(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波エネルギーをマテリアル（５８）に照射する装置であって、
該装置は、
第１の端から第２の端へと至る長さ方向に沿った中心線である軸の方向に延び、内表面（１８）と外表面（１９）を含み、前記内表面（１８）と外表面（１９）との間を貫通するとともに前記軸に対して平行な方向に沿って第１のスロット（２０）を形成している円筒壁（１２）と、
該円筒壁（１２）の前記第２の端を閉め切って円筒状チャンバー（１０）を形成するエンドプレート（１６）と、
導波管（２４）の長さ方向に沿って開孔（５０）を形成している第１の導波管（２８）と
を具備し、
円筒壁（１２）に貫通して設けた前記第１のスロット（２０）と、この第１のスロット（２０）に連通する状態で、第１の導波管（２８）に設けた前記開孔（５０）とを介して、前記円筒状チャンバー（１０）内にマイクロ波エネルギーを供給する前記第１の導波管（２８）は、前記円筒状チャンバー（１０）に接続されている。
【請求項２】
マイクロ波エネルギーが照射されるマテリアル（５８）でカバーされ、かつ円筒状チャンバー（１０）内に同軸に配置される伸長部材をさらに具備する請求項１の装置。
【請求項３】
伸長部材はメタルマンドレル（６０）である請求項２記載の装置。
【請求項４】
円筒壁（１２）の内部表面（１８）と伸長部材間の距離は円筒チャンバー（１０）を通して実質的に同一である請求項２記載の装置。
【請求項５】
円筒壁（１２）の内部表面（１８）と伸長部材間の距離は、内部表面（１８）と伸長部材間のアークを最小化させるべく少なくとも２．５ｃｍである請求項２記載の装置。
【請求項６】
エンドプレート（１６）と伸長部材間の距離は、エンドプレート（１６）と伸長部材間のアークを最小化させるべく少なくとも２．５ｃｍである請求項２記載の装置。
【請求項７】
円筒壁（１２）の第１の端にカバープレート（６２）を具備した請求項１記載の装置。
【請求項８】
円筒壁（１２）はさらに内部表面（１８）と外部表面（１９）間に第２のスロットが形成され、該第２のスロットは第１のスロットから円周方向に間隔をもって位置し、かつ装置はさらにその長さに沿う開孔（５０）を形成した第２の導波管を円筒状チャンバーに第２のスロットに連通する開孔を通して結合した構成の請求項１記載の装置。
【請求項９】
第１および第２のスロットは円筒壁（１２）の対向する位置に形成した請求項８記載の装置。
【請求項１０】
円筒状壁（１２）は円周方向に９０度ごとの４つのスロットを形成した請求項１記載の装置。
【請求項１１】
スロット（２０）は円筒状チャンバー（１０）の軸に対して傾斜した長手軸を有する請求項１記載の装置。
【請求項１２】
エンドプレート（１６）の円筒状チャンバー（１０）内に攪拌モード（３８）を構成する請求項１記載の装置。
【請求項１３】
攪拌モード（３８）は回転シャフト（およびシャフトから延びた複数の扇形状ブレード（４０）を含む請求項１１記載の装置。
【請求項１４】
ブレード（４０）の少なくともいくつかは互いに軸方向にオフセットされている請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
ブレード（４０）は円周方向に互いに離隔されている請求項１３記載の装置。
【請求項１６】
ブレード（４０）の平面はエンドプレート（１６）に平行である請求項１３記載の装置。
【請求項１７】
総ての扇形状ブレード（４０）の扇形の角度の合計は３６０°未満である請求項１３記載の装置。
【請求項１８】
第１の導波管（２８）は一対の対向する狭い壁と一対の対向する広い壁を持つ方形であり、さらに第１の導波管（２８）内の開孔（５０）は狭い壁の一方に設けられた請求項１記載の装置。
【請求項１９】
第１の導波管（２８）内の開孔（５０）を横切って延びた間隔をもって設けられた平行バーを構成した請求項１記載の装置。
【請求項２０】
連続した平行バー間のスペースは一定である請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
バーは筒状である請求項１９記載の装置。
【請求項２２】
第１の導波管（２８）は円筒状チャンバー（１０）の軸に対し角度をもって配置した請求項１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景
この発明はマイクロ波加熱に関し、特に円筒状マイクロ波チャンバー内でのマテリアル加熱に関する。
【０００２】
多くの工業的プロセスでは、マテリアルの加熱を要求する。マイクロ波エネルギーは、料理、乾燥、殺菌あるいはマテリアルの成熟プロセスの多くに使用されている。多くの応用において、マテリアルの均一な加熱が重要視されている。ある場合では、マテリアルは金属マンドレルのような固定物にて周囲を囲まれている。しかし、金属をマイクロ波に晒すチャンバー内に入れるとアークの原因となり、生じる電磁界を制御することが困難になる。アークは処理されるマテリアル、処理装置の双方のダメージ原因となる。そして、電磁界の適切な制御なしにはマテリアルは均一にあるいは効果的な加熱がなされるものではない。したがって、マイクロ波加熱装置はアーク無しに効果的にかつ均一にマテリアルを加熱するものである事が必要である。
【０００３】
概要
これらおよび他の要求は、この発明の特徴を具現化した加熱装置で満たされる。装置は円筒壁で構成され、それは軸方向に第1の端から第２の端に延びている。その壁は内表面と外表面とを含んでいる。壁内にはスロットが形成されている。エンドプレートは円筒チャンバーを形成する壁の第２の端を分離している。この装置はさらに導波管を含んでいる。この導波管はその長さに沿って開孔を形成している。導波管はスロットと連通する開孔で円筒チャンバーに結合している。導波管はマイクロ波エネルギーを開孔およびスロットを通して円筒チャンバー内に結合させている。
【０００４】
この発明の他の形態において、導波管は対向する二つの第１の壁が対向する二つの第２の壁と結合して方形導波管の長さを形成し、マイクロ波伝播方向に延びている。開孔が第１の壁の一方に形成され、その壁は導波管の長さ部分に沿っている。バーはその開孔を横切って延びている。そのバーは導波管の長さに沿い間隔をもって配置されている。導波管はマイクロ波チャンバーのスロットに連通している開孔を通してマイクロ波チャンバーに結合している。導波管はマイクロ波エネルギーをマイクロ波チャンバー内に開孔およびスロット通して結合させている。
【０００５】
この発明のさらに他の形態において、導波管はパターンを形成し、それは金属部材と一つの導波管壁のギャップとを交互にしたものである。金属部材は導波管に沿うマイクロ波伝播の方向に間隔をもって形成されている。導波管はマイクロ波チャンバー内のスロットと連通するギャップを有するマイクロ波チャンバーに結合され、マイクロ波チャンバー内にそのギャップおよびスロットを通してマイクロ波エネルギーを照射するようにしており、それは金属部材とギャップ交互のパターンによる予め選択した手段にて決められたものである。
【０００６】
この発明のさらに他の形態において、円筒状マイクロ波照射チャンバーの攪拌モードは回転の軸を決める回転シャフトで構成されている。扇形状ブレードはそのシャフトに取り付けている。ブレードは回転軸に垂直な平行平面に水平に置かれている。
この発明の特徴および態様、その優位性は以下の説明、請求項そして添付の図面を参照することにより、より理解される。
【０００７】
詳細な説明
この発明の特徴を具現化したマイクロ波照射装置が図１および図２に示されている。この装置は円筒状壁12を有するマイクロ波照射チャンバー10を含み、それは第1の入口端からブラインドの第２端まで延びエンドプレート16で閉じている。枠17はチャンバーおよび介在した構成要素を支持する。円筒状壁は内表面18と外表面19を有している。細長いスロット20が好ましくは完全に対向する位置の壁内に形成されている。この例では、４つのスロットが円筒状チャンバーの円周を取り巻き90度ごとの間隔をもって配置されている。スロットを少なくしてまたは多くして使用することもできるが、マルチプルなスロットの場合、スロットは好ましくは少なくとも外周に３波長の間隔をもって配置される。電磁波エネルギーはスロットを通してチャンバー内と結合する。
【０００８】
この例では、マグネトロン22はマイクロ波エネルギーソースとして使用される。この例において、マグネトロンは2.45 GHzそして６ｋＷで動作するが、他の周波数、出力レベルで運用することもできる。夫々のマグネトロンは独立した導波管24に接続される。サーキュレータ23はそのダメージから保護するためにマグネトロンに接続される。導波管内のターニングセクション26はマグネトロンを負荷に同調させるために使用している。方形の導波管はTE10-モード電磁波を支える大きさにしてある。マイクロ波エネルギーは導波管の下方に伝播し二つのスロットを通してチャンバー内に結合する。
【０００９】
各導波管は一対の漏洩バー構造を含みマイクロ波エネルギーはスロット20を介してチャンバー内に送り出される。構造はチャンバーの反対側端で発電機の各端にて直列に接続されている。導波管は短くしたプレート30で効率拡大のために終結している。
【００１０】
マグネトロンは電源32で励起される。コントローラ34は電源および作動状態モニターシステムを制御する。例えば、電磁界放射漏洩検知器がコントローラに接続されて、そのコントローラは放射レベルを表示する検出器出力をモニターする。
【００１１】
マイクロ波チャンバーの内部は図３に示してある。チャンバーの壁12内のスロット20は、概ねチャンバーの長さ方向に沿って延長している。スロットはチャンバーの軸に平行に配列できるが、好ましくは軸方向に傾けて配列する。この傾きがキャビテイを通してエネルギーの分配を助ける。
【００１２】
攪拌モード38（図4）はチャンバー内のブラインドの第２端に存在する。攪拌モードは４つの扇形状ブレード40を備え、それぞれはハブ42から外方に延びている。ハブの孔はブレードを回転させる回転ドライブシャフト44を受け入れる。ドライブシャフトはエンドプレート16内のベアリングを通して後部ハウジング46内のモータ（図示しない）内に延びている。４つのブレードは異なる平行平面内に置かれた例が示してあり、連続するブレードがその厚みで軸方向にオフセットしている。積層されたブレードの平面は端プレートに平行でありかつドライブシャフトの軸に直交している。好ましくは、ブレードの平面は少なくとも1/４波長オフセットする。ブレードは互いに円周状をまたぐ大きなブレード間ギャップ48で離れた間隔をもって配置されており、ブレード間のアークを回避している。総てのブレードに及ぶ扇形の合計は360度未満である。攪拌モードのオフセット平面構成はさらに傾斜ブレードの攪拌モードより少ないスペースである。薄型の攪拌モードは照射線の供給をその間中均一に成すのに有効である。この例で攪拌モードは略10回転/分で回転する。
【００１３】
漏洩バー導波管28が図５に単独に示してある。導波管はその幅に沿う開孔50を含んでいる。その開孔は好ましくは二つの狭壁52の一つ内にあり、チャンバー内へのエネルギー照射をより緩やかにしている。狭壁は広壁53に結合され方形の導波管を形成している（開孔は前記に代えて広壁に形成することもできる）。バー54を形成する金属部材は主力波の伝播56の方向で離れた間隔で配置され、この例では開孔に亘って延長している。このバーは好ましくは筒状（シャープエッジのない）であり、アークを低減させている。バーは一定の間隔57で均一に配置されており、伝達方向に沿ってバーとギャップの交互なパターンで形成されている。しかし、この間隔は予め設定したパターンの一つから次へと多様化させることができ、使用に依存してチャンバー内のエネルギー配分を調整する。この例のパワーレベルおよび作動周波数では不均一なスペースにしたバーの中心から中心の距離はほぼ３cmのオーダである。このスペースはアークの発生を回避しまた緩やかにエネルギーをキャビテイ内に照射する。導波管はチャンバーの外壁のスロットと連通している開孔をもってチャンバーの外表面19に結合している。導波管内のマイクロ波エネルギーはチャンバー内に結合しており、開孔および協働のスロットを介してなされている。バーはエネルギー結合がより緩やかに、かつ均一にする作用を有する。漏洩バー導波管では、斜めのスロットは軸に角度を持って配置されている。
【００１４】
チャンバー10は、メタルマンドレル60のような筒状部材を包囲しマイクロ波エネルギーを照射するマテリアル58に対し特に効果的にしてある。マンドレルはカバープレート62を介して延長しかつ支持されている。カバープレートはチャンバーの第1の端にシールされている。マンドレルは軸方向でチャンバー内に延びている。図７、図８に示されるように、マテリアルおよびマンドレルは内表面18およびエンドプレート16から間隔を置いており、それはマテリアルまたはマンドレルのアークを最小限にする少なくとも2.5cmである（低パワーレベルでは間隔は狭くできる）。任意であるが非金属スペーサ6４をマンドレルからマテリアルのスペースに使用しても良い。漏洩バー導波管28の最初のバー54’および最後のバー54”は、好ましくはマンドレル上のマテリアルよりもチャンバーの端に例えば略３cmに近接位置させる。マテリアルはチャンバー内で回転してもしなくても良く、マテリアルがより均一に加熱されれば良い。
【００１５】
マンドレルはチャンバー内で片持状態を保ち、それは回転用軸受66を有するカバープレートの手段によるものであり、モータ（図示しない）で回転するようなマンドレル受けである。マンドレルの回転につれてマイクロ波エネルギーが放出され、スロットを通して加工されるマテリアル上に直接印加される。均一な照射パターンがチャンバー内でチャンバーとマンドレルの幾何学的配列とかつ攪拌モードにより維持され、チャンバー内全域にエネルギーが分配される。
【００１６】
この発明を好ましい例について詳細に説明したが、他の変形例でも実施可能である。例えば、漏洩導波管のバーは円形以外の断面にすることもできそれは端を丸くするか、しないままの正方形、長方形あるいは楕円形状とするか、または導波管の分割された壁の露出した残部として形成される平面とすることもできる。この分割はエネルギーを選択して照射するパターンに壁をカットしたギャップによるものである。他の例として、より近接配置した漏洩バー導波管がチャンバー内にカップルで使用されると、別の方法では回転するマテリアルが均一加熱のために回転させることを要しない。これらの例で教示されるように、この発明の精神と範囲は詳細に述べられた例示に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の特徴を具現化したマイクロ波照射チャンバーの正面斜視図、
【図２】図１のマイクロ波照射チャンバーの後方斜視図、
【図３】図１のマイクロ波照射チャンバーを軸方向に見た斜視図、
【図４】図１のマイクロ波照射チャンバーで使用する攪拌モードの斜視図、
【図５】図１のマイクロ波照射チャンバーで使用する導波管の長さ方向の斜視図、
【図６】図１のマイクロ波チャンバーおよびカバープレートを介したマンドレル上のマテリアルの分解図、
【図７】図１の挿入したマンドレルを有するマイクロ波チャンバーの一部切欠側面図、
【図８】図１の挿入したマンドレルを有するマイクロ波チャンバーの軸断面図である。
【符号の説明】
【００１８】
１０：チャンバー
２０：スロット
２８：導波管
５０：開孔
５８：マテリアル
６２：カバープレート
【図１】
0004955405.tif 000002
【図２】
0004955405.tif 000003
【図３】
0004955405.tif 000004
【図４】
0004955405.tif 000005
【図５】
0004955405.tif 000006
【図６】
0004955405.tif 000007
【図７】
0004955405.tif 000008
【図８】
0004955405.tif 000009