JP2006147219A - マイクロ波照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１に、対象物質の加熱効率が向上し、対象物質が粒状や粉状の場合でも、確実に加熱可能であると共に、第２に、対象物質の連続的処理が可能で、加熱中に連続的に対象物質を供給でき、第３に、しかも対象物質の汚染が防止されて、純度が維持されると共に、装置構成も比較的簡単である、マイクロ波照射装置を提案する。
【解決手段】このマイクロ波照射装置１は、縦に立設された低誘電損失材製の内筒２と、内筒２の外側に同軸に配された、マイクロ波Ｂ反射用の金属製の外筒３と、外筒３を介し内筒２に向け横から配設されて、内筒２内部にマイクロ波Ｂを入射する、マグネトロンからの導波管７と、内筒２上部から対象物質Ａを供給可能な第１供給口８と、内筒２下の排出口１１と、を備えている。そしてマイクロ波Ｂは、外筒３や内筒２の軸方向中央部へとフォーカスされ、もって内筒２に順次供給された対象物質Ａを、連続的に加熱する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波照射装置に関する。すなわち、マイクロ波をフォーカスして、対象物質を連続的にマイクロ加熱可能な、マイクロ波照射装置に関するものである。

《従来技術について》
医薬材料，食品材料，電子材料，その他各種の工業材料等の対象物質の加熱，融解，溶解には、マイクロ波照射装置が用いられることが多い。
そして、この種のマイクロ波照射装置は、一般的にバッチ式のオーブン炉形式よりなっていた。すなわち、対象物質を容器に収納してオーブン炉内に搬入し、容器上部からマイクロ波を入射することにより、容器内にマイクロ波を散乱照射し、もって対象物質をマイクロ加熱し更には融解，溶解させてから、容器と共にオーブン炉から搬出していた。搬入，搬出等には、ベルトコンベアが使用されることもあった。
なお対象物質が、粒状，粉状の固体又は液体の場合は、マイクロ波が入射，散乱照射されているオーブン炉内に、パイプやリボンスクリュー等を配し、もって対象物質をパイプやリボンスクリューにて、連続的に供給，加熱，融解，溶解，排出することも行われていた。

《先行技術文献情報》
このような従来例としては、例えば、次の特許文献１に示されたものが挙げられる。
特開平６−１８８０９４号公報

ところで、このような従来例については、次の問題が指摘されていた。
《第１の問題点について》
第１に、加熱効率が悪い、という問題が指摘されていた。すなわち、この種従来例のマイクロ波照射装置では、オーブン炉内において、容器内の対象物質を上部からマイクロ波で散乱照射していたので、マイクロ波エネルギーの散乱，分散によるエネルギーロスが大きく、加熱効率が悪かった。
特に、対象物質が粒状，粉状等の嵩密度の低い物質の場合は、マイクロ波が吸収されずに透過してしまい、加熱効率が悪かった。

例えば、図４は尿素粒子のマイクロ波による加熱実験例のグラフである。同図の実験例では、嵩密度（見かけ比重）約０．８ｋｇ／ｍｌの尿素粒子８３ｇ（１００ｍｌ）を、誘電率の低いフッ素系樹脂であるパーフルオロアルキル樹脂（ＰＦＡ）製の容器に入れて、マグネトロン出力が５００Ｗのマイクロ波にて散乱照射した場合について、尿素粒子の温度上昇データを測定した。
その測定結果では、同図に示したように、水を含まない粒子状の尿素粒子は、６０ｓｅｃ，１００ｓｅｃ，１２０ｓｅｃの各照射時間を問わず、マイクロ波が透過してしまい、ほとんど加熱されないことが確認された。
因に、誘電率の高い尿素であっても、このように粒状をなし嵩密度が低い場合は、その特性を生かすことができないが、数％程度の僅かの水等の液体を添加，混合すると、誘電率が極めて高くなり、マイクロ波による加熱効率が向上することも確認された。

《第２の問題点について》
第２に、これと共に、対象物質の連続的処理が困難である、という問題が指摘されていた。すなわち、この種従来例のマイクロ波照射装置では、対象物質を容器に収納してから、オーブン炉に搬入し、もってオーブン炉内でマイクロ波で加熱してから、オーブン炉から容器と共に搬出していた。
このように対象物質は、バッチ式にて容器と共に取り扱われ、容器と共に搬入，マイクロ加熱，融解，溶解，搬出されていた。対象物質だけを単独で連続的に扱うことは、実施困難とされていた。対象物質の連続的供給，連続的加熱，融解，溶解，連続的排出等、連続的処理がなされておらず、処理効率，作業効率が悪いという指摘があった。

《第３の問題点について》
第３に、ところで対象物質が粒状，粉状，液状の場合は、オーブン炉内にパイプやリボンスクリューを導入して、連続的供給，連続的加熱，連続的排出することも行われていたが、前述したマイクロ波の散乱照射による加熱効率の悪さと共に、装置容量が極めて大きくなる、等々の問題が指摘されていた。
すなわち、マイクロ波照射装置が、このような連続的処理実現のために、全体的に大型化してしまい、スペースを取り、内部構造も複雑化し、設備コストもかさむ、等々の問題が指摘されていた。

《本発明について》
本発明のマイクロ波照射装置は、このような実情に鑑み、上記従来例の課題を解決すべくなされたものである。
そして、対象物質の特性とマイクロ波の特性とに着目し、もって両者を組み合わせて対応処理するようにしたこと、を特徴とする。
すなわち、内筒，外筒，導波管，第１供給口，排出口等を、所定の構造と位置関係で設け、もって対象物質を、中央部にフォーカスされたマイクロ波により、連続加熱すること、を特徴とする。更に、上下フランジ部，目皿，第２供給口，第３供給口等を備えていること、を特徴とする。
もって本発明は、第１に、対象物質の加熱効率が向上すると共に、第２に、対象物質の連続的処理が可能となり、第３に、しかも対象物質の汚染が防止されて、純度が維持されると共に、装置構成も比較的簡単である、マイクロ波照射装置を提案することを目的とする。

《各請求項について》
このような課題を解決する本発明の技術的手段は、次のとおりである。まず、請求項１については次のとおり。
請求項１のマイクロ波照射装置は、縦に立設された低誘電損失材製の内筒と、該内筒の外側に同軸に配された、マイクロ波を反射する共振用の金属製の外筒と、該外筒を介し該内筒に向け横から配設され、該内筒の内部にマイクロ波を入射するマグネトロンからの導波管と、該内筒の上部から対象物質を供給可能な第１供給口と、該内筒下に付設された排出口と、を有している。
そして入射されたマイクロ波が、該第１供給口から該内筒の内部に順次供給された対象物質を、連続的にマイクロ加熱可能であること、を特徴とする。

請求項２については次のとおり。請求項２のマイクロ波照射装置は、請求項１において、入射されたマイクロ波が、該外筒そして内筒の軸方向中央部へとフォーカスされ、そのエネルギーが集中せしめられていること、を特徴とする。
請求項３については次のとおり。請求項３のマイクロ波照射装置は、請求項２において対象物質が、粒状や粉状等の嵩密度の低い物質よりなること、を特徴とする。
請求項４については次のとおり。請求項４のマイクロ波照射装置は、請求項２において更に、上下のフランジ部を有している。そして該フランジ部は、マイクロ波を反射する金属製よりなり、該内筒と外筒との間を上下で閉鎖すべく配設されていること、を特徴とする。
請求項５については次のとおり。請求項５のマイクロ波照射装置は、請求項４において、少なくとも上側の該フランジ部が上下高さ調整可能となっていること、を特徴とする。

請求項６については次のとおり。請求項６のマイクロ波照射装置は、請求項４において更に、目皿を有している。そして該目皿は、多くの縦穴を備えた低誘電損失材製よりなり、該内筒の下部に付設されており、供給されて加熱される対象物質を保持すると共に、加熱された対象物質やその融解液や溶解液のみを、順次流下させること、を特徴とする。
請求項７については次のとおり。請求項７のマイクロ波照射装置は、請求項６において、該内筒や目皿の低誘電損失材が、誘電損失が低いパーフルオロアルキル樹脂，ポリテトラフルオロエチレン樹脂，その他のフッ素系樹脂，石英，又はこれらの選択的組み合わせよりなること、を特徴とする。
請求項８については次のとおり。請求項８のマイクロ波照射装置は、請求項６において、該目皿について、下部ほど広がった縦孔が多数設けられていること、を特徴とする。
請求項９については次のとおり。請求項９のマイクロ波照射装置は、請求項４において、更に、該内筒の上部に付設され、水その他の溶解用液体を供給可能な第２供給口を、有していること、を特徴とする。
請求項１０については次のとおり。請求項９のマイクロ波照射装置は、請求項９において、更に、該内筒下に付設され、水その他の希釈用液体を供給可能な第３供給口を、有していること、を特徴とする。

《作用について》
本発明のガス処理用のマイクロ波照射装置は、このようになっているので、次のようになる。
（１）このマイクロ波照射装置は、立設された内筒と、内筒の外側に配された外筒と、内筒と外筒間を閉鎖する上下のフランジ部と、内筒の内部中央下に付設された目皿と、内筒に向け横に配されて、内筒内部にマイクロ波を入射するマグネトロンの導波管と、を備えている。
（２）内筒や目皿は、フッ素系樹脂や石英等の低誘電損失材製よりなり、外筒やフランジ部は、マイクロ波反射用の金属製よりなる。上側のフランジ部は、高さ調整可能である。内筒上部には、第１供給口や第２供給口が、内筒下には、排出口や第３供給口が付設されている。

（３）そして、粒状や粉状等の嵩密度の低い物質、その他の固体や液体よりなる対象物質が、第１供給口から内筒内に供給され、外筒や上下のフランジ部で囲われたエリアの加熱ゾーンにおいて、内筒内を流下しつつ、導波管から入射され内筒の軸方向中央部へとフォーカスされたマイクロ波にて、マイクロ加熱，内部加熱される。
（４）このように、対象物質が加熱される。対象物質が固体の場合は、加熱により融解されるケースも多く、更に、第２供給口から溶解用液体が供給されて溶解されるケースもある。後者のケースは、対象物質のマイクロ波吸収率が低い場合や、溶解液濃度を調節する場合に、実施される。
なお目皿は、加熱される対象物質を保持すると共に、加熱された対象物質やその融解液や溶解液のみを、縦穴から流下させるが、粘性が高い場合は、下部ほど広がった縦穴の目皿が使用される。
（５）対象物質は、このように加熱，更には融解，溶解されて、排出口から排出される。なお濃度調節用に、第３供給口から希釈用液体が供給される場合もある。

（６）さてそこで、このマイクロ波照射装置によると、第１に、マイクロ波を反射する共振用の金属製の外筒やフランジ部で囲われたエリアの加熱ゾーンにおいて、低誘電損失材製の内筒内を通過する対象物質に対し、導波管からマイクロ波が入射され、もって通過する対象物質がマイクロ加熱される。
そして、このマイクロ波は、外筒そして内筒の軸方向中央部へとフォーカスされており、全体的に散乱照射されることなく、エネルギーが軸方向中央部で強くなるように集中せしめられている。そこで対象物質は、効果的，効率的に加熱され、更には融解や溶解される。対象物質が、粒状や粉状等の嵩密度の低い物質の場合でも、マイクロ波は透過することなく吸収され、確実に加熱，更には融解，溶解される。
第２に、対象物質は、内筒内を連続的に通過しつつ、導波管からのマイクロ波にて、連続的にマイクロ加熱され更には融解，溶解される。
すなわち対象物質は、加熱中でも連続的に供給可能であり、連続的に供給，加熱，融解，溶解，排出される。そして、その融解液や溶解液等は、目皿により、滞留なく連続的に流下される。このように対象物質が、効率的に連続的に処理される。
第３に、対象物質が接触通過する内筒や目皿は、フッ素系樹脂製や石英製等よりなり、金属イオン等の不純物溶出がなく表面粘着性も低いので、加熱された対象物質，その融解液，溶解液は、汚染されず純度が維持される。つまり対象物質は、接触汚染の虞がある金属製の外筒等には、一切接触しない。
又、このマイクロ波照射装置は、内筒，外筒，フランジ部，マグネトロン，導波管等よりなり、構成が比較的簡単であり、大型化，複雑化することなくコンパクトである。

《本発明の特徴》
本発明に係るマイクロ波照射装置は、このように、対象物質の特性とマイクロ波の特性とに着目し、もって両者を組み合わせて対応処理するようにしたこと、を特徴とする。
すなわち、内筒，外筒，導波管，第１供給口，排出口等を、所定の構造と位置関係で設け、もって対象物質を、中央部にフォーカスされたマイクロ波により、連続加熱すること、を特徴とする。更に、フランジ部，目皿，第２供給口，第３供給口等を備えていること、を特徴とする。
そこで本発明は、次の効果を発揮する。

《第１の効果》
第１に、対象物質の加熱効率が向上し、対象物質が粒状や粉状の場合でも、確実に加熱可能である。
すなわち、本発明のマイクロ波照射装置では、内筒内を通過する対象物質にマイクロ波が入射される。そして、このマイクロ波はフォーカスされ、エネルギーが集中せしめられているので、対象物質が効率的に加熱される。
前述したこの種従来例、つまりオーブン炉形式で容器内の対象物質にマイクロ波を散乱照射していたこの種従来例に比し、マイクロ波エネルギーの散乱，分散がなく、エネルギーロスが減少する。そこで、粒状や粉状等の嵩密度の低い対象物質でも、効率的加熱が実現される。

《第２の効果》
第２に、これと共に、対象物質の連続的処理が可能であり、加熱中に連続的に対象物質を供給可能である。
すなわち、本発明のマイクロ波照射装置では、対象物質が内筒内を順次連続的又は断続的に通過しつつ、マイクロ加熱され融解，溶解される。このように対象物質は、連続的，断続的に、供給，加熱，融解，溶解，排出される。又、目皿により、対象物質の融解液，溶解液等のみが、連続的に流下，排出される。
そこで、前述したこの種従来例、つまりバッチ式にて対象物質が容器と共に取り扱われ、容器と共にオーブン炉に搬入，マイクロ加熱，融解，溶解，搬出していたこの種従来例に比し、対象物質だけが連続的に取り扱われるようになり、処理効率，作業効率が大きく向上する。

《第３の効果》
第３に、しかも対象物質の汚染が防止されて、純度が維持されると共に、装置構成も比較的簡単である。
すなわち、本発明のマイクロ波照射装置において、対象物質は、不純物溶出が少なく表面粘着性も低いフッ素系樹脂製や石英製の内筒や目皿を、通過する。そこで、加熱された対象物質やその融解液，溶解液の純度も維持され、もって、本発明のマイクロ波照射装置は、各種の対象物質の加熱、そして広範囲な対象物質の加熱に、使用可能である。
又、本発明のマイクロ波照射装置は、内筒，外筒，マグネトロン，導波管によりなり、比較的簡単な構成よりなる。そこで、連続的処理をめざした前述したこの種従来例、つまりオーブン炉内にパイプやリボンスクリュー等を導入して、粒状，粉状，液状の対象物質を、連続的処理せんとしたこの種従来例に比し、コンパクトであり設備コスト面にも優れている。
このように、この種従来例に存した課題がすべて解決される等、本発明の発揮する効果は、顕著にして大なるものがある。

《図面について》
以下、本発明のマイクロ波照射装置を、図面に示した発明を実施するための最良の形態に基づいて、詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例の正断面説明図である。図２の（１）図は、同実施例の全体平面図、（２）図は、同実施例の全体正面図であり、（３）図は、目皿の他の例を示す要部の正断面説明図である。
図３の（１）図は、マイクロ波の電界モードの説明に供する正断面説明図、（２）図は、マイクロ波の磁界モードの説明に供する平断面説明図である。図５は、アノード電流と出力との関係を示すグラフである。

《マイクロ波照射装置１の概要について》
まず、本発明に係るマイクロ波照射装置１の概要について、図１，図２を参照して説明する。
このマイクロ波照射装置１は、内筒２，外筒３，フランジ部４，５，マグネトロン６，導波管７等、を備えている。内筒２，外筒３，フランジ部４，５等が、加熱炉本体を形成し、マグネトロン６，導波管７等が、その加熱装置となっている。内筒２には、第１供給口８，第２供給口９，第３供給口１０，排出口１１，攪拌棒１２，目皿１３，受け器１４等が、付設されている。
そして、このようなマイクロ波照射装置１に、対象物質Ａが供給されて加熱され、更には融解，溶解される。対象物質Ａとしては、医薬材料，食品材料，電子材料，樹脂材料，その他各種の工業材料、その他の各種物質が考えられる。その態様としては、粒状，粉状，その他の固体が代表的であるが、液体や、固体と液体の混合液も可能である。
このマイクロ波照射装置１は、概略このようになっている。以下、その各構成について説明する。

《内筒２等について》
まず、このマイクロ波照射装置１の内筒２等について、図１を参照して説明する。内筒２は、縦長円筒状をなし縦に立設されており、低誘電損失材製よりなる。
すなわち、加熱チューブ，加熱炉内筒である内筒２は、マイクロ波Ｂを吸収，反射せず、マイクロ波Ｂとの相互作用のない低誘電損失材製よりなり、例えば周波数２．４５ＧＨ_Ｚプラスマイナス５０ＭＨ_Ｚ付近において、誘電損失が２以下と低い低誘電損失材が使用される。
このような低誘電損失材としては、パーフルオロアルキル樹脂（ＰＦＡ），ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ），その他のフッ素系樹脂，石英，又はこれらを複数選択的に組み合わせたものが、代表的に使用される。又、これらの材料は、金属イオン等の不純物の溶出が極めて少ないと共に、その表面粘着性も低く、耐熱性にも富んでいる。

そして、このように低誘電損失材製よりなり、縦に立設された縦長円筒状をなす内筒２は、開放された頂面が第１供給口８となっており、この第１供給口８を介し、内筒２の上部から内筒２内に、対象物質Ａが供給，導入される。
又、内筒２の上部側壁には、第２供給口９が付設されており、この第２供給口９は、水その他の溶解用液体Ｃを、内筒２内に供給，導入可能である。なお第２供給口９は、図示例のように専用的に単独形成することなく、対象物質Ａ用の第１供給口８をもって、兼用するようにしてもよい。
他方、内筒２の下部には、図示例では受け器１４が配設され、この受け器１４の底面に排出口１１が付設されている。受け器１４は、内筒２に準じた材質、つまりフッ素系樹脂その他の低誘電損失材製よりなり、内筒２と同径，同軸にて、内筒２の開放された底面に、開放されたその頂面が連接されている。排出口１１は、内筒２内から受け器１４内へと導かれて一旦貯溜された、加熱された対象物質Ａやその融解液，溶解液を排出する。
又、受け器１４の側壁には、第３供給口１０が左右１対付設されており、この第３供給口１０は、水その他の希釈用液体Ｄを、受け器１４内に供給，導入可能である。
内筒２等は、このようになっている。

《攪拌棒１２や目皿１３について》
次に、このマイクロ波照射装置１の攪拌棒１２と目皿１３について、図１と図２の（３）図を参照して説明する。
攪拌棒１２は、内筒２内に第１供給口８から縦に挿入され、下部が横に位置する導波管７に対峙するに足る長さを備えており、図示例の攪拌棒１２は、その下部とその若干上とに、攪拌羽１５が横に付設されている。この攪拌棒１２や攪拌羽１５は、内筒２に準じた材質、つまりフッ素系樹脂その他の低誘電損失材製よりなる。
そして、攪拌羽１５付の攪拌棒１２は、内筒２内に供給されてマイクロ波Ｂにて加熱、更には融解，溶解される対象物質Ａを、攪拌すべく使用され、もって対象物質Ａを均等に加熱，融解，溶解させる。

目皿１３は、多くの縦穴１６を備えており、内筒２内の下部、つまり横に位置する導波管７の先端より、若干下位に付設されている。
そして目皿１３は、内筒２に準じた材質、つまりフッ素系樹脂その他の低誘電損失材製よりなり、内筒２の内径とほぼ同径よりなると共に、多くの縦穴１６を備えている。もって、マイクロ波Ｂの加熱ゾーンにおいて加熱される固体や液体の対象物質Ａを、下から保持すると共に、加熱された液体の対象物質Ａや、加熱された固体の対象物質Ａの融解液や溶解液のみを、各縦穴１６から順次流下させる。
この縦穴１６は、図１中に示したように、下部ほど径が広がった穴形状の逆漏斗状・コニカル形状タイプか、又は図２の（３）図に示したように、直線穴形状のストレート形状タイプよりなる。図１に示した逆漏斗状・コニカル形状タイプの縦穴１６の目皿１３は、加熱された液体の対象物質Ａの粘性が高い場合や、加熱された固体の対象物質Ａの融解液や溶解液体Ｂの粘性が高い場合に、使用される。
なお目皿１３は、図示のように板体に縦穴１６を多数形成したタイプの他、網タイプのものも使用可能であり、網タイプの場合は網目がその縦穴１６となる。
攪拌棒１２や目皿１３は、このようになっている。

《外筒３やフランジ部４，５について》
次に、このマイクロ波照射装置１の外筒３とフランジ部４，５について、図１を参照して説明する。
まず外筒３は、内筒２の外側に同軸に配されており、マイクロ波Ｂを反射する金属製よりなり、マイクロ波Ｂの共振用として機能する。
すなわち、キャビティー本体，加熱炉外筒である外筒３は、内筒２と同軸で内筒２より径大の円筒状をなし、立設された縦長円筒状の内筒２について、その上下方向中央部を内部に存しつつ、そのほぼ半分程度のエリアをカバーしており、内筒２との間に左右間隔を存して外嵌されている。
そして外筒３は、内部のマイクロ波Ｂを反射し、マイクロ波Ｂの共振用に使用されて、マイクロ波Ｂを外筒３そして内筒２の軸方向中央部に集中させ、もって対象物質Ａの加熱効率を高めると共に、外部にマイクロ波Ｂが及ばないように機能する。

又、フランジ部４，５は金属製よりなり、内筒２と外筒３との間を上下で閉鎖すべく、上下対をなして配設されており、外筒３と同様に、マイクロ波Ｂの反射用として用いられている。
すなわちフランジ部４，５は、その内径が内筒２外径に見合うと共に、その外径が外筒３内径に見合った円フランジ状をなし、内筒２と外筒３間に介装されて両者間を上下で閉鎖し、もって内筒２や外筒３と共に、密閉された空間を形成している。図示例では、外筒３の上下端位置と内筒２間を閉鎖している。
又、図示例では、上側のフランジ部４は、上下高さ位置が調整可能であり（図示より下方に位置変更可能）、下側のフランジ部５は、上下高さ位置が固定されている。なお、このような図示例によらず、下側のフランジ部５も、上下高さ位置を調整可能（図示より上方に位置変更可能）としてもよく、更に、上下のフランジ部４，５共に、上下高さ位置を固定することも可能である。
ところで図示例では、外筒３と上側のフランジ部４とは、別体構成とされていたが、これによらず、外筒３と上側のフランジ部４とを一体構成し、もって、このような一体構成体を、下側の高さ位置が固定されたフランジ部５に対し、その高さ位置を調整可能に配設してもよい。
外筒３やフランジ部４，５はこのようになっている。

《マグネトロン６や導波管７について》
次に、このマイクロ波照射装置１のマグネトロン６や導波管７について、図１，図２の（１）図，（２）図を参照して説明する。
マグネトロン６は、周知のごとく周波数１ＧＨ_Ｚ〜４０ＧＨ_Ｚ程度の極超短波であるマイクロ波Ｂを、発生可能な真空管よりなり、この種のマイクロ波照射装置１用のマグネトロン６としては、周波数２．４５ＧＨ_Ｚのマイクロ波Ｂを発生するものが、日本では代表的である。
マグネトロン６で発生したマイクロ波Ｂは、導波管７にて伝送，伝搬される。導波管７は、矩形筒状をなすものが多く使用され、マイクロ波Ｂは、導波管７の内面で反射されながら伝送，伝搬される。
そして導波管７は、基端が、マグネトロン６に接続され、先端が、外筒３を介し内筒２に向け横から直角に接続されている。すなわち、その軸を横向きに配された導波管７の先端部は、外筒３に設けられた開口１７を介し、内筒２外面に対し、僅かな左右間隔を存しつつ対峙している。

そして導波管７は、内筒２の内部に向けてマイクロ波Ｂを入射し、入射されたマイクロ波Ｂが、加熱ゾーンを形成して、第１供給口８から内筒２の内部に順次供給された対象物質Ａを、連続的にマイクロ加熱可能となっている。
すなわち、マイクロ波Ｂの磁界モードや電界モード下において、その高周波電場や高周波磁場を通過する対象物質Ａは、誘電体損により、分子が振動，衝突等して内部加熱される。対象物質Ａは、順次流下しつつ次々と連続的に、マイクロ加熱，内部加熱される。
なお、内筒２下の受け器１４内に、例えば第３給油口１０を介して温度センサーを付設し、もって温度センサーの検出信号を付設されたコンピューターに入力し、予め組み込まれたプログラムに基づき情報処理して、マグネトロン６にその出力制御信号を送出することにより、対象物質Ａの加熱温度をコントロールすることも考えられる。つまり、加熱温度が高過ぎると出力を下げ、加熱温度が低過ぎると出力を上げるように、制御を行うようにしてもよい。
マグネトロン６や導波管７は、このようになっている。

《マイクロ波Ｂのフォーカスについて》
次に、このマイクロ波照射装置１におけるマイクロ波Ｂのフォーカスについて、図１，図３を参照して説明する。
このマイクロ波照射装置１において、導波管７から入射されたマイクロ波Ｂは、外筒３そして内筒２の軸方向中央部へとフォーカスされ、そのエネルギーが集中せしめられる。
このようなフォーカスについて、更に詳述する。マイクロ波Ｂは、横に位置する導波管７先端部の仮想延長エリアの加熱ゾーン内において、内筒２の縦中心付近でそのエネルギーが最も強くなるように、集中せしめられている。
つまり、図３の（１）図の正断面図に示したように、マイクロ波Ｂの電界モードのＴＥ波について、縦中心付近が最も強くなるように、又、図３の（２）図の平断面図に示したように、マイクロ波Ｂの磁界モードのＴＥ波について、縦中心付近が最も強くなるように、フォーカス調整されている。
そして、このようなマイクロ波Ｂとしては、ＴＭ_０１波が代表的に選択使用される。つまり、マイクロ波Ｂの各種波動モードタイプのうち、ＴＭ_０１波の波動モードタイプが、このようにフォーカスされるマイクロ波Ｂとして、最も適している。
更に、このようなマイクロ波Ｂのフォーカスは、マイクロ波Ｂを反射する共振用の外筒３の径寸法設定や、同じくマイクロ波Ｂを反射する上下のフランジ部４，５間の上下間隔寸法設定（図示例では、上側のフランジ部４の高さ位置設定）や、マグネトロン６のインピーダンス調整，出力調整、導波管７のスターブ調整、等々によって実現される。
マイクロ波Ｂは、このようにフォーカスされる。

《各調整テストについて》
ここで、このようなマイクロ波照射装置１の調整テスト、特にマグネトロン６，導波管７，フランジ部４の調整テストについて、述べておく。
まず、電力計を導波管７の出口付近に置いて、スターブ調整を実施した。すなわち、出力電力値（マイクロ波Ｂの高周波出力値）が最も高くなるように、導波管７内に突設されるスターブについて、その距離と高さとをｍｍ単位で調整し、もって、マグネトロン６と導波管７を整合させた。つまり、そのようにスターブの距離と高さとを、それぞれ設定した。
このようなスターブ調整の後、導波管７を、マイクロ波照射装置１の所定位置に取り付けた。そして、上側のフランジ部４の上下高さ位置を、各種変更する（内筒２と外筒３間に形成される空間の容積を、各種変更する）と共に、各高さ位置毎に対象物質Ａの加熱温度を計測する、調整テストを実施した。
すなわち、各高さ位置毎に、第１給油口８から内筒２内に対象物質Ａとして水を供給し、導波管７のマイクロ波Ｂで照射して、水の温度上昇をカロリーメーターを使用して計測し、もって出力電力値に換算した。
このような測定結果に基づき、出力電力値（マイクロ波Ｂの高周波出力値）が最も高くなるように、上側のフランジ部４の上下高さ位置を、調整，設定した。

図５は、マグネトロン６のアノード電流ｍＡと、出力電力値との関係を示すグラフである。
すなわち、上述したスターブ調整や位置調整の後、マグネトロン６のアノード電流を上げながら、対象物質Ａとして５０％尿素水を供給して、そのマイクロ加熱による温度上昇を、前述したカロリーメーターを使用して計測し、もって出力電力値（マイクロ波Ｂの高周波出力値）に換算した。
このような調整テストの結果、５０％尿素水の場合、アノード電流が４００ｍＡで出力電力値が１，３００Ｗであり、同一条件下で対象物質Ａとして水だけを供給した場合の１，１２０Ｗよりも、効率が良いことが確認された。つまり、尿素の誘電率が高いことに起因して、加熱効率が向上したことが確認された。因に、アノード電流６０ｍＡで、最大電力値１，５００Ｗが得られた。
例えば、このような調整テストが実施された。

《作用等》
本発明のマイクロ波照射装置１は、以上説明したように構成されている。そこで、以下のようになる。
（１）このマイクロ波照射装置１は、縦に立設された円筒状の内筒２と、内筒２の外側に同軸に外嵌された円筒状の外筒３と、内筒２と外筒３との間を上下で閉鎖すべく配設された上下のフランジ部４，５と、内筒２内の下部に付設された目皿１３と、内筒２に向け横から配設されて、内筒２内部にマイクロ波Ｂを入射するマグネトロン６からの導波管７と、を備えている（図１を参照）。

（２）内筒２や目皿１３は、低誘電損失材製よりなり、例えば、誘電損失が低いパーフルオロアルキル樹脂製，ポリテトラフルオロエチレン樹脂製，その他のフッ素系樹脂製，石英製，又はこれらの選択的組み合わせよりなる。
外筒３や上下のフランジ部４，５は、金属製よりなり、マイクロ波Ｂの反射用として機能する。図示例では、上側のフランジ部４は上下高さ調整可能であり、下側のフランジ部５は上下高さが固定されている。
内筒２の上部には、第１供給口８や第２供給口９が付設され、内筒２下には、排出口１１や第３供給口１０が付設されている。図１中１８は、マイクロ波Ｂの吸収材である。

（３）そして、このマイクロ波照射装置１では、対象物質Ａが、第１供給口８から内筒２の内部に順次供給される。対象物質Ａとしては、粒状や粉状等の嵩密度の低い物質、その他各種の固体や液体が考えられる。
そして、内筒２内に供給された対象物質Ａは、外筒３や上下のフランジ部４，５で囲われたエリアの加熱ゾーンにおいて、内筒２内を縦に流下して通過しつつ、マグネトロン６の導波管７から横に入射されたマイクロ波Ｂにより、連続的にマイクロ加熱される（図２の（１）図，（２）図も参照）。マイクロ波Ｂは、内筒２の軸方向中央部へとフォーカスされ、そのエネルギーが集中せしめられている。

（４）このようにして、対象物質Ａが加熱される。対象物質Ａが固体の場合は、加熱により自ら融解されるケースも多く、更に、第２供給口９から溶解用液体Ｃが供給されて、融解していた対象物質Ａが、溶解用液体Ｃにて溶解されるケースもある。後者のケースは、対象物質Ａのマイクロ波Ｂ吸収率が低い場合や、対象物質Ａの溶解液の濃度を調節する場合に、実施される。
そして目皿１３は、このようなケースにおいて、加熱される固体や液体の対象物質Ａを保持すると共に、加熱された液体の対象物質Ａや、固体の対象物質Ａの融解液や溶解液のみを、その縦穴１６から順次流下させる。なお、対象物質Ａやその融解液や溶解液の粘性が高い場合には、目皿１３として、縦穴１６が下部ほど広がった逆漏斗状・コニカル形状タイプのものを使用すると、よりスムーズに流下するようになる。

（５）このマイクロ波照射装置１では、このようなステップを辿り、対象物質Ａが、加熱，更には融解，溶解されて、排出口１１から排出される。
なお、濃度調節用に、第３供給口１０から希釈用液体Ｄが供給され、もって対象物質Ａやその融解液や溶解液の濃度を下げて、排出する場合もある。

（６）さてそこで、このマイクロ波照射装置１によると、次の第１に，第２，第３のようになる。
第１に、このマイクロ波照射装置１では、マイクロ波Ｂを反射する共振用の金属製の外筒３やフランジ部４，５で囲われたエリアの加熱ゾーンにおいて、低誘電損失材製の内筒２内を通過する対象物質Ａに対し、マグネトロン６の導波管７から、マイクロ波Ｂが入射される。もって、通過する対象物質Ａが、連続的にマイクロ加熱され，内部加熱される。
そして、このマイクロ波Ｂは、外筒３そして内筒２の軸方向中央部へとフォーカスされており、全体的に分散，散乱照射されることなく、そのエネルギーが集中せしめられている。すなわちマイクロ波Ｂは、その磁界モードおよび電界モード共に、軸方向中央部において最も強くなるようにフォーカスされている。
そこで対象物質Ａは、極めて効果的，効率的に加熱されることになる。なお固体の対象物質Ａは、このような加熱により融解や溶解されるケースも多い。又、対象物質Ａが、粒状や粉状等の嵩密度の低い固体の物質の場合でも、マイクロ波Ｂは透過することなく吸収され、もって確実に加熱，融解，溶解される。

第２に、このマイクロ波照射装置１では、第１供給口８から内筒２の内部に供給された対象物質Ａが、内筒２内を順次連続的又は断続的に通過しつつ、導波管７から入射されたマイクロ波Ｂにて、マイクロ加熱され、更には融解，溶解される。
すなわち対象物質Ａは、加熱中でも連続的に供給可能であり、連続的，断続的に、供給，加熱，融解，溶解，排出等される。又、内筒２の内部の加熱ゾーン下に設けられた目皿１３により、加熱された液体の対象物質Ａや固体の対象物質Ａの融解液や溶解液は、滞留することなく縦穴１６から順次連続的に流下されて、排出される。
このように対象物質Ａは、容器と共にではなく対象物質Ａだけで、連続的に迅速に処理され効率的である。

第３に、このマイクロ波照射装置１において、対象物質Ａは、内筒２や目皿１３に接触しつつ通過するが、この内筒２や目皿１３は、外筒３やフランジ部４，５のように金属製ではなく、フッ素系樹脂製や石英製よりなる。つまり、対象物質Ａに接触する内筒２や目皿１３は、低誘電損失材であると共に、金属イオン性分その他の不純物溶出が極めて少なく、その表面粘着性も低い。
そこで、加熱された対象物質Ａやその融解液，溶解液等は、このような内筒２や目皿１３に接触しても、接触汚染されることはない。対象物質Ａ等は、接触汚染の虞がある金属製の外筒３等に一切接触せず、装置材質により汚染されることなく、純度が維持されつつ排出される。
又、このマイクロ波照射装置１は、内筒２，外筒３，フランジ部４，５，マグネトロン６，導波管７等を、基本構造とし、内筒２に、第１供給口８，第２供給口９，第３供給口１０，排出口１１，目皿１３等を付設した、比較的簡単な構成よりなる。もって、このマイクロ波照射装置１は装置容量が小さく、大型化や複雑化することもなく、スペースを取らずコンパクトである。

ここで、本発明のマイクロ波照射装置１の実施例について、説明しておく。まず、本発明の実施例１について述べる。
飴等の食品製造に際しては、高濃度で透明な糖溶液が必要となる。そして、例えばザラ目の砂糖粒子は、外部加熱するとカラメルを発生して着色されてしまうので、外部加熱による融解，溶解は採用困難である。
そこで、本発明のマイクロ波照射装置１を、使用テストした。すなわち、その第１供給口８から対象物質Ａとして、砂糖粒子を５８ｇ／ｍｉｎずつ、第２供給口９から溶解用液体Ｃとして、水を５０ｇ／ｍｉｎずつ、それぞれ連続的に供給した。
そして、マグネトロン６のマイクロ波Ｂの高周波出力を６００Ｗ以下に絞って設定し、もって導波管７からのマイクロ波Ｂにより、対象物質Ａと溶解用液体Ｃとの混合液、つまり砂糖粒子と水との混合液を、マイクロ加熱，内部加熱した。すると排出口１１から、対象物質Ａの溶解液つまり無色透明な５０％糖溶液が、連続的に排出された。その温度は、９５℃であった。
実施例１のテスト結果によると、このように、飴等の食品製造に必要な高濃度で透明な糖溶液が、第１に、粒状の砂糖から確実に加熱，溶解されると共に、第２に、連続的に得られ、第３に、しかも内筒２等への粘着や装置汚染もなかった。
第１実施例については、以上のとおり。

次に、本発明の実施例２について述べる。ポリフッ化ビニリデン（以下単にＰＶＤＦという）は、極性溶剤に可溶な粉状のフッ素系樹脂であり、２次電池の極板の接着剤等に使用されている。
そしてＰＶＤＦ溶液は、通常、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ＮＭＰ、ガンマブチロラクトン、又はＧＢＬ等を、その溶剤とする。そして、ＰＶＤＦの溶剤への溶解は、ＰＶＤＦの粉周囲が融解するが粉芯が粉のまま残こっている状態（いわゆるママ粉状態）の発生を防止すべく、溶解力を制限しつつ実施されている。すなわち、ＰＶＤＦの溶解は、冷却状態で時間をかけつつ行われており、従来、その溶解作業が非常に面倒，複雑であった。

そこで、本発明のマイクロ波照射装置１を、使用テストした。すなわち、その第１供給口８から対象物質Ａとして、粉状のＰＶＤＦ（ソルベイ社製、ＳＯＬＥＦ８０２０、ＶＤＦ−ＨＦＰ共重合体、平均粒径２００μｍ）を２０ｇ／ｍｉｎずつ、又、第２供給口９から、溶解用液体ＣとしてＧＢＬ溶剤を８０／ｍｉｎずつ、それぞれ連続的に供給した。
そして、マグネトロン６のマイクロ波Ｂの高周波出力を、１，０００Ｗ以下に抑えて設定し（過度の加熱によるＰＶＤＦの分解防止）、もって導波管７からのマイクロ波Ｂにより、対象物質Ａと溶解用液体Ｃとの混合液、つまり粉状のＰＶＤＦとＧＢＬ溶剤との混合液を、マイクロ加熱，内部加熱した。
すると、排出口１１から、対象物質Ａの溶解液つまり無色透明な２０％ＰＶＤＦ溶液が、連続的に排出された。その温度は、６０℃であった。
実施例２のテスト結果によると、このように、誘電率の高いＰＶＤＦの特性（ＩＭＨ_Ｚで約１０）を生かし、マイクロ波Ｂによるマイクロ加熱が効果的に実施された。すなわちＰＶＤＦ溶液が、第１に、いわゆるママ粉状態の発生が防止されつつ、粉状のＰＶＤＦから確実に加熱，溶解されると共に、第２に、連続的かつ短時間のうちに得られ、第３に、しかも内筒２等への粘着や装置汚染もなかった。
なお、ＰＶＤＦ溶液は、ＰＶＤＦが高分子樹脂であり粘性が極めて高いので、目皿１３としては、いわゆる逆漏斗状・コニカル形状タイプの縦穴１６のものが使用される。
第２実施例については、以上のとおり。

本発明に係るマイクロ波照射装置について、発明を実施するための最良の形態の説明に供し、その実施例の正断面説明図である。 同発明を実施するための最良の形態の説明に供し、同実施例を示し、（１）図は、全体の平面図、（２）図は、全体の正面図であり、（３）図は、目皿の他の例を示し、要部の正断面説明図である。 同発明を実施するための最良の形態の説明に供し、（１）図は、マイクロ波の電界モードの説明に供する正断面説明図、（２）図は、マイクロ波の磁界界モードの説明に供する平断面説明図である。 尿素粒子のマイクロ波による加熱実験例のグラフである。 アノード電流と出力との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ マイクロ波照射装置
２ 内筒
３ 外筒
４ フランジ部
５ フランジ部
６ マグネトロン
７ 導波管
８ 第１供給口
９ 第２供給口
１０ 第３供給口
１１ 排出口
１２ 攪拌棒
１３ 目皿
１４ 受け器
１５ 攪拌羽
１６ 縦穴
１７ 開口
１８ 吸収材
Ａ 対象物質
Ｂ マイクロ波
Ｃ 溶解用液体
Ｄ 希釈用液体

Claims (10)

1. 縦に立設された低誘電損失材製の内筒と、該内筒の外側に同軸に配された、マイクロ波を反射する共振用の金属製の外筒と、該外筒を介し該内筒に向け横から配設され、該内筒の内部にマイクロ波を入射するマグネトロンからの導波管と、該内筒の上部から対象物質を供給可能な第１供給口と、該内筒下に付設された排出口と、を有しており、
   入射されたマイクロ波が、該第１供給口から該内筒の内部に順次供給された対象物質を、連続的にマイクロ加熱可能であること、を特徴とするマイクロ波照射装置。
2. 請求項１に記載したマイクロ波照射装置において、入射されたマイクロ波は、該外筒そして内筒の軸方向中央部へとフォーカスされ、そのエネルギーが集中せしめられていること、を特徴とするマイクロ波照射装置。
3. 請求項２に記載したマイクロ波照射装置において、対象物質は、粒状や粉状等の嵩密度の低い物質よりなること、を特徴とするマイクロ波照射装置。
4. 請求項２に記載したマイクロ波照射装置において、更に、上下のフランジ部を有しており、該フランジ部は、マイクロ波を反射する金属製よりなり、該内筒と外筒との間を上下で閉鎖すべく配設されていること、を特徴とするマイクロ波照射装置。
5. 請求項４に記載したマイクロ波照射装置において、少なくとも上側の該フランジ部は、上下高さ調整可能となっていること、を特徴とするマイクロ波照射装置。
6. 請求項４に記載したマイクロ波照射装置において、更に、目皿を有しており、該目皿は、多くの縦穴を備えた低誘電損失材製よりなり、該内筒の下部に付設されており、供給されて加熱される対象物質を保持すると共に、加熱された対象物質やその融解液や溶解液のみを、順次流下させること、を特徴とするマイクロ波照射装置。
7. 請求項６に記載したマイクロ波照射装置において、該内筒や目皿の低誘電損失材は、誘電損失が低いパーフルオロアルキル樹脂，ポリテトラフルオロエチレン樹脂，その他のフッ素系樹脂，石英，又はこれらの選択的組み合わせよりなること、を特徴とするマイクロ波照射装置。
8. 請求項６に記載したマイクロ波照射装置において、該目皿は、下部ほど広がった縦穴が多数設けられていること、を特徴とするマイクロ波照射装置。
9. 請求項４に記載したマイクロ波照射装置において、更に、該内筒の上部に付設され、水その他の溶解用液体を供給可能な第２供給口を有していること、を特徴とするマイクロ波照射装置。
10. 請求項９に記載したマイクロ波照射装置において、更に、該内筒下に付設され、水その他の希釈用液体を供給可能な第３供給口を有していること、を特徴とするマイクロ波照射装置。

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