(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、高周波の電磁波を発振する電磁波発生器（４）と、該電磁波を伝送する略筒状の空胴導波管（２）と、該空胴導波管（２）の長手方向に対して垂直に設けられ、上記電磁波発生器（４）から送られた電磁波を上記空胴導波管（２）の内側に発振するアンテナ（４０）と、上記空胴導波管（２）の両端に設けられ、電磁波を反射する電磁波反射板（５、６）とを具備し、上記空胴導波管（２）の内側に電磁波の定在波を発生させる共振空胴（２０）を区画して、その内側に収容した誘電性の被加熱物（３）を加熱する電磁波加熱装置（１）であって、
上記電磁波反射板（５、６）の内、上記アンテナ（４０）に対して上流側となる反射板（５）に内側に向かって突出して、急激なインピーダンスの変化により、特定方向の電界を遮る特定電界遮蔽板（７、７ａ〜７ｊ）を設けており、
上記特定電界遮蔽板（７、７ａ〜７ｊ）は、励振させたい伝播モードの電界強度が低くなる位置、又は、励振させたくない伝播モードの電界強度が高くなる位置に突設されることを特徴とする電磁波加熱装置。
【請求項２】
少なくとも、高周波の電磁波を発振する電磁波発生器（４）と、該電磁波を伝送する略筒状の空胴導波管（２）と、該空胴導波管（２）の長手方向に対して垂直に設けられ、上記電磁波発生器（４）から送られた電磁波を上記空胴導波管（２）の内側に発振するアンテナ（４０）と、上記空胴導波管（２）の両端に設けられ、電磁波を反射する電磁波反射板（５、６）とを具備し、上記空胴導波管（２）の内側に電磁波の定在波を発生させる共振空胴（２０）を区画して、その内側に収容した誘電性の被加熱物（３）を加熱する電磁波加熱装置（１）であって、
上記電磁波反射板（５、６）の内、上記アンテナ（４０）に対して上流側となる反射板（５）に内側に向かって突出して、急激なインピーダンスの変化により、特定方向の電界を遮る特定電界遮蔽板（７、７ｇ、７ｈ）を設けており、
上記特定電界遮蔽板（７、７ｇ、７ｈ）の一部、又は、全部を上記反射板の内側となる上記空胴導波管内への突出と、外側への収納とを切り換える可動手段（７０、７０ｈ）を具備することを特徴とする電磁波加熱装置。
【請求項３】
上記特定電界遮蔽板（７ｅ、７ｆ）を電磁波反射板（５ｅ、５ｆ）と共に回転させる回転手段（８、８ｆ）を具備する請求項１に記載の電磁波加熱装置。
【請求項４】
上記特定電界遮蔽板（７、７ｇ、７ｈ）の一部、又は、全部を上記反射板の内側となる上記空胴導波管内への突出と、外側への収納とを切り換える可動手段（７０、７０ｈ）を具備する請求項１に記載の電磁波加熱装置。
【請求項５】
排気浄化フィルタを通過させることによって被処理排気中の特定成分を除去する排気浄化装置（１０）であって、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電磁波加熱装置（１）を備え、上記空胴導波管（２）を被処理排気の流れる排気流路とし、上記電磁波反射板（５、６）を、上記被処理排気は透過し、上記電磁波は反射するように、上記電磁波の波長の２分の１より小さい開口径の格子を設けた気体透過電磁波反射板（５、６）によって形成し、上記排気浄化フィルタ（３）を上記被加熱物（３）としたことを特徴とする排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波を利用して被加熱物を加熱する電磁波加熱装置において電磁波の伝播モードを特定のモードに維持する電磁波伝播モード形成手段を有する電磁波加熱装置、並びに、それを備えた排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の燃焼排気流路にハニカム構造体からなる多孔質フィルタや触媒担持フィルタを配設し、燃焼排気中に含まれる粒子状物質、ＮＯｘ等の有害物質を、多孔質フィルタへの吸着や触媒による分解によって除去する排気浄化装置が広く用いられている。
【０００３】
しかし、従来のフィルタを介した排気浄化装置では、冷間始動時には、触媒が活性化温度に達しておらず、排気中の有害物質が触媒によって除去されることなく流出する虞があり、また、フィルタの目詰まりにより、流路抵抗の増加や、排気浄化能力の低下を招く虞がある。
【０００４】
このような問題に対して、特許文献１には、マイクロ波加熱によって早期に触媒を活性温度にまで昇温させるべく、排ガスが通される円筒形のマイクロ波共振空胴管と、この共振空胴管内に収容された、排ガスが透過可能な触媒担体と、前記共振空胴管内に触媒加熱のためのマイクロ波を導入するための導波手段であって、前記共振空胴管内にこの空胴管の中心軸と垂直な方向に挿入された、マイクロ波導入用のアンテナを有する導波手段とを備えた排ガス浄化装置が開示されている。
【０００５】
マイクロ波加熱原理の一つとして、被加熱物を構成する分子の電気的に中性状態であった永久双極子を高周波の電界により変位・分極させ、その周波数に応じて激しく振動させることにより、分子間に摩擦熱を発生させて、被加熱物である誘電体を発熱・昇温させることができる。
したがって、電界強度の高い部分では、それだけ被加熱物の分子振動が激しく、被加熱物の温度が上昇することになる。
【０００６】
一方、磁性特性を有する被加熱物、導電性を有する被加熱物では、それぞれ磁場加熱、表皮電流によるジュール熱による加熱が起こり、被加熱物を発熱・昇温させることができる。
特許文献１では、マイクロ波を発振するアンテナとマイクロ波反射金網までの距離、及び、空胴の直径を最適化することにより、共振空胴管内に特定のモードのマイクロ波を発生させようとしている。
【０００７】
また、非特許文献１には、ＤＰＦの誘電特性として、誘電体内での損失を考慮した誘電体の誘電特性について記載されており、複素誘電率ε３として、下記式１の関係は成り立つことが知られている。
ε３＝ε１＋ｊε２＝ε０εｒ（１＋ｊｔａｎδ）・・・式１
ただし、ε１：複素比誘電率
ε２：誘電損率
ε０：絶対誘電率（８．８５４２×１０−１２（Ｆ／ｍ））
εｒ：比誘電率
ｔａｎδ：誘電正接（＝ε２（虚部）／ε１（実部））
ｊ：虚数単位
さらに、非特許文献１には、ディーゼル排気浄化装置において、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）のＰＭ捕集量（ｇ／Ｌ）と、比誘電率εｒ、及び、誘電正接ｔａｎδとの間の関係が示されており、（非特許文献１、第４図参照）、ＰＭ捕集量の増加と共に、ＤＰＦの比誘電率εｒ、及び、誘電正接ｔａｎδが指数関数的に上昇することが記載されている。
【０００８】
また、一般的に誘電体の被誘電率εｒは、温度依存性があり、誘電体の温度変化によっても変化することが知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このため、ＰＭ捕集量の変化や、排気温度の変化等により、マイクロ波加熱装置の被加熱物であるフィルタの比誘電率εｒ、及び、誘電正接ｔａｎδが変化する。
特許文献２にあるように、共振空胴管の直径、及び、アンテナから反射面までの距離を一定に維持したとしても、フィルタの比誘電率εｒ及び誘電正接ｔａｎδの変化によって電磁波加熱装置から電磁波を発振したときに被加熱物収容空間内に励起される電磁波の伝播モードは、その時々の負荷条件によって変化し、特定のモードに維持するのが困難となることが判明した。
このような伝播モードの変化が起こると、電界強度のピーク位置が変化するので、必然的に加熱部位の変動を招き、フィルタに担持した触媒の早期の活性化が困難となったり、フィルタの特定の部位に堆積した被捕集物の加熱除去が困難となったりして、排気浄化装置としての機能が著しく低下する虞がある。
【００１０】
このような問題に対して、反射板の位置を移動させることによって、励起されるモードを一定とすることも考えられるが、反射板を移動するための手段が必要となり、排気浄化装置の複雑化、大型化を招く虞がある。
さらに、捕集物の堆積量の変化や、温度変化に伴い刻々と変化するフィルタの比誘電率εｒ及び誘電正接ｔａｎδに応じた反射板の位置を特定することは、極めて困難であり、実用的でない。
【００１１】
そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、電磁波加熱装置において、被加熱物の物性に変化が生じても、簡易な構成により、電磁波の伝播モードを特定のモードに維持可能とする電磁波加熱装置を提供すると共に、この電磁波加熱装置を備えて、被加熱物であるフィルタの物性が変化しても電磁波の伝播モードを特定のモードに維持して、加熱部位の変動を抑制して、安定した排気浄化能力を維持できる排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明では、少なくとも、高周波の電磁波を発振する電磁波発生器（４）と、該電磁波を伝送する略筒状の空胴導波管（２）と、該空胴導波管（２）の長手方向に対して垂直に設けられ、上記電磁波発生器（４）から送られた電磁波を上記空胴導波管（２）の内側に発振するアンテナ（４０）と、上記空胴導波管（２）の両端に設けられ、電磁波を反射する電磁波反射板（５、６）とを具備し、上記空胴導波管（２）の内側に電磁波の定在波を発生させる共振空胴（２０）を区画して、その内側に収容した誘電性の被加熱物（３）を加熱する電磁波加熱装置（１）であって、上記電磁波反射板（５、６）の内、上記アンテナ（４０）に対して上流側となる反射板（５）に内側に向かって突出して、急激なインピーダンスの変化により、特定方向の電界を遮る特定電界遮蔽板（７、７ａ〜７ｊ）を設けており、
上記特定電界遮蔽板（７、７ａ〜７ｊ）は、励振させたい伝播モードの電界強度が低くなる位置、又は、励振させたくない伝播モードの電界強度が高くなる位置に突設されることを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明では、少なくとも、高周波の電磁波を発振する電磁波発生器（４）と、該電磁波を伝送する略筒状の空胴導波管（２）と、該空胴導波管（２）の長手方向に対して垂直に設けられ、上記電磁波発生器（４）から送られた電磁波を上記空胴導波管（２）の内側に発振するアンテナ（４０）と、上記空胴導波管（２）の両端に設けられ、電磁波を反射する電磁波反射板（５、６）とを具備し、上記空胴導波管（２）の内側に電磁波の定在波を発生させる共振空胴（２０）を区画して、その内側に収容した誘電性の被加熱物（３）を加熱する電磁波加熱装置（１）であって、上記電磁波反射板（５、６）の内、上記アンテナ（４０）に対して上流側となる反射板（５）に内側に向かって突出して、急激なインピーダンスの変化により、特定方向の電界を遮る特定電界遮蔽板（７、７ｇ、７ｈ）を設けており、
上記特定電界遮蔽板（７、７ｇ、７ｈ）の一部、又は、全部を上記反射板の内側となる上記空胴導波管内への突出と、外側への収納とを切り換える可動手段（７０、７０ｈ）を具備することを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明では、上記特定電界遮蔽板（７ｅ、７ｆ）を電磁波反射板（５ｅ、５ｆ）と共に回転させる回転手段（８、８ｆ）を具備する。
【００１５】
請求項４の発明では、上記特定電界遮蔽板（７、７ｇ、７ｈ）の一部、又は、全部を上記反射板の内側となる上記空胴導波管内への突出と、外側への収納とを切り換える可動手段（７０、７０ｈ）を具備する。
【００１６】
請求項５の発明では、排気浄化フィルタを通過させることによって被処理排気中の特定成分を除去する排気浄化装置（１０）であって、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電磁波加熱装置（１）を備え、上記空胴導波管（２）を被処理排気の流れる排気流路とし、上記電磁波反射板（５、６）を、上記被処理排気は透過し、上記電磁波は反射するように、上記電磁波の波長の２分の１より小さい開口径の格子を設けた気体透過電磁波反射板（５、６）によって形成し、上記排気浄化フィルタ（３）を上記被加熱物（３）としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１又は２の発明によれば、上記反射板の内側近傍において、上記特定電解遮蔽板（７、７ａ〜７ｊ）を設けた位置のインピーダンスが急激に変化し、上記特定電界遮蔽板（７、７ａ〜７ｊ）に直交する方向の電界が遮断・吸収され、或いは、電磁波が反射され、上記特定電界遮蔽板（７、７ａ〜７ｊ）に沿うように形成された電界のみが維持されるので、被加熱物（３）の物性の変化や、使用環境の変化が生じても、上記空胴導波管（２）内に励振される定在波の伝播モードは、常に、特定のモードのみとなる。
したがって、従来のように、被加熱物（３）の物性の変化に応じて、電磁波反射板（６）の位置を移動させる必要がなく、極めて簡単な構成により、電磁波の伝播モードを任意に設定することが可能な電磁波加熱装置（１）が実現できる。
【００１８】
より、具体的には、請求項３又は４に示した比較的に簡易な構成により、特定の伝播モードを上記空胴導波管（２）内に発生させ、被加熱物の特定の部位を指向的に加熱可能な電磁波加熱装置が実現できる。
【００１９】
さらに、請求項５の発明によれば、被加熱物（３）である上記排気浄化フィルタの誘電率等の物性が変化した場合であっても、上記特定電界遮蔽板（７、７ａ〜７ｊ）によって、発生する電磁波の伝播モードを特定のモードに維持することで、上記排気浄化フィルタ（３）の特定の部位を効果的に加熱したり、発生する伝播モードを任意に制御することで、上記排気浄化フィルタ（３）を均一に加熱したりすることが可能となる。したがって、排気浄化装置（１０）を速やかに効率よく再生したり、早期に活性化を図ったりすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態における電磁波加熱装置を備えた排気浄化装置を示し、（ａ）は、一部切り欠き斜視図、（ｂ）は、Ａ−Ａ断面から見た径方向平面図、（ｃ）、（ｄ）、(ｅ)は、本発明の作用効果を示す径方向平面図
【図２】図１の排気浄化装置において、被加熱物をディーゼル機関の燃焼排気中の粒子状物質を捕集するＤＰＦとした場合の効果を説明するための図であって、（ａ）は、被可熱物であるハニカムフィルタの概要を示す長手方向縦断面図、（ｂ）は、被加熱物収容空間内の流速分布、及び、ＤＰＦにおけるＰＭ捕集分布を示す長手方向縦断面図
【図３】空胴導波管内に○ＴＥ１１モードを励振した場合の電磁界分布を示し、（ａ）は径方向断面図、（ｂ）は、長手方向側面図、（ｃ）は長手方向平面図
【図４】空胴導波管内に○ＴＥ２１モードを励振した場合の電磁界分布を示し、（ａ）は径方向断面図、（ｂ）は、長手方向側面図、（ｃ）は長手方向平面図
【図５】（ａ）は、実施例１における電磁波加熱装置の要部を示し、（ｂ）は、実施例３における電磁波加熱装置の要部を示し、（ｃ）は、実施例５のおける電磁波加熱装置の要部を示し、それぞれの枝番の１は、長手方向側面図、枝番の２は、径方向断平面図
【図６】本発明の効果を示し、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、実施例１において、負荷条件が同じで、それぞれ、共振空胴長さを３００ｍｍ、４１０ｍｍ、４６０ｍｍに変化させたときの電界強度分布シミュレーション図
【図７】比較例の問題点を示し、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、比較例において、負荷条件が同じで、それぞれ、共振空胴長さを３００ｍｍ、４１０ｍｍ、４６０ｍｍに変化させたときの電界強度分布シミュレーション図
【図８】本発明の効果を示し、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、実施例５において、負荷条件が同じで、それぞれ、共振空胴長さを３００ｍｍ、４１０ｍｍ、４６０ｍｍに変化させたときの電界強度分布シミュレーション図
【図９】比較例と共に本発明の効果を示し、共振空胴長さと発生モードとの相関を示す特性図
【図１０】本発明に係る遮蔽板の取付位置を回転させたときの効果を示し、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、実施例１、実施例６、実施例７に対応し、それぞれの枝番の１は、各実施例における径方向平面図、枝番の２は、それぞれの電界強度分布シミュレーション図、枝番の３は、それぞれの発生モードを示す電磁界分布図
【図１１】本発明の第２の実施形態における電磁波加熱装置とその変形例を示し、（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施例８、実施例９に対応し、それぞれの枝番の１は、径方向平面図、枝番の２は、長手方向側面図
【図１２】本発明の第３の実施形態における電磁波加熱装置とその変形例を示し、（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施例１０、実施例１０に対応し、（ａ−１）、（ａ―４）、（ｂ−１）は、縦断面図、（ａ―２）、（ａ―５）、（ｂ−２）は、径方向平面図、（ａ−３）、（ａ−６）、（ｂ−３）は、それぞれの発生モードを示す電磁界分布図
【図１３】本発明の第１の実施形態における電磁波加熱装置の変形例を示し、（ａ）は、縦断面図、（ｂ）は、径方向平面図、（ｃ）は、発生モードを示す電磁界分布図
【図１４】本発明の電磁波加熱装置を備えた排気浄化装置の効果を示し、（ａ）は、○ＴＥ１１モードにおける温度変化を示す特性図、（ｂ）は、○ＴＥ２１モードにおける温度変化を示す特性図
【図１５】本発明の電磁波加熱装置を備えた排気浄化装置の効果を示し、（ａ）は、ＰＭが堆積したＤＰＦの状態を示す図面代用写真、（ｂ）は、本実施形態において発生する○ＴＥ２１モードを示す電磁界分布図、（ｃ）は、ＤＰＦを加熱中の状態を示す図面代用写真、（ｄ）は、加熱後に特定位置のＰＭが燃焼除去されたＤＰＦの状態を示す図面代用写真
【図１６】本発明の第４の実施形態として、矩形導波管を用いた場合を示し、（ａ）は、□ＴＥ１０モードを発生させる遮蔽板の位置とそのモードのにおける電磁界分布を示し、（ｂ）は、□ＴＥ１１モードを発生させる遮蔽板の位置とそのモードにおける電磁界分布図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１を参照して、本発明の第１の実施形態における電磁波加熱装置１と、それを用いた排気浄化装置１０について説明する。
なお、以下に示す幾つかの実施例の説明において、本実施形態と共通する構成については、同じ符号、又は、同じ符号に枝番を付したので、本実施形態において説明した内容については、重複する説明を省略し、相違点を中心に説明する。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、本発明の電磁波加熱装置１は、空胴導波管２と、共振空胴２０と、誘電性の被加熱物３と、電磁波発生器４と、アンテナ４０と電磁波反射板５、６と、特定電界遮蔽板７とによって構成されている。
空胴導波管２は、略筒状で、電磁波発生器４からアンテナ４０を介して発振された電磁波ＲＦを伝送する。
なお、空胴導波管は、大きく分けて、矩形と円形とに大別され、矩形導波管の基本モードである□ＴＥ１０モードと同じ特徴を有しながら、円形導波管においては、呼び名が変わり、○ＴＥ１１モードとなる。
以下の実施形態においては、空胴導波管２として、円形導波管を用いた場合を例として説明してある。
【００２３】
アンテナ４０は、空胴導波管２の長手方向に対して垂直に設けられている。
空胴導波管２の両端には、電磁波ＲＦを反射する電磁波反射板５、６が設けられている。空胴導波管２の内側の電磁波反射板５、６によって区画された空間は、アンテナ４０から発振された電磁波ＲＦの定在波を発生させる共振空胴２０を構成すると共に、被加熱物３を収容する被加熱物収容空間を兼ねている。
電磁波反射板５、６内のアンテナ４０に対して上流側となる反射板５には、本発明の要部である特定の電荷を遮る特定電界遮蔽板７が設けられている。
このため、電磁波反射板５の特定電界遮蔽板７の設けられた部位のインピーダンスが急激に変化しており、電磁波が反射される。
なお、アンテナ４０の下流側となる反射板６との間には、誘電性の被加熱物３が存在するため、反射板６に特定遮蔽板７を設けても、本発明の効果は発揮できないものと考えられる。
【００２４】
特定電界遮蔽板７は、共振空胴２０内に発生する伝播モードから所望のモードのみを取り出す、特定モード形成手段として設けられており、本例えば、所望の伝播モードとして、○ＴＥ２１のみを励振させたい場合、本図（ｃ）、（ｄ）に示すように、共振空胴２０の内側に伝送された電磁波ＲＦの伝播モードの内、○ＴＥ１１モードや、高次反射波等の不要なモードを発生させる特定方向の電界を遮り、本図（ｅ）に示すように、所望の伝播モード（○ＴＥ２１モード）のみを維持することができる。
このような構成とすることによって、被加熱物３の温度や誘電率等の物性の変化や、使用環境温度の変化等があっても、共振空胴２０の内側に所望するモード以外の伝播モードが発生するのを抑制し、被加熱物３の特定の位置のみを加熱したり、特定電界遮蔽板７の突設位置や突出長さを可変とすることにより、被加熱物３の温度や誘電率等の物性の変化、使用環境の変化等があっても、発生する伝播モードを所望するモードに意図的に変化させ、被加熱物３を均等に加熱したりすることが可能である。
【００２５】
また、従来のように、特定の伝播モードを維持するのに電磁波反射板５、６を移動させる必要がなく、電磁波加熱装置１を極めて簡単な構成とすることができる、
なお、本発明の電磁波加熱装置１においては、高周波の電磁波ＲＦとして、例えば、波長λｃが、１０μｍ〜１ｍで、周波数ｆが３００ＭＨｚ〜３ＴＨｚのマイクロ波が好適に用いられる。
さらに、電磁波発生器４には、マグネトロンや半導体高周波発生器等の公知の電磁波発生手段が用いられる。
一方、電磁波反射板５とアンテナ４０との距離は、使用される電磁波ＲＦの波長λｃの１／４、又は、その奇数倍に設定されている。
【００２６】
特定電界遮蔽板７は、金属、ＳｉＣ等の半導体のいずれかを用いて、略平板状、平板に複数の貫通孔を有するパンチングメタル状、網状のいずれかに形成されている。
また、特定電界遮蔽板７の長さＬ７は、使用される電磁波の波長λｃの８分の１以上、２倍以下の長さで設定することができる。
さらに、空胴導波管２の直径Ｄを１／２λｃとした場合、特定電界遮蔽板７の幅Ｗは、電磁波反射板５の中心側に、直径１／８λｃの仮想円以上の空間を形成するよう、１／８λｃ以上、３／１６λｃ以下の範囲で適宜設定し得る。
なお、本発明において、特定電界遮蔽板７の板厚ｔは、１０μｍ以上あれば、特定電界の遮断効果を発揮できるので、特に限定するものではないが、実用上、０．５ｍｍ〜５ｍｍに設定してある。
【００２７】
加えて、図１に示した特定電界遮蔽板７は、例示に過ぎず、本発明を限定するものではなく、特定電界遮蔽板７の配設枚数、配設位置に応じて、維持される伝播モードを変えることが可能で、所望の伝播モードに応じて特定電界遮蔽板７の配設枚数、配設位置を適宜設定することができる。
【００２８】
空胴導波管２は、円筒管、楕円管、矩形管のいずれを用いても良いが、使用する導波管によって、上述の如く、円形導波管を用いた場合と矩形導波管とではモードの呼び名が変わるため、本発明においては、円形導波管を用いた場合の○ＴＥ１１モードは、矩形導波管の場合の□ＴＥ１０モードに相当し、円形導波管の○ＴＥ２１モードは、矩形導波管においては、□ＴＥ１１モードに相当する。
したがって、使用する空胴導波管の形状に応じて、特定電界遮蔽板７の取付位置、大きさを調整して、維持される伝播モードを所望のモードに設定することができる。
【００２９】
また、空胴導波管２を被処理排気の流れる排気流路（２）とし、電磁波反射板５、６を、被処理排気ＧＥＸは透過し、電磁波は反射するように、電磁波の波長λｃの２分の１より小さい開口径の格子を設けた気体透過電磁波反射板（５、６）によって形成し、被処理排気を浄化する排気浄化フィルタ（３）を被加熱物３とすることにより、電磁波加熱装置１を備えた排気浄化装置１０とすることが可能となる。
本実施形態においては、図略の内燃機関、焼却炉、燃焼炉、火力発電機等から排出される燃焼排気を被処理排気とし、被処理排気中に含まれる未燃燃料、粒子状物質、ＮＯｘ、ＳＯＦ、ＶＯＣ等の特定成分を除去する。
【００３０】
被処理排気中の如何なる成分を除去するかに応じて、被加熱物３として用いられる排気浄化フィルタの性能が適宜選択される。
例えば、ディーゼル機関の燃焼排気中に含まれる粒子状物質を除去する場合には、コーディエライトや炭化硅素等の公知の多孔質セラミック材料からなるハニカム構造のいわゆるディーゼルパティクレートフィルタ（以下、ＤＰＦと称する。）が用いられる。
【００３１】
なお、本発明者らの鋭意試験により、排気管直径Ｄをφ１３３．８ｍｍ、ＤＰＦの直径φ１２６．２ｍｍの排気浄化装置１０に本発明を適用した場合、共振空胴長さＬを３００ｍｍから５００ｍｍに５ｍｍ刻みで変化さ、さらに、ＤＰＦ３の物性について、被誘電率εｒを１．５〜２．４に変化させ、ｔａｎδを０．１〜０．１８に変化させても、空胴導波管２内に励振される定在波を、常に、特定の伝播モードに維持できることが判明した。その具体的な試験方法、結果については、後述する。
【００３２】
図２を参照して、いわゆる、ウォールスルータイプのＤＰＦを用いた例について説明する。
本図（ａ）に示すように、ＤＰＦ３は、例えば、コーディエライト、アルミナ、シリカ、チタニア、窒化珪素、炭化珪素といった酸化物、窒化物、炭化物等の多孔質セラミック材料からなる隔壁によって区画され、長手方向に伸びる略筒状のセルを多数設けてハニカム構造体を形成し、被処理排気ＧＥＸの入口側開口端３００と入り口側閉塞端３１０とが交互に並び、処理済排気ＧＴＲＴＤの出口側開口３０１と出口側閉塞端３１１とが交互に並ぶように、各セルの入口側開口端と出口側開口端のいずれか一方を交互に目封止して、入口側開口３００から流入した被処理排気ＧＥＸが多孔質のセル壁３０を透過する際に、粒子状物質ＰＭを捕集して、出口側開口端３０１から処理済排気ＧＴＲＴＤとして排出する。
【００３３】
このとき、本図（ｂ）に示すように、排気流路２の内側に区画された被加熱物収容空間２０を流れる被処理排気ＧＥＸの流速は、中心部が早く、排気流路２の壁面に近いほど遅くなっている。
このため、本図（ｂ）に斜線で覆った領域、即ち、ＤＰＦの外径側により多くの粒子状物質が堆積する傾向となる。
【００３４】
本発明の、電磁波加熱装置１を用いれば、被加熱物３であるフィルタに粒子状物質等が堆積したり、排気流路２０内を流れる被処理排気の温度が変化したり、使用環境が変化したりして、フィルタの誘電率等の物性が変化した場合であっても、特定電界遮蔽板７によって、発生する電磁波の伝播モードを特定のモードに維持することで、フィルタの特定の部位を効果的に加熱して、ＰＭ等の堆積物、捕集物を早期に燃焼除去し、排気浄化機能の維持を図ったり、早期に触媒を活性化させたりすることが可能となる。
【００３５】
また、本発明の電磁波加熱装置１を排気浄化装置１０として用いた場合、被加熱物３として用いられるフィルタはＤＰＦに限るものではなく、加熱によって再生化したり、加熱によって活性化したりすることを要するフィルタであれば、処理対象となる被処理排気の種類はディーゼル排気に限定するものではないので、ガソリン排気、気体燃料排気等、被処理排気の種類を問わず、内燃機関、焼却炉、燃焼炉、火力発電機等から排出される燃焼排気を被処理排気とし、処理対象に応じた公知のフィルタを適宜採用することができる。
例えば、加熱によって活性化する白金、その他の遷移金属、又は、その化合物等を含む触媒を担持したフィルタの表面に被処理排気を流し、酸化還元反応により分解除去するものでも良い。
【００３６】
一方、空胴導波管２内に定在波を発生させた場合、図３に示す、○ＴＥ１１モードや、図４に示す○ＴＥ２１モードなどの様々なモードが発生し得る。
○ＴＥ１１モードでは、図３（ａ）に示すように、径方向断面において電界Ｅの定在波について、周方向に２つの腹が存在し、径方向に１つの腹が存在する。
空胴導波管２の長手方向においては、図３（ｂ）、（ｃ）に示すような電磁界分布が生じる。
○ＴＥ２１モードでは、図４（ａ）に示すように、径方向断面において電界Ｅの定在波について、周方向に４つの腹が存在し、径方向に１つの腹が存在する。
空胴導波管２の長手方向においては、図３（ｂ）、（ｃ）に示すような電磁界分布が生じる。
【００３７】
図５を参照して、本発明の要部である特定モード形成手段として設けた、特定電界遮蔽板７について詳述する。
本図（ａ）に示す実施例１では、取付角度θとして、アンテナ４０の中心軸に沿った平面を中心Ｃ／Ｌに対して、時計回りに４５°傾けて、最初の特定電界遮蔽板７が設けられ、等間隔に計４枚の特定電荷遮蔽板７が取り付けてある。
さらに、特定電界遮蔽板７の長さ（遮蔽板長さ）Ｌ７は、電磁波反射板５から、アンテナ４０に向かって、アンテナ４０から発振される電磁波の波長λｃの１／８に設定してある。
【００３８】
以下の説明において、実施例１の特定電界遮蔽板７を遮蔽板Ａと称する。
本図（ｂ）に示す実施例４では、遮蔽板長さＬ７ａとして、特定電界遮蔽板７ａを、波長λｃの２倍に設定した点が相違し、取付角度θ、その他の条件は、実施例１と同一である。本実施例４における特定電界遮蔽板７ａを遮蔽板Ｂと称する。
本図（ｃ）に示す実施例５では、特定遮蔽板７ｂの取付角度θｂとして、アンテナ４０の中心軸に沿った平面を中心Ｃ／Ｌに対して、時計回りに９０°の角度を設けた位置と、中心Ｃ／Ｌに対して対象の位置との２枚の特定電界遮蔽板７を取り付けた点が相違し、遮蔽板長さＬ７、その他の条件は、実施例１と同一である。本実施例５における特定電界遮蔽板７ｂを遮蔽板Ｃと称する。
【００３９】
本発明の効果を確認すべく、空胴導波管２の共振空胴長さＬを３００ｍｍから５００ｍｍまで、５ｍｍずつ変化させ、さらに、被加熱物３の被誘電率εｒを１．５、１．７、２．４、誘電正接ｔａｎδを０．１０、０．１１、０．１８として、空胴導波管２内に励振される伝播モードの変化についてシミュレーションによる解析を行った。
比較例１〜３として、特定電界遮蔽板７を設けていない、電磁波加熱装置を用いて、同様の解析を行った。
表１に、比較例と共に、本発明の実施例１〜７の試験条件を示す。
【００４０】
【表１】
0005982892.tif 000002
【００４１】
図６、図７、図８を参照して実施例１、比較例、実施例５における伝播モードのシミュレーション結果について説明する。なお、これらの図は、本発明者等が行ったシミュレーション結果の典型的な一部の結果を示すものである。
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のいずれにおいても、○ＴＥ２１モードが発生していることが分かる。
実施例１では、共振空胴長さＬを３００ｍｍ〜５００ｍｍに変化させても常に○ＴＥ２１モードを維持することができることが判明した。
【００４２】
図７に示すように、本発明の要部である特定電界遮蔽板７を設けていない比較例の場合、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のいずれにおいても、定在波に乱れを生じ、○ＴＥ１１モードと、○ＴＥ２１モードが混在している状態となっている。
さらに、図８に示す実施例５では、遮蔽板Ｃを用いることによって、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のいずれにおいても、アンテナ４０のＤＰＦ側では、○ＴＥ１１モードが発生し、入射側（電磁波反射板５側）では、○ＴＥ２１モードが発生していることが分かる。
【００４３】
図９に、表１に示した、比較例１〜３と実施例１〜５のシミュレーション結果を示す。本図に示すように、比較例１〜３のいずれにおいても、共振空胴長さＬによって、励振される伝播モードとして、○ＴＥ１１と○ＴＥ２１の異なるモードが発生していることが分かる。
また、比較例１〜比較例３を比較すると、従来の電磁波加熱装置においては、被加熱物３の比誘電率εｒが高くなるほど、○ＴＥ２１から○ＴＥ１１に変化する共振空胴管長さＬが短くなっている。
したがって、本発明の要部である特定電界遮蔽板７を有していない従来の電磁波加熱装置において、励振されるモードを被加熱物３の被誘電率εｒ、及び、誘電正接ｔａｎδの変化に拘わらず、一定のモードに維持しようとした場合、共振空胴長さＬを変化させる必要があることが分かる。
【００４４】
しかし、電磁波加熱装置を排気浄化装置として使用した場合、被加熱物である排気浄化フィルタの物性は、捕集・堆積するＰＭの量や、被処理気体の温度によって刻々と変化するものであるので、排気浄化フィルタの物性を特定し、かつ、その物性に応じて共振空胴長さＬを変化させるのは極めて困難であると考えられる。
ところが、本発明においては、実施例１〜３に示すように、被可熱物３の物性を変化させても、常に、○ＴＥ２１モードを維持することができる。
さらに、実施例４に示すように、遮蔽板Ｂを用いた場合、即ち、遮蔽板長さＬ７を、電磁波ＲＦの波長λｃの２倍とした場合には、一部の共振空胴長さＬにおいて、○ＴＥ２１モード以外の伝播モードが発生し、特定電界遮蔽板として、実施例１に用いた遮蔽板Ａの、遮蔽板長さＬ７、即ち、波長λｃの１／８より短いものを用いた場合、遮蔽板の効果が発揮されず、比較例と同様、異なる伝播モードが混在することになる。
以上のことから、本発明の要部である、遮蔽板長さＬ７は、１／８λｃ以上、２λｃ以下とするのが望ましいことが判明した。
【００４５】
さらに、実施例５に示すように、遮蔽板Ｃを用いることにより、３００ｍｍ〜５００ｍｍの任意の共振空胴長さＬにおいて、共振空胴２０内に励振される伝播モードを常に、○ＴＥ１１モードとすることもできる。
【００４６】
また、図１０（ａ−１）、（ｂ−１）、（ｃ−１）に実施例１、実施例６、実施例７として示すように、同じ大きさの特定電界遮蔽板７を同じ枚数だけ、等間隔で設けた場合であても、中心面Ｃ／Ｌに対して最初の特定電界遮蔽板７、７ｃ、７ｄの取付角度θ（それぞれ、４５°、３０°、１５°）を変えることにより、本図（ａ−２）、（ｂ−２）、（ｃ−２）、（ａ−３）、（ｂ−３）、（ｃ−３）電界強度の高くなる位置を変えて、同じ伝播モード（○ＴＥ２１）の定在波を発生させることができる。
【００４７】
さらに、図１１（ａ）、（ｂ）に示す実施例８、実施例９のように、電磁波反射板５ｅ、５ｆに回転手段８、８ｆを設けることによって、特定電界遮蔽板７ｅ、７ｆを電磁波反射板５ｅ、５ｆと共に回転させることも可能となる。
このような構成とすることによって、特定電界遮蔽板７ｅ、７ｆが、空洞導波管２ｅ、２ｆ内を流れる被処理排気を攪拌すると共に、共振空洞２０内で発生する定在波も周方向に回転させることが可能となり、被処理排気が、攪拌されながら排気浄化フィルタ３を通過するので、排気浄化フィルタ３に対する負荷が均一化されると共に、電界強度の高い位置が排気浄化フィルタの周方向に回転するので、加熱温度も均一化され、排気浄化装置としての性能を向上させることも可能となる。
本図（ａ）の実施例８では、回転手段８として、電磁波反射板５ｅの外周にギア歯８１を設け、モータ８０で回転させるように構成している。
本図（ｂ）の実施例９では、回転手段８ｆとして、電磁波反射板５ｆの外周にベアリング等を設けて、空洞導波管２ｈに回転可能に取り付けると共に、特定電界遮蔽板７ｆを僅かに傾斜させ、被処理排気が通過する際に風車のように回転するように構成している。
【００４８】
さらに、図１２（ａ）、（ｂ）に示す実施例１０、実施例１１のように、特定電界遮蔽板７ｇ、７ｈの一部、又は、全部を油圧装置７０、７０ｈによって、可動に設けても良い。実施例１０では、４枚の特定電界遮蔽板７、７ｇの内、対角線上に並ぶ２枚を固定とし、他方の２枚を可動としている。全ての特定電界遮蔽板７、７ｇが突出している場合には、○ＴＥ２１モードが形成され、可動とした２枚を引き込んだときには、○ＴＥ１１モードが形成される。
実施例１１では、全ての特定電界遮蔽板７ｈを可動としている。全ての特定電界遮蔽板７ｈが突出している場合には、実施例１０と同様、○ＴＥ２１モードとなり、特定電界遮蔽板７ｈの引き込み方によって、発生する○ＴＥ１１モードを回転させて発生させることも可能となる。
【００４９】
また、本実施形態においては、特定電界遮蔽板（７、７ｇ、７ｈ）の一部、又は、全部を反射板５の内側となる空胴導波管２内への突出と、外側への収納とを切り換える可動手段（７０、７０ｈ）として、油圧ピストンを例に示したが、電磁ソレノイドや、ピニオンギアとモータとを組み合わせたもの等が適用可能である。
したがって、本発明では、電磁波反射板５に取り付ける特定電界遮蔽板７に直交する電界が遮蔽されるので、特定電界遮蔽板７の取付位置、枚数を切り替えることによって、被加熱物３をどのように加熱するかに応じて、任意の方向の電界を遮蔽し、所望の伝播モードのみを維持させるようにすることができる。
本発明によれば、被可熱物３の物性や、使用環境に拘わらず、共振空胴長さＬを変えずとも、共振空胴２０内に励振される伝播モードを所望のモードとなるように任意に設定することができるのである。
【００５０】
また、特定電界遮蔽板７の取付位置、大きさ、枚数を変化させることにより、所望の伝播モードに維持することもできると考えられる。
例えば、特定電界遮蔽板７ｊを図１３に示すような位置に６カ所突設することによって、○ＴＥ１１モードのみを励振させることもできる。
上記の実施例に示したように、本発明においては、励振させたい伝播モードの電界強度が低くなる位置、又は、励振させたくない伝播モードの電界強度が高くなる位置に特定電界遮蔽板を突設させることにより、極めて容易に、任意のモードの維持を図ることができる。
【００５１】
図１４、図１５、表２を参照して、本発明の電磁波加熱装置１を排気浄化装置に用いた場合の効果を確認すべく行った試験結果について説明する。
○ＴＥ１１モードを狙って、特定電界遮蔽板７を、反射板５の中心軸上の２カ所に突設させた場合、図１４（ａ）、及び表２に示すように、ＤＰＦ３の中心位置の温度Ｔ１と外周側の位置の温度Ｔ２との温度差が少なくなっている。
これは、図８に示した○ＴＥ１１モードにおける電界強度分布のシミュレーション結果とも良く一致している。
また、○ＴＥ２１モードを狙って、特定電界遮蔽板７を、反射板５の４カ所に突設させた場合、図１４（ｂ）、及び表２に示すように、ＤＰＦ３の中心位置の温度Ｔ１より、外周側の位置の温度Ｔ２の方が高くなる傾向にある。
これは、図７に示した○ＴＥ２１モードにおける電界強度分布のシミュレーション結果とも良く一致している。
【００５２】
【表２】
0005982892.tif 000003
【００５３】
さらに、図１５（ａ）に示すように、加熱前は、真っ黒にＰＭが堆積した状態のＤＰＦを、本図（ｂ）に示すような位置にアンテナ４０を突出させて、特定電界遮蔽板７によって、○ＴＥ２１モードが励振するように、マイクロ波を照射したところ、加熱中は、本図（ｃ）に示すように、○ＴＥ２１モードの強電界が発生した位置に合わせて、ＤＰＦ３の温度が高温となる赤熱している様子が観察され、加熱後にＤＰＦ３を取り出したところ、本図（ｃ）に示すようにＤＰＦ３の特定の部位において、ＰＭが燃焼除去されている様子が確認された。
図１６を参照して、本発明の第４の実施形態における電磁波加熱装置１ｄとして、空胴導波管を矩形導波管とした場合について説明する。
本図（ａ）に示すように、□ＴＥ１０モードを励振させるためには、例えば、矩形導波管２の長径の中心に位置するように、電磁波反射板５ｄに、特定電界遮蔽板７ｋを設け、本図（ｂ）に示すように、□ＴＥ１１モート゛を励振させるためには、例えば、矩形導波管の長径の中心、及び、短径の中心に位置するように、特定電界遮蔽板７ｌを設けてある。
さらに、本実施形態においても、上述の変形例を適宜採用し得る。
【符号の説明】
【００５４】
１  電磁波加熱装置
１０  排気浄化装置
２  空胴導波管（排気流路）
２０  共振空胴（被加熱物収容空間）
３  被加熱物（排気浄化フィルタ）
４  電磁波発生器
４０  アンテナ
５、６  電磁波反射板
７  特定電界遮蔽板
ＧＥＸ  被処理排気
ＧＴＲＴＤ  処理済排気
Ｌ  共振空胴長さ（被加熱物収容空間長さ）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５５】
【特許文献１】特開平７−１２７４３６号公報
【非特許文献】
【００５６】
【非特許文献１】Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  Ｖｏｌ．４１  Ｎｏ．３  ６月号  １９９５年、３３９ｐ−３４６ｐ、  「ディーゼル排ガス浄化装置」、藤原  宣彦、信江  等隆、松本  孝広  著
【図１】
0005982892.tif 000004
【図２】
0005982892.tif 000005
【図３】
0005982892.tif 000006
【図４】
0005982892.tif 000007
【図５】
0005982892.tif 000008
【図９】
0005982892.tif 000009
【図１０】
0005982892.tif 000010
【図１１】
0005982892.tif 000011
【図１２】
0005982892.tif 000012
【図１３】
0005982892.tif 000013
【図１４】
0005982892.tif 000014
【図１６】
0005982892.tif 000015
【図６】
0005982892.tif 000016
【図７】
0005982892.tif 000017
【図８】
0005982892.tif 000018
【図１５】
0005982892.tif 000019