(57)【要約】【課題】簡易に、被処理液を有用物質と非有用物質とに分離することが可能な蒸散装置及びその流路形成体を提供する。【解決手段】被処理液をマイクロ波により加熱して被処理液内の揮発成分を蒸散させる蒸散装置１であって、空洞部３２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３０を有するマイクロ波照射ユニットと、空洞部３２内の上部領域に被処理液を導く導入管６１と、導入管６１により導かれた被処理液を空洞部３２内の下部領域に向かって流通させる流路６２ａを形成する流路形成体６２であって、流路６２ａの少なくとも一部を空洞部３２内で露出させて形成する流路形成体６２と、を含む。【選択図】図３
2016112508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理液をマイクロ波により加熱して前記被処理液内の揮発成分を蒸散させる蒸散装置であって、
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有するマイクロ波照射ユニットと、
前記空洞部内の上部領域に前記被処理液を導く導入管と、
前記導入管により導かれた前記被処理液を前記空洞部内の下部領域に向かって流通させる流路を形成する流路形成体であって、前記流路の少なくとも一部を前記空洞部内で露出させて形成する流路形成体と、
を含む、蒸散装置。
【請求項２】
前記流路は、螺旋中心軸を前記空洞部内に発生する電界の方向に沿わせて、前記空洞部内を螺旋状に延びる、請求項１に記載の蒸散装置。
【請求項３】
前記流路形成体は、前記流路の上方を開口した円弧状の断面を有すると共に螺旋状に延びてなり、前記流路の全部を前記空洞部内で露出させて形成する、請求項２に記載の蒸散装置。
【請求項４】
前記導入管は、軸線が前記空洞部内に発生する電界の方向に沿って延びる直管からなる、請求項２又は３に記載の蒸散装置。
【請求項５】
前記導入管は、螺旋中心軸を前記空洞部内に発生する電界の方向に沿わせて、前記空洞部内を螺旋状に延びる蛇管からなる、請求項３に記載の蒸散装置。
【請求項６】
前記導入管の液体吐出端と前記流路の液体受入端との間に配置され、前記導入管により導かれた前記被処理液を受け入れると共に受け入れた被処理液を、前記流路に流下させる液だまり部を更に含む、請求項１〜５のいずれか１つに記載の蒸散装置。
【請求項７】
前記マイクロ波による加熱により前記被処理液から蒸散して前記流路の前記空洞部内で露出する部分を介して前記流路外に放出された揮発成分ガスを、空洞共振器外に導くガス導出管と、
前記蒸散の処理がされて前記流路により前記空洞部内の下部領域に導かれた蒸散処理済液を、空洞共振器外に導く液体導出管と、
を更に含む、請求項１〜６のいずれか１つに記載の蒸散装置。
【請求項８】
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照射ユニットに適用可能に構成され、前記空洞部内に設置されて前記マイクロ波照射ユニットによって加熱される被処理液を前記空洞部内で流通させる流路を形成する流路形成体であって、
前記空洞部内の上部領域で前記流路に供給された前記被処理液を前記空洞部内の下部領域に向かって流通させると共に、前記流路の少なくとも一部を前記空洞部内で露出させて形成する、流路形成体。
【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物質に加熱処理を施して物質内の揮発成分を蒸散させる蒸散装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、マイクロ波を利用して化学反応促進などの処理を施す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、その空洞内に配設された流通管内に液体を流通させて化学反応を促進させている。そして、この化学反応促進により生成された生成液を、その流通管を介して空洞共振器外に吐出させている。
【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】
ところで、この種のマイクロ波装置等により生成された生成液には、最終的に必要とする有用物質以外の物質（以下単に「非有用物質」という）が含まれているため、この非有用物質（例えば、溶媒）を除去する必要がある。また、複数の化学反応促進工程を順に施して最終的に必要とする有用物質を得る場合、各化学反応促進工程において溶媒の種類を異ならせることもある。この場合、一の化学反応促進工程により得られた生成液に残余する溶媒を除去すると共に他の種類の溶媒を混ぜ合わせて、次の化学反応促進工程に供給する必要がある。これらのように、生成液から有用物質を得たり、生成液内の溶媒を次工程用の溶媒に切替えたりするために、生成液を有用物質と非有用物質とに分離する処理を生成液に施す場合がある。
このため、従来は、マイクロ波装置等により生成された生成液（以下単に「被処理液」という）をビーカー等に一旦受け入れて攪拌機等で撹拌しながら加熱することで、被処理液から溶媒等の非有用物質を蒸発させるというバッチ処理を、被処理液に施していた。
しかしながら、このようなバッチ処理により被処理液を有用物質と非有用物質とに分離していたため、ビーカーの容量等によって加熱温度や撹拌時間等が異なり温度や時間管理等が煩雑となっていた。
【０００５】
そこで、本発明は、従来技術に比べて、簡易に、被処理液を有用物質と非有用物質とに分離することが可能な蒸散装置及びその流路形成体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、被処理液をマイクロ波により加熱して前記被処理液内の揮発成分を蒸散させる蒸散装置であって、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有するマイクロ波照射ユニットと、前記空洞部内の上部領域に前記被処理液を導く導入管と、前記導入管により導かれた前記被処理液を前記空洞部内の下部領域に向かって流通させる流路を形成する流路形成体であって、前記流路の少なくとも一部を前記空洞部内で露出させて形成する流路形成体と、を含む。
【０００７】
本発明の他の側面によると、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照射ユニットに適用可能に構成され、前記空洞部内に設置されて前記マイクロ波照射ユニットによって加熱される被処理液を前記空洞部内で流通させる流路を形成する流路形成体であって、前記空洞部内の上部領域で前記流路に供給された前記被処理液を前記空洞部内の下部領域に向かって流通させると共に、前記流路の少なくとも一部を前記空洞部内で露出させて形成する。
【発明の効果】
【０００８】
前記蒸散装置では、前記流路により、被処理液をその自重により流動させて前記空洞部内の下部領域に向かって流通させつつ、マイクロ波の作用により被処理液から蒸散する揮発成分ガスを、当該流路の前記空洞部内で露出する部分を介して流路外に放出することができる。このため、例えば、単に、流路外に放出された揮発成分ガスと、流路により空洞部内の下部領域に導かれた蒸散処理後の蒸散処理済液とを、空洞共振器外にそれぞれ導き、前記マイクロ波の出力を適切に設定するだけで、被処理液を、簡易に、有用物質と非有用物質とに分離することができる。
【０００９】
前記流路形成体は、前記マイクロ波照射ユニットに適用された場合、前記流路により、被処理液をその自重により流動させて前記空洞部内の下部領域に向かって流通させつつ、マイクロ波の作用により被処理液から蒸散する揮発成分ガスを、当該流路の前記空洞部内で露出する部分を介して流路外に放出することができる。このため、前記マイクロ波の出力を適切に設定すれば、単に、前記導入管により被処理液が導かれる流路の少なくとも一部を空洞部内で露出させて形成するだけで、流路を流通する被処理液を、簡易に、有用物質と非有用物質とに分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態による蒸散装置の全体構成図である。
【図２】前記蒸散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】流路形成体の前記空洞共振器への設置状態を示す図である。
【図４】図３に示す流路形成体の構造を説明するための図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は図３と同じ方向から見た正面図である。
【図５】図４に示すＣ−Ｃ矢視断面における流路形成体の要部拡大断面図である。
【図６】第１実施形態における導入管の変形例を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態による蒸散装置における流路形成体の配置状態を示す図である。
【図８】図７に示す液だまり部の構造を説明するための図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は図７と同じ方向から見た正面図である。
【図９】図７に示す流路形成体の構造を説明するための図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は図７と同じ方向から見た正面図である。
【図１０】第２実施形態における導入管の変形例（変形例１）を示す図である。
【図１１】第２実施形態における導入管の別の変形例（変形例２）を示す図である。
【図１２】図１１に示す導入管の構造を説明するための図である。
【図１３】図１１に示す液だまり部の上面図である。
【図１４】第２実施形態における導入管のさらに別の変形例（変形例３）を示す図である。
【図１５】図１４に示す導入管及び液だまり部の構造を説明するための図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は図１４と同じ方向から見た正面図である。
【図１６】本発明の第３実施形態による蒸散装置における流路形成体の配置状態を示す図である。
【図１７】図１６に示す流路形成体の上面図である。
【図１８】第３実施形態における流路形成体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、本発明の第１実施形態による蒸散装置の全体構成図である。本実施形態による蒸散装置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、温度検知部５５、流通管路ユニット６０、ガス導出管７０及び不活性ガス導入管８０が設けられている。蒸散装置１は、流通管路ユニット６０を流れる被処理液をマイクロ波発生器１０から発生するマイクロ波により加熱して、被処理液内の揮発成分を蒸散させる。なお、本実施形態においては、マイクロ波発生器１０、導波管２０、空洞共振器３０、制御器４０、アンテナ５０，５０及び温度検知部５５からなるユニットが、本発明に係る「マイクロ波照射ユニット」に相当する。
【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する。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１０ａ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。同軸導波管変換器２１を経たマイクロ波は、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正方形状の上面壁３３と底面壁３４と、４枚の長方形状の側面壁３５，３６，３７，３８とを有し、上面壁３３と底面壁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、その一部が上面壁３３及び底面壁３４の端からはみ出している。
【００１６】
上面壁３３，底面壁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）。また、アイリス３１は、図示を省略したがマイクロ波を透過し得る石英ガラス板等の部材によりに閉塞されている。これにより、照射室３２内ガス（後述する揮発成分ガスや不活性ガス）の導波管２０への流入を防止することができる。本実施形態において、アイリス３１は、その長辺が、照射室３２の上面及び底面の中心同士、すなわち、ここでは上面壁３３及び底面壁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。
なお、本実施形態において、上面壁３３が本発明に係る「上部壁」に相当し、底面壁３４が本発明に係る「下部壁」に相当する。
【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内に流通管路ユニット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、その上面及び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の上面及び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の方向に離間して設置された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５５によって検知された被処理液の温度も入力される（図１及び図３参照）。温度検知部５５は、例えば、放射温度計からなり、そのセンサ部を流路６２ａの液体受入端（流れ方向上流側の端部）の上方に配置することで、流路６２ａの液体受入端に受入られた被処理液の温度を検知可能に構成されている。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。なお、温度検知部５５の温度検知箇所は、流路６２ａの液体受入端に限らず、適宜定めることができる。
【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。
このようにして、空洞部（照射室３２）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３０を有するマイクロ波照射ユニットが構成されている。
【００２４】
次に、空洞共振器３０に設置される流通管路ユニット６０について説明する。図３は、流通管路ユニット６０、ガス導出管７０及び不活性ガス導入管８０の空洞共振器３０（照射室３２）への設置状態の一例を示す図であり、図４は流通管路ユニット６０の一部を構成する流路形成体６２の構造を説明するための図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は図３と同じ方向から見た正面図である。図５は、図４に示すＣ−Ｃ矢視における流路形成体６２の要部拡大断面図である。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、照射室３２内を全体として重力方向上側から下側に向かって導かれるものとする。
【００２５】
流通管路ユニット６０は、被処理液を、照射室３２内に導入して照射室３２内を流通させると共に照射室３２外に導出するためのものであり、導入管６１と、流路形成体６２と、液体導出管６３とを含む。
【００２６】
導入管６１は、照射室３２内の上部領域に被処理液を導くものであり、例えば石英ガラス製であり、液体吐出端（流れ方向下流側の端部）が照射室３２内の上部領域に達するように所定長さを有して形成されている。
本実施形態において、導入管６１は、軸線（管軸）Ｃ２が直線状の直管からなり、当該軸線（管軸）Ｃ２が照射室３２内に発生する電界の方向に沿って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、導入管６１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。
より具体的には、本実施形態において、導入管６１は、上面壁３３の中心に開口形成された貫通孔を貫通して設けられている。また、本実施形態において、導入管６１は、その液体吐出端が照射室３２内に僅かに突出して上面壁３３の貫通孔の近傍に位置すると共に流路形成体６２における後述する流路６２ａの液体受入端の上方に位置するように配置されている。
【００２７】
流路形成体６２は、導入管６１により導かれた被処理液を照射室３２内の下部領域に向かって流通させる流路６２ａを形成するものであり、流路６２ａの少なくとも一部を照射室３２内で露出させて形成するものである。流路形成体６２は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等のマイクロ波を吸収し難く（又はマイクロ波を吸収せず）且つ耐熱性及び加工性に優れた材料を用いて形成されている。
本実施形態において、流路６２ａは、図３及び図４に示すように、螺旋中心軸Ｃ３を照射室３２内に発生する電界の方向に沿わせて、照射室３２内を照射室上下方向に螺旋状に延びるように形成されている。具体的には、本実施形態において、流路６２ａは、その螺旋中心軸Ｃ３を照射室３２の中心線Ｃ１とほぼ一致させるようにして、照射室３２内に設置されている。
また、本実施形態において、流路形成体６２は、図５に示すように、流路６２ａの上方を開口した円弧状の断面を有すると共に螺旋状に延びてなり、流路６２ａの全部を照射室３２内で露出させて形成している。流路形成体６２は、いわば雨樋状の断面を有して、所定の巻外径Ｄで螺旋中心軸Ｃ３を中心として螺旋状に巻回されるように形成されることで、前記流路６２ａを形成している。より具体的には、流路形成体６２の両端部は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、いずれも螺旋中心軸Ｃ３に向かって渦巻状に形成されている。また、流路形成体６２の両端部のうち流れ方向上流側の端部は、図４（Ａ）に示すように、上方を開口したお椀状に形成され、流路６２ａの液体受入端となる受入部６２ａ１を構成している。そして、流路形成体６２の両端部のうち流れ方向下流側の端部は、断面円弧状を維持した状態で螺旋中心軸Ｃ３に沿うように下方に屈曲して形成されると共に、底面壁３４の中心に開口形成された貫通孔内に位置され、流路６２ａの液体吐出端を構成している。このようにして、流路６２ａの液体受入端及び液体吐出端は螺旋中心軸Ｃ３（つまり中心線Ｃ１）上に位置するように配置される。
なお、図４及び図５では、流路形成体６２の流路６２ａの面、つまり、流通する液体と直接的に接触する面（流路面）は平滑に形成されている場合を一例として示したが、これに限らず、この流路面に網目や溝や段差等を形成して、液体を流下させつつ撹拌させるように構成してもよい。これにより、流路６２ａを流下する液体と、照射室３２内の気体との界面に常に新たな液体面を発生させることができ、流路６２ａを流下中に照射室３２内の気体に曝されない液体が生じることを防止することができる。その結果、効率的に蒸散を行うことができる。
【００２８】
そして、マイクロ波が照射されている照射室３２内に導入管６１により導かれた被処理液は、流路６２ａを流下しつつ、マイクロ波により加熱される。そして、この加熱により被処理液から蒸散した揮発成分ガスは、流路６２ａの照射室３２内で露出する部分（つまり流路６２ａの上方）を介して流路６２ａ外に放出される。また、被処理液は、上記蒸散の処理（以下単に「蒸散処理」という）が施されつつ、流路６２ａにより照射室３２内の下部領域に導かれる。この下部領域に導かれた被処理液を、以下において、単に「蒸散処理済液」という。
【００２９】
液体導出管６３は、前記蒸散処理済液を空洞共振器３０外に導くものであり、例えば石英ガラス製であり、例えば、軸線（管軸）Ｃ４が直線状の直管からなり、当該軸線（管軸）Ｃ４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。具体的には、液体導出管６３は、その液体受入端が流路６２ａの液体吐出端の下方に位置するように配置されている。
この液体導出管６３には、例えば、図示省略した液体回収ボックスが接続されている。液体回収ボックスは、液体導出管６３から導出された蒸散処理済液を貯留して回収可能に構成されている。
なお、図３では、液体導出管６３の液体受入端と、流路形成体６２の液体吐出端と間に間隙を設けるものとして示したが、これに限らず、前記間隙を設けずに、液体導出管６３と流路形成体６２とを接続するように構成してもよい。
【００３０】
次に、流通管路ユニット６０の空洞共振器３０への設置構造について説明する。
【００３１】
空洞共振器３０を構成する上面壁３３及び底面壁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路ユニット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１〜図３参照）。円筒部材３９は、フランジ部３９ａを有しており、上面壁３３、底面壁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、上面壁３３、底面壁３４の凹部中央に形成された貫通孔と連通する。
【００３２】
導入管６１の一端側（ここでは上側）及び液体導出管６３の一端側（ここでは下側）の所定部位には蓋部材６０ａがそれぞれ装着される。蓋部材６０ａは、上面壁３３及び底面壁３４に固定された円筒部材３９に嵌合する。すなわち、蓋部材６０ａには、円筒部材３９の内径に相応する直径の膨出部が形成され、この膨出部が円筒部材３９に嵌合することで、蓋部材６０ａが固定されると共に、蓋部材６０ａを装着した導入管６１と蓋部材６０ａを装着した液体導出管６３が円筒部材３９にそれぞれ保持される。なお、蓋部材６０ａは、円筒部材３９にねじ込む方式とすることも可能である。
流路形成体６２は、マイクロ波を吸収しにくい材料で形成された図示省略の固定部材を介して照射室３２内に固定されている。なお、本実施形態においては、流路形成体６２は、例えば、空洞共振器３０を組み立てる際に、照射室３２内に配置される。但し、これに限らず、円筒部材３９の内径と、上面壁３３や底面壁３４に形成される貫通孔の孔径を流路形成体６２の巻外径Ｄより大きく形成すれば、空洞共振器３０の組立後に、流路形成体６２を、円筒部材３９内を挿通させて照射室３２内に配置することも可能である。
このように、空洞共振器３０の外方へ突出する一対の円筒部材３９によって流通管路ユニット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。
【００３３】
ガス導出管７０は、マイクロ波による加熱により被処理液から蒸散して流路６２ａの照射室３２内で露出する部分を介して流路６２ａ外に放出された揮発成分ガスを、空洞共振器３０外に導くものである。ガス導出管７０は、円筒状に形成されてその一端部にフランジ７０ａが形成されている。そして、ガス導出管７０は、例えば、上面壁３３の適宜位置に開口形成された貫通孔に対応して上面壁３３の外側面に形成された凹部にフランジ７０ａ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。
このガス導出管７０には、例えば、図示省略したガス冷却ユニットが接続されている。ガス冷却ユニットは、ガス導出管７０から導出された揮発成分ガスを冷却して、回収可能に構成されている。
また、不活性ガス導入管８０は、図示を省略した不活性ガス供給源に一端が接続され、不活性ガス供給源から照射室３２内に不活性ガスを導くものである。不活性ガス導入管８０は、円筒状に形成されてその他端部にフランジ８０ａが形成されている。そして、不活性ガス導入管８０は、例えば、底面壁３４の適宜位置に開口形成された貫通孔に対応して底面壁３４の外側面に形成された凹部にフランジ８０ａ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。これにより、照射室３２内は、不活性ガス及び揮発成分ガスが充満して、加圧状態に維持される。その結果、外部から照射室３２内への空気の流入を防止して、照射室３２内への酸素の流入による酸化を防止することができる。
なお、例えば高沸点試液等の被処理液は、被処理液内の溶媒（場合によっては基質）の沸点が高い。したがって、この場合には、照射室３２内を予め減圧状態にすることも有効な方法である。
【００３４】
次に、本実施形態の蒸散装置１の作用について説明する。なお、説明の簡略化のため、制御器４０による周波数制御及びパワー制御は完了しているものとし、また、マイクロ波の出力は、被処理液の温度が流路６２ａにおける適宜地点（例えば流れ方向中間点付近、言い換えると、流路形成体６２の上下方向中間高さ位置）で被処理液内に含まれる所定の揮発成分の沸点に達するように調整されているものとして説明する。
【００３５】
蒸散装置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は流通管路ユニット６０を矢印Ａ方向（図３参照）に流れる。すなわち、被処理液は、流通管路ユニット６０内を導入管６１、流路形成体６２及び液体導出管６３の順に流下する。
詳しくは、導入管６１の液体吐出端から吐出された被処理液は、流路形成体６２の受入部６２ａ１に受け入れられる。受入部６２ａ１に受け入れられた被処理液は、マイクロ波が照射されている照射室３２内で流路６２ａに沿って流下しつつ、マイクロ波により所定の昇温速度で加熱される。被処理液の温度は流路６２ａの流れ方向中間点付近で被処理液内の所定の揮発成分の沸点に到達する。これにより、被処理液から所定の揮発成分が蒸発する。この被処理液から蒸散した揮発成分ガスは、流路６２ａの上方を介して流路６２ａ外に放出されて、照射室３２内を上昇する。この照射室３２内の上部領域に上昇した揮発成分ガスは、ガス導出管７０を介して図示省略したガス冷却ユニットに導かれて冷却され、回収される。一方、流路６２ａを流下しつつ蒸散処理されて照射室３２の下部領域に導かれた蒸散処理済液は、流路６２ａから吐出して液体導出管６３に受け入れられる。そして、蒸散処理済液は、液体導出管６３を介して図示省略した液体回収ボックスに導かれて回収される。これにより、例えば、被処理液内の所定の揮発成分を非有用物質としてガス冷却ユニット内に回収すると共に、被処理液内の残余の成分を有用物質として液体回収ボックス内に回収することができる。なお、被処理液内の所定の揮発成分を有用物質とし被処理液の残余の成分（蒸散処理済液）を非有用物質として回収する場合もある。つまり、揮発成分が有用物質となる場合もある。
【００３６】
かかる構成の蒸散装置１によれば、流路６２ａにより、被処理液をその自重により流動させて照射室３２内の下部領域に向かって流通させつつ、マイクロ波の作用により被処理液から蒸散する揮発成分ガスを、流路６２ａの照射室３２内で露出する部分を介して流路６２ａ外に放出することができる。このため、例えば、単に、流路６２ａ外に放出された揮発成分ガスと、流路６２ａにより照射室３２内の下部領域に導かれた蒸散処理後の蒸散処理済液とを、空洞共振器３０外にそれぞれ導き、マイクロ波の出力を適切に設定するだけで、被処理液を、簡易に、有用物質と非有用物質とに分離することができる。
【００３７】
本実施形態においては、流路６２ａは、螺旋中心軸Ｃ３を照射室３２内に発生する電界の方向（中心線Ｃ１）に沿わせて、シングルモードの空洞共振器３０の照射室３２内を螺旋状に延びる構成とした。これにより、図３に示すように、流路６２ａに沿って流れる被処理液の流動方向Ｆと電界の方向（Ｃ１）とのなす小さい方の角度（つまり劣角）θを一定に保ちつつ、螺旋軌跡に沿って被処理液を流下させることができる。このため、被処理液を一定の加熱条件を維持した状態で、被処理液を十分な時間をかけて照射室３２内を流下させることができる。その結果、被処理液内の揮発成分を確実に蒸散させることができる。
【００３８】
また、本実施形態においては、流路形成体６２は、流路６２ａの上方を開口した円弧状の断面を有すると共に螺旋状に延びてなる構成とした。これにより、螺旋状に延びる流路６２ａを容易に形成することができる。また、流路形成体６２は、流路６２ａの全部を照射室３２内で露出させて形成する構成とした。これにより、被処理液内の揮発成分をより確実に蒸散させることができる。なお、流路６２ａの上方全部を露出させるものとしたが、これに限らず、流路６２ａの上方の一部を露出させる構成としてもよい。この場合、露出部分を流路６２ａの延伸方向に適宜離間した複数個所で形成するようにしてもよい。
【００３９】
さらに、本実施形態においては、揮発成分ガスを空洞共振器３０外に導くガス導出管７０と、蒸散処理済液を空洞共振器３０外に導く液体導出管６３とを備える構成とした。これにより、被処理液を有用物質と非有用物質とに分離して容易に回収することができる。
【００４０】
また、本実施形態においては、導入管６１は、軸線Ｃ２が照射室３２内に発生する電界の方向、つまり、中心線Ｃ１及び螺旋中心軸Ｃ３に沿って延びる直管からなる構成とした。これにより、被処理液を流路６２ａの液体受入端に容易に導くことができる。
なお、本実施形態では、導入管６１は、その液体吐出端が照射室３２内に僅かに突出して配置される構成とした。つまり、導入管６１はほぼ照射室３２外に位置する構成としたが、これに限らず、図６に示すように、導入管６１の液体吐出端を、照射室３２内に十分に突出させるように配置してもよい。この上面壁３３から照射室３２内への突出長は、所定の揮発成分の沸点等により適宜決定される。この変形例において、導入管６１は、図６に示すように、その軸線Ｃ２が照射室３２の中心線Ｃ１に沿って照射室３２内を延びている。このため、被処理液を導入管６１の流通過程においても加熱することができる。この場合、放射温度計からなる温度検知部５５は、導入管６１内で加熱されて受入部６２ａ１に受け入れられた被処理液の温度を検知する。
ここで、被処理液が電界の方向と略平行に流れる場合は、被処理液へのマイクロ波の吸収が非常に多いが、被処理液が電界の方向と交差して（横切るように）流れる場合は、被処理液へのマイクロ波の吸収は減少する。つまり、被処理液の流動方向Ｆと電界の方向（Ｃ１）とのなす前記角度θが９０°から０°に近づくにつれ、被処理液へのマイクロ波の吸収は多くなるという特性がある。特に、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沿い且つ電界が最も強い所である。したがって、照射室３２の中心線Ｃ１に、直管として形成された導入管６１の軸線Ｃ２をほぼ一致させることにより、導入管６１を流れる被処理液にマイクロ波を十分に吸収させ、被処理液の温度を速やかに揮発成分の沸点まで上昇させることができ、その後、流路６２ａにおいて効率よく蒸散処理を施すことが可能となる。一方、流路６２ａの流動方向Ｆと電界の方向とのなす角度θは導入管６１における角度（略ゼロ）より大きいため、流路６２ａにおける被処理液へのマイクロ波の吸収は導入管６１における吸収よりも減少する。流路６２ａを流動中、被処理液の温度は、マイクロ波からの吸熱と、被処理液から流路形成体６２等への熱伝導による放熱とのバランス等により、沸点以上の所定温度範囲内に所定の時間の間、維持される。これにより、被処理液を適切な時間の間一定の温度条件下において照射室３２内に保持して、流路６２ａを流下させることができるため、被処理液内から揮発成分を確実に蒸散させることができる。
【００４１】
図７は、本発明の第２実施形態に係る蒸散装置１における流路形成体６２の配置状態を示す図である。図８は、図７に示す液だまり部の構造を説明するための図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は図７と同じ方向から見た正面図である。図９は、図７に示す流路形成体６２の構造を説明するための図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は図７と同じ方向から見た正面図である。なお、第１実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００４２】
第２実施形態において、流通管路ユニット６０は、液だまり部６４と支持部６５とを更に含む。液だまり部６４は、導入管６１の液体吐出端と流路６２ａの液体受入端との間に配置され、導入管６１により導かれた被処理液を受け入れると共に、受け入れた被処理液を流路６２ａに流下させるものである。
液だまり部６４は、具体的には、概略浅皿状に形成される。液だまり部６４の外縁部には、図８（Ａ）に示すように、流路６２ａの液体受入端と接続する切欠き部６４ａが形成されている。支持部６５は、液だまり部６４を支持して照射室３２内に配置するための支持部材である。支持部材６５は、例えば、円柱状に形成され、一端部が液だまり部６４の底壁の下面の中心部に固定され、他端部が底面壁３４に固定された円筒部材３９内を延びて蓋部材６０ａの上面に固定されている。また、支持部材６５はその軸線を中心線Ｃ１にほぼ一致させて配置されている。なお、液だまり部６４及び支持部６５は、マイクロ波を吸収し難く（又はマイクロ波を吸収せず）且つ耐熱性及び加工性に優れた材料を用いて形成されている。
また、第２実施形態においては、図９に示すように、流路形成体６２の流れ方向上流側の端部は、液だまり部６４の切欠き部６４ａに接続するように形成されている。一方、流路形成体６２の流れ方向下流側の端部は、断面円弧状を維持した状態で螺旋巻回位置から下方に屈曲して形成されると共に、底面壁３４の中心に開口形成された貫通孔内に位置され、流路６２ａの液体吐出端を構成している。また、液体導出管６３は、その液体受入端が流路６２ａの液体吐出端の下方に位置するように軸線Ｃ４を中心線Ｃ１からずらして配置されている。そして、底面壁３４側の円筒部材３９の内径は、流路形成体６２の巻外径Ｄに合わせて形成されている。また、第２実施形態において、不活性ガス導入管８０は、図７に示すように、例えば、一方の側面壁３７の下部側に設けられている。なお、図７において、導入管６１は、その液体吐出端が照射室３２内に僅かに突出して配置される構成としたが、これに限らず、図６に示したように、導入管６１の液体吐出端を照射室３２内に十分に突出させるように配置するように構成してもよい。
【００４３】
第２実施形態に係る蒸散装置１によれば、液だまり部６４により、導入管６１から吐出される被処理液を確実に受け入れることができる。
なお、第２実施形態において、導入管６１は、第１実施形態と同様に、図示省略した供給手段によって供給された被処理液を、流通管路ユニット６０を介して全体として空洞共振器３０の上方から下方に向かって流通させる構成としたが、これに限らない。
例えば、以下の第２実施形態の各変形例（図１０〜図１５参照）で説明するように、被処理液を空洞共振器３０の下方から照射室３２内の上部領域に導き、その後、空洞共振器３０の下方に戻すようにして流通させる構成としてもよい。
【００４４】
第２実施形態の変形例１では、図１０に示すように、導入管６１は、底面壁３４を貫通して外方に突出するように延長させた支持部６５を利用して形成されている。詳しくは、導入管６１は、軸線を中心線Ｃ１にほぼ一致させて配置された支持部６５の軸線に沿って貫通孔を形成して構成される。
【００４５】
第２実施形態の変形例２では、図１１及び図１２に示すように、導入管６１は、螺旋中心軸を照射室３２内に発生する電界の方向に沿わせて、照射室３２内を螺旋状に延びる蛇管からなる構成とする。
具体的には、導入管６１は、その螺旋中心軸Ｃ２’（図１２参照）を照射室３２の中心線Ｃ１及び流路６２ａの螺旋中心軸Ｃ３とほぼ一致させるようにして、照射室３２内に設置されている。また、導入管６１は、例えば、その巻外径を流路形成体６２の巻外形Ｄと合わせて形成され、流路形成体６２の巻きピッチ間の隙間を螺旋状に延びるように配置される。導入管６１における被処理液の流動方向Ｆと電界の方向（Ｃ１）とのなす角度θは、例えば、流路６２ａにおける被処理液の流動方向Ｆと電界の方向（Ｃ１）とのなす角度θとほぼ一致させている。導入管６１の液体吐出端は、図１２に示すように、螺旋中心軸Ｃ２’側に屈曲した後、螺旋中心軸Ｃ２’と平行な方向に沿って上方に屈曲して形成され、液だまり部６４の底壁の中心部からオフセットした位置に形成される貫通孔６４ｂ（図１３参照）に接続される。導入管６１の液体受入端（図示省略した供給手段側）は、螺旋巻回位置から下方に屈曲して形成されると共に、底面壁３４を貫通して空洞共振器３０外に突出している。
【００４６】
第２実施形態の変形例３では、図１４及び図１５に示すように、導入管６１は、変形例２と同様に、螺旋中心軸を照射室３２内に発生する電界の方向（Ｃ１）に沿わせて、照射室３２内を螺旋状に延びる蛇管からなる構成とする。変形例３では、液だまり部６４は、導入管６１により支持されている。したがって、支持部６５は導入管６１を利用して構成されている。変形例３では、導入管６１の両端部は、図１４に示すように、中心線Ｃ１とほぼ一致する螺旋中心軸Ｃ２’に沿ってそれぞれ伸びるように形成されている。導入管６１の液体吐出端は、液だまり部６４の底壁の中心部に形成される貫通孔６４ｂ（図１５（Ａ）参照）に接続される。導入管６１の液体受入端（供給手段側）は、底面壁３４を貫通して空洞共振器３０外に突出している。
【００４７】
上記第２実施形態の各変形例では、図示省略した供給手段により供給された被処理液は、導入管６１を介して、図１０、図１１及び図１４に矢印Ａで示すように、空洞共振器３０の下方から照射室３２内の上部領域に導かれ、その後、同じく矢印Ａ’で示すように、液だまり部６４、流路６２ａ、液体導出管６３を介して空洞共振器３０の下方に戻るようにして、照射室３２内を往復する。
この第２実施形態の各変形例によれば、導入管６１を流れる被処理液の流路長を長くすることができるため、被処理液を十分に加熱することができるため、被処理液内の揮発成分の沸点が高い場合でも十分に対応することができる。また、加熱温度が比較的低くてよい場合には、照射室３２の高さＨを小さくすることができる。
特に、変形例１では、導入管６１が長く且つ軸線Ｃ２が中心線Ｃ１とほぼ一致しているためより高い沸点まで被処理液を加熱することができ、また、照射室３２の高さをより小さくすることもできる。また、変形例２及び変形例３では、流路６２ａだけでなく、導入管６１においても、被処理液が電界の方向（Ｃ１）を横切るように流動するため、導入管６１においても被処理液へのマイクロ波の吸収を弱めることができる。このため、被処理液の昇温速度を小さく抑えたい場合に有用である。なお、変形例２及び３において、導入管６１における上記角度θや巻外径Ｄは、流路６２ａのそれぞれとほぼ一致させるものとしたが、これに限らず、適宜設定することができる。
なお、上記各変形例において、流通管路ユニット６０は、底面壁３４側の円筒部材３９だけで支持することができる。したがって、円筒部材３９は、上面壁３３側にも設けるものとして図示したが、底面壁３４側だけに設ける構成としてもよい。
【００４８】
図１６は、本発明の第３実施形態による蒸散装置１における流路形成体６２の配置状態を示す図である。図１７は、図１６に示す流路形成体６２の上面図である。なお、第１実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００４９】
第３実施形態において、流路形成体６２は、円錐を上下に合わせて断面菱形状を有する複数の菱形部６２ｂを上下に配列すると共に、その両端部に円柱状の円柱部６２ｃを備えて形成されている。流路形成体６２は、その軸線Ｃ３’を照射室３２の中心線Ｃ１とほぼ一致させるようにして、照射室３２内に設置されている。第３実施形態における流路形成体６２の流路６２ａは、流路形成体６２の表面全体からなる。粘性の高い被処理液の場合、導入管６１から吐出された被処理液は、上側の円柱部６２ｃ、各菱形部６２ｂ、下側の円柱部６２ｃの表面を順に伝わることで照射室３２内の上部領域から下部領域に向かって流動し、下側円柱部６２ｃから液体導出管６３内に導かれる。
【００５０】
第３実施形態に係る蒸散装置１は、流路形成体６２の表面を伝わって流動する程度に粘性の高い被処理液に対する蒸散処理に適用することができる。また、この蒸散装置１によれば、流路形成体６２の表面全体を、導入管６１により導かれた被処理液を照射室３２内の下部領域に向かって流通させる流路６２ａとすることができるため、流路６２ａを照射室３２内で露出させる部分の面積を極めて大きくすることができる。したがって、被処理液からの揮発成分の蒸散を効率的に行うことができる。
なお、第３実施形態における流路形成体６２の変形例を示す図１８に示すように、各菱形部６２ｂの上側円錐部分の頂部の周囲を囲むように液だまり部６２ｄをそれぞれ形成してもよい。これにより、被処理液を、流路形成体６２の表面を確実に伝わらせて流下させることができる。
【００５１】
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。
【００５２】
例えば、図示を省略するが、蒸散処理がされて流路６２ａにより照射室３２内の下部領域に導かれた蒸散処理済液内の揮発成分の残量を検知するＦＴＩＲ等からなる残量検知部を更に備えてもよい。この場合、制御器４０は、アンテナ５０による検知結果、温度検知部５５による温度検知結果及び残量検知部による残量検知結果のいずれか又はそれらの組合せにしたがって、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。残量検知部の残量検知結果によりマイクロ波のパワーを調整可能に構成することにより、有用物質と非有用物質との分離をより確実に行うことができる。
【００５３】
また、上述の各実施形態及びその変形例では、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、蒸散装置１における空洞共振器３０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は９３．７ｍｍとなる。なお、照射室の直径についての±数％程度の寸法差は許容され得る。
【００５４】
また、上述の各実施形態における流路形成体６２は、本発明に係る流路形成体でもある。これら実施形態の流通管路ユニット６０によれば、マイクロ波照射ユニット（１０，２０，３０，４０）に適用された場合、流路６２ａにより、被処理液をその自重により流動させて照射室３２内の下部領域に向かって流通させつつ、マイクロ波の作用により被処理液から蒸散する揮発成分ガスを流路６２ａの照射室３２内で露出する部分を介して流路６２ａ外に放出することができる。このため、マイクロ波の出力を適切に設定すれば、単に、導入管６１により被処理液が導かれる流路６２ａの少なくとも一部を照射室３２内で露出させて形成するだけで、流路６２ａを流通する被処理液を、簡易に、有用物質と非有用物質とに分離することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１…蒸散装置、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）、３３…上面壁（上部壁）、３４…底面壁（下部壁）、４０…制御器、６０…流通管路ユニット、６１…導入管、６２…流路形成体、６２ａ…流路、６３…液体導出管、６４…液だまり部
【図１】
2016112508.tif 000003
【図２】
2016112508.tif 000004
【図３】
2016112508.tif 000005
【図４】
2016112508.tif 000006
【図５】
2016112508.tif 000007
【図６】
2016112508.tif 000008
【図７】
2016112508.tif 000009
【図８】
2016112508.tif 000010
【図９】
2016112508.tif 000011
【図１０】
2016112508.tif 000012
【図１１】
2016112508.tif 000013
【図１２】
2016112508.tif 000014
【図１３】
2016112508.tif 000015
【図１４】
2016112508.tif 000016
【図１５】
2016112508.tif 000017
【図１６】
2016112508.tif 000018
【図１７】
2016112508.tif 000019
【図１８】
2016112508.tif 000020