(57)【要約】【課題】被処理液の温度を適切な温度範囲内に十分な時間維持させることを可能とし、これによって、収率の向上等を図ることのできるマイクロ波装置を提供する。【解決手段】シングルモードの空洞共振器を含むマイクロ波装置において、被処理液を流通させる流通管６０は、その軸線が前記空洞共振器の空洞部内に発生する電界の方向に沿って前記空洞部内を延びるように設置される。流通管６０は、前記被処理液に比べてマイクロ波の吸収の少ない材料から形成された複数の粒子状部材６３を収容した収容管部と、粒子状部材６３が収容されていない非収容管部とを前記空洞部内に有する。粒子状部材６３は前記非収容管部の管路断面積よりも小さい外形寸法を有し、流通管６０内に設けられた保持部材６４によって保持されている。【選択図】図４
2016100130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空洞部にマイクロ波が照射されるシングルモードの空洞共振器と、軸線が前記空洞部内に発生する電界の方向に沿って前記空洞部内を延びる流通管とを含み、前記流通管を流れる被処理液を加熱処理するマイクロ波装置であって、
前記流通管は、
前記被処理液に比べてマイクロ波の吸収の少ない材料から形成された複数の粒子状部材を収容した収容管部と、
前記粒子状部材が収容されていない非収容管部と、
を前記空洞部内に有し、
複数の前記粒子状部材のそれぞれは、前記非収容管部の管路断面積よりも小さい外形寸法を有し、前記流通管内に設けられた保持部材によって保持されている、
マイクロ波装置。
【請求項２】
前記収容管部の管路断面積が前記非収容管部の管路断面積よりも大きい、請求項１に記載のマイクロ波装置。
【請求項３】
前記流通管は、第１管部と、第２管部と、前記第１管部と前記第２管部との間に配置されて前記第１管部及び前記第２管部よりも管路断面積が大きい第３管部とを含み、前記第１管部及び前記第２管部の少なくとも一方が前記非収容管部を構成する部分を有すると共に前記第３管部が前記収容管部を構成し、
前記保持部材は、前記第３管部内の前記第１管部側の位置に装着され、
複数の前記粒子状部材のそれぞれは、前記第１管部及び前記第２管部の管路断面積よりも小さい外形寸法を有して形成されている、
請求項１又は２記載のマイクロ波装置。
【請求項４】
前記被処理液を前記第１管部、前記第３管部及び前記第２管部の順に流す場合と、前記被処理液を前記第２管部、前記第３管部及び前記第１管部の順に流す場合とが選択可能である、請求項３に記載のマイクロ波装置。
【請求項５】
前記第３管部に加えて前記第２管部の一部も前記収容管部を構成する、請求項３又は４に記載のマイクロ波装置。
【請求項６】
前記流通管は、前記空洞共振器に対して着脱可能に構成されている、請求項１〜５のいずれか一つに記載のマイクロ波装置。
【請求項７】
前記流通管において、前記収容管部を含む部分が他の部分に対して分離及び接合可能に構成され、少なくとも前記収容管部を含む前記部分が前記空洞共振器に対して着脱可能に構成されている、請求項１〜５のいずれか一つに記載のマイクロ波装置。
【請求項８】
複数の前記粒子状部材の全部又は一部の表面に所定の触媒が固定されている、請求項１〜７のいずれか一つに記載のマイクロ波装置。
【請求項９】
空洞部にマイクロ波が照射されるシングルモードの空洞共振器を含むマイクロ波装置に適用可能に構成され、軸線が前記空洞部内に発生する電界の方向に沿って前記空洞部内を延びるように前記空洞共振器に設置されて前記マイクロ波装置によって加熱処理される被処理液を流通させる流通管であって、
前記被処理液に比べてマイクロ波の吸収の少ない材料から形成された複数の粒子状部材を収容した収容管部と、
前記粒子状部材が収容されていない非収容管部と、を有し、
前記空洞共振器に設置された際に、前記収容管部及び前記非収容管部が前記空洞部内に位置するように構成され、
複数の前記粒子状部材のそれぞれは、前記非収容管部の管路断面積よりも小さい外形寸法を有し、前記流通管内に設けられた保持部材によって保持されている、
流通管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を利用して加熱や化学反応促進などの処理（以下単に「加熱処理」という）を物質に施すマイクロ波装置及びその流通管に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、従来のマイクロ波装置の一例が記載されている。特許文献１に記載のマイクロ波装置は、シングルモードの空洞共振器を用いた構成において、流通管内に障害手段を収容することによって被処理液によるマイクロ波の吸収を抑制し、被処理液の流量を増やすことを可能として処理能力の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−３７８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のマイクロ波装置においては、被処理液によるマイクロ波の吸収が抑制されるものの、前記流通管を流れる被処理液の温度はその流量やマイクロ波の強度などに応じた温度勾配をもって上昇する。このため、例えば化学反応によって所望の物質を得ようとした場合に、被処理液の温度が前記化学反応に適した温度範囲まで上昇するのに時間がかかったり、被処理液の温度が前記前記温度範囲を超えて上昇したりして、被処理液の温度を前記温度範囲内に十分な時間維持できないおそれがある。被処理液の温度が前記温度範囲内に十分な時間維持されないと、収率の低下などを招くため好ましくない。
【０００５】
そこで、本発明は、従来技術に比べて、被処理液の温度を適切な温度範囲内に十分な時間維持させることを可能とし、これによって、収率の向上等を図ることのできるマイクロ波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】
【０００６】
本発明の一側面によると、空洞部にマイクロ波が導入されるシングルモードの空洞共振器と、軸線が前記空洞部内に発生する電界の方向に沿って前記空洞部内を延びる流通管とを含み、前記流通管を流れる被処理液を加熱処理するマイクロ波装置が提供される。このマイクロ波装置において、前記流通管は、前記被処理液に比べてマイクロ波の吸収の少ない材料から形成された複数の粒子状部材を収容した収容管部と、前記粒子状部材が収容されていない非収容管部とを前記空洞部内に有する。そして、複数の前記粒子状部材のそれぞれは、前記非収容管部の管路断面積よりも小さい外形寸法を有し、前記流通管内に設けられた保持部材によって保持されている。
【０００７】
本発明の他の側面によると、空洞部にマイクロ波が導入されるシングルモードの空洞共振器を含むマイクロ波装置に適用可能な流通管が提供される。この流通管は、軸線が前記空洞部内に発生する電界の方向に沿って前記空洞部内を延びるように前記空洞共振器に設置されて前記マイクロ波装置によって加熱処理される被処理液を流通させる。前記流通管は、前記被処理液に比べてマイクロ波の吸収の少ない材料から形成された複数の粒子状部材を収容した収容管部と、前記粒子状部材が収容されていない非収容管部とを有し、前記空洞共振器に設置された際に、前記収容管部及び前記非収容管部が前記空洞部内に位置するように構成されている。そして、複数の前記粒子状部材のそれぞれは、前記非収容管部の管路断面積よりも小さい外形寸法を有し、前記流通管内に設けられた保持部材によって保持されている。
【発明の効果】
【０００８】
前記マイクロ波装置では、複数の前記粒子状部材が収容された前記収容管部において被処理液によるマイクロ波の吸収が抑制される。このため、例えば被処理液をまず前記流通管の前記非収容管部に流通させることによって被処理液の温度を速やかに上昇させ、その後、被処理液を前記収容管部に流通させることによって被処理液を攪拌しつつ被処理液の温度上昇を抑制することができる。したがって、被処理液の温度を適切な温度範囲内に長く維持することが可能となり、例えば化学反応によって所望の物質を得ようとした場合、その収率の向上が図れる。
【０００９】
前記流通管は、マイクロ波装置に適用された場合、前記非収容管部によって被処理液の温度を速やかに上昇させ、前記収容管部によって被処理液を攪拌しつつ被処理液の温度上昇を抑制することができる。このため、被処理液の温度を適切な温度範囲内に長く維持することが可能となり、例えば化学反応によって所望の物質を得ようとした場合、その収率の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態によるマイクロ波装置の全体構成図である。
【図２】前記マイクロ波装置の空洞共振器の概略構成図であり、（Ａ）は図１と同じ方向から見た正面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は平面図である。
【図３】被処理液を流す流通管の前記空洞共振器への設置状態を示す断面図である。
【図４】前記流通管の要部拡大概略図（断面図）である。
【図５】前記流通管を流れる被処理液の温度変化の一例を示す図である。
【図６】前記流通管の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるマイクロ波装置の全体構成図である。本実施形態によるマイクロ波装置１は、マイクロ波発生器１０と、導波管２０と、空洞共振器３０と、制御器４０とを含む。空洞共振器３０には、アンテナ５０，５０及び流通管６０が設けられている。マイクロ波装置１は、マイクロ波発生器１０の発生するマイクロ波を利用して流通管６０を流れる被処理液を加熱処理する。
【００１２】
マイクロ波発生器１０は、所定周波数のマイクロ波を発生する。マイクロ波発生器１０は、可変周波数発振器１１と可変増幅器１２とを含む。可変周波数発振器１１は、周波数が可変（例えば、ＩＳＭ周波数帯である２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚ）のマイクロ波を出力し、可変増幅器１２は、可変周波数発振器１１から出力されたマイクロ波のパワーを可変増幅する。可変周波数発振器１１及び可変増幅器１２の動作、すなわち、マイクロ波発生器１０から出力されるマイクロ波の周波数及びパワーは、制御器４０によって制御される。
【００１３】
導波管２０は、マイクロ波発生器１０から出力されたマイクロ波を空洞共振器３０へと導波する。具体的には、マイクロ波発生器１０から出力されたマイクロ波は、同軸ケーブル１２でつながれたアイソレータ１３、方向性結合器１４などを介して同軸導波管変換器２１に送られる。そして、同軸導波管変換器２１を経たマイクロ波が、導波管２０によって導波されて後述するアイリス（結合窓，結合スリット）３１を通って、空洞共振器３０内に形成された空洞部（後述する照射室３２）に導入される。
【００１４】
空洞共振器３０は、その空洞部にマイクロ波を導入して電磁場の共振を生じさせる。図２は、空洞共振器３０の概略構成図である。図２（Ａ）は空洞共振器３０の正面図（図１と同じ方向から見た図）であり、図２（Ｂ）は空洞共振器３０の左側面図であり、図２（Ｃ）は空洞共振器３０の平面図である。
【００１５】
図２に示すように、空洞共振器３０は、上下方向に対向する２枚の正方形状の底面壁３３，３４と、４枚の長方形状の側面壁３５，３６，３７，３８とを有し、２枚の底面壁３３，３４の各辺に側面壁３５，３６，３７，３８がボルト等で固定されることによって構成されている。本実施形態において、４枚の側面壁のうちの一枚の側面壁３５は、導波管２０を接続するために導波管２０のフランジ２２に対応させて面積が広げられており、その一部が底面壁３３，３４の端からはみ出している。
【００１６】
２枚の底面壁３３，３４及び４枚の側面壁３５，３６，３７，３８を組み立てて形成される直方体状の空洞共振器３０の内部には、四角柱状の空洞部である照射室３２が形成される。照射室（空洞部）３２にマイクロ波を導入するアイリス３１は、側面壁３５の中央部位に矩形開口として形成される（図２（Ｂ）参照）。本実施形態において、アイリス３１は、その長辺が、照射室３２の底面の中心同士、すなわち、ここでは底面壁３３，３４の中心同士を結んだ中心線Ｃ１に平行な長方形状に形成されている。
【００１７】
導波管２０からアイリス３１を介して照射室３２に導入されたマイクロ波は、共振時に中心線Ｃ１の方向に沿ったシングルモードの電界を発生する。照射室３２内に何も入っていなければ、照射室３２内にＴＭ１１０モードの電磁界が励起される。実際には、照射室３２内に流通管６０やそこを流れる被処理液が存在するが、おおよそＴＭ１１０モードの電磁界分布に従った分布の電磁界が照射室３２内に発生することになる。
【００１８】
照射室３２に関し、その底面のなす正方形の１辺の長さをＬとする。なお、Ｌについての±数％程度の寸法差は許容され得る。加熱等に一般的に用いられるマイクロ波（周波数：２．４５ＧＨｚ）の場合、照射室３２内に何も無いときのＬは８６．５ｍｍとなる。しかし、実際には、照射室３２内に誘電体となる被処理液が存在するので、その影響を受けて照射室３２の共振周波数は下がる。そこで、照射室３２内に被処理液があるときに共振できるように、照射室３２の底面のなす正方形の１辺の長さＬは、空のときの寸法（８６．５ｍｍ）よりも小さく設計するのが好ましい。シミュレーションによれば、照射室３２の底面のなす正方形の１辺の長さＬは、照射室３２に導入されるマイクロ波の波長の７５％以下とするのが適していることが確認されている。なお、照射室３２の高さＨは、電界が中心線Ｃ１の方向に生じることから、適宜、必要な値に設定すればよい。
【００１９】
導波管２０から空洞共振器３０へマイクロ波を結合するアイリス３１は、照射室３２に励起される電磁界を予定したシングルモード（ＴＭ１１０）のみとすることに関与する。図２（Ｂ）に示すアイリス３１においては、その長辺（側縁）においてマイクロ波による電流が中心線Ｃ１の方向に流れ、当該電流に起因して、中心線Ｃ１を囲繞する磁界と中心線Ｃ１に平行な電界が発生する。アイリス３１の幅（中心線Ｃ１に直交する方向の寸法）は、シミュレーションや実験によって最適値が求められ得る。空洞共振器３０はＴＥモードを発生する可能性がある。ＴＥモードが発生すると想定外の現象が起き得るので、ＴＥモードの発生は極力抑制する必要がある。この点、図２に示す導波管２０及びアイリス３１の関係においては、中心線Ｃ１に関し構造的対称性が保たれる限り、図中の横方向の電界が存在しないので、ＴＥモードを抑制することが可能である。
【００２０】
照射室３２にマイクロ波が導入されると、中心線Ｃ１の方向に離間設置された２本のアンテナ５０（例えばループ形のアンテナ）により電界又は磁界の強度が検知され、その検知結果が制御器４０に入力される（図１参照）。例えば、２つのアンテナ出力の一方は観測用に利用され、他方は制御用に利用され得る。ただし、２本のアンテナが必須ということではなく、少なくとも制御用のアンテナがあればよい。また、制御器４０には、温度検知部（図示省略）によって検知された被処理液の温度も入力され得る。そして、制御器４０はこれらの入力に従ってマイクロ波発生器１０を制御する。
【００２１】
オペレーターによってマイクロ波の照射開始の操作が行われると、制御器４０は、マイクロ波発生器１０によるマイクロ波の出力を開始させ、周波数制御過程を実行する。この周波数制御過程は、アンテナ５０による検知結果に従って、マイクロ波発生器１０から出力されるマイクロ波の周波数を照射室３２の共振周波数に同調させる制御である。周波数制御過程を実行する際、制御器４０は、可変周波数発振器１１の周波数を掃引しつつアンテナ５０による検出結果から同調周波数を判断する。このとき、制御器４０は、可変増幅器１２によるパワーについて、アンテナ５０による検出に支障ない範囲で最低限の微弱パワーにするとよい。照射室３２へ導入するマイクロ波の出力パワーを弱くすることで、例えば周波数制御過程の実行中に被処理液へ与え得る影響を抑制することができる。
【００２２】
制御器４０は、周波数制御過程による同調に続いて、マイクロ波のパワーを制御するパワー制御過程を実行する。このパワー制御過程は、被処理液の種類などに基づきマイクロ波の照射開始前にオペレーターにより設定された条件に従ってマイクロ波発生器１０の可変増幅器１２を制御し、マイクロ波のパワーを制御する過程である。このパワー制御過程において、制御器４０は、アンテナ５０による検知結果及び／又は被処理液の温度検知結果に従って、マイクロ波発生器１０から出力されるマイクロ波のパワーを調整する。
【００２３】
制御器４０は、例えば、マイクロ波の照射開始にあたって最初に周波数制御過程を実行し、次いでパワー制御過程を実行するようにし、当該パワー制御過程の実行中に一定の間隔で周波数制御過程を割り込ませて実行する。そして、制御器４０は、割り込ませて実行した周波数制御過程において、可変増幅器１２を制御して上述の微弱パワーでマイクロ波を出力させつつ、可変周波数発振器１１を制御して周波数の同調を図る。
【００２４】
次に、空洞共振器３０に設置される流通管６０について説明する。図３は流通管６０の空洞共振器３０（照射室３２）への設置状態の一例を示す断面図であり、図４は流通管６０の要部拡大概略図（断面図）である。なお、本実施形態において、被処理液は、図３において矢印Ａで示すように、流通管６０（照射室３２内）を下側から上側に向かって流れるものとする。
【００２５】
流通管６０は、例えば石英ガラス製であり、照射室３２を貫通する長さを有して形成されている。流通管６０は、軸線（管軸）Ｃ２が直線状の直管として形成され、当該軸線（管軸）Ｃ２が照射室３２内に発生する電界の方向である中心線Ｃ１に沿って照射室３２内を延びるように設置されている。具体的には、本実施形態において、流通管６０は、その軸線Ｃ２を照射室３２の中心線Ｃ１とほぼ一致させるようにして、空洞共振器３０に設置されている。照射室３２の中心線Ｃ１は、照射室３２内に発生する電界の方向に一致し且つ電界が最も強い所であるから、照射室３２の中心線Ｃ１に直管として形成された流通管６０の軸線Ｃ２をほぼ一致させることにより、流通管６０を流れる被処理液を効率よく処理することが可能となる。本実施形態において、流通管６０は、空洞共振器３０に対して着脱可能に構成されている。以下、流通管６０の設置構造について具体的に説明する。
【００２６】
空洞共振器３０を構成する底面壁３３，３４の中央部位には、照射室３２内に導入されたマイクロ波を外部へ逃がすことなく流通管６０を支持する円筒部材３９がそれぞれ外向きに配設されている（図２、図３参照）。円筒部材３９は、フランジ部３９ａを有しており、底面壁３３，３４の外側面に形成された凹部にフランジ３９ａが受容された状態で、六角穴付ボルト等により締め付け固定される。固定された円筒部材３９の中心線は、照射室３２の中心線Ｃ１とほぼ一致しており、固定された円筒部材３９の内部空間は、底面壁３３，３４の凹部中央に形成された貫通孔３３ａ，３４ａと連通する。
【００２７】
流通管６０の一端側（ここでは上端側）の所定部位には蓋部材６１が装着される。蓋部材６１は、一方の底面壁（ここでは、上側の底面壁３３）に固定された円筒部材３９に嵌合する。すなわち、蓋部材６１には、円筒部材３９の内径に相応する直径の膨出部６１ａが形成され、この膨出部６１ａが円筒部材３９に嵌合することで、蓋部材６１が固定されると共に蓋部材６１を装着した流通管６０が円筒部材３９に保持される。なお、蓋部材６１は、円筒部材３９にねじ込む方式とすることも可能である。
【００２８】
前記一端側に蓋部材６１が装着された流通管６０は、その他端側（ここでは下端側）から図中で上側の底面壁３３に固定された円筒部材３９（の内部空間）を介して照射室３２内に挿入される。挿入された流通管６０の前記他端側は、照射室３２を通過して、反対側（図中で下側）の底面壁３４に固定された円筒部材３９内へ進入する。底面壁３４側の円筒部材３９の先端側部位内には、流通管６０の前記他端側を挿通させて位置決めするための位置保持部材６２が固定されている。位置保持部材６２には、流通管６０の前記他端側の外径に相応する直径の貫通孔が形成されており、この貫通孔に流通管６０の前記他端側を挿通させることで、照射室３２の中心線Ｃ１と流通管６０の軸線Ｃ２とがほぼ一致し、流通管６０の前記他端側が照射室３２外へと突出する。流通管６０は、このようにして空洞共振器３０（照射室３２）に設置され、また、蓋部材６１を円筒部材３９から外して流通管６０を引き出すことで空洞共振器３０から取り外すことができる。したがって、種類の異なる流通管６０を適宜選択して空洞共振器３０に設置することが可能である。なお、空洞共振器３０の外方へ突出する一対の円筒部材３９によって流通管６０の両端側を支持することにより、照射室３２から外部へのマイクロ波の漏洩も効果的に抑制される。
【００２９】
次に、本実施形態における流通管６０の構成について説明する。流通管６０は、図４に示すように、複数（多数）の粒子状部材６３を収容した収容管部と、粒子状部材６３が収容されていない非収容管部とを照射室３２内に有する。換言すれば、流通管６０は、照射室３２内に位置する管路（内部空間）の一部の領域に複数の粒子状部材６３を収容している。本実施形態において、複数の粒子状部材６３は、流通管６０の長さ方向の中間位置にて流通管６０内に設けられた保持部材６４によって保持されて前記収容管部内に収容されている。なお、図４には複数の粒子状部材６３のそれぞれが球形である場合が示されているが、粒子状部材６３にはフィラー状や円柱状など様々な形状のものが含まれる。また、複数の粒子状部材６３の全てが同じ形状である必要はなく、異なる形状の粒子状部材６３を適宜組み合わせることも可能である。さらに、ここでは保持部材６４が流通管６０とは別体で構成されているが、流通管６０と保持部材６４とが一体的に形成されてもよい。
【００３０】
具体的には、本実施形態において、流通管６０は、前記非収容管部を構成する部分を有する第１管部６０１及び第２管部６０２と、第１管部６０１と第２管部６０２との間に配置されて前記収容管部を構成する第３管部６０３とを含む（図３、図４参照）。前記収容管部としての第３管部６０３は、その管路断面積Ａ３が第１管部６０１の管路断面積Ａ１及び第２管部６０２の管路断面積Ａ２、すなわち、前記非収容管部の管路断面積よりも大きく形成されている。なお、本実施形態においては第１管部６０１の管路断面積Ａ１＝第２管部６０２の管路断面積Ａ２としている。但し、Ａ１≠Ａ２としてもよい。
【００３１】
粒子状部材６３は、流通管６０を流れる被処理液よりも誘電率（又は比誘電率）が低くマイクロ波の吸収の少ない（又はマイクロ波を吸収しない）材料、例えばアルミナ（酸化アルミニウム）、フッ素樹脂、石英やホウケイ酸ガラスから形成されている。粒子状部材６３は、流通管６０の管路断面積（Ａ１，Ａ２，Ａ３）よりも小さい外形寸法を有して形成され、好ましくは、その表面に被処理液に応じた触媒が固定（担持）される。但し、流通管６０内に収容される複数の粒子状部材６３の全ての表面に触媒が固定されている必要はなく、一部の粒子状部材６３の表面に触媒が固定されてもよい。また、表面に触媒が固定された粒子状部材６３と、触媒が固定されていない粒子状部材６３とが互いに異なる材料から形成されたり、互いに異なる形状を有したりしてもよい。
【００３２】
保持部材６４は、粒子状部材６３と同様、流通管６０を流れる非処理液よりも誘電率又は比誘電率が低くマイクロ波の吸収の少ない（又はマイクロ波を吸収しない）材料で形成される。保持部材６４は、例えば流通管６０の製造工程にて第３管部６０３内の第１管部６０１側の位置に装着される。保持部材６４は、被処理液を通過させるが粒子状部材６３を通過させないように形成されていればよく、その構造等は特に制限されないが、例えば石英フィルタを保持部材６４として用いることができる。本実施形態においては、第３管部６０３内の第１管部６０１側の所定位置に内部に突出する突起部６０３ａが周方向に複数箇所（例えば３〜４か所）設けられており、保持部材６４は、この突起部６０３ａよりも第１管部６０１側に配置されることによって、その位置が固定（多少の遊びは許容範囲である）されている。
【００３３】
ここで、複数の粒子状部材６３は、第２管部６０２を上側とし、第１管部６０１を下側とした状態の流通管６０の第２管部６０２の開口端から投入されることにより、流通管６０内に収容され得る。上述のように、粒子状部材６３は第２管部６０２の管路断面積Ａ２よりも小さい外形寸法を有しているので、第２管部６０２の前記開口端から投入された粒子状部材６３は、第２管部６０２内を移動して第３管部６０３内に進入し、その後、保持部材６４によって保持されてそれ以上の移動が規制される。このようにして所定量の粒子状部材６３が流通管６０内の所定位置、より具体的には第３管部６０３に収容される。なお、投入される粒子状部材６３の量によっては、第２管部６０２の一部にも粒子状部材６３が収容され得る。すなわち、第３管部６０３に加えて第２管部６０２の一部も前記収容管部を構成し得る。
【００３４】
そして、第３管部６０３に複数の粒子状部材６３を収容した流通管６０は、蓋部材６１が第２管部６０２の適切な位置に装着された後、上述のように、第１管部６０１側から照射室３２内に挿入されることにより、図３に示すように、第３管部６０３が照射室３２内の上部に位置するように空洞共振器３０に設置される。本実施形態においては、図３に示すように、流通管６０における第１管部６０１の一部、第２管部６０２の一部（＜第１管部６０１の一部）及び第３管部６０３の全部が照射室３２内に位置している。但し、第２管部６０２への蓋部材６１の装着位置を調整することにより、第２管部６０２を照射室３２内に位置させないようにすることも可能であり、この場合には、第１管部６０１のみが前記非収容管部としての部分を有することになる。すなわち、本実施形態においては、第３管部６０３が前記収容管部を構成すると共に、流通管６０の設置状態に応じて第１管部６０１の一部又は第１管部６０１の一部と第２管部６０２の一部が前記非収容管部を構成する部分を有するようになっている。別の言い方をすれば、本実施形態においては、前記収容管部を構成する第３管部６０３の照射室３２内における位置を調整可能に構成されている。
【００３５】
次に、以上のように構成されたマイクロ波装置１の作用を説明する。
マイクロ波装置１が起動されると、図示省略の供給手段によって供給された被処理液が流通管６０を矢印Ａ方向（図３参照）に流れる。すなわち、被処理液は、流通管６０内を第１管部６０１、第３管部６０３及び第２管部６０２の順に流れる。上述のように、流通管６０は、その軸線Ｃ２が照射室３２内に発生する電界の方向である中心線Ｃ１に沿って照射室３２内を延びている。このため、被処理液は、まず複数の粒子状部材６３が収容されていない第１管部６０１を流れることによってマイクロ波を十分に吸収し、被処理液の温度が速やかに上昇する。したがって、被処理液の流量、第１管部６０１の管路断面積、照射室３２内に位置する第１管部６０１の長さなどを適切に設定することによって、被処理液の温度を、所望の温度、例えば化学反応に適した温度範囲内の所定温度まで、好ましくは、前記化学反応に適した温度範囲の下限値近傍の温度まで速やかに上昇させることができる。
【００３６】
第１管部６０１を通過する際に温度が上昇した被処理液は、続いて第３管部６０３を流れる。第３管部６０３には複数の粒子状部材６３が収容されているため、被処理液は、粒子状部材６３によってその流れが乱される（攪拌される）。また、第３管部６０３に収容された粒子状部材６３の誘電率（又は比誘電率）は、被処理液の誘電率（又は比誘電率）とは異なっている。このため、第３管部６０３内の電界分布が一様でなくなり、電界の強さが平均的に減少する。被処理液によるマイクロ波の吸収は電界の強さの２乗に比例するため、第３管部６０３内における被処理液によるマイクロ波の吸収は、第１管部６０１内における被処理液によるマイクロ波の吸収に比べて少なくなる。つまり、被処理液は、温度上昇が抑制された状態で攪拌されながら第３管部６０３を通過することなる。したがって、第３管部６０３の管路断面積、第３管部６０３の長さ及び粒子状部材６３の量などを適切に設定することにより、被処理液の温度が例えば前記化学反応に適した温度範囲内に維持され、また、被処理液内で反応する物質相互の接触機会も増加する。この結果、被処理液の化学反応が促進されて所望の物質が効果的に得られると共に、副生成物の生成も抑制される。なお、複数の粒子状部材６３の全部又は一部の表面に前記触媒が固定されていれば、被処理液の前記化学反応がさらに促進される。
【００３７】
ここで、本実施形態における流通管６０は、第３管部６０３の管路断面積Ａ３が第１管部６０１の管路断面積Ａ１及び第２管部６０２の管路断面積Ａ２（＝Ａ１）よりも大きくなっている。このため、管路断面積（＝Ａ１）が一定の通常の直管（ストレート管）からなる流通管を用いた場合に比べて照射室３２内に存在する被処理液の容積が大きくなる場合がある。しかし、管路断面積の大きい第３管部６０３に複数の粒子状部材６３が収容されていることにより、共振特性の変化、具体的には、共振周波数の低下及びＱ値の低下が抑制される。このため、流通管６０を用いた場合であってもＩＳＭ帯域内において共振をとることが容易である。
【００３８】
そして、第１管部６０１及び第３管部６０３を通過した処理後の液体（前記化学反応によって得られた前記所望の物質を含む液体）が第２管部６０２を通って流通管６０から流出される。
【００３９】
本実施形態によるマイクロ波装置１において、被処理液を流通させる流通管６０は、被処理液に比べてマイクロ波の吸収の少ない材料で形成された複数の粒子状部材６３を収容した収容管部（第３管部６０３）と、粒子状部材６３が収容されていない非収容管部（第１管部６０１の一部及び第２管部６０２の一部）とを有する。このため、被処理液をまず流通管６０の前記非収容管部に流通させることによって被処理液の温度を速やかに上昇させて、その後、被処理液を前記収容管部に流通させることによって被処理液の温度上昇を抑制することができる。
【００４０】
ここで、複数の粒子状部材６３のそれぞれは、前記収容管部の管路断面積Ａ３よりも小さい外形寸法を有することはもちろん、前記非収容管部の管路断面積Ａ１，Ａ２よりも小さい外形寸法を有して形成されている。また、複数の粒子状部材６３は、流通管６０内の所定位置に装着された保持部材６４によって保持されている。このため、前記収容管部により多くの粒子状部材６３を収容したり、前記収容管部の範囲を拡大したりすることが可能となり、前記収容管部による被処理液の攪拌効果及び被処理液の温度上昇の抑制効果が効果的に発揮される。
【００４１】
したがって、本実施形態によれば、図５に実線で示すように、従来技術（破線で示す）に比べて、被処理液の温度が所期の温度範囲内に維持される時間を十分に確保することが可能となる。この結果、例えば化学反応によって所望の物質を得ようとした場合に、その収率が向上する（副生成物の生成も抑制される）。なお、必要に応じて、複数の粒子状部材６３の全部又は一部の表面に所定の触媒が固定されることにより、前記化学反応がより促進されて収率の更なる向上を図ることが可能となる。
【００４２】
また、本実施形態においては、前記収容管部の管路断面積（第３管部６０３の管路断面積Ａ３）が、前記非収容管部の管路断面積（第１管部６０１の管路断面積Ａ１及び第２管部６０２の管路断面積Ａ２）よりも大きく形成されている。このため、十分な量の粒子状部材６３が流通管６０内に収容され得ると共に、流通管６０内における被処理液の流れが必要以上に阻害されてしまうことが抑制される。この結果、マイクロ波装置１による被処理液に対する処理が安定して行われる。
【００４３】
特に、本実施形態において、流通管６０は、前記非収容管部を構成する部分を含む第１管部６０１及び第２管部６０２と、第１管部６０１と第２管部６０２との間に配置された前記収容管部を構成する第３管部６０３とを有し、複数の粒子状部材６３が第３管部６０３における第１管部６０１側の位置に装着された保持部材６４によって保持されている。そして、各粒子状部材６３は、第１管部６０１の管路断面積Ａ１及び第２管部６０２の管路断面積Ａ２よりも小さい外形を有して形成されている。このため、流通管６０（第３管部６０３）に収容される粒子状部材６３の増減、交換などが容易に行える。
【００４４】
また、本実施形態において、流通管６０は、空洞共振器３０（照射室３２）に対して着脱可能に構成されている。このため、互いに種類の異なる粒子状部材６３が収容された複数の流通管６０を用意しておき、被処理液に応じて流通管６０を適宜交換することなども容易である。
【００４５】
なお、上述の実施形態において、被処理液は流通管６０を第１管部６０１、第３管部６０３及び第２管部６０２の順に流れている。しかし、これに限るものではなく、被処理液が流通管６０を第２管部６０２、第３管部６０３及び第１管部６０１の順に、すなわち、図３中の矢印Ａとは逆向きに流れるようにしてもよい。すなわち、流通管６０を用いたマイクロ波装置１は、被処理液を第１管部６０１、第３管部６０３及び第２管部６０２の順に流す場合と、被処理液を第２管部６０２、第３管部６０３及び第１管部６０１の順に流す場合とが選択可能に構成されている。被処理液を第２管部６０２、第３管部６０３及び第１管部６０１の順に流す場合、流通管６０は、通常、第３管部６０３が照射室３２内の下部に位置するように空洞共振器３０（照射室３２）に設置される。ここで、第２管部６０２への蓋部材６１の装着位置を調整することにより、第１管部６０１を照射室３２内に位置させないようにすることも可能であり、この場合には、第２管部６０２のみが前記非収容管部としての部分を有することになる。
【００４６】
また、上述の実施形態において、第３管部６０３の管路断面積Ａ３は、第１管部６０１の管路断面積Ａ１及び第２管部６０２の管路断面積Ａ２よりも大きく形成されている。しかし、これに限るものではない。被処理液の種類などによっては、第１管部６０１の管路断面積Ａ１＝第２管部６０２の管路断面積Ａ２＝第３管部６０３の管路断面積Ａ３としてもよい。すなわち、管径（管路断面積）が一定の一つの直管（ストレート管）内に複数の粒子状部材６３が部分的に収容されて流通管６０を構成してもよい。この場合も、複数の粒子状部材６３は、流通管６０の長さ方向に中間位置にて流通管６０内に設けられた保持部材６４によって保持されて流通管６０内に収容される。
【００４７】
また、上述の実施形態において、第１管部６０１、第２管部６０２、第３管部６０３及び保持部材６３があらかじめ一体化されて流通管６０を構成している。しかし、これに限るものではなく、分離及び接合可能な複数のパーツを組み合わせることによって流通管６０が構成されるようにしてもよい。好ましくは、流通管６０における少なくとも前記収容管部を含む部分と流通管６０における他の部分とを分離及び接合可能に構成する。一例を挙げれば、図６に示すように、流通管６０が、主に第１管部６０１を構成する第１の部分７１と、主に第２管部６０２及び第３管部６０３を構成する第２の部分７２とに分割されると共に、両者にすり合わせ面（接合面）が形成されて、両者が分離及び接合可能に構成される。この場合においては、被処理液が流通管６０を第２の部分７２、第１の部分７１の順に流れるように、すなわち、図３中の矢印Ａとは逆向きに流れるように構成するのが好ましく、少なくとも前記収容管部を含む第２の部分７２が空洞共振器３０に対して着脱可能に構成される。このようにすると、第２の部分７２のみを交換すれば実質的に流通管６０全体を交換したことと同様の効果を得られるので、例えば実験によって被処理液に応じた適切な粒子状部材の種類や量を求める場合に便宜である。なお、流通管６０は、主に第１管部６０１を構成する第１の部分、主に第２管部６０２を構成する第２の部分、及び、主に第３管部６０３を構成する第３の部分に分割されると共に、これらが分離及び接合可能に構成されてもよい。
【００４８】
さらに、上述の実施形態では、空洞共振器３０が四角柱状の空洞部である照射室３２を有する構成としている。しかし、これに限るものではなく、マイクロ波装置における空洞共振器が円柱状の空洞部である照射室を有する構成としてもよい。この場合も前記照射室に導入されたマイクロ波は照射室の中心線に沿ったシングルモードの電界を発生する（すなわち、シングルモードの空洞共振器である）。そして、前記空洞共振器内に何も入っていなければ、ＴＭ０１０モードの電磁界が励起される。共振するマイクロ波の周波数を２．４５ＧＨｚとする場合、前記照射室に何も無いときの照射室の直径Ｄは９３．７ｍｍとなる。なお、第１実施形態と同様、Ｄについての±数％程度の寸法差は許容され得る。
【００４９】
以上、本発明の実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は上述の実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて更なる変形や変更が可能であることはもちろんである。
【符号の説明】
【００５０】
１…マイクロ波装置、１０…マイクロ波発生器、２０…導波管、３０…空洞共振器、３２…照射室（空洞部）、４０…制御器、６０…流通管、６３…粒子状部材、６４…保持部材、６０１…流通管の第１管部、６０２…流通管の第２管部、６０３…流通管の第３管部（収容管部）
【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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