JP2007515751A - マイクロ波加熱装置 - Google Patents

Abstract

負荷の加熱を目的とするマイクロ波加熱装置であって、周辺壁部によって取囲まれた筒形の空洞（２）を含み、該空洞にはマイクロ波供給手段（１０）が設けられる。この加熱装置は、該空洞内において該周辺壁部と該負荷との間に配置される誘電性壁部構造（８）を含み、該マイクロ波供給手段は、負荷を加熱するために、該空洞内においてＴＥ型およびＴＭ型の特性を有するアーチ面ハイブリッドモードであるマイクロ波の場を生成するように配置される。

Description

発明の分野
この発明は、マイクロ波加熱装置、マイクロ波加熱システム、および独立請求項のプリアンブルに従った方法に関する。

発明の背景
材料をマイクロ波加熱するための空洞およびアプリケータは一般に、動作時に共振する。なぜなら、このような条件により、高効率マイクロ波が得られる可能性が生じるためである。一般的な空洞／アプリケータの負荷は、有極性液体および小型の食物においては、１０から８０等の高誘電率を有し、また、乾燥動作中等においては、より低い誘電率ではあるが低い損失率およびより大きな体積を有する。これらのいずれの場合においても、空洞／アプリケータ内においてマイクロ波のエネルギが何度も反射および逆反射されて、十分な加熱効率を得なければならない。しかしながら、共振条件は、固有関数の周波数帯域幅の制限を必然的に伴う。

共振周波数の帯域幅が制限されるという実際問題を克服するために、以下の３つの方法が用いられている。

・比較的大きな空洞内で多重共振を用いること。それにより、マグネトロン等の発振器の動作周波数において少なくとも１つの共振が存在するようになる。この種の空洞は使用しやすいが、特に負荷が小さい場合、わずかに異なる負荷に対しても、加熱パターンおよびマイクロ波の効率が変動し、かつ、実に予測不可能であるという欠点を有する。

・単一モードの空洞／アプリケータ内の共振周波数に対し、何らかの調節手段を使用すること。可動の短絡プランジャ等の機械的手段は扱いにくく、良好な直流接触を必要とする。より実用的ではあるが、やはり機械的に作動される装置が、ＷＯ−０１／６２３７９に記載される非接触デフレクタである。

・調節可能な周波数発振器を使用すること。低電力の半導体発振器または高価なＴＷＴ管が有用であると考えられるが、別の問題が生じる。すなわち、定められたＩＳＭバンドへの制限である。これらの帯域外の動作周波数に対しては、複雑な遮蔽およびフィルタリングが必要とされる。

必要とされる周波数の変動が、たとえば許容される２４００から２５００ＭＨｚ内である場合、制限された範囲の負荷の形状寸法または誘電率を対象とした上述の３番目の種類のシステムが、良好に作動し得る。その際に、マイクロ波のアプリケータには、使用時における共振周波数の縮小範囲が本質的に設計されていなければならない。アプリケータおよび空洞ならびに内部負荷の共振特性の組合せを利用して、アプリケータおよび負荷の共振周波数の負帰還を行なうことも可能である。すると、このようなシステムは、ＵＳ−５，８３４，７４４に開示されているように、特定のおよびかなり狭い負荷の形状寸法および誘電特性に制限される。

発明の概要
この発明の包括的な目的は、多種多様な負荷の形状寸法および誘電率に対して安定した
共振周波数を有し、先行技術の構成ほど複雑でも高価でもなく、かつ、先行技術の構成より強固なマイクロ波加熱装置を得ることである。

この目的は、独立請求項に従ったこの発明によって達成される。

従属請求項に好ましい実施例を明示する。

この発明は、マイクロ波の閉じ込めに関し、このマイクロ波の閉じ込めは、周辺壁部と負荷との間に誘電体構造を組込んだ、部分的に開閉される共振アプリケータであり得る。このアプリケータは原則的に、数学的に筒状であり、このことは、このアプリケータが、規定された長手方向の軸を有し、この軸に沿って一定の断面積（誘電体構造の断面積を含む）を有することを意味する。アプリケータ内のモードの型は、アプリケータの中心領域において、長手方向軸に沿って本質的に場を有さない。

典型的な単一モードの共振アプリケータでは、負荷が挿入されると共振周波数が下がり、負荷がアプリケータのモードパターンを著しく変更するほど大きくない場合、負荷の誘電率がより高いことにより、共振周波数がさらに下がる。この発明に従った装置は、特定のハイブリッド型を有するモードにより、本質的に自動制御を行なう。このモードは、ＴＥ成分（基準として軸を有する）およびＴＭ成分で構成されると言うことができ、ＴＭ成分は、アプリケータ内に負荷が挿入されたときに「固有の」より高い共振周波数を有し、相対的に見て、より強力となる。そのため、ＴＭモードの共振周波数を下げるという補償が行なわれる。

ハイブリッドモードはＨＥ型を有し、直交する電界Ｅおよび磁界Ｈの６つの成分すべてを有する。ハイブリッドモードは、周辺部またはさらに内側に同心の誘電体を有する円筒形の導波管または空洞内において、その基本的な形で存在し得る。ゼロよりも大きな第１の指数（回転、ｍ）を有するＴＥモードは、理論上公知のこの特性を有する。しかしながらこのモードが、この場合、長手方向中心軸において場を有し得ないことから、最小の第１の指数は２である。このようなアプリケータは極めて小さいことが考えられるものの、１０を上回る第１の指数を有するアプリケータもまた可能であり、結果的に、２４５０ＭＨｚにおいて、体積にして１ｍＬの僅か何分の１から数十Ｌに至る負荷に対する極めて広い適用範囲を生じる。小さな負荷用のアプリケータは基本的に閉じられ得、３６０ｍ／４の最小中心角を有する扇形であり得る。このような場合、整数の指数は必要とされない。たとえば筒型の大きな負荷用のアプリケータは円形であり得、負荷を挿入するために、軸の中央領域が開放されている。

図面の説明全体にわたり、同じ番号は、同一または同様の機能を有する同じ要素を指す。

発明の好ましい実施例の詳細な説明
この発明は、アーチ面モードの或る特性を扱い、その特性に依存する。このようなモードは、円形および楕円形の断面に加え、いくつかの多角形の断面をも有する筒形の空洞内に存在し得る。しかしながら、正１２辺形よりも辺の数が多い断面を有していても、状況によっては、角部で辺によって生じる平滑面からのずれが、好ましいものではない場合もあることが分かっている。

したがって、また、楕円形の断面がいくつかの明らかな場合においてのみ利点を生じることから、この明細書は、主に円形の断面、特に扇形からなる断面を扱う。周辺部におけ
る非円形の形状寸法についてのより詳細な発展例については、後述する。

第１の例として、ＴＥ₄₁モードを扱う（図１参照）。ＴＥ₄₁モードは、中空の導波管または空洞の円周に沿って、軸方向の磁界（これは優位な磁界方向である）の８個の最大点を有する。この図面では、磁界に破線が施されており、電界（軸に対して垂直な面にのみ存在する）は実線として描かれている。

空気で充填された中空のＴＥ₄₁₁空洞は、軸方向の長さが１００ｍｍであって、かつ、直径が約２６０ｍｍであると、２４５０ＭＨｚで共振する。エネルギのほとんどは周辺部に集中し、周辺部に沿って反対方向に伝播する２つの波として描かれ得、定在波のパターンを生じる。

アーチ面モードは、湾曲した外側金属壁部を有する、限られた形状寸法で存在し得る。最も単純な場合、すなわち円筒形の導波管および共振器の場合、これらの導波管および共振器は、場を有さない軸により規定される。したがって、円形モードの表記を有する一般的なシステムにおいて、第１の（φ方向であるように規定される周方向の変動の）指数は「高く」、第２の（ρ方向であるように規定された径方向の変動の）指数は「低く」、第３の軸方向の（ｚ方向であるように規定された）指数は任意である。

アーチ面モードに関して最も一般的な分極型はＴＥであり、このことは、ｚ方向の電界Ｅが存在しないことを意味する。一般に、湾曲した金属面には、優勢なｚ方向の磁界（したがってφ方向の壁電流）が存在する。第１の指数は２以上でなければならない。

ＴＭモードについては、ｚ方向の磁界Ｈが存在せず、一般には、湾曲した壁部から何らかの距離離れたところに優勢なｚ方向の電界Ｅが存在する。第１の指数はここでもまた、２以上でなければならない。

その「上」面および「下」面（固定のｚ平面）よりも大きな軸方向の（周方向の、多角形または円形の筒形の）面を有することにより特徴付けられる誘電性負荷には一般に、ＴＥモードがそれほど高効率で結合しない。なぜなら、それらの電界Ｅが、水平方向にのみ方向付けられているため、どのような垂直方向の負荷の面に対しても垂直になるためである。ＴＥモードはまた、自由空間の平面波よりも高いインピーダンスを有しており、このことがまた、本質的に低インピーダンスである誘電性負荷へのさらなる結合不良を生じる。優勢なｚ方向の寸法を有する負荷に対しては、ＴＥｚモードにより一次結合の機構が生じないと言うことにより、この状況を単純化することができる。その結果、負荷に対して良好な電力伝達を行なうために、より高い品質係数（Ｑ値）が必要とされる。しかしながら、このことは、特に小さな負荷を効率よく加熱するために必要とされる、より狭い周波数帯域幅の共振を必要とする。

ＴＭモードはｚ方向の電界Ｅを有し、低インピーダンスである。したがって、ＴＭモードは上述の負荷とはるかに良好に結合する。しかしながら、このことはまた、それほど小さくない負荷が、たとえば極めて大きな共振周波数の変化を生じることによってシステムの特性全体に影響を及ぼし得ることも意味する。この極めて大きな共振周波数の変化は、より低いＱ値（およびそれにより、より大きな周波数帯域の共振）という利点を相殺してしまう。

アーチ面モードのサブグループは、たとえば石板、タイル、または平坦なもしくは湾曲したシートの形を取った誘電性壁部構造が巻付けられたアーチ面モードである。

この発明は、アーチ面モードのこのサブグループに、すなわち、空洞の周辺壁部と空洞
内で加熱されるべき１つまたは多数の負荷との間に本質的に配置される誘電性壁部構造を備える閉じた空洞を含むマイクロ波加熱装置に、向けられる。

円筒の（および楕円筒の）形状寸法では、直径に沿った金属側壁を軸方向に導入して、８個の独立した空洞または導波管を形成することができる。このような扇形の空洞の最小のものは４５°であり、図１においてたとえば６時の方向から０°と４５°とにおいて平面を切断することによって得られる。このような場合、場の特性（共振周波数等）は変化しない。

このような扇形の導波管は、（以前の軸における）縁に向かって次第に消失するモードを有すると考えることができる。したがって、この先端付近に配置された負荷は、導波管のモードの、何らかの種類の次第に消失する結合により加熱される。径方向の内側に向かう、次第に消失するモードの場のインピーダンスが高く、誘導性であることが極めて重要である。負荷が空気よりも極めて大きな誘電率を有していると考えられるため、負荷に到達した波のエネルギは次第に消失しない。

波のエネルギ密度が負荷の位置において「過剰に」下がりすぎない場合、著しい吸収が生じ得る。しかしながら、縁の先端付近に配置された負荷との結合は極めて悪い。

空洞のアーチ部付近により小さな負荷を位置付けることにより、結合が強力になることは明らかである。結合はまた、角度方向における負荷の位置によっても影響を受ける。なぜなら、特に磁界の強度が、マイクロ波供給部の位置または径方向の壁部の位置を基準とした位置とともに変化するためである。

以下に、アーチ面モードの定義および分極を紹介する。

２つの誘電体の一方が何らかの損失を有する場合、マイクロ波はこれらの２つの領域の間の境界線に沿って伝播し得る（いわゆるツェネク（Zennek）波）。波はまた、損失のない誘電性平板に沿っておよびこの誘電性平板に閉じ込められて、損失なく伝播し得る（いわゆる誘電性平板の導波管）。後者の変形例は、この発明におけるように、誘電体が一方側に金属層を有するものである。したがって、モードはトラップされた表面波となる。

損失のない伝播は、表面付近に擾乱する物体または吸収する物体が存在しない場合に、上述のいずれの場合においても、システムから離れていく方向に放射が生じないことを意味する。

ＵＳ−３，８４８，１０６には、マイクロ波加熱に表面波を用いる装置が開示されている。モードの型はＴＭ型であり、一側面（α側）が周囲に開放されている誘電性の平板充填材を本質的に有する供給ＴＥ₁₀導波管において、方向（ｚ）の伝播を伴う。したがって、誘電性充填材のすぐ外側のモードの場はｚ方向の磁界を有さないが、全方向に電界Ｅを有する。この発明に従った空洞内で使用されるモードは、ハイブリッドモードである。このハイブリッドモードは、この明細書において、電界Ｅおよび磁界Ｈの両方がｚ方向（空洞の長手方向）に存在するモードとして規定される。ハイブリッドモードでは、ＴＥモードとＴＭモードとが存在し、径方向の磁界Ｈを有する。一例として、ハイブリッドモードＨＥ₃₁₁は、回転対称の誘電体構造を備えた空洞内に６つの成分すべてを有する。

以下は、円形導波管および空洞におけるアーチ面モードに関する理論的な証明である。

任意の断面を有する任意の筒形の中空の金属チューブにおけるように、円形導波管には２つの別個の種類のモード、すなわちｚに対するＴＥおよびＴＭが存在し得る。このこと
は、６つのＥおよびＨの成分のうちの１つが欠落していなければならないことを意味する。それはそれぞれ、ｚ方向のＥおよびＨである。

ＴＥモードと同一の３つの指数を有するＴＭアーチ面モードが、同一の空洞（すなわち、既知の直径および長さ）においてより高い共振周波数を有することが、この発明には特に重要である。

一例としてＴＥ₃／ＴＭ₃モードの場合、ｘ′／ｘの商は４．４２／６．３８であり、これを公式に挿入する。

ここで、ｆ_Rは共振周波数であり、ｃ₀は光速であり、ｍｎｐはモードの指数であり、ａは空洞の半径であり、ｈはその高さである。

円形導波管内のすべてのＴＥモードおよびＴＭモードが直交すること（ＴＥ₀およびＴＭ₁の系列は除く。しかしながら、これらはアーチ面モードではない。）も重要である。したがって、それらは互いにエネルギを結合し合うことができない。

円形導波管が（周辺部に沿った、または周辺部もしくは中心のロッドから或る一定の距離をあけた環形の）同心の誘電性充填材を有するとき、これらのモードは、回転対称である場（アーチ面モードはこれに該当しない）を除き、どのような円筒座標に対してもＴＥまたはＴＭにならない。このことは、長い間、理論上の関心事として公知である。

図２および図３を参照すると、この発明の第１の好ましい実施例の基本的な設計および特性が提示される。

参照する方向が、直交座標系の長手方向から円筒座標系に変わると、直交座標ＴＭ₀モードが円筒座標ＴＥ_m1モードに類似することを理解されたい。完全円のアプリケータが可能であって実際に設計および使用が可能である場合でも、小さな負荷を加熱するには形状寸法の縮小が好ましいと考えられる。より小さな空洞が得られるだけでなく、所望しないモードをより容易に回避することができる。

軸方向の平坦な金属の空洞壁部上において或る角度をとった特定の電流および場の強度分布と、湾曲した扇形の周辺部に沿った誘電性の壁部構造とにより、考えられる他の利点もまた存在する。

したがって、この第１の実施例の２つの変更例をそれぞれ図２および図３に示す。図２は、周辺壁部２、側壁４、負荷６、誘電性壁部構造８、およびマイクロ波供給手段１０を含む１２０°の扇形アプリケータ（または空洞）の、ｘｙ平面における断面図を示す。ここで誘電性壁部構造は、４枚の平坦な誘電性タイルを含む。

図３は、同様の加熱装置であるが、ここでは誘電体で被覆された周辺壁部２を有する加熱装置の斜視図を示す。図２および図３のいずれについても、誘電性壁部構造は、厚さが約７ｍｍであり、約７．５の典型的な誘電率を有する。負荷はかなり大きく（直径が３０から４０ｍｍ）、アプリケータの半径は約８５ｍｍである。高さは約８０ｍｍであり、動
作周波数は２４５０ＭＨｚのＩＳＭバンド内にある。

扇形の空洞が用いられる場合、共振を得るために中心角を指定するという要件は存在しない。したがって、角度対半径が連続的に存在する。３および４等の整数の指数に対して整数次のベッセル（Bessel）関数を含む解析公式が使用できるため、上述のように直接計算を行なうことができる。

誘電性アーチにトラップされ、次第に消失する共振を生じる空洞（アプリケータ）においても、ＴＥ₃₁₁モードの場のパターンが優勢である。このモードは、どのようなｚ方向のＥ成分をも有さないはずであるが、アプリケータのモードはこのｚ方向のＥ成分を有する。このことはマイクロ波のモデリングによって検証することができるが、ＴＭ₃₁₁モードの他の成分（天井部および床部において最大点を有するｘｙ平面の磁界Ｈ、ならびに半分の高さで最大点を有するｘｙ平面の電界Ｅ）は「隠れ」てしまう。なぜなら、ＴＥ₃₁₁モードがそれらと同じ成分を有するためである。結論として、空洞のモードはハイブリッドＨＥ₃₁₁モードであり、ここでは、ＴＥ型の空洞の場の強度が、ＴＭ型のものよりも強い。

本質的に一定の共振周波数を有する利点を、以下にさらに論じる。

図２および図３におけるように、小瓶における１ｍＬ未満から容器における５０ｍＬを上回るまで等、負荷が極めて大きく変動しても、上述のアプリケータの共振周波数の変動が極めて小さいことが、マイクロ波のモデリングによって分かっている。これらの負荷は有極性液体であり、やはり極めて変動の大きな誘電率および損失率を有する。周波数の変動は１ＭＨｚ以内という小さなものであり得る。

図６および図７に開示した空洞をモデリングし、そのモデリングの結果を表１（以下）に示す。

負荷は、直径が９ｍｍおよび高さが１５ｍｍの筒（ガラス瓶ではない）を有し、その上部が空洞の天井部から約２ｍｍ下に位置付けられる。アンテナの突出は極めて小さく、実際に、空洞の壁部と同一平面上にある（空洞の壁部はここでも、セラミックブロック内に穴部を有する）。

セラミックの誘電率は全体にわたって７．５−ｊ０．０１２５であった。これは、４．２ｍの侵入深さに対応する。

次に、マイクロ波供給手段のさまざまな局面について論じる。

ハイブリッドＨＥモードの機能を理解すると、そのＴＥ「成分」とＴＭ「成分」との間には、負荷とともに変動する釣合いが存在する。軸方向に大きな寸法を有する誘電性負荷は一般に、ＴＥモードよりもＴＭモードに強く結合し、ＴＭモード成分の、本質的により高い共振周波数の傾向を相殺する。

このような理解の結果、ＴＥ型のモード成分とＴＭ型のモード成分との間の釣合いに対して、本質的に影響を及ぼさない供給手段を使用することが重要となる。したがって、ＴＥ成分のみが供給されると、ＴＭ成分が可変の負荷に「自由に」適合し得る。ＴＭ型のモード成分が１つの成分Ｈ₂のみを欠いているため、このことは好ましい選択肢となる。この場の成分は、円形の周辺部の半分の高さにおいて最も強力となり、０°、６０°、および１２０°において最大点が存在する。したがって、０°または１２０°における垂直方向のスロット供給部が実現可能である。ポインチング（Poynting）ベクトルを得るための相補的な電界Ｅは、水平面かつ径方向である。供給部の構成を図４に示す。すなわち、端部に垂直方向のスロットを備えた通常のＴＥ₁₀導波管が、空洞の横に存在する。

極めて類似した場面での、空洞の高さの半分の高さにおける磁界Ｈｚの包絡線を図５に示す。ＴＥ₃₁モード成分から生じた誘電性壁部構造内の場のパターン１２を、概略的に示す。

別の可能性が、３０°において同軸プローブにより「回転」磁界Ｈｚを励起し（ここではこの磁界Ｈｚが態様を変え、空洞の高さの半分の高さに水平磁界Ｈが存在しない）、それと同時に、水平方向かつ径方向の内側に向かう電界Ｅとの場の整合を得ることである。これを図２および図３に示す。

さまざまな負荷を用いても共振周波数の変動が減じられるという所望の機能が、アプリケータに挿入された薄くかつ低誘電率の誘電体によって原則的に得られる場合でも、好ましい実施例は以下のようなものとなる。すなわち、誘電性壁部構造（またはクラッディング）内で使用される誘電性材料は、発振エネルギの実質的な部分が周辺領域に閉じ込められるような高誘電率を有するべきである。ＨＥモードが存在する唯一の前提は、誘電率（ε）が１よりも大きいということである。その結果、誘電性壁部構造の誘電率と厚さとの多種多様な組合せが生じる。たとえば、εが９よりも大きい場合、（セラミックの）クラッディングはかなり薄くなり、可能性として耐故障性の問題を生じる。実用上の理由から、誘電率は、好ましくは４と１２との間である。６と９との間が最も望ましいと考えられ、それにより、厚さは８と６ｍｍとの間になる。

１つの設計の考慮事項は、セラミックの外側表面と空洞の周辺部との間に或る空隙を残すことよりも、セラミックの外面を金属被覆することの方が難しい場合がある点である。この発明の一実施例によると、極めて小さなアプリケータを得るために最短距離が望ましい場合、２から４ｍｍの距離が実現可能であることが分かっている。

上述のアプリケータは、タイルと、アプリケータの外側金属壁部との間にわずかな距離
を有する。その理由は、ａ）それによって金属被覆することを回避できるため、および、ｂ）モードの場のパターンがそれほど影響を受けない（すなわち、ＴＥｍ；１型（１よりも大きな第２の指数を有さない）のモードが維持される）ためである。その結果、便利にも小さなアプリケータが生じる。周辺壁部と誘電性壁部構造との間にわずかな距離を有するアプリケータを、図６から図１０に関してさらに説明する。

誘電体構造の壁部と周辺壁部との間の距離を増大させることにより、いくつかの利点が生じる。

１つの利点は、誘電性壁部構造内に、マイクロ波供給手段のための穴部を構成する必要がない点である。このことは次いで、装置の製造をより安価なものにする。

別の利点は、供給手段によって生じた近接場が、より対称なものになる点である。

これらのおよび他の利点について、以下にさらに論じる。ここでは図１４および図１５を参照する。

誘電性壁部構造と周辺壁部との間の距離が１５ｍｍ以上にまで増大すると、その領域に第２のトラップされた表面波が生じ、そのモードの軸方向の磁界は、誘電性壁部構造内で態様を変化させる。

すると、このモードは、基本的な（デカルト座標の（Cartesian）／直交座標の）ＴＭ−ゼロ誘電性平板型と同じ種類になる。アプリケータが円筒形である場合、多数の定在波（整数の波長の波）が適正寸法で周方向に生じる。このようなアプリケータは、依然として径方向の指数１を内側方向（ここに負荷が存在する）に保持しているが、極めて大きい場合（２４５５ＭＨｚにおいて３００ｍｍ等を上回り、周方向の指数１０以上に対応する（１０の場合、周辺部に２０個の定在波の最大点が存在する））、供給がより容易になることが考えられる。格別の利点は、供給部がタイル付近に存在しなくてもよいことである。なぜなら、アークの発生またはタイルの局所的な過熱の危険性を生じる近接場の励起が、高電力システムにおいて劇的に減じられるためである。

周辺壁部の内面と誘電性壁部構造との間において、より長い距離（２４５０ＭＨｚにおいて２５ｍｍ以上）の使用が可能であることが分かっている。それにより、誘電体構造内に２つの異なる場の型を得ることができる。モードの参照が、空洞全体に対してではなく、誘電体構造に対してのみ行なわれ、波のエネルギが（空洞モードを確立するために）空洞の周方向に沿って伝播し、直交座標の表記になることに注目されたい。すると、２つのモードの型は優勢なＴＭ₀およびＴＭ₁となる。ＴＭ₀の場合、誘電体構造の全体にわたって分極の変化はなく、ＴＭ₁の場合、１つの分極の変化が存在する。

結果的に得られる空洞モードが、現在は半径方向の指数が２であるにもかかわらず、セラミックのＴＭ₁の場よりもセラミックのＴＭ₀の場により、より小さな第１の（周方向の）指数を有することが分かっている。このことは、この好ましい場合において、径方向に内側の消失性がより低速となり、かつ、モードの挙動が、負荷による影響をより受けにくくなることを意味する。負荷は、誘電性壁部構造の内面付近に配置される。別の重要な利点は、（誘電体構造と周辺壁部との間の）供給手段が以下のようなものになり得ることである。すなわち、通常の高電力伝達（すなわちインピーダンス整合）の条件下において、誘電体構造の内面にわずかな近接場が存在するようなものになり得る。好ましい実施例において、供給手段は、一般的な、径方向の４分の１波同軸金属アンテナである。

空洞の周辺壁部から径方向に大きな距離を空けて誘電体構造を配置することにより、位
相遅延を伴ったデュアルアンテナの構成が可能となる。その結果、本質的に１方向のエネルギが空洞内において周方向に流れる。このようなアンテナのいくつかの種類が存在しており、使用することができる。このようなアンテナは一般に、設計がより容易であり、ＴＭ₀モードにおけるよりもセラミックＴＭ₁モードにより、小型となる。円周モードの指数が以前の場合よりも大きくなるため、システムの不完全によって生じる最小点間の距離が短くなり、このことは有利である。

周辺壁部と誘電体構造との間の径方向の空隙は、自由空間波長の半分までであり、好ましい実施例では２０〜３０ｍｍである。直交座標のセラミックモードＴＭ₀またはＴＭ₁のいずれかが用いられ、ＴＭ₀が一般に好ましく、ＴＭ₀はまた、周辺壁部と誘電体構造との間の距離が短い場合に得られるものである。

したがって、図１４および図１５は、この発明に従って大きな径方向の空隙を設けたマイクロ波加熱装置の２つの実施例を示す。

図１４は、周辺壁部２と、負荷の空洞６を取囲む誘電体壁部構造８および周辺壁部の間の空隙１８とを含む円筒形の空洞の断面図である。供給手段１０は周辺壁部を介して配置される。

図１５は、図１４の実施例の項目に加えて２つの側壁４を含む扇形のマイクロ波加熱装置の断面図を示す。

共振動作周波数が本質的に一定であるため、この周波数は何らかの手段により、トリミングを行なう際に適切な値に設定され得る。マイクロ波供給地点と同じ位置に、しかしながら場の次の半波位置（図示されるように、図２は２つの半波を有し、これは図５および図３にも当てはまる）に位置付けられた小さな径方向の金属柱２２（図２参照）を含むことが好ましいことが分かっている。金属柱は、２４５０ＭＨｚ帯域内の共振周波数の約５０ＭＨｚの下方調整を、有害な影響を及ぼさずに行なう。開口部は４ｍｍの直径を有し得、柱は２ｍｍ未満である。

ハイブリッドモードが「軸の先端」に向けて、径方向の内側に向かって次第に消失するものであるため、そこには場が存在しないか、または極めて弱い場が存在する。特に、負荷に対するエネルギ結合の多くが水平方向の磁界Ｈを介するものであり、かつ、これらが半分の高さにおいてゼロであることから、その領域の空洞の径方向側に、擾乱および放射を生じない極めて大きな穴部を形成することができる。

「軸の先端」付近の大きな負荷は、（所望のとおり）かなり弱く結合し、共振周波数をそれほど変化させない。しかしながら、その同じ位置にある小さな負荷は、結合が弱すぎるおそれがある。極めて小さい負荷の位置を図２に示す点線２４に沿って径方向の外側に変更した場合、結合がより強力となって加熱効率が高まる。これにより、負荷の位置を固定するのに比べ、負荷の大きさおよび誘電体の特性に、一層大きな許容範囲が生じ得る。

実用的な単純化は、（約）１２０°の湾曲したタイル（図３から図５に図示）ではなく平坦なタイルを用いることである。図２に示すように４枚のこのようなタイルが使用可能であることが分かっている。それよりも少ない数のタイルは、空洞内のハイブリッドモードのＴＥモード成分とＴＭモード成分との間の微妙な釣合いを損なう。

セラミックタイル内のマイクロ波の損失は、避けることができない。実際にこのことにより、どの程度小さな負荷を効率よく加熱できるかが最終的に決定される。しかしながら、エネルギ要件が詳細であることから、極めて小さな負荷の効率の良い加熱は、制御しに
くい。セラミックタイルにおける「制御された」損失により、セラミックタイルは、負荷と電気的に並列な態様で接続されると言うことができ、したがって「電圧」を制限する。その結果、負荷がタイル（および空洞の金属壁部）と同じ電力を吸収すると、この負荷において最大加熱強度が生じ、この強度は、負荷の吸収能力がさらに下がると、一定の状態を保たずに下降する。

予測されるとおり、典型的なシステムは小さな負荷に対しては結合過剰となり、大きな負荷に対しては結合不足となる。当然ながら、この結合を変化させることにより、適切な態様で指定された負荷に対し、臨界結合（したがって最大効率）を生じることができる。（供給を行なう導波管の長さにより）整合しない位相を選択し、それによって、大きな負荷については（効率がより高い）シンク領域で動作が生じ、小さな負荷については（低効率だが安定性のある）熱領域で動作が生じるようにすることにより、マグネトロンの非線形特性をさらに利用することができる。このような設計により、有用な負荷の範囲を拡大することができ、小さな負荷または空であることによって生じるマグネトロン損傷の危険性を劇的に減じる（セラミックタイルのベース負荷および空洞壁部の損失もまた、このことに寄与する）。

この発明の第２の好ましい実施例は、すべてが以下の設計の目標を満たす、さまざまな変更例のグループを含む。

１） たとえば単に１．０ｍＬの液体の負荷用に、安価で小型のアプリケータを提供し、かつ、可動の部分を有さない最も単純なシステムを提供すること。

２） 最小限の機械加工で、セラミックタイルの誘電特性試験および自己発熱試験を容易にすること。

第１の好ましい実施例に関し、極めて小さいかまたは少なくとも台形（三角形が好ましい）のいずれかである、空気で充填された領域において、空洞は、円形または扇形の空洞の軸に向かい径方向の内側に向けて次第に消失していく優勢なモードを有する。それにより、負荷自体およびこの作業空間により決定される共振は、些細なものとなる。

たとえばまっすぐで平坦なセラミック石板の側面からの「膨らみ」によるずれにより、さまざまな負荷の誘電率に関する一層小さな共振周波数の差に対して、さらなる最適化の方法が存在し得る。

図６〜図９は、第２の好ましい実施例のさまざまな変更例を示す。図７の三角形のアプリケータは基本的に、主にＨＥ型のハイブリッドアーチ面モードの共振用に単に変形を加えた扇形の設計である。アーチ型ではなく平坦なセラミックが、さまざまな負荷に対する周波数の定常性という点でそれほど良好な結果を生じないにもかかわらず、負荷の形状寸法または体積の制約が導入された場合には、その結果が十分なものとなり得ることが分かっている。

第３の側壁４′で三角形の空洞の端を切断して台形の空隙を形成することにより（図８参照）、２つの共振が一致する。このことはそれほど好ましいことではないが、場を本質的に安定させる第３の側壁に沿って第２の誘電性壁部構造８′を含むことにより、この変更例を改善することができる。その結果、より小型の空洞となる。

その断面（水平方向であり、アプリケータの軸が垂直方向であると考えられる）を平行ではない辺で形成することにより、単一のタイルまたは複数のタイルのアプリケータにおいて非アーチ型セラミックタイルを補償することができる。実際の製造上の理由から、一
側面は平坦なままであるべきである。このことを図９に示す。その利点は、この挙動が、真にアーチ型のタイル（図２に図示）を用いることによる挙動、すなわち、可変の負荷に対して周波数の定常性がより良好になること、に類似する点である。

第２の好ましい実施例の一般的な形状寸法は、断面が方形である基部側を有する誘電性壁部構造を含む、三角形の断面を有する筒形の形状寸法である。空洞への供給は、小さな中央部の同軸アンテナによる。（厳密には既知ではないセラミックの誘電率を考慮して）約２４５５ＭＨｚへの共振周波数の適合は、全体の高さを変更することによって行なわれる。そのため、本来の高さは２４５５ＭＨｚの共振に対して予測されるものよりも高くあるべきであり、それにより、高さをより容易に変更することができる。

その形状を図６および図７に示す。セラミックの上方にある三角形は、基部の辺が８０ｍｍであり、高さが５４ｍｍである。約２４５５ＭＨｚの共振に対する垂直方向の筒の高さは約６１ｍｍであるが、本来の高さは８０ｍｍに形成されるべきである。セラミックブロックは、８０ｍｍおよび１０ｍｍ（＝厚さ）の水平方向の辺を有し、全域にわたって垂直方向に延びる。

セラミックブロックと、その後ろにある平行な空洞壁部との間に２ｍｍの空隙１８が存在する。したがって、セラミックのない空洞は、三角形の部分と方形の部分とからなる。方形の部分は水平方向に８０×１２ｍｍである。

半分の高さにおいて、セラミックを通る対応する穴部を備え、かつ、中央に配置された、同軸供給部が存在する。穴の直径は８ｍｍである。

負荷の上方における内側のΦが１３ｍｍであり、かつ、高さが約９ｍｍ以上である金属チューブ２０（＝ウェーブトラップ）が存在する。負荷の軸とチューブの軸との公称位置は、アプリケータの先端から３２ｍｍである。また、図６には上側壁部１４と下側壁部１６とが示され、これらは側壁４および誘電性壁部構造と共に、閉鎖された空洞を形成する。図６〜図９において、供給手段１０は同軸プローブである。

図１０には、図７に１つが示された６個のマイクロ波加熱装置がともに配置された、概略的であってかつ単純化された構成が示される。この図面に供給手段が含まれていないことに注意されたい。

例示的な一実施例において、円形の断面を有する筒である空洞には、空洞内に単一の定在波のパターンを生じる唯一の供給手段が設けられる。この実施例は６個の負荷を設けた空洞を示す図１１の概略図に示されるように、対称的に配置された複数の等しい負荷を加熱することを主な目的とする。定在波のパターンは、ＨＥ_6.1モードを有し得、各場の最大点に１つの負荷を有し、すなわち３０°離して配置された１２個の負荷か、６個の負荷（場の最大点の２個ごと、すなわち６０°離れる）か、４個の負荷（場の最大点の３個ごと、すなわち９０°離れる）か、３個の負荷（すなわち１２０°離れる）か、２個の負荷（すなわち１８０°離れる）か、または、当然ながら１つの負荷（図１２に概略的に示す）を有し得る。

図１１は、誘電性壁部構造８と供給手段１０とを有する円形のマイクロ波加熱装置を示す。この装置は、ＨＥ_3;1;1モードであり得、６個の場の周期が存在することから、円形に配置された等しい６個の負荷６は、等しく処理される。システムの共振のＱ係数を（次第に消失するモードにより）所望通り大きくすることができるため、すべての負荷に対し、最終的には「衝突する」同様の場が生じ得る。そのため、定在的な磁界および電界の位置に対して負荷の位置を選択することができ、それによって負荷は、それぞれ等しい電流
源または電圧源によって処理される。

負荷が等しいものではない場合、その結果は、相対的な加熱の負帰還または正帰還であり得る。この負帰還または正帰還は、当然ながら望ましいものではないがたとえば、より弱く加熱されている、それ以外の点では等しい多数の負荷のうち、より高温になる負荷や、またはたとえば、より強く加熱されているより大きな負荷や、もしくはその逆による。

第３の好ましい実施例において、空洞はより小さなサイズを有し、周辺壁部および誘電体構造は、互いに対して同心状に配置された円形の断面を有する。当然ながら、この実施例もまた、周辺壁部および誘電体構造が円の一部である断面を有する変更例を含む。

特定の例において、誘電率が９である誘電体構造８（図１３）の外径は５０ｍｍであり（これはまた、周辺壁部の内面の半径でもある）、負荷用の開口部６は、半径が２０ｍｍである。図１３は、図面の最も低い部分において２４５０ＭＨｚで作動する供給手段１０が設けられた半円形の空洞内における、場のパターン１２を示す。場のパターンは、２つの全波および２つの半波を有する。代替例として代わりに、中心角が、同じ機能を提供する１２０°であってよい。空洞の高さは約５０ｍｍ（たとえば４９ｍｍ）である。

この実施例では、誘電性壁部構造（セラミック）の径方向の厚さが大きい。また、アーチによりトラップされる、次第に消失する共振は、主に誘電体構造内で生じる。

この発明の第４の好ましい実施例に従い、ｍ２＞ｍ１である２つのハイブリッドモードＨＥ_m2;2;pおよびＨＥ_m1;1;pが用いられ、これらはいずれも同一周波数で共振する。

１本の径方向の供給アンテナからの結合係数は、２つのモードに対して異なる。なぜなら、ＨＥ_m2;2;1モードの場がより密接に誘電体に閉じ込められ、それによって空洞の周辺壁部付近においてより一定の場を有するＨＥ_m1;1;1モードほど強固に結合しないためである。

大きな負荷を有する空洞は、より低い品質係数（Ｑ値）を得る。なぜなら、空洞内においてより少ない逆反射の後に静止状態が生じるためである。したがって、固定アンテナを有する単一モードの空洞の結合係数が、負荷を減らしたときに結合不足（結合係数＜１）から結合過剰（結合係数＞１）に移行する傾向が常に存在する。したがって、加熱用の単一モード共振の空洞に対する設計の目標は、最大の（または最も強力に吸収する）負荷に対しては、結合係数を小さくなり過ぎないように設定し、高電力を必要とする最も典型的な負荷に対しては、結合係数を約１（臨界結合であり、インピーダンス整合を生じ、したがってシステムの最大効率を生じる）になるように設定し、最小の（または最も吸収が弱い）負荷に対しては、結合係数を大きくなり過ぎないように設定することである。

同時に生じる２つのモードが負荷の加熱に用いられる場合、これらのモードがほぼ常に直交することを確認しなければならない。このことは、供給構造から２つのモードに電力が別個に伝達されており、それによって電力吸収が、別個のモードから生じることを意味する。しかしながら、これらのモードが共通の供給部を有しているため、それらの相対的な振幅（およびそれにより、モードによる負荷への個々の電力の伝達）は、結合インピーダンスおよび供給部とモードの場との整合等のいくつかの要因に依存する。結果的に得られる加熱パターンは、２つのモードの場のベクトル和の結果である。なぜなら、この状況が時間調和となるためである（同一の単一周波数が使用される）。

したがって、第４の実施例によると、システムのダイナミックレンジは、小さな負荷を加熱するためにＨＥ_m2;2;1モードを用いることによって拡張される。なぜなら、このよう
な負荷に対するその結合係数が、ＨＥ_m1;1;1モードの結合係数よりも小さいためである。そして、システムのダイナミックレンジは、より大きな負荷を加熱するためにＨＥ_m1;1;1モードを用いることによって拡張される。なぜなら、このような負荷に対するその結合係数が、ＨＥ_m2;2;1モードの結合係数よりも大きいためである。ＨＥ_m2;2;1モードは、大きな負荷に対して強度の結合不足となり、したがってＨＥ_m1;1;1モードの作用を妨げない。小さな負荷に関し、ＨＥ_m1;1;1モードは結合過剰となり、その場合、所望のＨＥ_m2;2;1モードの作用を妨げ得る。

図１６は、この発明の第４の実施例に従ったマイクロ波加熱装置を示す。この装置は、周辺壁部２と、誘電性壁部構造８″および負荷６を取囲む２つの側壁４″とを含む扇形の空洞を含む。誘電性壁部構造は、空洞の下側壁部（図１６には図示せず）から上側壁部（図１６には図示せず）まで途切れずに延びる等しくかつ平坦な２枚のタイルからなる形を有する。タイルは一般に１０ｍｍの厚さであり、高さが８０ｍｍであり、一般にε値が８であり、空洞の半径は８５ｍｍであり、中心角は１２０°である。

第４の実施例の１つの重要な特徴は、湾曲した周辺壁部２と誘電性壁部構造８″との間に大きな径方向の距離があり、そこに空隙１８′が形成されている点である。このことは重要である。なぜなら、それによってのみ、ＨＥ_m1;1;pおよびＨＥ_m2;2;p型のモードに対する２つの近接した共振周波数が容易に見出されて、使用され得るためである。

図２に示す実施例に関して説明したように、金属柱（図１６には図示せず）を、ＨＥ_m1;1;pモードの共振周波数の微調整に使用することができる。その共振とＨＥ_m2;2;pモードの共振との間のゼロ差を微調整する必要もまた生じ得る。このことは、タイルを径方向の内側に移動させることによって行なわれる。

図１６には、マイクロ波供給手段１０もまた示される。マイクロ波供給手段１０はここで、同軸アンテナの形を取る。アンテナの挿入深さは、マイクロ波装置が適切に機能するために重要である。図１６に示す場合では、空洞内へのアンテナの挿入深さは約７ｍｍであり、その直径は約３ｍｍである。

両方の共振の周波数は、挿入深さを増大させるといくぶん減少する。このことは当然ながら、結合係数の上昇を生じる。図示された例において、負荷は３ｍｍから２０ｍｍの範囲の直径を有し得、２０から６０ｍｍの高さを有し得る。

さまざまな負荷についての周波数挙動を主に調査するために、第４の実施例に従ったシステムの、多数のデータのモデリングを行なった。この調査により、共振周波数の変動性に関し、すべての条件下において高効率が維持されることが確認された。

したがって、この発明の第４の実施例に従ったデュアルハイブリッドアーチ面モードの空洞は、極めて広範囲の負荷に対し、加熱における高効率を提供する。その理由は、同一の変化しない供給手段により、大きな負荷および小さな負荷に対して、モードが相互交換可能な態様で結合過剰および結合不足となるためである。その結果、２つのモードのうちの少なくとも一方が、任意の妥当な空洞の負荷のうちのほぼあらゆる負荷と良好に結合する。これにより、（誘電率と、どの程度の過電力を使用すべきかとに依存して）約０．１ｍＬという小さな負荷にまで使用範囲が拡大する。このような小さな負荷とともに、このような過電力（おそらく７００Ｗまでの入力電力）を用いることができる。なぜなら、通常ならば場の集中を生じるであろう任意のセラミックタイル付近に、空洞アンテナが配置されていないためである。

デュアルハイブリッドアーチ面モード空洞内の場のパターンが、単一ハイブリッドモー
ドの空洞に比べ、何らかのタイプの極めて小さな負荷の形状寸法に対して結合の改善を有することも分かっている。

デュアルハイブリッドアーチ面モードの空洞はまた、いくつかの負荷の形状寸法において、極めて均一な加熱パターンを生じる可能性を提供する。これらの負荷は大きな負荷および小さな負荷の両方であり、必ずしも瓶の形状を取る必要はない。このような拡張された使途の例が、薄くかつ水平方向に平坦な負荷の加熱、および、４０ｍｍまでの直径を有する型の固体、半固体、または液体の負荷を処理するための、貫流する負荷の応用例を使用することである。

最後に図１７は、この発明に従ったマイクロ波加熱装置を用いるためのシステムのブロック図を示す。オペレータは、たとえば周波数およびエネルギに関し、特にマイクロ波生成器を制御する制御手段に接続されたユーザインターフェイス（図示せず）を介して、システムを制御する。マイクロ波生成器は、マイクロ波供給手段を介してマイクロ波をマイクロ波加熱装置に与える。制御手段には、マイクロ波加熱装置から測定入力信号も与えられ得る。これらの信号は、たとえば負荷の温度および圧力を表わし得る。

この発明はまた、上述の実施例の任意のものに従ったマイクロ波加熱装置またはマイクロ波加熱システムにおいて負荷を加熱する方法に関する。この方法は、空洞内に負荷を配置するステップと、負荷を加熱するために、マイクロ波加熱装置に予め定められた周波数のマイクロ波エネルギを与えるステップとを含む。

さらにこの発明は、化学反応および特に有機化学合成反応のための、上述の任意の実施例に従ったマイクロ波加熱装置またはマイクロ波加熱システムの使用、ならびに、化学反応および特に有機化学合成反応のための上述の方法の使用とに関する。

この発明は、上述の好ましい実施例に限定されない。さまざまな代替例、変更例、および等価例を用いることができる。したがって、上述の実施例は、この発明の範囲を限定するものと考えられるべきではなく、この発明の範囲は、前掲の請求項によって規定される。

ＴＥ₄₁モードを示す概略図である。 第１の好ましい実施例に従ったマイクロ波加熱装置の断面図である。 第１の実施例の変更例の斜視図である。 この発明に適用可能な代替的な供給手段の斜視図である。 図４に示す装置の断面図である。 この発明の第２の好ましい実施例の斜視図である。 第２の好ましい実施例の断面図である。 第２の好ましい実施例の変更例の断面図である。 第２の好ましい実施例の変更例の断面図である。 図７に示すマイクロ波加熱装置を６個分、共に配置した断面図である。 この発明の異なる代替的な実施例の断面図である。 この発明の異なる代替的な実施例の断面図である。 この発明の第３の好ましい実施例の断面図である。 大きな径方向の空隙が設けられたマイクロ波加熱装置の、この発明に従った実施例の断面図である。 大きな径方向の空隙が設けられたマイクロ波加熱装置の、この発明に従った実施例の断面図である。 この発明の第４の好ましい実施例の断面図である。 この発明に従ったマイクロ波加熱装置を用いるためのシステムのブロック図である。

Claims (26)

1. 負荷を加熱することを目的とするマイクロ波加熱装置であって、周辺壁部に取囲まれた筒形の空洞（２）を含み、前記空洞にはマイクロ波供給手段（１０）が設けられ、
   前記加熱装置が、前記空洞内において前記周辺壁部と前記負荷との間に配置される誘電性壁部構造（８）を含み、前記マイクロ波供給手段が、負荷を加熱するために、前記空洞内においてＴＥ型およびＴＭ型の特性を有するアーチ面ハイブリッドモードであるマイクロ波の場を生じるように配置されることを特徴とする、マイクロ波加熱装置。
2. 負荷を加熱することを目的とするマイクロ波加熱装置であって、周辺壁部と、前記周辺壁部におよび互いに対して３６０°未満の中間角度で取付けられる２つの側壁（４，４′，４″）とを有する筒形の空洞を含み、空洞にはマイクロ波供給手段（１０）が設けられ、
   前記加熱装置が、前記空洞内において前記周辺壁部と前記負荷との間に配置される誘電性壁部構造（８，８′，８″）を含み、前記マイクロ波供給手段が、負荷を加熱するために、前記空洞内においてＴＥ型およびＴＭ型の特性を有するアーチ面ハイブリッドモードであるマイクロ波の場を生じるように配置されることを特徴とする、マイクロ波加熱装置。
3. 前記中間角度が１２０°であることを特徴とする、請求項２に記載のマイクロ波加熱装置。
4. 前記中間角度が６０°であることを特徴とする、請求項２に記載のマイクロ波加熱装置。
5. 前記中間角度が１８０°であることを特徴とする、請求項２に記載のマイクロ波加熱装置。
6. 前記周辺壁部が湾曲した形状を有することを特徴とする、請求項２に記載のマイクロ波加熱装置。
7. 前記周辺壁部が平面であることを特徴とする、請求項２に記載のマイクロ波加熱装置。
8. 前記誘電性壁部構造が、周辺壁部の内面に接触することを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロ波加熱装置。
9. 前記誘電性壁部構造が、周辺壁部の内面全体を被覆することを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロ波加熱装置。
10. 前記誘電性壁部構造が、周辺壁部の内面から予め定められた距離をあけて配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロ波加熱装置。
11. 前記誘電性壁部構造が、周辺壁部の形状を本質的にたどった多数のタイルを含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロ波加熱装置。
12. 前記空洞が、上側壁部および下側壁部を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロ波加熱装置。
13. 共振周波数を調節するために、周辺壁部の開口部内に金属柱が配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロ波加熱装置。
14. 負荷が、筒形の空洞の中央付近に配置されるように適合されることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
15. 供給手段が同軸供給部であることを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロ波加熱装置。
16. 供給手段が側壁の１つに沿ったスロットであることを特徴とする、請求項２に記載のマイクロ波加熱装置。
17. ハイブリッドモードに関し、周方向の整数の指数ｍが４未満であり、径方向の指数ｎ＝１であり、軸方向の指数ｐが整数＞０であることを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロ波加熱装置。
18. ハイブリッドモードに関し、空洞内の半波の数が１または２であり、径方向の指数がｎ＝１またはｎ＝２であり、軸方向の指数ｐ＝１であることを特徴とする、請求項２に記載のマイクロ波加熱装置。
19. 前記空洞が円形の断面を有することを特徴とする、請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
20. 前記空洞が、扇形である断面を有することを特徴とする、請求項２に記載のマイクロ波加熱装置。
21. 前記周辺壁部が、扇形である断面を有し、前記誘電性壁部構造（８″）が、２枚の等しくかつ平坦なタイルであり、ｍ２＞ｍ１である２つのアーチ面ハイブリッドモードＨＥ_m2;2;pおよびＨＥ_m1;1;pが前記空洞内で生じ、いずれのハイブリッドモードも同一周波数で共振することを特徴とする、請求項２に記載のマイクロ波加熱装置。
22. 空隙１８′が、平坦なタイルと周辺壁部との間に形成されることを特徴とする、請求項２１に記載のマイクロ波加熱装置。
23. 負荷の処理および加熱を並行して行なうために、請求項２およびこの請求項に従属する任意の請求項に記載のマイクロ波加熱装置を任意の数だけ含むことを特徴とする、マイクロ波加熱システム。
24. 請求項１から２２のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置または請求項２３に記載のマイクロ波加熱システムにおいて負荷を加熱する方法であって、
    前記負荷が、
    前記空洞内に負荷を配置するステップと、
    負荷を加熱するために、マイクロ波加熱装置に予め定められた周波数でマイクロ波のエネルギを与えるステップとを含むことを特徴とする、方法。
25. 化学反応および特に有機化学合成反応のための、請求項１から２４のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置またはマイクロ波加熱システムの使用。
26. 化学反応および特に有機化学合成反応のための、請求項２５に記載の方法の使用。

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