸収率が高いマイクロ波加熱触媒が必要である。原料流入口２は、原料をマイクロ波反応容器１へと流入する。生成物流出口３は、生成物をマイクロ波反応容器１から流出する。
【００１９】
導電性格納庫４は、マイクロ波反応容器１をほぼ中央に格納する。アンテナ５−１〜５−６は、マイクロ波反応容器１にマイクロ波を照射する。ここで、アンテナ５−１〜５−６は、ダイポールアンテナ（図１の場合）又はモノポールアンテナ（図１に不図示）等であり、導電性格納庫４外の給電装置（図１に不図示）により給電される。そして、原料やマイクロ波加熱触媒等の被加熱物質のマイクロ波吸収率が高くなるように、照射マイクロ波の波長λが設定されるため、被加熱物質の加熱ムラが顕著に発生しないように、以下に記載の構成を採用する。
【００２０】
アンテナ５−１〜５−６は、マイクロ波反応容器１の格納位置を包囲するように、かつ、隣接するアンテナの間の距離がほぼ等しくなるように、導電性格納庫４内に配置される。そして、アンテナ５−１〜５−６の指向性は、マイクロ波反応容器１の格納位置に集中して指向する。具体的には、図２に記載の構成を採用する。
【００２１】
本開示のマイクロ波加熱装置のアンテナ配置を図２に示す。図２の上段及び下段では、それぞれ、マイクロ波加熱装置Ｍの平面図及び側断面図を示す。
【００２２】
アンテナ５−１〜５−６の配置位置と導電性格納庫４の内壁との間の距離は、マイクロ波反応容器１の格納位置からアンテナ５−１〜５−６の配置位置を見る方向では、照射マイクロ波の波長λのほぼ１／４と等しい長さである。つまり、アンテナ５−１〜５−６の共振条件が、マイクロ波反応容器１の格納位置の方向では成立する。
【００２３】
アンテナ５−１〜５−６の配置位置と導電性格納庫４の内壁との間の距離は、マイクロ波反応容器１の格納位置以外の位置からアンテナ５−１〜５−６の配置位置を見る方向では、照射マイクロ波の波長λの１／４と異なる長さである。つまり、アンテナ５−１〜５−６の共振条件が、マイクロ波反応容器１の格納位置以外の位置の方向では成立しない。
【００２４】
よって、アンテナ５−１〜５−６の指向性は、マイクロ波反応容器１の格納位置に集中して指向する。そして、マイクロ波反応容器１のサイズが、化学反応の至適温度域における被加熱物質の電力半減深度の２倍程度以下の範囲内であれば、被加熱物質の加熱ムラを改善することができる。
【００２５】
このように、アンテナ５−１〜５−６がマイクロ波反応容器１の格納位置を包囲するため、マイクロ波反応容器１の気密性を確保するにあたり、複雑な回転機構が不要となる。
【００２６】
そして、アンテナ５−１〜５−６の配置位置と導電性格納庫４の内壁との間の距離を、照射マイクロ波の波長λのみに基づいて最適化するため、複雑な実機検証が不要となる。
【００２７】
さらに、アンテナ５−１〜５−６の指向性がマイクロ波反応容器１の格納位置に集中して指向するため、（１）発振周波数及び発振位相を高精度に制御しなくてもよく、高価な半導体発振器が不要となり、（２）マイクロ波反応容器１のサイズを電力半減深度の２倍程度以下の範囲内で変更するときに、制御プログラムの変更が不要となる。
【００２８】
ここで、アンテナ５−１、５−４は、マイクロ波反応容器１の格納位置を介して対向し、アンテナ５−２、５−５は、マイクロ波反応容器１の格納位置を介して対向し、アンテナ５−３、５−６は、マイクロ波反応容器１の格納位置を介して対向する。そして、アンテナ５−１〜５−６の指向性は、マイクロ波反応容器１の格納位置に集中して指向する。
【００２９】
よって、アンテナ５−１（５−４）からアンテナ５−４（５−１）へと、マイクロ波電力が流入し、アンテナ５−２（５−５）からアンテナ５−５（５−２）へと、マイクロ波電力が流入し、アンテナ５−３（５−６）からアンテナ５−６（５−３）へと、マイクロ波電力が流入する。このことを防止するために、図３に記載の構成を採用する。
【００３０】
本開示のマイクロ波加熱装置の照射タイミングを図３に示す。図３の上段及び下段では、それぞれ、第１のタイミング及び第２のタイミングを示す。
【００３１】
マイクロ波反応容器１の格納位置を介して対向するアンテナが同時にマイクロ波を照射しないように、アンテナ５−１〜５−６がマイクロ波を照射するタイミングが設定される。具体的には、第１のタイミングと第２のタイミングとを繰り返し切り替える。
【００３２】
第１のタイミングでは、アンテナ５−１、５−３、５−５がマイクロ波を照射する一方で、アンテナ５−２、５−４、５−６がマイクロ波の照射を停止する。
【００３３】
第２のタイミングでは、アンテナ５−２、５−４、５−６がマイクロ波を照射する一方で、アンテナ５−１、５−３、５−５がマイクロ波の照射を停止する。
【００３４】
このように、対向するアンテナのうちの一方のアンテナから、対向するアンテナのうちの他方のアンテナへと、マイクロ波電力が流入することを防止することができる。
【００３５】
本実施形態では、導電性格納庫４の平面図上の形状は、円形である。変形例として、導電性格納庫４の平面図上の形状は、多角形でもあってもよい。要するに、アンテナ５−１〜５−６（アンテナの本数は、任意の複数本であってもよい。）の配置位置と導電性格納庫４の内壁との間の距離を、照射マイクロ波の波長λのみに基づいて最適化すればよい。
【００３６】
本実施形態では、アンテナの本数は、６本である。変形例として、アンテナの本数は、任意の複数本であってもよい。具体的には、被加熱物質の加熱ムラを改善することができる程度に、アンテナの本数を少な過ぎない本数にすればよく、マイクロ波加熱装置Ｍの構成を複雑にしない程度に、アンテナの本数を多過ぎない本数にすればよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本開示のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波加熱対象を均等に加熱するにあたり、複雑な回転機構、複雑な実機検証、高価な半導体発振器、及び、反応容器のサイズの変更時での制御プログラムの変更を不要とすることができる。
【符号の説明】
【００３８】
Ｍ：マイクロ波加熱装置
１：マイクロ波反応容器
２：原料流入口
３：生成物流出口
４：導電性格納庫
５−１、５−２、５−３、５−４、５−５、５−６：アンテナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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