(57)【要約】      （修正有）【課題】単一のマイクロ波発振源から複数の反応場にマイクロ波を分岐させ、各反応場に薬液を連続的に流しながらマイクロ波を照射し、各反応場を並列して、各反応場を同時に、他の反応場で生じた反射波の影響を受けることなく各々の反応場を独立に加熱制御することができ多量処理が可能なマイクロ波加熱装置を提供する。【解決手段】マイクロ波発振機１００から発振されたマイクロ波をN分岐する（N：自然数）ことが可能な分岐導波管１０１Ａ〜Ｂを設置し、該分岐導波管１０１Ａ〜Ｂとアプリケーター１０５の間に各反応場で生じた反射波を吸収するためのアイソレーター１０２を設置し、該アイソレーター１０２と前記アプリケーター１０５の間には入射波と反射波の大きさを計測するためのパワーモニター１０３を備え、さらに、該パワーモニター１０３と前記アプリケーター１０５の間に導波管内のインピーダンスを調整するためのチューナー１０４を設置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を発振するマイクロ波発振機と、被加熱物質を内部に流しながらマイクロ波を照射するために複数設けられた反応管と、この反応管を設置するために複数設けられたアプリケーターとを備えたマイクロ波加熱装置において、
前記マイクロ波発振機から発振されたマイクロ波を複数に分岐させる分岐導波管と、この分岐導波管と前記アプリケーターとの間に各反応場で生じた反射波を吸収するように設けられたアイソレーターと、このアイソレーターと前記アプリケーターとの間に入射波と反射波の大きさを計測するためのパワーモニターとを備えてなり、
前記パワーモニターと前記アプリケーターとの間には導波管内のインピーダンスを調整するためのチューナーを備えていることを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項２】
前記請求項１記載のマイクロ波加熱装置において
前記分岐導波管は入射したマイクロ波を２等分する分岐導波管であって、
この分岐導波管を複数個連結することにより前記マイクロ波発振機から発振されたマイクロ波を２n（n：整数）に分岐することを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項３】
前記請求項１記載のマイクロ波加熱装置において、
第一の原料を送液するための第一原料送液手段と、第二の原料を送液するための第二原料送液手段とを備え、
前記第一原料送液手段の下流側には前記第一の原料を複数に分配するための第一原料分配部が連結され、この第一原料分配部には第一の原料を排出するための複数の第一原料排出管が備えられており、
前記第二原料送液手段の下流側には前記第二の原料を複数に分岐するための第二原料分配部が連結され、この第二原料分配部には第二の原料を排出するための複数の第二原料排出管が備えられているとともに、
２つの流体を混合するための複数の混合部が前記それぞれ第一原料排出管と前記それぞれ第二原料排出管に接続され、前記複数の混合部の下流側には前記複数の反応管が接続されていることを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項４】
前記請求項１乃至３いずれかに記載のマイクロ波加熱装置において、
前記混合部は２つの流体を混合するための１mm以下のマイクロ流路を有したマイクロリアクタであることを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項５】
前記請求項１乃至４いずれかに記載のマイクロ波加熱装置において、
前記アプリケーターは前記マイクロ波発振機を中心に放射状に配置され、
前記アプリケーターと前記マイクロ波の間には反射波を吸収するためのアイソレーターを備え、このアイソレーターと前記アプリケーターとの間にはマイクロ波の入射波および反射波の大きさを計測するためのパワーモニターを備えるとともに、
前記パワーモニターと前記アプリケーターとの間には導波管のインピーダンスを調整するためのチューナーを備えていることを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項６】
前記請求項１乃至５いずれかに記載のマイクロ波加熱装置において、
前記反応管の出口側となる下流側に被加熱物質の温度を計測するための温度センサーを備え、この温度センサーにより各々の反応管の出口温度を計測して、それらの平均温度を求めるとともに、
この平均温度が設定温度に近づくようにマイクロ波発振機の出力もしくは前記チューナーを制御する制御手段を備えていることを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項７】
前記請求項１乃至６いずれかに記載のマイクロ波加熱装置において、
前記アプリケーター内に複数の反応管を設置したことを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項８】
前記請求項７記載のマイクロ波加熱装置において、
前記反応管と反応管の距離をλ/２×n±１０ mm（λ：管内波長、n：整数）として各々の反応管を設置したことを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薬液をマイクロ波で加熱するマイクロ波加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、マイクロ波による加熱は家庭用の調理用電子レンジとして広く使用されているが、マイクロ波は工業的にも使用されている。例えばゴム加硫、茶葉乾燥、食品殺菌などに利用され、近年では化学合成プロセスにも適用され始めている。
【０００３】
この化学合成プロセスにおけるマイクロ波は、従来の外部熱源による加熱方法と比較すると反応速度の向上などを含め、マイクロ波の化学反応に対する有用性が報告されている（非特許文献１）。
【０００４】
すなわち、マイクロ波加熱は外部の熱源からの伝熱による加熱方法ではなく、被加熱物質の分子に直接作用するため、従来方式の加熱方法よりも格段に加熱速度が速くなり、加熱の作業効率が極めて高いという利点がある。
【０００５】
ところが、これまでに開発されているマイクロ波化学反応装置では処理量を増大すると反応速度が低下することが分かっている。  
つまり、マイクロ波の誘電体への浸透深さには限界があり、例えば一般的に使用される周波数２.４５GHzのマイクロ波の場合、物質の誘電特性にもよるが、浸透深さは数cm程度である。したがって、加熱容器を大きくし、マイクロ波出力を大きくすることにより処理量増大を図った場合、表面のみがマイクロ波を吸収し、内部までマイクロ波が浸透しにくい。
【０００６】
例えば、特許文献１の場合では、大量に処理を行うためには連続的に薬液を流し、反応容器を大きくしてマイクロ波の出力も大きくする必要があった。しかしながらこの方法では表面のみがマイクロ波を吸収し、内部までマイクロ波が浸透しにくく、加熱むらが生じる（ただし、単に物質を加熱する場合においては多少加熱むらが生じたとしても不具合が少ないことも考えられる。）恐れがあった。
【０００７】
しかし化学反応においてマイクロ波の吸収分布にむらが生じると、均一な生成物が得られず、製品の性質の劣化につながる恐れがあった。
【０００８】
特許文献２には、複数の反応炉を電磁波にかけ誘電加熱を実行する方法について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−９４８８９号公報
【特許文献２】特表２００６−５１６００８号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】マイクロ波化学プロセス技術、 p.10〜p.20及び p.119〜p.129、和田雄二監修、シーエムシー出版、2006年3月20日発行。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述したようなマイクロ波の浸透深さの問題を解決するためには、反応容器の大きさは大きくせずに反応容器の数を複数個並列化して、それぞれの反応容器に一つずつマイクロ波発振機を設置しマイクロ波を照射して加熱処理する方法が考えられる。
【００１２】
しかしながら、マイクロ波の発振に広く使用されているマグネトロンは数W〜数十Wの低出力領域では安定した発振が困難となる課題があった。したがって前述のように、各反応容器それぞれに対してマイクロ波発振機を設置して複数個を並列して加熱処理を行う方法があるが、この方法では安定した加熱処理が困難となる課題があった。
【００１３】
そこで、特許文献２のように一個のマイクロ波発振機からマイクロ波を発振し、このマイクロ波を複数に分岐させることで各反応場での低出力領域を創生することが考えられる。
【００１４】
しかしながら特許文献２の方法では、ある一つの反応炉において生成したマイクロ波の反射波が分岐した他の導波管に回り込むことにより悪影響を及ぼす恐れがあった。
【００１５】
すなわち、ある一つの反応場で生じた反射波が、分岐した他の導波管内へ回り込むことにより、各アプリケーター内のインピーダンスが変化し、被加熱物質に対するマイクロ波の吸収効率が著しく低下する、または、分岐した複数の加熱場で均一な加熱が困難となり、安定した均一加熱処理が困難となる課題があった。
【００１６】
本発明の目的は、他の反応場で生じた反射波の影響を受けることなく各々の反応場を独立に加熱制御することで多量処理が可能なマイクロ波加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的は、マイクロ波を発振するマイクロ波発振機と、被加熱物質を内部に流しながらマイクロ波を照射するために複数設けられた反応管と、この反応管を設置するために複数設けられたアプリケーターとを備えたマイクロ波加熱装置において、前記マイクロ波発振機から発振されたマイクロ波を複数に分岐させる分岐導波管と、この分岐導波管と前記アプリケーターとの間に各反応場で生じた反射波を吸収するように設けられたアイソレーターと、このアイソレーターと前記アプリケーターとの間に入射波と反射波の大きさを計測するためのパワーモニターとを備えてなり、前記パワーモニターと前記アプリケーターとの間には導波管内のインピーダンスを調整するためのチューナーを備えていることにより達成される。
【００１８】
また上記目的は、前記分岐導波管は入射したマイクロ波を２等分する分岐導波管であって、この分岐導波管を複数個連結することにより前記マイクロ波発振機から発振されたマイクロ波を２n（n：整数）に分岐することにより達成される。
【００１９】
また上記目的は、第一の原料を送液するための第一原料送液手段と、第二の原料を送液するための第二原料送液手段とを備え、前記第一原料送液手段の下流側には前記第一の原料を複数に分配するための第一原料分配部が連結され、この第一原料分配部には第一の原料を排出するための複数の第一原料排出管が備えられており、前記第二原料送液手段の下流側には前記第二の原料を複数に分岐するための第二原料分配部が連結され、この第二原料分配部には第二の原料を排出するための複数の第二原料排出管が備えられているとともに、２つの流体を混合するための複数の混合部が前記それぞれ第一原料排出管と前記それぞれ第二原料排出管に接続され、前記複数の混合部の下流側には前記複数の反応管が接続されていることにより達成される。
【００２０】
また上記目的は、前記混合部は２つの流体を混合するための１mm以下のマイクロ流路を有したマイクロリアクタであることにより達成される。
【００２１】
また上記目的は、前記アプリケーターは前記マイクロ波発振機を中心に放射状に配置され、前記アプリケーターと前記マイクロ波の間には反射波を吸収するためのアイソレーターを備え、このアイソレーターと前記アプリケーターとの間にはマイクロ波の入射波および反射波の大きさを計測するためのパワーモニターを備えるとともに、前記パワーモニターと前記アプリケーターとの間には導波管のインピーダンスを調整するためのチューナーを備えていることにより達成される。
【００２２】
また上記目的は、前記反応管の出口側となる下流側に被加熱物質の温度を計測するための温度センサーを備え、この温度センサーにより各々の反応管の出口温度を計測して、それらの平均温度を求めるとともに、この平均温度が設定温度に近づくようにマイクロ波発振機の出力もしくは前記チューナーを制御する制御手段を備えていることにより達成される。
【００２３】
また上記目的は、前記アプリケーター内に複数の反応管を設置したことにより達成される。
【００２４】
また上記目的は、前記反応管と反応管の距離をλ/２×n±１０ mm（λ：管内波長、n：整数）として各々の反応管を設置したことにより達成される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、他の反応場で生じた反射波の影響を受けることなく各々の反応場を独立に加熱制御することで多量処理が可能なマイクロ波加熱装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態になるマイクロ波加熱部を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態になるマイクロ波加熱部を示す側面図である。
【図３】本発明の第一実施形態になるマイクロ波加熱装置を示す斜視図である。
【図４】本発明の第一実施形態になるマイクロ波加熱装置を示す配管系統図である。
【図５】本発明の第二実施形態になるマイクロ波加熱装置を示す斜視図である。
【図６】従来型の分岐導波管を示す平面図および上面図である。
【図７】本発明の第一および第二実施形態における分岐導波管を示す平面図および上面図である。
【図８】本発明の第三実施形態になるマイクロ波加熱装置を示す斜視図である。
【図９】本発明の別の形態になるマイクロ波加熱装置を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
さて、上述したが、近年マイクロ波加熱による薬液等の化学反応処理を大量に行いたいという要望が強い。この要求に対し、例えば特許文献２のようにマイクロ波を照射するための反応管を複数に分岐させて加熱することが考えられる。この方法は薬液をチューブに連続して流し、チューブの外部からマイクロ波を照射することにより薬液等の化学反応処理の増大を図るものである。
【００２８】
そこで、本発明の発明者らは特許文献２のように複数の分割された反応管でマイクロ波を薬液に照射する実験を行ったところ、薬液の加熱に加熱ムラが生じ、化学反応にムラが発生することが分かった。
【００２９】
この原因を種々検討した結果、反応管を複数に分岐させて加熱させると反射波が発生してしまい、この反射波によって加熱にムラが生じてしまい結果的に反応にムラが生じることが分かった。
【００３０】
そこで発明者らが反射波を絶縁することを種々検討した結果、入力信号と出力信号との間を直流的に絶縁する機能を有し、信号の回り込み防止や機器の保護などに広く用いられているアイソレーターの応用を新たに見出したものである。
【００３１】
その結果本発明では、このアイソレーターを本発明の発明者らは分岐導波管とアプリケーターとの間に取り付けることを考えたものである。  
以下、本発明の一実施例を図にしたがって説明する。
【実施例１】
【００３２】
以下に、本発明の第一の実施形態を図１と図２に示したマイクロ波加熱装置について説明する。
【００３３】
図１は、本実施の形態におけるマイクロ波加熱部の斜視図である。  
図２は、本実施の形態におけるマイクロ波加熱部の側面図である。  
図１において、マイクロ波加熱部は、マイクロ波を発振するためのマイクロ波発振機１００を備え、マイクロ波を２つに分岐するための分岐導波管１０１Aがマイクロ波発振機１００に接続されている。分岐導波管１０１Bは分岐したマイクロ波をさらに２つに分岐するためのものである。アイソレーター１０２は反射波を吸収するためのものである。パワーモニター１０３は入射波および反射波の大きさを計測するためのものである。チューナー１０４は装置内のインピーダンスを調節するためのものである。
【００３４】
反応管１０６は被加熱物質を内部に流すためのものであり、この反応管１０６はアプリケーター１０５によって設置されている。Hコーナー１０８はマイクロ波を磁界面に９０゜曲げて伝送するためのものである。マイクロ波はEコーナー１０９によって電界面に９０゜曲げて伝送される。
【００３５】
反応管１０６の材質としては、誘電率が小さくマイクロ波を吸収しにくい、ガラスや、テフロン（登録商標）、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの樹脂や、アルミナなどのセラミックなどが適している。また反応管の寸法としては、内径が５cm以下であることが望ましい。なお本実施形態ではマイクロ波発振機１００は周波数２.４５GHzのマイクロ波を発振し、アプリケーター１０５、チューナー１０４、パワーモニター１０３、アイソレーター１０２等はWRJ-２規格（開口部１０９.２ mm× ５４.６ mm）として説明する。１０７は可動短絡板である。
【００３６】
図２において、チューナー１０４とアプリケーター１０５との間には仕切り板１１０が設置されている。この仕切り板１１０が設置されていれば、反応管で破損が生じた場合でも被加熱物質の流出を防止することができ、チューナー１０４、パワーモニター１０３、アイソレーター１０２、分岐導波管１０１A、１０１B、マイクロ波発振機１００などの故障を防止することができる。  
なお、この本仕切り板１１０は、テフロンやポリエチレン、ポリプロピレンなどの樹脂や、アルミナなどのセラミックなど、誘電率が低くマイクロ波を吸収しにくい材質が適している。
【００３７】
この構成によれば、マイクロ波発振機１００で発振されたマイクロ波は、分岐導波管１０１Aで２等分され、さらに分岐導波管１０１Bで２等分されることにより、合計４等分される。４等分されたマイクロ波はそれぞれアプリケーター１０５まで伝送し、反応管１０６内を流れる被加熱物質に吸収される。反応管内１０６を流れる被加熱物はマイクロ波を吸収し、反応が促進される。
【００３８】
なお本実施形態では、マイクロ波を２つに分岐させる２分岐型の分岐導波管について説明したが、２つに分岐させることはそれなりの理由があるからである。  
つまり、２つの分岐路を全く同じように分岐することができるため、それぞれの分岐路で発生するエネルギーロス等を等しくすることができ、各分岐路へ等分してマイクロ波を分配させることが可能となるといった点である。したがって、２分岐導波管を複数連結することで２n（n：整数）個に容易にマイクロ波を分岐させることが可能となる。
【００３９】
一方、各分岐路におけるエネルギーロスのばらつきが問題とならない場合は、２分岐型導波管ではなく、２個所以上に分岐させてもいい。
【００４０】
本実施形態ではアプリケーター１０２まで伝送されたマイクロ波は可動短絡板１０７で反射し、入射波と反射波が干渉することにより定在波が生成される。つまり、アプリケーター内のマイクロ波の伝送方向には電界強度が強い部分、磁界強度が強い部分が生じる。
【００４１】
一般的にマイクロ波による誘電体の加熱は電界強度の二乗に比例するため、加熱効率を大きくするには反応管１０６を電界強度の強い部分に設置することが望ましい。一方、磁界の影響を見たい場合は反応管１０６を磁界の強い部分に設置するとよい。
【００４２】
そこで本実施の形態では、反応管１０６を電界強度の強い部分、または磁界強度の強い部分へそれぞれ設置位置を調節できるように、可動短絡板１０７はマイクロ波の伝送方向に可動となっている。すなわち、反応管１０６は電界および磁界に対する位置を調節できるようになっている。
【００４３】
さらに、チューナー１０４は本マイクロ波加熱装置内のインピーダンスを調節するための装置であり、チューナーを最適化（インピーダンスマッチング）することによりマイクロ波はチューナー１０４と可動短絡板１０７の間で多重反射をおこし、効率的に反応管１０６内を流れる被加熱物にマイクロ波を吸収させることが可能となる。なおチューナー１０４は３スタブチューナー、EHチューナー等が適している。
【００４４】
本実施形態においては、アイソレーター１０２と可動短絡板１０７の間で生じた反射波について、アイソレーター１０２にたどりついた反射波は全てアイソレーター１０２に吸収される。このアイソレーター１０２がない場合、ある反応場で生じた反射波は他の分岐した反応場へ回り込み、装置内のインピーダンスを変化させる恐れがある。
【００４５】
このことにより、インピーダンスマッチングを行った後でも、ある反応場で異常が生じるとその他の反応場にまでその影響が及び、マイクロ波が被加熱物質に全く吸収されずに、加熱処理が全く行えなくなる課題があった。
【００４６】
しかし、本実施形態においては各反応場で生じた反射波は全てそれぞれの反応場に設置されたアイソレーター１０２に吸収されるため、それぞれの反応場で同時に、独立して加熱処理を行うことが可能となり、安定した多量処理が可能となる。
【００４７】
図３、図４を参照して、装置の具体的な構造と加熱処理方法について説明する。
【００４８】
図３は本発明の第一実施形態になるマイクロ波加熱装置を示す斜視図である。
【００４９】
図４は本発明の第一実施形態になるマイクロ波加熱装置を示す配管系統図である。
【００５０】
図３、図４において、マイクロ波発振機１００を有するマイクロ波加熱装置はマイクロ波加熱装置に加えて、第一の原料を溜めておく第一原料タンク１２５と第二の原料を溜めておく第二原料タンク１２６と、図４に示すように、洗浄液を溜めておく洗浄タンク２１８と生成物を回収する生成物タンク１２７よ廃液を溜めておく廃液タンク１２８を備えている。
【００５１】
送液ポンプ１１１は第一の原料を送液するためのものであり、送液ポンプ１１２は第二の原料を送液するためのものである。第一原料分配部１１３aは第一原料を複数に分配するためのものであり、第二原料分配部１１３bは第二原料を複数に分配するためのものである。
【００５２】
混合器１１４は第一原料と第二原料を混合するためのものであり、制御計測モニタリングシステム１２９、排気ダクト１３０、開閉ドア１３１、圧力計１３３（図４に示す）、流量計２１６（図４に示す）および三方バルブ２１１、２１２、１３２、二方バルブ２１３、２１４、２１７から構成される。
【００５３】
第一の原料および第二原料はそれぞれ送液ポンプ１１１、１１２で送液され、それぞれ第一原料分配部１１３aおよび第二原料分配部１１３bで複数に分配される。分配された第一原料、第二原料はそれぞれ混合器１１４で混合された後、その混合液はそれぞれの反応管内１０６へ流れ込み、マイクロ波を照射されて反応が促進される。１０５はアプリケータである。
【００５４】
それぞれの反応管１１６でマイクロ波により加熱処理された反応液は合流部１１５で合流したのち、バルブ１３２を制御することにより生成物タンク１２７または廃液タンク１２８へ回収されるようになっている。１０１Ａは分岐導波管である。
【００５５】
本実施形態によれば、同じ加熱処理を複数の反応場で並行して、同時に均一に多量の加熱処理をすることができる。開閉ドア１３１にはマイクロ波の漏洩を完全に防止するため、パンチングメタルが設置されていることが好ましい。
【００５６】
前記混合器１１４として、特にマイクロリアクタを使用するとより効果的である。マイクロリアクタとは、数十μm〜数百μm程度の流路を備えた反応器である。物質の混合は最終的には分子拡散に依存し、そして、混合に要する時間は拡散距離の二乗に比例する。そのため、マイクロリアクタでは、そのマイクロ流路を利用して拡散距離を格段に小さくすることにより、通常の混合器では実現できないような高速かつ効率的な混合が可能となる。
【００５７】
したがって前記混合器１１４としてマイクロリアクタを使用することで、マイクロリアクタ内で第一原料と第二原料を高速かつ効率的に混合し、その後、反応管１０６内へ流入しマイクロ波を照射することで、マイクロリアクタによる高速混合の効果と共に、マイクロ波による加熱の効果により、反応効率を向上させ、かつ、安定した反応が可能となり、さらに反応場を並列することにより多量処理が可能となる、といった極めて優れた効果を発揮する。
【００５８】
上記の説明では４つの反応場を使用して同時に４つの反応管で加熱処理を行う方法について説明したが、例えば、被加熱物質の流量、マイクロ波の出力、チューナーの調整などの反応条件の検討を行う場合で、多量処理の必要がない場合には、１つの反応場のみを使用して加熱処理を行うこともできる。
【００５９】
つまり、バルブ２１３、２１４、２１７を操作して一つの反応場にのみ被加熱物質が流れるようにし、マイクロ波を照射することで、１つの反応場のみを使用した加熱処理が可能となる。本発明によれば、分岐した各反応場にアイソレーターが設置されているため、使用していない、つまり被加熱物質が流れていない反応場で生じた反射波はすべて各反応場に設置されたアイソレーターに吸収されるため、使用していない反応場で生じた反射波が使用している反応場へ回り込み悪影響を与えることはない。
【００６０】
したがって１つだけの反応場を使用する場合においても、本発明によれば安定して加熱処理を行うことが可能となる。もちろん１つの反応場だけでなく、２つ、３つの反応場を使用して加熱処理を行ってもよい。
【００６１】
また、本発明では各反応場を独立して加熱制御することが出来るため、４つの反応場を使用して同時に、それぞれの反応場で別々の加熱処理を行うことも可能である。複数の反応場で別々の加熱温度になるようにインピーダンス調整を行うことで、たとえば加熱温度や被加熱物質の種類が異なる処理を、複数の反応場を使用して同時に並列して行うことも可能となる。
【００６２】
次に、本実施形態における、被加熱物質の出口温度が一定になるような温度制御方法について説明する。  
図３、図４に示すように反応管の出口１１６に熱電対もしくは光ファイバー式温度センサーが設置されている。本発明では、被加熱物質を反応管に連続的に流しながらマイクロ波を照射し、被加熱物質を加熱処理する。前述した熱電対もしくは光ファイバー式温度計により、加熱された被加熱物質の出口温度を計測する。
【００６３】
本実施形態のように４つの反応場を並列化して加熱をする場合、４つの反応場で加熱された被加熱物質の出口温度をそれぞれ計測し、その値をフィードバックしてマイクロ波の出力を制御することにより、出口温度の平均値が目的温度になるように制御することができる。またさらに、４つの反応場で加熱された被加熱物質の出口温度に応じて、チューナー１０４を調節することにより各反応場の被加熱物質の出口温度をより詳細に目的温度に調節することが可能となる。チューナー１０４の調節は手動でも自動でもよい。
【実施例２】
【００６４】
次に、図１および図５を参照して第二の実施形態について説明する。  
図５は本発明の第二実施形態になるマイクロ波加熱装置を示す斜視図である。  
図５において、本実施形態は図１のマイクロ波加熱部に加え、複数の原料をそれぞれ送液するための送液ポンプ１１１a〜１１１eと、２つの流体を混合するための混合器１１４a〜１１４dを備えている。
【００６５】
本実施形態におけるマイクロ波加熱装置では、複数の加熱処理を時系列に行うことが可能となる。例えば、送液ポンプ１１１aおよび１１１bにより第一の原料と第二の原料が送液され、混合器１１４aで混合される。その混合液は反応管１０６a内へ流れ込みマイクロ波を照射され、加熱処理される。加熱処理された反応液はさらに別の混合器１１４bへ流入し、送液ポンプ１１１cで送液された第三の原料と混合される。その混合液は反応管１０６bへ流れ込み同様にマイクロ波を照射され、加熱処理される。またここで加熱処理された反応液はさらに別の混合器１１４cへ流れ込み別の原料と混合される。
【００６６】
この様に、本実施形態では、加熱温度や処理物質の異なる加熱処理を時系列に行うことが可能となる。各反応管の出口温度は、出口計測点１１６a〜１１６dに設置された温度センサーで計測される。この計測した温度を基に、各反応場に設置されたチューナーおよびマイクロ波発振機の出力を調節し、各反応管１０６a〜１０６dで加熱処理される反応液の温度を、それぞれ独立して、調節することが可能となる。
【００６７】
ここで、実施例１で説明した通り、混合器１１４a〜１１４dとしてマイクロリアクタを使用することによりマイクロリアクタによる高速混合の効果と共に、マイクロ波による加熱の効果により反応効率を向上させ、かつ安定した反応が可能となる。
【００６８】
次に、図１、図６、図７を参照しながら第一および第二の実施形態における分岐導波管の構造について説明する。  
図６は従来型の分岐導波管を示す平面図および上面図である。  
図７は本発明の第一および第二実施形態における分岐導波管を示す平面図および上面図である。  
本発明によれば、マイクロ波発振機１００により発振されたマイクロ波は分岐導波管１０１により２つに分岐される。しかしながら図６に示すような分岐導波管のように単純に左右へ９０゜に分岐させた構造では、効率的にマイクロ波を伝送することはできない。例えば、この場合、電磁波シミュレーションによる計算によれば、入口１１７から入射したマイクロ波は分岐導波管出口１１８a、１１８bにほとんど到達せずに反射し、入射したマイクロ波の約３０%しか分岐導波管出口１１８aおよび１１８bに伝送されない結果となっている。
【００６９】
これに対して図７に示した本実施形態における分岐導波管構造では、分岐導波管では入口１１９に入射したマイクロ波は、仕切り板１２２により導波管断面の短辺方向に対し等面積に１２１aと１２１bに分岐される。その後、４５゜のテーパー１２３を設けることにより、２等分されたマイクロ波は分岐導波管出口１２０a、１２０bにそれぞれ伝送される。この場合、電磁波シミュレーションによる計算によれば、入口１１９から入射したマイクロ波の約９９%が分岐導波管１２０aおよび１２０bに伝送される結果となっている。すなわち、本実施形態における分岐導波管により効率的にマイクロ波を２つに分岐させて伝送することが可能となる。
【実施例３】
【００７０】
次に、図８を参照しながら、本発明の第三の実施の形態について説明する。  
図８は本発明の第三の実施形態になるマイクロ波加熱装置の斜視図である。  
図８において、本実施形態におけるマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を発振するためのマイクロ波発振機１００、反射波を吸収するためのアイソレーター１０２、入射波および反射波の大きさを計測するためのパワーモニター１０３、装置内のインピーダンスを調節するためのチューナー１０４、被加熱物質が流れる反応管１０６、反応管１０６を設置するためのアプリケーター１０５から構成される。本実施形態においては、マイクロ波発振機１００を中心に放射状に各反応場を配置することにより、それぞれの反応場を同時に並列して、独立に加熱処理を行うことが可能となる。
【００７１】
本実施形態では４つの反応場を放射状に配置した例を説明したが、もちろんそれ以外の数の反応場を同様に放射状に配置してもよい。
【００７２】
また図９を参照しながら別の形態について説明する。  
図９は本発明の他の形態となるマイクロ波加熱装置を示す側面図である。
【００７３】
図９において、第一、二、三の実施形態では単一のアプリケーターに単一の反応管を設置する形態について説明したが、本図に示すように、２つ以上の反応管を設置しても良い。
【００７４】
前述の通り、アプリケーター内には定在波が生成しており、導波管内の管内波長をλとした場合、可動短絡板からの距離がおよそλ/４±n×λ/２（n=１, ２, ３,…）（（１））の場所で電界強度は最大となる。
【００７５】
一方、磁界については可動短絡板からの距離がおよそn×λ/２（n=１, ２, ３,…）（（２））の場所で磁界強度は最大となる。したがって、可動短絡板に最も近い反応管と、可動短絡板の距離（Ａ）を上記（１）もしくは（２）とし、反応管と反応管の距離（Ｂ）をn×λ/２（n=１, ２, ３,…）とすることで、全ての反応管を電界強度もしくは磁界強度の強い部分に配置することができ、効率的にマイクロ波を照射することが可能となる。好ましくは、反応管や被加熱物質の誘電特性により内部の電磁界分布を多少変化するため、反応管と反応管の距離（Ｂ）はn×λ/２±１０ mm（n=１, ２, ３,…）とすることが望ましい。
【００７６】
このように本発明は、単一のマイクロ波発振源から複数の反応場にマイクロ波を分岐させ、各反応場に被加熱物質を連続的に流しながらマイクロ波を照射し、各反応場を並列して、各反応場を同時に、他の反応場で生じた反射波の影響を受けることなく各々の反応場を独立に加熱制御することができ、多量処理が可能なマイクロ波加熱装置を提供できる。
【００７７】
以上のごとく、本発明によれば、マイクロ波の浸透深さの問題を解決できるため、マイクロ波の吸収分布にむらを生じさせることなく、均一に、かつ多量に被加熱物質の加熱処理を行うことが可能となる。また、各反応場で低出力のマイクロ波照射を必要とする場合でも、マイクロ波を複数の反応場へ分岐することにより各反応場に対し低出力のマイクロ波を供給することができるため、低出力領域においても安定した加熱処理が可能となる。
【００７８】
さらには、各反応場で生じた反射波が、他の反応場へ回り込むことにより生じる他の反応場への悪影響を防止することが可能となり、各反応場をそれぞれ同時に、独立して、加熱制御を行うことが可能となる。
【００７９】
すなわち、均一に安定した多量処理が可能となるという、極めて優れた効果を発揮する。また、本発明によれば、上記のごとく複数の反応場を独立して加熱制御することが可能となるため、複数の反応場で異なる加熱条件による加熱処理を同時に並列して行うことも可能となる。
【符号の説明】
【００８０】
１００…マイクロ波発振機、１０１A〜B…分岐導波管、１０２…アイソレーター、１０３…パワーモニター、１０４…チューナー、１０５…アプリケーター、１０６…反応管、１０７…可動短絡板、１０８…Hコーナー、１０９…Eコーナー、１１０…仕切り板、１１１…送液ポンプ、１１１a〜e…送液ポンプ、１１２…送液ポンプ、１１３a…第一原料分配部、１１３b…第二原料分配部、１１４…混合器、１１４a〜d…混合器、１１５…合流部、１１６…温度計測点、１１６a〜d…温度計測点、１１７…分岐導波管入口、１１８…分岐導波管分岐路出口、１１９…分岐導波管入口、１２０a〜b…分岐導波管分岐路出口、１２１a〜b…分岐路、１２２…分岐導波管仕切り板、１２３…分岐導波管テーパー、(A)…可動短絡板と反応管の距離、(B)…反応管と反応管の距離、１２５…第一原料タンク、１２６…第二原料タンク、１２７…生成物タンク、１２８…廃液タンク、１２９…制御計測システム、１３０…排気ダクト、１３１…開閉ドア、１３２…バルブ、１３３…圧力計、２１１, ２１２, １３２…三方バルブ、２１３, ２１４, ２１７…二方バルブ、２１６…流量計、２１８…洗浄液タンク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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