(57)【要約】軸方向のＴＭタイプモードを備える細長い誘電性のマイクロ波アプリケータを含むマイクロ波加熱装置であって、前記誘電性のアプリケータには負荷を加熱するための負荷チャンバが設けられ、前記負荷チャンバはアプリケータの内側の中央の軸の位置にある。２つのマイクロ波供給点は、アプリケータの軸方向にマイクロ波エネルギを供給するためにアプリケータの下方端部に配置されるため、同じ周波数の適用されるマイクロ波が本質的に直角になる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向のＴＭタイプモードを備える筒形の細長い誘電性のマイクロ波アプリケータを含むマイクロ波加熱装置であって、前記誘電性のアプリケータには負荷を加熱するための負荷チャンバが設けられ、前記負荷チャンバは前記アプリケータの内側の中央の軸の位置にあり、
前記アプリケータの前記軸方向にマイクロ波エネルギを供給するための２つのマイクロ波供給点が前記アプリケータの下方端部に配置されるため、同じ周波数の適用されたマイクロ波が本質的に直角になることを特徴とする、マイクロ波加熱装置。
【請求項２】
前記アプリケータ内のモードはＴＭmnpであり、ｍ＝１、２、３であり、ｎおよびｐ≧１であ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。
【請求項３】
前記負荷チャンバは１０ｍＬ以上の体積を有す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。
【請求項４】
モードはＴＭ1npであり、前記同軸のマイクロ波供給点は前記アプリケータの中央軸から同じ距離に配置され、ａ×９０度分離され、ａ＝１または３であり、ｎおよびｐ≧１であ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。
【請求項５】
モードはＴＭ2npであり、前記同軸のマイクロ波供給点は前記アプリケータの中央軸から同じ距離に配置され、ａ×４５度分離され、ａ＝１、３、５または７であり、ｎおよびｐ≧１であ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。
【請求項６】
モードはＴＭ3npであり、前記同軸のマイクロ波供給点は前記アプリケータの中央軸から同じ距離に配置され、ａ×３０度分離され、ａ＝１、２、４、５、７、８、１０または１１であり、ｎおよびｐ≧１であ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。
【請求項７】
前記誘電性のアプリケータの下方セクションは、他のモードは励起または反射されないという点で円形のＴＭ1npモードのためのモードフィルタが実現されるように形作られ、ｎおよびｐ≧１であ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。
【請求項８】
前記アプリケータの前記下方セクションは円錐形の形状を有することを特徴とする、請求項７に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項９】
適用されるマイクロ波は前記２つの供給点に対して同じ周波数を有す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。
【請求項１０】
前記誘電性のアプリケータはアルミナから作ら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。
【請求項１１】
前記装置は金属の管状手段をさらに含み、前記マイクロ波アプリケータは、前記アプリケータ内で生成された圧力を取るために前記管状手段の内側に装着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。
【請求項１２】
前記管状手段は鋼の管であることを特徴とする、請求項１１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１３】
前記管状手段には、前記アプリケータの上方端部に面する端部に前記管状手段を封止す
るように適合される閉鎖手段が設けられることを特徴とする、請求項１１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１４】
前記管状手段には、高圧にさらされたときに前記アプリケータを定位置に保持するように配置される内側に突出する手段２２が設けられることを特徴とする、請求項１１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１５】
前記負荷チャンバは、前記供給点の端部と反対の前記アプリケータの端部に軸方向にアクセス開口部を有す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。
【請求項１６】
前記負荷チャンバは本質的に筒形であ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。
【請求項１７】
前記マイクロ波アプリケータの上方セクションは、筒形の外側の形状を有す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。
【請求項１８】
前記マイクロ波アプリケータの下方セクションは楕円形の断面を有し、前記２つの供給点はそれぞれ主要軸および副次軸に沿うことを特徴とする、請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置を使用した負荷を加熱する方法。
【請求項２０】
化学反応、特に有機化学合成反応のための請求項１〜１８のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置の使用。
【請求項２１】
化学反応、特に有機化学合成反応のための請求項１９に記載の方法の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
この発明は、マイクロ波加熱装置および独立項のプリアンブルによるマイクロ波加熱装置における方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
化学業界では、新しい物質または化合物を獲得するプロセスは、一般に、小規模な量で開始し多くの異なる物質または化合物が評価され得る基本的な開発ルートを辿る。さらに、具体的な物質または化合物をテストしなければならない開発ルート、たとえば、多くのテストの手順を行なわなければならない医薬物質の場合または半導体業界のための新しい材料を開発する場合では、当初の小規模な段階で利用可能な量よりはるかに大きな量が必要とされる。
【０００３】
これらの作業を行なうためのシステムの独特の要件は、大半のプロセスが通常の大気圧の１０倍であり得る圧力下で行なわれるということである。
【０００４】
したがって、化学業界には一般的にそのような処理条件下で大量の物質または化合物を獲得できるようにする必要性がある。しかしながら、このことは、この発明の範囲を限定するものとみなすべきではない。この発明は１０ｍＬ以上からの量に適用可能である。
【０００５】
しばしば非常に急速に負荷量を加熱する必要があり、典型的な設計基準は５Ｋ／秒である。熱容量が２Ｊ／ｍＬである５０ｍＬの典型的な液体を考えると、Ｋは電力要件であり、５００Ｗになる。特に圧力シールされたマイクロ波フィードスルーが必要とされる場合、この高い電力を小さなキャビティに供給することに問題が生じることがあり、負荷を適度に均一に加熱する必要がある場合にはさらに困難である。
【０００６】
マイクロ波を利用した化学は長年にわたって使用されている。しかしながら、装置および方法は従来の家庭用のマイクロ波オーブンに基づく程度が大きい。家庭用のマイクロ波オーブンは多重モードキャビティを有し、エネルギは２４５０ＭＨｚに固定された周波数で適用される。利用可能なマイクロ波電力は１ｋＷまでであるが、そのようなオーブンはこの種の負荷のために設計されていないため、典型的なマイクロ波効率は５０％を下回ることになる。単一モードキャビティの使用も報告されている。たとえば、ＵＳ−５，３９３，４９２およびＵＳ−４，６８１，７４０を参照されたい。
【０００７】
最近の進歩は、マイクロ波発生器と、処理される負荷（またはサンプル）を保持するための別のアプリケータと、上記発生器から生成されたマイクロ波エネルギを導きかつアプリケータに結合する導波路とを含む装置につながっている。システムが、マグネトロン発生器が一端に接続されサンプル容器が他端に接続される２４５０ＭＨｚを使用するＴＥ10導波路からなる場合でも、適度な効率を実現するために発生器と負荷との間には少なくとも金属柱または絞りの形の整合装置が必要である。
【０００８】
マイクロ波などの電磁放射をソースからアプリケータに結合するとき、電力を良好に転送するために伝送線インピーダンスを（負荷を備える）アプリケータのインピーダンスに整合することが重要である。ある範囲の温度である範囲の液体を使用できることが特に重要である。しかしながら、負荷の誘電特性は大きく変動し、アプリケータのインピーダンスおよびその電気的なサイズに大きく影響し得る。したがって、ソースとアプリケータとの間のインピーダンスの不整合がしばしば起こり、結合および加熱プロセスの効率は低下し、予測が難しくなる。
【０００９】
以下に、マイクロ波アプリケータで使用される異なる伝送モードの背景を簡単に説明する。
【００１０】
全長にわたって均一な所与の断面を備える中空の導波路を考える。既知の理論によると、ある限られた周波数範囲内で２つの異なるタイプのモード、すなわち、横方向電気（ＴＥ；transverse electric）モードおよび横方向磁気（ＴＭ；transverse magnetic）モードが可能である。ＴＥモードは、伝搬の方向に対して横方向（垂直）のＥフィールド構成要素のみを有し、Ｈフィールドは横方向および縦方向の構成要素の両方を有する。ＴＭモードは伝搬の方向に対して横方向（垂直）のＨフィールド構成要素のみを有し、Ｅフィールドは横方向および縦方向の構成要素の両方を有してもよい。
【００１１】
ＴＥモードおよびＴＭモードの最も重要な特徴の１つは、伝送の各モードに対して遮断波長があるということである。自由空間の波長が遮断値よりも長い場合、その特定のモードは長い波長では存在することができない。どの所与の導波路でも、最も長い遮断波長を有するモードが主流のモードとして知られる。特定のモードは指標の形で与えられ、たとえば、長方形の導波路ではＴＥ10モードが主流である。
【００１２】
円形に極性が与えられた筒形の共振器に対する命名法を使用する指標付けを用いた横方向の磁気タイプモードは、ＴＭmnpであり、ｍは円周方向であり、ｎは半径方向であり、ｐは伝搬の軸方向である。
【００１３】
ＵＳ−５，８３４，７４４では、マイクロ波を負荷に適用し、一般的に円形の断面を有する、管状のマイクロ波アプリケータが開示される。このアプリケータは主流のＴＭ120モードを支持し、負荷はアプリケータ内で中央の軸に整列される。アプリケータは、マイクロ波エネルギのソースに接続される導波路供給システムからマイクロ波エネルギを結合するスロットアパチャの対によって供給される空気を満たされたマイクロ波キャビティを有する。導波路は、アプリケータのキャビティ内でＴＭ1モードタイプのみを励起するようにサイズを決められかつ位置付けられるスロットアパチャを備える導波路アームへと分けられる対称的な長方形のＴＥ10モードを与える。
【００１４】
ＵＳ−５，８３４，７４４に開示されるアプリケータは、アプリケータの周辺部にキャビティ供給ポートを有する導波路供給システムから、すなわち、半径方向からマイクロ波エネルギを与えられる。
【００１５】
この既知のアプリケータは、供給システムの半径方向のため、アプリケータの効率的な圧力シールを実現する能力に限界がある。したがって、適切な圧力シールを配置することは高価かつ技術的に困難になり得る。
【００１６】
圧力下で負荷を処理するのに好適な幾何学的構造は、技術ノート（Technical Note）［Matusiewicz, 高圧／高温用のサンプルの準備のためのマイクロ波加熱テフロン（Ｒ）打込みの開発、分析化学、１９９４年、第５巻、６６号（Development of a High Pressure Temperature Focused Microwave Heated Teflon Bomb for Sample Preparation, Analytical chemistry, Vol.66, No 5, 1994）］に説明されている。筒形の鋼の器の内側はセラミック材料でライニングされ、負荷は内側の錐台円錐形の容器内にある。マイクロ波は、セラミック内の内部結合アンテナシステムに接続される同軸の線によって下方からその構造に供給される。器の上部は圧縮プレートおよび突起によって閉じられる。
【００１７】
アンテナシステムは非常に複雑な形状を有するため、セラミック材料に密接に接触する必要性に関して製造および制御の両方に問題が生じかつ高価になる。さらに、アンテナシステムの実際の形状および設計は概略図でしか与えられない。しかしながら、その図から、アンテナシステムは回転対称なカップ形であるか、またはワイヤもしくは薄いプレートのＵ型形であり、両方の場合に下方からの同軸の中央の導体による対称的な供給を備えると結論づけることができる。説明されるシステムが、この発明のシステムから想像される高マイクロ波電力で使用することができるかははっきりしない。実際、説明では９０Ｗでの１つの例を挙げているのみである。アンテナシステムの製造プロセスに問題があるだけでなく、概略図内のデータを使用したマイクロ波モデリングによって、回転対称な筒形のＴＭ0モードまたは（複雑なＵ字形のアンテナの場合）複雑な劣化したモードはインピーダンス整合以外に対して設計の改善または最適化を可能にする有用な極性またはその他の特性を有さず、供給およびアンテナシステムは使用されるべき１つの解決策であり、第２の直交するシステムによって補完することはできないということを明らかに示すことができる。
【００１８】
この発明の目的は、所望であれば１ｋＷを超えるマイクロ波電力レベルで使用することができかつコスト効率の良い形で圧力シールできる、１０ｍＬ以上の負荷体積に適合されたマイクロ波加熱装置を実現することである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１９】
発明の概要
上述の目的は、マイクロ波加熱装置および独立項によるマイクロ波加熱装置を使用した負荷を加熱する方法によって達成される。
【００２０】
好ましい実施例は従属項に説明する。
【００２１】
マイクロ波加熱装置は、軸方向のＴＭタイプモードを作るために供給される細長い誘電性のマイクロ波アプリケータを含む。アプリケータの外側の部分はマイクロ波透過性材料でできており、負荷を加熱するためにアプリケータの内側には中央の軸の位置に内部負荷チャンバがある。アプリケータの軸方向に、アプリケータの下方端部に２つの同軸のＴＥＭ線供給を配置すること、および特定の軸方向の直角位相ＴＭモードに対して供給ゾーンの寸法を決めることによって、それらが同じ周波数で動作している場合に２つのマイクロ波供給線間での大きなクロストークを避けることができる。空間的なモードの直角位相は、それらの間の互いの結合が重要でないという意味でそれらは直角であることを意味する。このことによって、２つの独立したマイクロ波発生器を使用した高電力の用途に特に有用な扱いの容易なマイクロ波加熱装置が得られる。これらソースは同じ周波数で動作している場合でも互いに干渉しないためである。この装置は圧力シールが必要とされる負荷の加熱にも特に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
発明の好ましい実施例の詳細な説明
図１および図２を参照して、この発明によるマイクロ波加熱装置を説明する。マイクロ波加熱装置は、円筒形であることが好ましい軸方向の細長い筒形の誘電性のマイクロ波アプリケータ２を含む。アプリケータは原則として誘電体で完全に満たされ、代表的には誘電率が４より高いセラミックで完全に満たされる。このことによって、電気的な寸法はこの誘電率の値の平方根だけ大きくなるため、実際のアプリケータの寸法は対応して小さくすることができる。誘電率が４であれば、アプリケータの体積は、対応する空気を満たされたアプリケータより（ほぼ）４3＝６４倍小さくなる。アプリケータの内側の中央の軸の位置に、負荷チャンバ４を形成する孔があり、加熱される負荷（図示せず）が配置される。アプリケータは、アプリケータの軸方向にマイクロ波エネルギを供給するために、アプリケータの下方端部１０に配置される供給点６、８をさらに含む。
【００２３】
アプリケータはその長手方向の軸に沿って、負荷チャンバが配置される上方セクション１２（図２）と、負荷チャンバの下方の下方セクション１４（図２）との２つのセクションに分けられる。
【００２４】
誘電性のアプリケータの下方セクションは、円形のＴＭ1モードに対するモードフィルタが実現されるように形作られる。最も低いモード（ＴＭ0）も原則的に励起され得るが、効率は非常に低い。さらに、負荷を備えたアプリケータ全体は、下方セクションのＴＭ1伝送モードから発せられるモードにのみ共振するように寸法を決められる。
【００２５】
アプリケータの下方セクションは円錐形の形状を有することが好ましい。その周辺部は金属被覆され、セラミック本体は、加圧システム（図４を参照）を作るために厚い鋼の管に取付けられ固定されるように意図されるため、鋼の管は、負荷による上方からの圧力によって本体が管の下方にスライドする場合にセラミック本体がそれに対して停止する、溶接されるかまたは旋削されるへこみ２２を有することが好ましい。したがって、へこみはアセンブリの効率的な圧力シールの一部を形成する。
【００２６】
セラミック本体の外側を錐台円錐形にすることも可能であるが、円筒形が好ましい。それは楕円形にしてもよく、このことには、２つの供給が主軸および副次軸に沿うときにインピーダンス整合が改善されるという具体的な利点がある。これは、上方の負荷チャンバセクションで異なる共振を励起することができるためである（円形の形状では、モードは同一で、９０°だけ変位される）。
【００２７】
セラミック本体の内部の負荷チャンバは原則としてどのような形状であってもよい。しかしながら、空間効率が最も高いのは、円筒形であり、適切な波の伝搬が外側のセラミック領域で起こるように直径が決められ、耐圧性についての要件が維持される場合である。
【００２８】
負荷チャンバは、供給点の端部と反対のアプリケータの端部に軸方向にアクセス開口部１６を有する。
【００２９】
負荷チャンバは本質的に円筒形であり、前記マイクロ波アプリケータの上方セクションは円筒形の外側の形状を有する。
【００３０】
アプリケータ内の主流のモードはＴＭmnpであり、ｍ＝１、２または３であり、ｎおよびｐ≧１である。
【００３１】
負荷チャンバは１０ｍＬ以上の体積を有する。
【００３２】
この発明の第１の好ましい実施例によると、モードはＴＭ1npであり、同軸のマイクロ波供給点はアプリケータの中央軸から同じ距離に配置され、ａ×９０度分離され、ａ＝１または３であり、ｎおよびｐ≧１である。これは、下方からアプリケータの下方端部を示す図３ａに示される。この図では、供給点がアプリケータの中央軸から同じ距離に配置されされることを示すために破線の円が含まれ、図示の例では、それらは９０°（ａ＝１）分離される。
【００３３】
この発明の第２の好ましい実施例によると、モードはＴＭ2npであり、同軸のマイクロ波供給点はアプリケータの中央軸から同じ距離に配置され、ａ×４５度分離され、ａ＝１、３、５または７であり、ｎおよびｐ≧１である。この実施例は、供給点のあり得る１つの配置を示し、分離が１３５°である図３ｂに示される。１３５°（ａ＝３）を選んだ理由は、供給点間の直線距離が小さ過ぎない場合はアプリケータの製造および使用が容易であるという点で純粋に現実的であるためである。
【００３４】
この発明の第３の好ましい実施例によると、モードはＴＭ3npであり、同軸のマイクロ波供給点はアプリケータの中央軸から同じ距離に配置され、ａ×３０度分離され、ａ＝１、３、５、７、９または１１であり、ｎおよびｐ≧１である。この実施例は、供給点のあり得る１つの配置を示し、分離が２１０°である図３ｃに示される。
【００３５】
マイクロ波エネルギは、２つの供給点に適用される同じ周波数のマイクロ波エネルギを生成するマイクロ波発生器（図示せず）によって生成される。
【００３６】
好ましい実施例によると、誘電性のアプリケータは、純粋かつ密な形で市販されかつマイクロ波損失が非常に低い、アルミナ（酸化アルミニウム）から作られる。アプリケータが高圧および高温に耐える場合、これかまたは長石セラミックのステアタイト（steatite of feldspar ceramic）などの同様のセラミック材料が好ましい。数キロワットのマイクロ波電力の使用では、誘電性材料の損失が低いことおよび必要とされる材料の体積が最も重要な要因である。誘電率が４０以上の材料は特に利点がないことがある。これは、この発明による適切な機能に必要な材料の厚みは薄すぎるため、機械的または耐圧性の理由から受け入れられないためである。約４より低い誘電率は、体積を省く利点が十分に得られない。
【００３７】
図４に示されるさらに別の実施例では、装置は金属の管状手段１８をさらに含み、マイクロ波アプリケータは、負荷を加熱するときにアプリケータで生成される圧力を取るために前記管状手段の内側に装着される。この管状手段は鋼の管であることが好ましい。
【００３８】
管状手段には、アプリケータの上方端部に面する端部に、管状手段を封止するように適合される閉鎖手段２０が設けられる。
【００３９】
マイクロ波アプリケータは、非常に高圧でも確実に定位置に留まるようにするために使用される特別な装着プロセスによって管状手段に装着されることが好ましい。
【００４０】
管状手段および閉鎖手段以外は、図４で使用される参照番号は図１〜３のものと同じである。
【００４１】
この装置は、非常に高圧のための負荷チャンバアプリケータとして使用するために特に良好に適合される。
【００４２】
アプリケータの下方セクションは周囲の金属の管の内部の断面セクション全体を覆うため、アプリケータの上部のみが圧力シールドアを必要とする。高圧に耐える能力をさらに向上するため、金属の管状手段の下方部分の内部の表面に内側に突出する手段、たとえば、上述のへこみ２２を設け、高圧にさらされたときにアプリケータを定位置に保持するように配置してもよい。
【００４３】
そのような大きな本体を製造することが可能であり、さらに特定のプロセスを使用して、たとえば、鋼の管などの管状手段に非常に高品質の機械的な圧力マイクロ波シールを実現することが可能であることがわかっている。一実施例では、本体は、直径が８５ｍｍであり、直径約６５ｍｍでかつ深さが７０ｍｍより大きい負荷チャンバを形成する筒形の孔を設けられる。
【００４４】
誘電性のアプリケータは、アプリケータの上部およびマイクロ波供給領域が配置される底端部以外のすべての丸みを付けられた表面が金属被覆されることが好ましい。アプリケータの上部は電気的に開いており、このことによって、負荷の上方領域で好ましいフィールド分布が得られ、負荷の高さの変動に対するシステムの感度が低減される。セラミックの誘電率は非常に高いため、アプリケータのモードは上部上方で遮断波長をはるかに超える。すなわち、フィールドは非常にすばやく減衰するため、セラミック材料としてアルミナを使用する場合、セラミック表面の上方３〜５ｍｍで本質的に消滅する。したがって、低誘電率材料および／または金属の蓋または類似のものは、マイクロ波の影響を受けることもマイクロ波に影響することもなく、所望であればセラミック上部に非常に近いところに配置することができる。
【００４５】
外部の圧力および冷却（ならびに、事前または同時のアプリケータの加熱）のための気体の流れの適用は、アプリケータのセラミックにわたる小さな孔を通じて問題なく行なうことができる。
【００４６】
この発明の１つの具体的な例示的な実施例では、負荷は４０ｍｍの直径を有し、材料の厚みが３ｍｍのホウ珪酸ガラス容器に入れられる。容器の底部は、周辺部よりも軸のところで５ｍｍ低くすることで僅かに丸みが付けられている。
【００４７】
（丸みを付けられた部分の上方の）負荷の高さも４０ｍｍであるため、負荷体積全体は約５３ｍＬになる。アプリケータのセラミックはε＝１５を有し、負荷チャンバの直径は５０ｍｍであり、外径は７０ｍｍである。負荷の上部には、セラミックを囲む金属の管の負荷レベルの上方に１０ｍｍの延長部分がある。これは上述のマイクロ波フィールドの減衰によって効率的なウェーブトラップとして働くため、付加的なマイクロ波チョーキングの必要はない。
【００４８】
アプリケータ内に動く対象物がない場合、単一または多重縮退共振モードによって異なる加熱パターンが起こる傾向があり得る。充填係数（負荷体積／負荷チャンバ体積の関係）が一意的に高いため、この影響は強い。この影響による結果的な不均一な加熱は、負荷の攪拌によって避けることができる。セラミックの厚みは（１つの例示的な有利な実施例によると）１０ｍｍにすぎず、負荷の周辺部から周囲の１０ｍｍの厚みの鋼の管の外側までの距離は２５ｍｍにすぎないため、負荷の攪拌は容易に行なうことができる。アプリケータは下方から供給され、負荷のアクセスは上方からであるため、負荷チャンバの内側（図示せず）で攪拌手段を制御するために使用される既知の技術によると、永久磁石、非常に低周波数（たとえば約１Ｈｚ）の電流を供給される電磁石またはコイルを回転させるために円筒形の外側を使用することができる。
【００４９】
攪拌手段の適用は、可変の磁気フィールドがその中で動作しなければならない鋼の管が適度に低い電気的な伝導率を有し、かつ上述のように非常に低周波数で動作することを必要とする。電気的な伝導率が低いことは鋼の管の設計基準の１つである。これはマイクロ波損失にも影響し得るため、セラミック本体上の高伝導率の金属の金属被覆の層はこの発明の有利な特徴である。実際には、管状手段のための特別な装着プロセスは、前処理ステップでセラミックに金箔またはスパッタ金の適用することを含んでもよい。使用されるマイクロ波周波数のため、セラミック表面の所望の高い金属伝導率を得るには、層は３μｍで十分である。
【００５０】
鋼の管についてのもう１つの基準は、より大きいアプリケータ本体の圧力装着（および動作温度範囲）を考慮して、その熱膨張係数が好適な間隔にあることである。
【００５１】
さらにもう１つ基準は、付加される上部の蓋部分のためにそれが良好な特別の圧力装置溶接合金を可能にするということである。
【００５２】
アプリケータのセラミックを囲む厚いステンレス鋼の管を使用することで、負荷チャンバの下方にセラミックを約５０〜１００ｍｍ延在させ、上部ドアにのみさまざまな安全バルブ等を設けて、安全なだけでなく、ユーザが安全性を明らかに認識できるマイクロ波装置を構築することができる。
【００５３】
マイクロ波アプリケータのインピーダンス整合は軽微な問題と認識される。なぜなら、負荷が適度に高い誘電率を有し、負荷を備えたアプリケータの電気的なサイズは、すべての座標方向において、材料のいくつかの波長であるためである。
【００５４】
以下に、この発明によるマイクロ波アプリケータの一例を説明する。この例では、セラミックのアプリケータの誘電率は１５であり、外径は７０ｍｍ、内部の孔の直径は５０ｍｍである。注入されるモードタイプは円形のＴＭモードであり、ホウ珪酸ガラス容器内の負荷は体積が５３ｍＬである。
【００５５】
当然のことながら、どのような整合特性および加熱パターンが予想されるかが関心事である。このため、アプリケータは、異なる負荷誘電率と整合するインピーダンスに関して予備的に最適化され、同じ負荷を用いて２４６０ＭＨｚで動作された。調査はモデリングによって行なわれた。整合データを表１にまとめた。
【００５６】
【表１】
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【００５７】
この発明は、上述の好ましい実施例に限定されない。さまざまな代替例、変形例および均等物を使用することができる。したがって、上述の実施例は発明の範囲を限定するものとみなされるべきではない。発明の範囲は請求項によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】この発明によるマイクロ波加熱装置の斜視図である。
【図２】この発明によるマイクロ波加熱装置の側面図である。
【図３ａ】マイクロ波アプリケータの下方端部での供給点の配置の第１の実施例である。
【図３ｂ】マイクロ波アプリケータの下方端部での供給点の配置の第２の実施例である。
【図３ｃ】マイクロ波アプリケータの下方端部での供給点の配置の第３の実施例である。
【図４】この発明のさらに別の実施例によるマイクロ波加熱装置の側面図である。
【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年11月27日(2003.11.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向のＴＭタイプモードを備える筒形の細長い誘電性のマイクロ波アプリケータを含むマイクロ波加熱装置であって、前記誘電性のアプリケータには負荷を加熱するための負荷チャンバが設けられ、前記負荷チャンバは前記アプリケータの内側の中央の軸の位置にあり、
前記アプリケータの軸方向にマイクロ波エネルギを供給するために２つのマイクロ波供給点が前記アプリケータの下方端部に配置されるため、アプリケータ内のモードはＴＭmnpになり、ｍ＝１、２、３かつｎおよびｐ≧１であり、
ｍ＝１では、モードはＴＭ1npであり、前記同軸のマイクロ波供給点は前記アプリケータの中央軸から同じ距離に配置され、ａ×９０度分離され、ａ＝１または３であり
ｍ＝２では、モードはＴＭ2npであり、前記同軸のマイクロ波供給点は前記アプリケータの中央軸から同じ距離に配置され、ａ×４５度分離され、ａ＝１、３、５または７であり、
ｍ＝３では、モードはＴＭ3npであり、前記同軸のマイクロ波供給点は前記アプリケータの中央軸から同じ距離に配置され、ａ×３０度分離され、ａ＝１、２、４、５、７、８、１０または１１であることを特徴とする、マイクロ波加熱装置。
【請求項２】
前記負荷チャンバは１０ｍＬ以上の体積を有す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。
【請求項３】
前記誘電性のアプリケータの下方セクションは、他のモードは励起または反射されないという点で円形のＴＭ1npモードのためのモードフィルタが実現されるように形作られ、ｎおよびｐ≧１であ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。
【請求項４】
前記アプリケータの前記下方セクションは円錐形の形状を有することを特徴とする、請求項３に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項５】
適用されるマイクロ波は前記２つの供給点に対して同じ周波数を有す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。
【請求項６】
前記誘電性のアプリケータはアルミナから作ら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。
【請求項７】
前記装置は金属の管状手段をさらに含み、前記マイクロ波アプリケータは、前記アプリケータ内で生成された圧力を取るために前記管状手段の内側に装着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。
【請求項８】
前記管状手段は鋼の管であることを特徴とする、請求項７に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項９】
前記管状手段には、前記アプリケータの上方端部に面する端部に前記管状手段を封止するように適合される閉鎖手段が設けられることを特徴とする、請求項７に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１０】
前記管状手段には、高圧にさらされたときに前記アプリケータを定位置に保持するように配置される内側に突出する手段（２２）が設けられることを特徴とする、請求項７に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１１】
前記負荷チャンバは、前記供給点の端部と反対の前記アプリケータの端部に軸方向にアクセス開口部を有す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。
【請求項１２】
前記負荷チャンバは本質的に筒形であ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。
【請求項１３】
前記マイクロ波アプリケータの上方セクションは、筒形の外側の形状を有す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。
【請求項１４】
前記マイクロ波アプリケータの下方セクションは楕円形の断面を有し、前記２つの供給点はそれぞれ主要軸および副次軸に沿うことを特徴とする、請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置を使用した負荷を加熱する方法。
【請求項１６】
化学反応、特に有機化学合成反応のための請求項１〜１５のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置の使用。
【請求項１７】
化学反応、特に有機化学合成反応のための請求項１８に記載の方法の使用。
【国際調査報告】
2005505907.tif 000022
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