(57)【要約】【課題】市場性のある波長約２．４５ＧＨｚのマイクロ波電力を利用して小型から大型までの耐圧性金属容器の空洞部内にマイクロ波電力を効率良く導入させる。【解決手段】マイクロ波発生装置よりマイクロ波電力を伝播する同軸線路に結合されてマイクロ波を供給する入力部１ａと、金属容器２内にマイクロ波電力を導入させる出力部１ｂ及び内導体終端部１ｃと、入力部１ａと出力部１ｂとの間に結合されて内部に同軸管内導体及び同軸管外導体を有する同軸線路とでマイクロ波結合器１を構成し、内部に被加熱物を収容する円筒状の空洞部２ａを形成し、かつ中心導体４を配設した金属容器２に開口２ｃを穿設し、この開口２ｃ内にマイクロ波結合器１の出力部１ｂ及び内導体終端部１ｃを突出させて取付け、取付けネジ３により金属容器２に対して密閉させて取付けることにより、金属容器２の空洞部２ａ内のさらに狭い部分までマイクロ波が供給され、金属容器２の空洞部２ａ内に収容する被加熱物に照射されるので、効率の良いマイクロ波加熱が可能となる。【選択図】        図２
2004207011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を放射するマイクロ波発生装置と、
前記マイクロ波を伝播させる第１の内導体及び第１の外導体を同軸上に有し、かつ前記マイクロ波発生装置のマイクロ波出力部に接続される入力端及び内部を伝播する前記マイクロ波を送出する出力端を有する同軸線路と、
内部に被加熱物を収容する空洞部が形成され、かつ側壁の一部に開口窓が形成された密閉状の耐圧性金属容器と、
前記空洞部内に配設された金属性部材からなる中心導体と、
前記マイクロ波を伝播させる第２の内導体及び第２の外導体を同軸上に有し、かつ前記同軸線路の出力端に接続され前記マイクロ波を導入する入力部及び前記第２の内導体の終端部を絶縁体内に挿通させて前記マイクロ波を前記耐圧性金属容器内に伝播させる出力部を有し、前記絶縁体を前記開口窓に挿通させ、前記第２の内導体の終端部を前記耐圧性金属容器内に突出させ、前記中心導体に接触させて配設されたマイクロ波結合器と、
を備えたことを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項２】
マイクロ波を放射するマイクロ波発生装置と、
前記マイクロ波を伝播させる第１の内導体及び第１の外導体を同軸上に有し、かつ前記マイクロ波発生装置のマイクロ波出力部に接続される入力端及び内部を伝播する前記マイクロ波を送出する出力端を有する同軸線路と、
内部に被加熱物を収容する空洞部が形成され、かつ側壁の一部に開口窓が形成された密閉状の耐圧性金属容器と、
前記マイクロ波を伝播させる第２の内導体及び第２の外導体を同軸上に有し、かつ前記同軸線路の出力端に結合させ前記マイクロ波を導入する入力部及び前記第２の内導体の終端部を絶縁体に挿通させて前記マイクロ波を前記耐圧性金属容器内に伝播させる出力部を有し、前記絶縁体を前記開口窓に挿通させ、前記第２の内導体の終端部を前記耐圧性金属容器内に突出させ、前記開口窓と対向する内壁面に接触させて配設されたマイクロ波結合器と、
を備えたことを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項３】
マイクロ波を放射するマイクロ波発生装置と、
前記マイクロ波を伝播させる第１の内導体及び第１の外導体を同軸上に有し、かつ前記マイクロ波発生装置のマイクロ波出力部に接続される入力端及び内部を伝播する前記マイクロ波を送出する出力端を有する同軸線路と、
内部に被加熱物を収容する空洞部が形成され、かつ側壁の一部に開口窓が形成された密閉状の耐圧性金属容器と、
前記空洞部内に配設された金属性部材からなる中心導体と、
前記マイクロ波を伝播させる第２の内導体及び第２の外導体を同軸上に有し、かつ前記同軸線路の出力端に接続され前記マイクロ波を導入する入力部及び前記第２の内導体の終端部を絶縁体に内包させ前記マイクロ波を前記耐圧性金属容器内に伝播させる出力部を有し、前記絶縁体を前記開口窓に挿通させ、前記絶縁体の先端部を前記耐圧性金属容器内に突出させ、前記中心導体に近接させて配設されたマイクロ波結合器と、
を備えたことを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項４】
マイクロ波を放射するマイクロ波発生装置と、
前記マイクロ波を伝播させる第１の内導体及び第１の外導体を同軸上に有し、かつ前記マイクロ波発生装置のマイクロ波出力部に接続される入力端及び内部を伝播する前記マイクロ波を送出する出力端を有する同軸線路と、
内部に被加熱物を収容する空洞部が形成され、かつ側壁の一部に開口窓が形成された耐圧性金属容器と、
マイクロ波を伝播させる第２の内導体及び第２の外導体を同軸上に有し、かつ前記同軸線路の出力端に接続され前記マイクロ波を導入する入力部及び前記第２の内導体の終端部を絶縁体に内包させ前記マイクロ波を前記耐圧性金属容器内に伝播させる出力部を有し、前記絶縁体を前記開口窓に挿通させ、前記絶縁体の先端部を前記耐圧性金属容器内に突出させ、前記開口窓と対向する内壁面に近接させて配設されたマイクロ波結合器と、
を備えたことを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項５】
マイクロ波を放射するマイクロ波発生装置と、
前記マイクロ波を伝播させる第１の内導体及び第１の外導体を同軸上に有し、かつ前記マイクロ波発生装置のマイクロ波出力部に接続される入力端及び内部を伝播する前記マイクロ波を送出する出力端を有する同軸線路と、
内部に被加熱物を収容する空洞部及び前記空洞部に連通する開口窓が形成された耐圧性金属容器と、
前記開口窓にセンサ部を挿通させて配設された温度センサと、
前記マイクロ波を伝播させる第２の内導体及び第２の外導体を同軸上に有し、かつ前記同軸線路の出力端に接続され前記マイクロ波を導入する入力部及び内部を伝播した前記マイクロ波を絶縁体を介して前記空洞部内に伝播させる出力部を有し、前記第２の内導体の終端部が前記絶縁体を貫通させて前記空洞部内に突出させて配設されたマイクロ波結合器と、
を備え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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波加熱装置に係わり、特に高温高耐圧金属容器内にマイクロ波を効率良く供給させて高温高耐圧容器内に収容する被加熱物に照射させることによって効率的に加熱処理を行うマイクロ波加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、化学分野では、マイクロ波自体が触媒反応を加速させる作用を有することに注目され、卑近な電子レンジを利用して化学反応促進効果が得られるという論文が多く発表されている。しかしながら、電子レンジを利用した化学反応促進実験では、石英ガラスやテフロン（登録商標）などで形成された反応炉が爆発的な反応により破壊されたという問題が提起されている。このような実験が行われる背景には、一般的に化学反応は短時間で完了すればするほど高純度の反応物が得られるという結果が得られつつあることから、マイクロ波の存在下では可能な限り高温度及び高耐圧に耐える装置とすることが望まれる。大学などの研究機関では、大量に反応生成物を作製する必要がないこともあり、安全面から高圧が加わる部分の大きさを可能な限り小さくできることが望まれている。
【０００３】
最近、特に注目されている超臨界と呼ばれる状態での化学反応の研究がある。例えば温度約４００℃，約３０ＭＰａ（３００気圧）程度の状況下では、常温常圧では安定した中性の水でさえ、ラジカル分子となり、腐食作用を持つという研究が公表されている。このような状態を安定に保持しつつ、基礎研究を行う必要があり、現在では、ここまで配慮した実験研究がなされていない。
【０００４】
マイクロ波電力の増減に対応する被加熱物の温度変化の追従は、他の加熱方法と比較して格段に早いので、特に被加熱物の温度を一定に保持するためにはマイクロ波加熱に勝るものはない。超臨界状態を得るためには、従来法との併用による方法と、マイクロ波加熱のみによる方法とがあるが、本発明においては、これらの方法に固執するものではない。また、このような背景から、高温度及び高耐圧での使用に耐え、被加熱物を収容する容器に大きさを問わず、マイクロ波を効率良く導入できるマイクロ波結合器の出現が要請されている。
【０００５】
また、一方、超臨界水の実験においては、マイクロ波加熱が注目されており、例えば温度約４００℃，約３０ＭＰａ（３００気圧）の実験環境下におけるマイクロ波照射による被加熱物への高速温度制御及び化学反応の促進効果が期待できることから、マイクロ波の照射による被加熱物の加熱制御が注目されている。
【０００６】
この種の高温度及び高耐圧容器内への化学反応促進用マイクロ波供給装置としては、例えば下記特許文献１に示すように耐圧容器の一部に第１の窓を、耐圧容器の外側に第２の窓をそれぞれ設置した２つの仕切窓により耐圧容器を密閉し、第１の窓と第２の窓との間の内圧を制御できるようにした中空の導波管または同軸線路を有する高温高圧容器への化学反応促進用マイクロ波供給装置が開示されている。
【０００７】
また、下記特許文献２には、高温高圧容器内に反応容器を配設することにより窓を１つとする化学反応促進用マイクロ波供給装置を設けた高温高圧容器の構造が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１１３３４９
【特許文献２】
特開２００２−１１３３５０
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように構成される高温高圧容器への化学反応促進用マイクロ波供給装置は、市場性のある波長約２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いる際、比較的小容量の高温高圧容器の構成では、高温高圧容器内へのマイクロ波の導入は困難である。つまり、大容量の高温高圧容器の構成では、強固な耐圧構造が必要となる。また、第１の窓と第２の窓との間をマイクロ波を伝播させる導波管または同軸線路を介して接続する場合、例えば同軸線路を使用する場合には、高温高耐圧容器内にマイクロ波をある程度導入できるものの、効率良く供給することができないという問題があった。
【００１０】
一方、導波管は一種のハイパスフィルタであるので、ある限度以下の大きさの導波管は使用できない。例えば波長約２．４５ＧＨｚのマイクロ波では、矩形断面の長辺寸法が自由空間波長の２分１以下、すなわち約６１．１ｍｍ以下になると、理論上、マイクロ波の伝播が不可能になる。実際には、限界寸法に近づくと、導波管の内壁面部分における伝播損失が急増するので、通常では７０ｍｍ〜１１０ｍｍの寸法のが使用される。したがって、給電部の構造が大きくなるため、強固な耐圧構造が必要となる。
【００１１】
また、上記特許文献２の構造においては、特許文献１と同様に高温高圧容器の小型化が困難となるという問題があった。
【００１２】
したがって、本発明は、前述した従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、小型から大型までの高温高圧容器内に効率良くマイクロ波を供給できるようにしたマイクロ波加熱装置を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、市場性のある波長約２．４５ＧＨｚのマイクロ波電力を利用でき、被加熱物のマイクロ波加熱を容易かつ低コストで実現可能にしたマイクロ波加熱装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明によるマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を放射するマイクロ波発生装置と、当該マイクロ波を伝播させる第１の内導体及び第１の外導体を同軸上に有し、かつマイクロ波発生装置のマイクロ波出力部に接続される入力端及び内部を伝播する当該マイクロ波を送出する出力端を有する同軸線路と、内部に被加熱物を収容する空洞部が形成され、かつ側壁の一部に開口窓が形成された密閉状の耐圧性金属容器と、空洞部内に配設された金属性部材からなる中心導体と、当該マイクロ波を伝播させる第２の内導体及び第２の外導体を同軸上に有し、かつ同軸線路の出力端に接続され当該マイクロ波を導入する入力部及び第２の内導体の終端部を絶縁体内に挿通させて当該マイクロ波を耐圧性金属容器内に伝播させる出力部を有し、絶縁体を開口窓に挿通させ、第２の内導体の終端部を耐圧性金属容器内に突出させ、中心導体に接触させて配設されたマイクロ波結合器とを設けることにより、マイクロ波発生装置から放射されたマイクロ波は同軸線路の第１の内導体及び第１の外導体内を伝播し、マイクロ波結合器の第２の内導体および第２の外導体内にそれぞれ導入されて伝播し、耐圧性金属容器の空洞部内に効率良く供給される。
【００１５】
また、本発明による他のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を放射するマイクロ波発生装置と、当該マイクロ波を伝播させる第１の内導体及び第１の外導体を同軸上に有し、かつマイクロ波発生装置のマイクロ波出力部に接続される入力端及び内部を伝播する当該マイクロ波を送出する出力端を有する同軸線路と、内部に被加熱物を収容する空洞部が形成され、かつ側壁の一部に開口窓が形成された密閉状の耐圧性金属容器と、当該マイクロ波を伝播させる第２の内導体及び第２の外導体を同軸上に有し、かつ同軸線路の出力端に結合させ当該マイクロ波を導入する入力部及び第２の内導体の終端部を絶縁体に挿通させて当該マイクロ波を耐圧性金属容器内に伝播させる出力部を有し、絶縁体を開口窓に挿通させ、第２の内導体の終端部を耐圧性金属容器内に突出させ、開口窓と対向する内壁面に接触させて配設されたマイクロ波結合器とを設けることにより、マイクロ波発生装置から放射されたマイクロ波は同軸線路の第１の内導体及び第１の外導体内を伝播し、マイクロ波結合器の第２の内導体および第２の外導体内にそれぞれ導入されて伝播し、耐圧性金属容器の空洞部内に効率良く供給される。
【００１６】
また、本発明による他のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を放射するマイクロ波発生装置と、当該マイクロ波を伝播させる第１の内導体及び第１の外導体を同軸上に有し、かつマイクロ波発生装置のマイクロ波出力部に接続される入力端及び内部を伝播する当該マイクロ波を送出する出力端を有する同軸線路と、内部に被加熱物を収容する空洞部が形成され、かつ側壁の一部に開口窓が形成された密閉状の耐圧性金属容器と、空洞部内に配設された金属性部材からなる中心導体と、当該マイクロ波を伝播させる第２の内導体及び第２の外導体を同軸上に有し、かつ同軸線路の出力端に接続され当該マイクロ波を導入する入力部及び第２の内導体の終端部を絶縁体に内包させ当該マイクロ波を耐圧性金属容器内に伝播させる出力部を有し、絶縁体を開口窓に挿通させ、絶縁体の先端部を耐圧性金属容器内に突出させ、中心導体に近接させて配設されたマイクロ波結合器とを設けることにより、マイクロ波発生装置から放出されたマイクロ波は同軸線路の第１の内導体及び第１の外導体内を伝播し、マイクロ波結合器の第２の内導体および第２の外導体内にそれぞれ導入されて伝播し、耐圧性金属容器の空洞部内に効率良く供給される。
【００１７】
また、本発明による他のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を放射するマイクロ波発生装置と、当該マイクロ波を伝播させる第１の内導体及び第１の外導体を同軸上に有し、かつマイクロ波発生装置のマイクロ波出力部に接続される入力端及び内部を伝播する当該マイクロ波を送出する出力端を有する同軸線路と、内部に被加熱物を収容する空洞部が形成され、かつ側壁の一部に開口窓が形成された耐圧性金属容器と、当該マイクロ波を伝播させる第２の内導体及び第２の外導体を同軸上に有し、かつ同軸線路の出力端に接続され当該マイクロ波を導入する入力部及び第２の内導体の終端部を絶縁体に内包させ当該マイクロ波を耐圧性金属容器内に伝播させる出力部を有し、絶縁体を開口窓に挿通させ、絶縁体の先端部を耐圧性金属容器内に突出させ、開口窓と対向する内壁面に近接させて配設されたマイクロ波結合器とを設けることにより、マイクロ波発生装置から放射されたマイクロ波は同軸線路の第１の内導体及び第１の外導体内を伝播し、マイクロ波結合器の第２の内導体および第２の外導体内にそれぞれ導入されて伝播し、耐圧性金属容器の空洞部内に効率良く供給される。
【００１８】
また、本発明による他のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を放射するマイクロ波発生装置と、当該マイクロ波を伝播させる第１の内導体及び第１の外導体を同軸上に有し、かつマイクロ波発生装置のマイクロ波出力部に接続される入力端及び内部を伝播する当該マイクロ波を送出する出力端を有する同軸線路と、内部に被加熱物を収容する空洞部及び空洞部に連通する開口窓が形成された耐圧性金属容器と、開口窓にセンサ部を挿通させて配設された温度センサと、当該マイクロ波を伝播させる第２の内導体及び第２の外導体を同軸上に有し、かつ同軸線路の出力端に接続され当該マイクロ波を導入する入力部及び内部を伝播した当該マイクロ波を絶縁体を介して空洞部内に伝播させる出力部を有し、第２の内導体の終端部が前記絶縁体を貫通させて前記空洞部内に突出させて配設されたマイクロ波結合器とを設けることにより、マイクロ波発生装置から放出されたマイクロ波は同軸線路の第１の内導体及び第１の外導体内を伝播し、マイクロ波結合器の第２の内導体および第２の外導体内にそれぞれ導入されて伝播し、耐圧性金属容器の空洞部内に効率良く供給される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１（ａ），（ｂ）は、本発明によるマイクロ波加熱装置の一実施例による構成を理解し易くするために示した概念の断面図である。図１（ａ），（ｂ）において、１は高温度及び高耐圧性を有する金属容器２の空洞部２ａ内にマイクロ波を導入させるマイクロ波結合器であり、１ａはマイクロ波結合器１の入力部、１ｂはその出力部、１ｃは同軸線路の内導体終端部である。
【００２０】
このマイクロ波結合器１の入力部１ａには図示しない内導体及び外導体を同軸上に有する同軸線路が接続され、この同軸線路の内導体及び外導体内に伝播されたマイクロ波は出力部１ｂから金属容器２内の空洞部２ａに供給される。これによって空洞部２ａ内に収容される図示しない被加熱物がマイクロ波照射により加熱される。なお、３は金属容器２にマイクロ波結合器１を取り付けて固定する取付けネジである。
【００２１】
このような構成において、金属容器２は、その空洞部２ａ内の容積が比較的大きい場合、マイクロ波は出力部１ｂの終端部１ｃから金属容器２の空洞部２ａ内に供給され、空洞部２ａ内に収容される図示しない被加熱物に放射されてマイクロ波加熱させることがきでる。また、金属容器２の空洞部２ａ内の容積が比較的小さい場合、例えば図１（ａ）に示すように金属容器２のＺ軸方向の長さが十分であっても、Ａ−Ｂ線の断面を図１（ｂ）に示すように長辺の寸法Ｈ１及び短辺の寸法Ｈ２が金属容器２の空洞部２ａ内を伝播するマイクロ波の管内波長の２分の１の長さ以下の場合には、出力部１ｂの終端部１ｃからマイクロ波が導入されなくなる。すなわち、空洞部２ａ内に被加熱物を収容しても全くマイクロ波加熱が行われない。
【００２２】
図２は、本発明によるマイクロ波加熱装置の一実施例による構成を説明する断面図であり、図２（ａ）は縦断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ｂ線の断面図である。図２において、１はマイクロ波電力が供給される入力部１ａと、高温度及び高耐圧性を有する金属容器２内にマイクロ波を導入させる出力部１ｂと、入力部１ａと出力部１ｂとの間に結合されて内部に内導体及び外導体を有する同軸管と、出力部１ｂの先端部に突出させて設けられた内導体終端部１ｃとを有するマイクロ波結合器である。
【００２３】
このマイクロ波結合器１の入力部１ａには、図示しないが、通常用いられる約２．４５ＭＨｚのマイクロ波電力を放射するマイクロ波発生装置が同軸上に第１の内導体及び第２の外導体を有する外部同軸線路を介して接続されている構造となっている。
【００２４】
また、２は高温及び高耐圧性を有する金属材料として例えばニッケル材などからなり、内部に被加熱物を収容する円筒状の空洞部２ａが形成された金属容器であり、この金属容器２の上部側壁２ｂには円筒状の開口２ｃが穿設されており、この開口２ｃ内には金属容器２内にマイクロ波を導入するマイクロ波結合器１がその出力部１ｂ及び内導体終端部１ｃを突出させて取付けられ、取付けネジ３により金属容器２に対して強固に取付け固定されている。
【００２５】
なお、この場合、金属容器２の開口２ｃには、マイクロ波結合器１の出力部１ｂを電気的に絶縁し、マイクロ波の吸収が少ない例えば石英またはセラミックなどからなる絶縁体部分を開口２ｃ内に挿入して接触させ、出力部１ｂの絶縁体内に挿通された内導体の先端部１ｃを突出させて電気的に絶縁させた状態で取り付けられる構造となっている。
【００２６】
また、４は導電性金属材料などにより円柱状に形成された中心導体であり、この中心導体４は、その先端部が金属容器２内の天井と非接触状態とし、底面のほぼ中心部分に溶接などにより固定配置されている。また、この中心導体４は、マイクロ波結合器１の出力部１ｂから突出している内導体の終端部１ｃを電気的に接触させて配設される構造となっている。
【００２７】
図３は、図２に示すマイクロ波結合器１の詳細な構成を説明する断面図であり、図３では金属容器２への取り付け構造を示している。なお、前述した図２と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図３において、１０は周縁部にフランジ部１０ａを有し内部に空洞部分が形成されたほぼ円筒状の金属構体であり、この金属構体１０は、高温及び高耐圧性を有する金属材料、例えばニッケル材などから形成されている。また、この金属構体１０の内側に形成された空洞部分には、電気的絶縁性が高く、かつマイクロ波の吸収の少ない例えば石英またはセラミック材などからなり、中心軸方向に沿って貫通孔が形成された厚肉円筒状の絶縁体１１が複数のオーリング１２を介在させて挿入されている。
【００２８】
また、この絶縁体１１の中心軸方向に沿って形成された貫通孔内には、金属容器２内にマイクロ波を導入する金属リード１３が挿通され、その終端部１３ａは線径を太くして形成され、金属容器２内に突出させて配置されており、終端部１３ａと絶縁体１１との間に複数のオーリング１４を介在させてその入力端部１３ｂが絶縁体１１の他端側で取付けナット１５により締付固定されている。これによって金属リード１３の終端部１３ａと絶縁体１１との間が気密保持される構造となっている。
【００２９】
また、円筒状に形成された金属構体１０の端面には、図示しないが、マイクロ波発生装置に結合される外部同軸線路の外導体と接続する金属円筒体１６が取付けネジ１７により固定配置される。なお、金属リード１３の入力端部１３ｂ及び金属円筒体１６は、図示しないマイクロ波発生装置に接続される外部同軸線路の内導体及び外導体にそれぞれ接続されて高周波的に結合される構造となっている。
【００３０】
このように構成されるマイクロ波結合器１は、図２に示した金属容器２の側壁２ｂに孔設された開口２ｃ内にマイクロ波を導入させる終端部１３ａを突出させ、金属容器２と金属構体１０との間に複数のオーリング１８を介在させて絶縁体１１の先端部を挿入し、取付けネジ３により強固に取付け密封させて固定する。なお、ここで、この終端部１３ａは図２に示す終端部１ｃに相当している。これによって金属容器２の開口２ｃと金属構体１０との間が密閉保持され、さらに、絶縁体１１と金属構体１０との間に介在されたオーリング１８が締付られて絶縁体１１と金属構体１０との間が密閉保持されて金属容器２とマイクロ波結合器１とが高周波的にも高圧力的にも結合されることになる。したがって、金属容器２内の圧力が高圧の状態に保持される。
【００３１】
このように構成されるマイクロ波加熱装置は、実験を行うに際して、まず、最初に金属容器２に取付けられたマイクロ波結合器１を複数の取付けネジ３を取り外して開口２ｃから金属容器２の空洞部２ａ内に所要の被加熱物を収容する。その後、再度複数の取付けネジ３を強固に取付け固定し、金属容器２内を密閉状態に保持させる。
【００３２】
そして、マイクロ波結合器１は、金属リード１３の入力端部１３ｂ及び金属円筒体１６が図示しないマイクロ波発生装置に接続されている外部同軸線路の内導体及び外導体にそれぞれ接続されて高周波的に結合されているので、外部同軸線路に伝播されるマイクロ波は何ら問題なくマイクロ波結合器１内に導入される。
【００３３】
つまり、マイクロ波結合器１を構成する円筒状金属構体１０及びこの金属構体１０に接続される金属円筒体１６並びに側壁２ｂが同軸線路の第２の外導体に相当し、金属リード１３が第２の内導体に相当するので、マイクロ波結合器１内に伝播されるマイクロ波は金属容器２内に導入されることになる。
【００３４】
そして、図２に示すように金属容器２内に配設された中心導体４の先端部には、マイクロ波結合器１の出力部１ｂに対応する金属リード１３の終端部１３ａが接触されているので、マイクロ波はこの中心導体４に結合されて伝播され、金属容器２の空洞部２ａ内のさらに狭い部分までマイクロ波が供給され、空洞部２ａ内に収容する被加熱物に照射されるので、効率良くマイクロ波加熱させることができる。
【００３５】
図４は、本発明によるマイクロ波加熱装置の他の実施例による構成を説明する要部断面図であり、前述した図２と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図４において、図２と異なる点は、金属容器２内に配設された中心導体４の長さ方向と同方向にマイクロ波結合器１がその出力部１ｂの終端部１ｃを接触させて取付け固定されている。このような構成においても、前述と全く同様の作用効果が得られる。
【００３６】
図５は、本発明によるマイクロ波加熱装置のさらに他の実施例による構成を説明する要部断面図であり、前述した図２と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図５において、図２と異なる点は、金属容器２Ａは小容積の空洞部２ａを有して形成され、この金属容器２Ａにはマイクロ波結合器１がその出力部１ｂの終端部１ｃを対向する壁面２ｄに接触させて取付け固定されている。なお、この構成においては、金属容器２Ａ内には図２に示した中心導体４が配設されない構造となっている。
【００３７】
このような構成において、金属容器２内に中心導体４を不要とする構造としても、金属容器２の狭小の空洞部２ａ内にマイクロ波が供給され、空洞部２ａ内に収容する被加熱物に照射されるので、効率良くマイクロ波加熱させることができる。
【００３８】
図６は、本発明によるマイクロ波加熱装置の他の実施例による構成を説明する要部断面図であり、前述した図２と同一部分に同一符号を付し、その説明は省略する。図６において、図２と異なる点は、金属容器２内に配設された中心導体４の先端部にマイクロ波結合器１Ａがその出力部１ｂを近接させて取付け固定されている。
【００３９】
図７は、図６に示すマイクロ波結合器１Ａの詳細な構成を示す断面図であり、図７では高耐圧容器２への取り付け構造を示している。なお、前述した図３と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図７において、図３と異なる点は、マイクロ波結合器１Ａの出力部１ｂを構成する絶縁体１１の先端部１１ａが金属容器２内に突出させて配設されており、この絶縁体１１内には第２の内導体としての金属リード１３の終端部１３ａが内包され、金属容器２内には露出しない構造となっている。
【００４０】
また、この金属リード１３の終端部１３ａは金属リード１３の本体の線径と同一寸法で形成されているので、絶縁体１１の中心軸に沿って形成される挿入孔１１ｂ内に挿通されて固定配置される構造となっている。したがって、絶縁体１１に固定するための図３に示す取付けナット１５を不要としている。さらに、金属容器２の開口２ｃ周縁部と絶縁体１１との間に気密固定用の複数のオーリング１８を介在させて金属容器２とマイクロ波結合器１Ａとの間を密閉保持させている。
【００４１】
このような構成において、金属リード１３に伝播されたマイクロ波は絶縁体１１の先端部１１ａの内部をマイクロ波を吸収させることなく、透過して伝播し、図６に示す金属容器２内の中心導体４に結合されて狭い空洞部２ａ内に供給され、空洞部２ａ内に収容する被加熱物に照射されるので、効率良くマイクロ波加熱させることができる。
【００４２】
このような構成によれば、金属リード１３の終端部１３ａが絶縁体１１の先端部１１ａにより覆われる構成となるので、金属容器２内に収容される被加熱物から隔離される。したがって、被加熱物として高腐食性を有する液体が収容されても金属リード１３及びその終端部１３ａが化学的に冒されることがなくなるので、低コストでかつ入手性に良い各種の被加熱物材料が使用可能となる。
【００４３】
図８は、マイクロ波結合器の他の実施例による構成を示す断面図であり、図８では高耐圧容器への取り付け構造を示している。なお、前述した図７と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図８において、図７と異なる点は、高耐圧容器２の開口２ｃ周縁部と金属構体１０との間に気密固定用の複数のオーリング１８を介在させ、取付けネジ３により強固に取付け密閉固定させることによって金属容器２とマイクロ波結合器１Ｂとの間を密閉保持させており、その他は図７と全く同一構成となっている。このように構成されるマイクロ波結合器１Ｂを用いても前述と全く同様の作用効果が得られる。
【００４４】
図９は、本発明によるマイクロ波加熱装置の他の実施例による構成を説明する要部断面図であり、前述した図６と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図９において、図６と異なる点は、中心導体４が金属容器２の内部の中心部で天井と底面との間に溶接などにより固定配置されている。また、この金属容器２には、マイクロ波結合器１Ａがその出力部１ｂ（図７，図８に示す絶縁体１１の先端部１１ａに相当する部分）を中心導体４に近接させて取付け固定されている。
【００４５】
このような構成において、マイクロ波結合器１Ａ内に伝播されたマイクロ波は、その出力部１ｂを介して中心導体４に結合され、金属容器２の空洞部２ａ内のさらに狭い空洞部分までマイクロ波が伝播されて導入される。したがって、金属容器２の空洞部２ａ内に収容する被加熱物は効率良く、マイクロ波加熱させることができる。なお、本実施例で用いたマイクロ波結合器１Ａに代えて図８に示すマイクロ波結合器１Ｂを適用しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４６】
図１０は、本発明によるマイクロ波加熱装置の他の実施例による構成を説明する要部断面図であり、前述した図４と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図１０において、図４と異なる点は、マイクロ波結合器１Ａが中心導体４の先端部にその出力部１ｂ（図７，図８に示す絶縁体１１の先端部１１ａに相当する部分）を近接させて取付け固定されている。このような構成においても図４で説明した効果と全く同様の作用効果が得られる。また、本実施例で用いたマイクロ波結合器１Ａに代えて図８に示すマイクロ波結合器１Ｂを適用しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４７】
図１１は、本発明によるマイクロ波加熱装置の他の実施例による構成を説明する要部断面図であり、前述した図５と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図１１において、図５と異なる点は、マイクロ波結合器１Ａが金属容器２Ａに取付ける壁面と対向する内壁面にその出力部１ｂ（図７，図８に示す絶縁体１１の先端部１１ａに相当する部分）を近接させて取付け固定されている。
【００４８】
このような構成によれば、マイクロ波結合器１Ａの出力部１ｂが金属容器２の空洞部２ａ内に収容される被加熱物から隔離されるので、被加熱物として高腐食性の液体などが収容されても絶縁体１１の内部に内包される金属リード１３及びその終端部１３ａを腐食させることがなくなるので、低コストでかつ入手性に良い被加熱物材料が使用可能となる。また、金属容器２Ａ内に中心導体を不要とする構成により、金属容器２Ａを小型に構成できるので、小容積型のマイクロ波加熱装置が実現可能となる。なお、本実施例で用いたマイクロ波結合器１Ａに代えて図８に示すマイクロ波結合器１Ｂを適用しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４９】
図１２は、本発明によるマイクロ波加熱装置のさらに他の実施例による構成を説明する要部断面図である。図１２において、２０は高温度及び高耐圧性を有する金属材料として例えばニッケル材などからなり、内部の中央部分に被加熱物を収容する断面が凹状となる加熱室２０ａ及びそのセンサ窓２０ｂが形成された圧力チャンバである。また、この圧力チャンバ２０にはセンサ窓２０ｂ内にセンサ部２１ａを露出させた温度センサ２１がパッキン２２を介在させて挿入されて配設されている。
【００５０】
また、この圧力チャンバ２０の上部には、マイクロ波を効率良く通過させる絶縁物とした例えばアルミナセラミックなどからなり、中心軸方向に貫通孔２３ａが形成された厚肉円筒状の絶縁体２３が配設され、さらに、この絶縁体２３の上部には高温及び高耐圧性を有する金属材料として例えばニッケル材などからなり、中央部に開口２４ａ及び周縁部にフランジ部２４ｂが形成された円筒状の同軸管支持体２４が円筒状の絶縁体２３を覆うように配設され、オーリング２５，２６を介在させてそのフランジ部２４ｂで複数のボルト２７及びナット２８により圧力チャンバ２０に対して強固に締付け、密閉固定されている。この場合、絶縁体２３と同軸管支持体２４とはそれぞれ貫通孔２３ａと開口２４ａとが同軸上に配設される構造となっている。
【００５１】
また、この同軸管支持体２４には圧力チャンバ２０内マイクロ波を伝播させる第２の内導体としての円筒状内導体２９及び第２の外導体としての円筒状外導体３０を有する同軸管３１がそのフランジ部で複数の取付けネジ３２により取付け固定されている。また、この同軸内導体２９はその終端部２９ａが圧力チャンバ２０に形成された加熱室２０ａ内に延在させて形成されてマイクロ波結合器３３が構成されている。
【００５２】
なお、この同軸管３１には、外部よりマイクロ波を導入させる第１の内導体としての内導体３４ａ及び第２の外導体としての外導体３４ｂを同軸上に有する外部同軸線路３４が両フランジ部でボルト３５及びナット３６により接続され、図示しない波長約２．４５ＧＨｚのマイクロ波電力を発生するマイクロ波発生装置の出力部に結合されて外部同軸線路３４内に導入されたマイクロ波電力が同軸管３１内に伝播されれて導入され、マイクロ波結合器３３内に供給される構造となっている。
【００５３】
このように構成されたマイクロ波加熱装置は、外部同軸線路３４内を伝播してきたマイクロ波が同軸管３１内のそれぞれ同軸管内導体２９及び同軸管外導体３０内にそれぞれ伝播されて導入され、同軸管内導体２９内に伝播されたマイクロ波はその終端部２９ａから容積の小さい加熱室２０ａ内に供給され、一方、同軸管外導体３０内に伝播されたマイクロ波は絶縁体２３内を透過し、容積の小さい加熱室２０ａ内に供給される。したがって、この加熱室２０ａ内に収容する被加熱物に照射され、効率良くマイクロ波加熱させることができる。
【００５４】
また、このような構成において、加熱室２０ａ内に温度センサ窓２０ｂを設けることにより、この加熱室２０ａ内に収容する被加熱物に温度センサ２１のセンサ部２１ａを直接的に接触させることにより、被加熱物の温度上昇及び反応状況などを各種の態様を観察することができる。
【００５５】
このような構成によれば、圧力チャンバ２０を小型に構成でき、小容積型の高耐圧容器が実現可能となる。また、同軸管内導体２９の終端部２９ａが圧力チャンバ２０内のセンサ窓２０ｂ内に配設される構成になるので、加熱室２０ａ内に収容される被加熱物から隔離される。したがって、被加熱物として腐食性の高いう液体などが収容されても同軸管内導体２９の終端部２９ａを腐食させることがなくなるので、低コストでかつ入手性の良い被加熱物材料、例えばエタノール，メタノールまたはメタンなどが使用可能となる。
【００５６】
なお、前述した実施例においては、比較的断面積が小さく長い円筒状の高温高耐圧容器にマイクロ波を供給し、被加熱物をマイクロ波加熱させるマイクロ波加熱装置について説明したが、本発明はこれらの構造に限定されるものではなく、超臨界環境における化学反応装置として適用しても前述と同等の効果が得られることは言うまでもない。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によるマイクロ波加熱装置によれば、耐圧性金属容器の空洞部内に効率良くマイクロ波を供給でき、被加熱物を容易かつ効率的にマイクロ波加熱できるので、耐圧性金属容器内にマイクロ波を給電する同軸給電構造を標準化でき、また、小型から大型まで内容積を問わず各種の耐圧性金属容器構造が実現できるなどの極めて優れた効果が得られる。
【００５８】
また、本発明によるマイクロ波加熱装置によれば、市場性のある波長約２．４５ＧＨｚ前後のマイクロ波電力を利用して被加熱物のマイクロ波加熱を容易かつ効率良く行うことができるので、マイクロ波供給耐圧性金属容器を低コストで提供できるなどの極めて優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるマイクロ波加熱装置の一実施例による構成の理解を容易にするために示した概念の要部断面図である。
【図２】本発明によるマイクロ波加熱装置の一実施例による構成を示す要部断面図である。
【図３】図２に示すマイクロ波加熱装置に適用されるマイクロ波結合器の構成を示す断面図である。
【図４】本発明によるマイクロ波加熱装置の他の実施例による構成を示す要部断面図である。
【図５】本発明によるマイクロ波加熱装置の他の実施例による構成を示す要部断面図である。
【図６】本発明によるマイクロ波加熱装置の他の実施例による構成を示す要部断面図である。
【図７】本発明によるマイクロ波加熱装置に適用するマイクロ波結合器の他の実施例による構成を示す断面図である。
【図８】
本発明によるマイクロ波加熱装置に適用するマイクロ波結合器のさらに他の実施例による構成を示す断面図である。
【図９】
本発明によるマイクロ波加熱装置の他の実施例による構成を示す要部断面図である。
【図１０】
本発明によるマイクロ波加熱装置の他の実施例による構成を示す要部断面図である。
【図１１】
本発明によるマイクロ波加熱装置の他の実施例による構成を示す要部断面図である。
【図１２】
本発明によるマイクロ波加熱装置のさらに他の実施例による構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１  マイクロ波結合器
１Ａ  マイクロ波結合器
１Ｂ  マイクロ波結合器
１ａ  入力部
１ｂ  出力部
１ｃ  終端部
２  金属容器
２ａ  空洞部
２ｂ  側壁
２ｃ  開口
２ｄ  対向壁
３  取付けネジ
４  中心導体
１０  金属構造体
１０ａ  フランジ部
１１  絶縁体
１１ａ  先端部
１１ｂ  挿入孔
１２  オーリング
１３  金属リード
１３ａ  終端部
１３ｂ  入力端部
１４  オーリング
１５  ナット
１６  金属円筒体
１７  取付けネジ
１８  オーリング
２０  圧力チャンバ
２０ａ  加熱室
２０ｂ  センサ窓
２１  温度センサ
２１ａ  センサ部
２２  パッキン
２３絶縁体
２３ａ  貫通孔
２４  同軸管支持体
２４ａ  開口
２５  オーリング
２６  オーリング
２７  ボルト
２８  ナット
２９  同軸管内導体
２９ａ  終端部
３０  同軸管外導体
３１  同軸管
３２  ネジ
３３  マイクロ波結合器
３４  外部同軸線路
３４ａ  内導体
３４ｂ  外導体
３５  ボルト
３６  ナット
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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