(57)【要約】【課題】本発明は，傷み易い誘電物質の過熱問題を解決するため，誘電負荷熱均等化器具および装置を提供する。【解決手段】血液などの傷み易い誘電物質は，誘電物質と等しいまたはより大きい誘電率εを有する誘電材料で覆われ，容量ディスク間または空洞中における９００ＭＨｚ以下の周波数での電場および／または電磁場の振動中に配置され，上記誘電材料と共に温められる。かかる構成により，上記誘電物質表面での不均一な加熱が防止できる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
空洞共振器によっては生成されていない，周波数が９００ＭＨｚ以下の電場および／または電磁場の制御および／または均等化のための誘電負荷熱均等化器具であって：
誘電率と損失係数を有する１または２以上の物質からなる誘電負荷が誘電材料の中に配置され，前記誘電負荷の表面が前記誘電材料と少なくとも２０％の領域で隣接または接触していることを特徴とする，誘電負荷熱均等化器具（ａｐｐｌｉａｎｃｅ）。
【請求項２】
前記誘電材料の誘電率の平均値は，所定の周波数における前記誘電負荷の誘電率の平均値より２０％以上高いことを特徴とする，請求項１に記載の誘電負荷熱均等化器具。
【請求項３】
前記誘電材料の損失係数の平均値は，所定の周波数における前記誘電負荷の損失係数の平均値に対して７５％未満であることを特徴とする，請求項１に記載の誘電負荷熱均等化器具。
【請求項４】
前記誘電負荷に接触している領域における前記誘電材料の肉厚平均は，２ｍｍ以上であることを特徴とする，請求項１から３のいずれかに記載の誘電負荷熱均等化器具。
【請求項５】
前記誘電負荷は，前記誘電材料が入っている容器の中に配置されることを特徴とする，請求項１から４のいずれかに記載の誘電負荷熱均等化器具。
【請求項６】
前記誘電負荷は，側面が前記誘電材料からなる容器の中に配置されることを特徴とする，請求項１から５のいずれかに記載の誘電負荷熱均等化器具。
【請求項７】
前記誘電負荷を伴った容器は，１または２以上の電場および／または電磁場の振動の中に完全にまたは部分的に置かれることを特徴とする，請求項５または６のいずれかに記載の誘電負荷熱均等化器具。
【請求項８】
前記容器は，前記誘電材料と前記誘電負荷が入った管および／または溝からなることを特徴とする，請求項５から７のいずれかに記載の誘電負荷熱均等化器具。
【請求項９】
前記誘電材料は，液体状態であることを特徴とする，請求項１から８のいずれかに記載の誘電負荷熱均等化器具。
【請求項１０】
前記管または溝は，電場および／または電磁場に完全にまたは部分的に置かれることを特徴とする，請求項８に記載の誘電負荷熱均等化器具。
【請求項１１】
前記誘電負荷と誘電材料は，電場および／または電磁場の中で，および／または，電場および／または電磁場を通って，前記管または溝を経由して温められることを特徴とする，請求項８または１０のいずれかに記載の誘電負荷熱均等化器具。
【請求項１２】
空洞共振器によっては生成されていない，周波数が９００ＭＨｚ以下の電場および／または電磁場で生成される熱を均等化する誘電負荷熱均等化装置であって：
血液のバッグまたは容器からなる誘電負荷が誘電材料の中に配置され，前記誘電負荷の表面が前記誘電材料と少なくとも２０％の領域で隣接または接触していることを特徴とする，誘電負荷熱均等化装置（ｄｅｖｉｃｅ）。
【請求項１３】
前記誘電材料の誘電率の平均値は，所定の周波数における前記誘電負荷の誘電率の平均値より２０％以上高いことを特徴とする，請求項１２に記載の誘電負荷熱均等化装置。
【請求項１４】
前記誘電材料の損失係数の平均値は，所定の周波数における前記誘電負荷の損失係数の平均値に対して７５％未満であることを特徴とする，請求項１２または１３のいずれかに記載の誘電負荷熱均等化装置。
【請求項１５】
前記誘電負荷に接触している領域における前記誘電材料の肉厚平均は，２ｍｍ以上であることを特徴とする，請求項１２から１４のいずれかに記載の誘電負荷熱均等化装置。
【請求項１６】
前記誘電負荷は，前記誘電材料が入っている容器の中に配置されることを特徴とする，請求項１２から１５のいずれかに記載の誘電負荷熱均等化装置。
【請求項１７】
前記誘電負荷は，側面が前記誘電材料からなる容器の中に配置されることを特徴とする，請求項１２から１６のいずれかに記載の誘電負荷熱均等化装置。
【請求項１８】
前記誘電負荷を伴った容器は，１または２以上の電場および／または電磁場の振動の中に完全にまたは部分的に置かれることを特徴とする，請求項１６または１７のいずれかに記載の誘電負荷熱均等化装置。
【請求項１９】
前記容器は，前記誘電材料と前記誘電負荷が入った管および／または溝からなることを特徴とする，請求項１６から１８のいずれかに記載の誘電負荷熱均等化装置。
【請求項２０】
前記誘電材料は，液体状態であることを特徴とする，請求項１２から１９のいずれかに記載の誘電負荷熱均等化装置。
【請求項２１】
前記管または溝は，電場および／または電磁場に完全にまたは部分的に置かれることを特徴とする，請求項１９に記載の誘電負荷熱均等化装置。
【請求項２２】
前記誘電負荷と誘電材料は，電場および／または電磁場の中で，および／または，電場および／または電磁場を通って，前記管または溝を経由して温められることを特徴とする，請求項１９または２１のいずれかに記載の誘電負荷熱均等化装置。
【請求項２３】
血液や液体は，前記誘電材料によって満たされた容器を延長した管を通って貯蔵され，前記容器は電場および／または電磁場に完全にまたは部分的に配置されることを特徴とする，請求項１９，２１または２２のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，誘電負荷の熱を均等化する器具および装置に係り，特に電場および／または電磁場振動によって熱せられた誘電負荷における熱の均等化器具および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘電物質は電場や電磁場中の振動（電波および／または電磁波）によって温められることが知られている。空洞共振器（ｒｅｓｏｎａｎｔ  ｃａｖｉｔｙ）で生成されたマイクロ波は，このような電場や電磁場における加熱で最も頻繁に使用されている。通常，マイクロ波は，９００ＭＨｚ以上，好ましくは４００ＭＨｚ以上，最良には３００ＭＨｚ以上の周波数を有する電波または電磁波と定義される。
【０００３】
マイクロ波による加熱の問題点は，加熱が目的物の表面において行われることである。このような目的物の表面はエネルギーが集中するので熱点（ｈｏｔ  ｓｐｏｔｓ）と呼ばれる。
【０００４】
通常，マイクロ波より低い周波数での電場または電磁場の振動は，２個の容量ディスク（ｃａｐａｃｉｔｏｒ  ｄｉｓｃ）間で生じる。誘電物質は，このようなディスク間の空間に置かれる。この時，容量ディスク間での加熱が，火花（ｓｐａｒｋｓ）によってかき乱されることもある。
【０００５】
このような状態は，以下によって回避できる。即ち，上記容量ディスクを，電場に作用されない，低い誘電率（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）と低い損失係数（ｌｏｓｓ  ｆａｃｔｏｒｓ）を持った電気的絶縁材料（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｉｓｏｌａｔｉｎｇ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）でコーティングすることである。同時に絶縁材料は，欧州特許第８５３１９号明細書または米国特許第５５１２７３号明細書に記載の高貫通抵抗（ｈｉｇｈ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）によって特徴付けられる。
【０００６】
また，誘電物の付加は，加熱される負荷の誘電性に影響することが知られている（米国特許第５８８６０８１号明細書，米国特許第４７９０９６５号明細書）。
【０００７】
誘電加熱による欠点は，電気力線（ｆｉｅｌｄ  ｌｉｎｅｓ）が負荷の比較的一定の領域に集まることにより，このような領域が不均一に加熱されることである。その結果として局所的な熱集中が生ずる。特に，負荷が角および／または突き出した部分を有している場合，このような部分に熱集中が生じる。従って，加熱される負荷が如何なる種類の過熱に対しても傷み易い物質である場合，上記熱集中は深刻な問題となる。このような繊細な物質の例として，静脈輸血に利用されるバッグまたは容器に入った赤血球が挙げられる。
【０００８】
一部対流を利用して，血液をゆっくり温めるように設計された方法が開発されている。このような米国特許第４１６７６６３号明細書に記載の方法やマイクロ波を一部利用した方法では，輸血の過程において低パワーで血液を温める（国際公開９９／２６６９０パンフレット）。国際公開９９／２６６９０パンフレットによると，血液の加熱に適したパワーは上記のように小さいので，電場および／または電磁場の不均一な配分問題は無視できる。しかし，上記傷み易い負荷を素早く加熱する方法は達成されていない。
【０００９】
一般に，静脈輸血に使用される濃縮赤血球が入ったバッグは，４℃の冷蔵庫で保存される。この温度に保たれる結果として，濃縮血液には粘性がありかつ冷たいという２つの問題が生じる。このような問題点により，バッグからその血液を取り出すのに時間がかかり，血液輸血が遅くなってしまう。
【００１０】
濃縮血液の輸血の際，患者の静脈に輸血する前にはその濃縮血液を体温と同じ温度に温めることが必要である。急ぎの輸血の場合，一般に，濃縮血液を水に浸し迅速に温めることが試みられる。そのような加熱過程は長時間の苦心にも拘わらず体力を消耗させ，その結果，やがて患者は輸血を受け入れなくなる。
【００１１】
例えば，患者が事故による衝撃的な状態であれば，輸血によって引き起こされる体温の冷却は患者の命に危険を伴う。
【００１２】
また，従来の容量性の加熱と同様，マイクロ波を利用して濃縮血液入りバッグを急速加熱または急速解凍する実験では，特にバッグ表面および角において局所的な過熱損害をもたらした。このような損害は，濃縮血液中に凝固した血液部分を生じさせる。このような濃縮血液を使用した場合，患者は凝血により死を迎えることとなる。
【００１３】
【特許文献１】
欧州特許第８５３１９号明細書
【特許文献２】
米国特許第５５１２７３号明細書
【特許文献３】
米国特許第５８８６０８１号明細書
【特許文献４】
米国特許第４７９０９６５号明細書
【特許文献５】
米国特許第４１６７６６３号明細書
【特許文献６】
国際公開９９／２６６９０パンフレット
【発明の開示】
【００１４】
上述のような局所的な加熱損害等を回避するために，目的とする負荷（誘電物質）を，マイクロ波より低い周波数の電場および／または電磁場の振動下に置き，完全にまたは部分的に誘電物質に満たし，さらに，共振する，または，共振される空洞に置くことが考えられる。
【００１５】
上記マイクロ波より低い周波数として適した周波数は，９００ＭＨｚ以下，好ましくは４００ＭＨｚ以下，最良には３００ＭＨｚ以下である。
【００１６】
加熱目的としての，誘電性の負荷である誘電負荷は，誘電率ε，損失係数ｔａｎδを有している。誘電率εと損失係数ｔａｎδは，周波数ｆと物質の種類に依存する。物質の熱発生の特性を下記の式で表す。
【数１】
2004527877.tif 000002
ここで，Ｅは電場の強さを表し，Ｋは定数である。
【００１７】
電場の強さは誘電率に依存している。電場や電磁場において空気中のものより高い誘電率εを持つ誘電負荷は、電場や電磁場の強さがその周辺の空気中よりも低い。空気と誘電負荷との境界に電気力線パターンが存在し、誘電負荷が周波数によって与えられる損失係数を持っている場合、誘電負荷の表面において局所的過熱が起こる。
【００１８】
この種の過熱を排除するために，電気力線のパターンをかき乱すことを減少，最良には排除しなければならない。減少または排除をするための課題解決の前提条件は，誘電負荷のεとこの誘電負荷を取り囲む誘電材料のεとの違いを小さくすることである。理想的な解決法は，誘電負荷と周囲誘電材料を同じεにして，同時に誘電負荷と周囲誘電材料間の損失係数ｔａｎ（δ）をなくすことである。このような状況においては，誘電材料と誘電負荷がお互いに隣接する領域で局所的な過熱を起こさないことが可能である。誘電負荷の局所部分の必要な保護効果を達成するための誘電負荷と誘電材料との関係は，誘電負荷の領域の少なくとも２０％を上記周囲誘電材料に隣接させ，好ましくは誘電負荷の領域の少なくとも４０％を上記周囲誘電材料に隣接させることである。
【００１９】
電場および／または電磁場の均等化（ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ  ｏｆ  ｆｉｅｌｄ  ｌｅｖｅｌｌｉｎｇ）を効果的に適用するために，誘電負荷を囲む誘電材料は充分な厚みを必要とする。誘電材料の厚さは，平均２ｍｍ以上，好ましくは５ｍｍ以上，最良には８ｍｍ以上である。
【００２０】
本発明の基礎は，誘電負荷が誘電率εと損失係数ｔａｎ（δ）の両方を持っていて，上記誘電負荷と等しい誘電率εを有する誘電材料に完全または部分的に覆われることである。上記誘電材料は１または２以上の物質からなる場合もある。
【００２１】
局所的な過熱の必要充分な減少は次のように確認されている。即ち，覆っている誘電材料の誘電率εは誘電負荷の平均誘電率εより２０％以上高い方が良く，好ましくは誘電負荷の平均誘電率εより４０％以上高い方が良い。また，誘電負荷の平均誘電率εより６０％以上高いと最も良いことが確認されている。
【００２２】
しかしながら，全く損失係数ｔａｎ（δ）が無い物質は存在しない。誘電負荷を完全にまたは部分的に包んだ誘電材料の不要な加熱を避けるため，物質の周波数に適した損失係数ｔａｎ（δ）の平均量は，前述の誘電材料が誘電負荷の損失係数ｔａｎ（δ）の平均量より７５％未満からなるべきであり，好ましくは誘電負荷の損失係数ｔａｎ（δ）の平均量より５０％未満から，最良には誘電負荷の損失係数ｔａｎ（δ）の平均量より２５％未満からなるべきであると実証されている。
【００２３】
誘電材料に囲まれた誘電負荷が電場および／または電磁場の振動中に置かれると，上記誘電材料と周囲空気の間の境界領域にある複雑にかき乱された電気力線のパターンが現れる。しかし，誘電負荷と覆っている誘電材料の間の境界領域においては，電気力線パターンは一様となる。従って局所的な表面の加熱は避けられる。
【００２４】
誘電負荷が部分的に，表面の加熱を除去または減少する誘電材料に覆われている場合は，それに適した応用も出来る。例えば，表面の特定部分のさらなる加熱を施したい場合などである。
【００２５】
損失係数が低いまたは全く無い場合は，誘電負荷の表面層の電気力線を一様にする誘電材料のエネルギー損が少なくまたは全くなくなる。
【００２６】
１または２以上の物質からなる誘電負荷を温めるための問題に対する適切な解決法は，本発明に従い，上述の誘電負荷を完全または部分的に包んだ誘電材料で保たれた容器に入れることである。
【００２７】
誘電負荷を入れた容器は，完全にまたは部分的に電場および／または電磁場の振動中に置かれる。誘電負荷の表面領域で早くから起こっている，かき乱された電気力線パターンは，代わりに，覆っている誘電材料の表面領域で起きることになる。これは，誘電負荷の表面領域での局所過熱なしに誘電負荷を温めることができることを示す。
【００２８】
有用な応用としては，管（ｔｕｂｅ）および／または溝（ｇｒｏｏｖｅ）からなる容器が完全にまたは部分的に上述の誘電材料で満たされるものがある。好ましくは上記誘電材料は液体状態である。管または溝は完全にまたは部分的に電場および／または電磁場に位置する。誘電負荷は，管または溝を経由して，または電場および／または電磁場を通り抜けて温められる。
【００２９】
誘電負荷の表面層で早くから起こっている複雑にかき乱された電気力線パターンは，代わりに，上記誘電材料の表面に起こる。これは，容器中の誘電材料を通り抜けるとき，誘電負荷の表面層での局所過熱なしに誘電負荷を温めることができることを示す。
【００３０】
また，特定の領域に対して誘電負荷の加熱を制御する必要もある。従って容器中の上述誘電材料は誘電率εと損失係数ｔａｎ（δ）の均一な分布の代わりに不均一な分布を持つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
第１の実施形態として濃縮血液で満たされたバッグまたは容器の加熱を挙げる。バッグまたは容器はポリエチレンプラスチックからなる容器に設けられる。この場合，誘電負荷はバッグに包まれた濃縮血液からなる。容器は蒸留水で満たされている。周波数１３５ＭＨｚの電場および電磁場の振動が５００Ｗのパワーで供給される。バッグは血球を痛めることなく，５分以内で５℃から３５℃に温められる。
【００３２】
第２の実施形態として，濃縮血液で満たされるバッグまたは容器の解凍を挙げる。バッグまたは容器はポリエチレンプラスチックからなる容器に設けられる。この場合，誘電負荷はバッグに包まれた濃縮血液からなる。容器は蒸留水で満たされている。周波数１３５ＭＨｚの電場および電磁場の振動が５００Ｗのパワーで供給される。
【００３３】
加熱に関する第３の実施形態として，濃縮または液状血液を，蒸留水で満たされた容器を延長した管を通して，バッグから加熱器の外の容器（ｒｅｃｅｐｔａｃｌｅ）に流すことを挙げる。容器は電場および／または電磁場の振動中に配置される。この場合，管の上記部分にある誘電負荷は，管の中を流れ出る濃縮血液部分を含む容器の中にある。
【国際公開パンフレット】
2004527877.tif 000003
2004527877.tif 000004
2004527877.tif 000005
2004527877.tif 000006
2004527877.tif 000007
2004527877.tif 000008
2004527877.tif 000009
2004527877.tif 000010
2004527877.tif 000011
2004527877.tif 000012
2004527877.tif 000013
【国際調査報告】
2004527877.tif 000014
2004527877.tif 000015
2004527877.tif 000016