JP2014100699A - 危険物施設に設置可能なマイクロ波化学反応装置 - Google Patents

Abstract

【課題】防火区画壁で区切られた区域内に反応釜を含む発火や爆発の可能性がある部分を設置することができるマイクロ波化学反応装置の提供。
【解決手段】照射窓を有する反応釜と、マイクロ波を発振するマイクロ波発振器と、マイクロ波発振器と反応釜とを接続する導波管と、を備えた防爆仕様のマイクロ波化学反応装置であって、導波管が、少なくとも１枚の隔壁により複数の空間に分断されており、隔壁に分断された空間のうち反応釜に最も近い最下流空間の外周が防爆カバーに覆われていることを特徴とするマイクロ波化学反応装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、防爆仕様のマイクロ波化学反応装置に関する。

マイクロ波に、従来の加熱法とは異なる化学反応促進効果が認められることは公知であり、かかる効果はマイクロ波効果、マイクロ波電界効果、若しくは非熱的効果と呼ばれている。マイクロ波の応用分野は、有機化学、無機化学、セラミックス、医療など幅広く、例えば、有機化学反応としては、ポリエステル樹脂の製造、或いは、銅フタロシニアンの製造が知られている。

マイクロ波化学反応装置も種々提案されており、出願人も、特許文献１で、化学反応容器に設けられたマイクロ波照射窓から、反応溶液の温度に応じて出力を制御しながらマイクロ波を照射できるようにした反応溶液の加熱手段と共に、該反応溶液を外部強制冷却可能な手段として、該化学反応容器の胴体から下部を覆う、液状媒体を強制循環出来るジャケットを有し、該液状媒体での冷却により、反応温度の精密制御を可能にしたマイクロ波化学反応装置を提案した。

マイクロ波透過材を通してのマイクロ波照射態様には、空中照射方式と液中照射方式があり、加熱効率の観点からは、マイクロ波が被加熱物の直接照射される液中照射方式の方が優れているとされる。また、液中照射方式ではマイクロ波が被加熱物に直接照射されるため、熱電対や撹拌軸等の金属製部品に高出力のマイクロ波エネルギーが直接作用することを防ぐという有利な効果を奏する場合がある。マイクロ波が誘電体に進入すると、熱に変化して急激に強度が弱くなるので、液中の金属製部品への作用は極めて限られたものとなるからである。例えば、２５℃の水の場合、電力半減深度と言われるマイクロ波の電力密度が１／２に半減するまでの深さがわずか１．３ｃｍであることが知られている。

出願人は、特許文献２で、導波管からのマイクロ波が照射されるマイクロ波透過材で構成された照射部を有する管状容器と、撹拌軸に所定の間隔で配設された仕切板、および／または、管状容器の内壁に所定の間隔で配設された仕切板により構成する、管状容器を所定の間隔で仕切る仕切部材と、前記仕切部材間に位置する１以上の被加熱物の流れ方向とは逆方向の混合が発生する撹拌翼を有し、前記管状容器を軸通する撹拌軸と、マイクロ波加熱手段と、を備え、前記管状容器内を流れる被加熱物を、撹拌翼で撹拌しながらマイクロ波加熱するマイクロ波化学反応装置を提案した。

特許第４１４５３３５号公報 特許第５０１６９８４号公報

マイクロ波化学反応装置において、引火性液体等を反応物とする実験のニーズがある。しかしながら、かかる実験では、装置の周囲に可燃性ガスや爆発性ガスが存在する可能性が高く、発火や爆発の危険性を伴う。そのため、本発明は、防火区画壁で区切られた区域内に反応釜を含む発火や爆発の可能性がある部分を設置することができるマイクロ波化学反応装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、発火や爆発等が生じた場合に、その影響を最小限とすることができる構造を備えたマイクロ波化学反応装置を提供することを目的とする。

着火源となる可能性があるのは、導波管、反応釜内などのマイクロ波が通過する部分である。すなわち、導波管や反応釜の表面の局所加熱や放電が着火源となることが想定される。そこで、発明者は、導波管、反応釜内などのマイクロ波が通過する部分を防爆カバーにより覆うこととした。

すなわち、本発明は、以下の技術手段から構成される。
第１の発明は、照射窓を有する反応釜と、マイクロ波を発振するマイクロ波発振器と、マイクロ波発振器と反応釜とを接続する導波管と、を備えた防爆仕様のマイクロ波化学反応装置であって、導波管が、少なくとも１枚の隔壁により複数の空間に分断されており、隔壁に分断された空間のうち反応釜に最も近い最下流空間の外周が防爆カバーに覆われていることを特徴とするマイクロ波化学反応装置である。
第２の発明は、第１の発明において、前記導波管が、反応釜と接続される最下流導波管と、マイクロ波発振器に接続される最上流導波管と、最下流導波管と最上流導波管とを接続する中流導波管とから構成され、前記最下流導波管の全部が、前記防爆カバーに覆われていることを特徴とする。
第３の発明は、第２の発明において、前記マイクロ波発振器が、防火区画壁で区切られた内圧室に配置され、前記中流導波管が、防火区画壁を貫通することを特徴とする。
第４の発明は、第３の発明において、前記反応釜が、防火区画壁から２ｍ以上離れて配置され、かつ、防火区画壁で区切られた場所にある中流導波管が防爆カバーに覆われていることを特徴とする。
第５の発明は、第１ないし４のいずれかの発明において、前記反応釜の全部が、防爆カバー内に配置されることを特徴とする。

第６の発明は、第１ないし４のいずれかの発明において、前記照射窓が空間照射用の照射窓であることを特徴とする。
第７の発明は、第６の発明において、前記反応釜の上部に設けられ、かつ、前記反応釜内の対流を妨げないように多数の貫通孔が設けられたマイクロ波の遮蔽板を備えることを特徴とする。
第８の発明は、第７の発明において、前記遮蔽板が金属板であり、かつ、マイクロ波遮蔽効果が３０ｄＢ以上であることを特徴とする。
第９の発明は、第７または８の発明において、前記反応釜の上部が防爆カバー外に露出されることを特徴とする。
第１０の発明は、第６ないし９のいずれかの発明において、前記反応釜の底部が防爆カバー外に露出され、かつ、反応釜の規定液面位置が防爆カバー内にあることを特徴とする。
第１１の発明は、第２ないし４のいずれかの発明において、前記照射窓が液中照射用の照射窓であり、前記反応釜の全部が、防爆カバー外に配置されることを特徴とする。
第１２の発明は、第３ないし１１のいずれかの発明において、前記防爆カバーが、前記反応釜の少なくとも中央部および前記最下流導波管を覆う第一防爆カバーと、内圧室と防火区画壁で区切られた場所にある中流導波管を覆う第二防爆カバーとから構成されることを特徴とする。
第１３の発明は、第１ないし１２のいずれかの発明において、前記防爆カバーに不活性ガスを供給する送出管および防爆カバーから不活性ガスを排出する排出管を備えることを特徴とする。

第１４の発明は、第１３の発明において、前記防爆カバーの内圧が、大気圧以上の圧力となっていることを特徴とする。
第１５の発明は、第１ないし１４のいずれかの発明において、前記導波管の少なくとも最下流空間の内圧が、大気圧以上の圧力となっていることを特徴とする。
第１６の発明は、第１５の発明において、前記導波管の少なくとも最下流空間に不活性ガス又はマイクロ波透過性液体を供給する送出管および前記導波管の少なくとも最下流空間から不活性ガス又はマイクロ波透過性液体を排出する排出管を備えることを特徴とする。
第１７の発明は、第１ないし１６のいずれかの発明において、前記導波管に配置された紫外線センサおよび／または温度センサを備え、制御部が、センサから受信した信号に基づきマイクロ波発振器からのマイクロ波発振を自動遮断することを特徴とする。

本発明によれば、防火区画壁で区切られた区域内に反応釜を含む爆発可能性がある部分を設置することのできる防爆仕様のマイクロ波化学反応装置を提供することが可能となる。

第一実施形態に係るマイクロ波化学反応装置の構成図である。 第二実施形態に係るマイクロ波化学反応装置の構成図である。 第三実施形態に係るマイクロ波化学反応装置の構成図である。 第四実施形態に係るマイクロ波化学反応装置の構成図である。 第五実施形態に係るマイクロ波化学反応装置の構成図である。 第六実施形態に係るマイクロ波化学反応装置の構成図である。 第七実施形態に係るマイクロ波化学反応装置の構成図である。 第八実施形態に係るマイクロ波化学反応装置の構成図である。 第九実施形態に係るマイクロ波化学反応装置の構成図である。 第九実施形態に係る遮蔽板を説明する図である。 第九実施形態に係るマイクロ波化学反応装置の作用を説明する模式断面図である。 遮蔽板の穴間隔ａ（ｍｍ）とシールド効果（ｄＢ）の関係を示すグラフである。 第十実施形態に係るマイクロ波化学反応装置の構成図である。

本発明の好ましい実施形態例に係る防爆仕様のマイクロ波化学反応装置を説明する。
［第一実施形態］
図１は、第一実施形態に係るマイクロ波化学反応装置１の構成図である。本実施形態のマイクロ波化学反応装置１は、防火区画壁４に区切られた危険場所２に設置されて使用される反応釜１０の全部、第一導波管４１の全部および第一隔壁５１が防爆カバー３０内に配置される構成である。
このマイクロ波化学反応装置１は、加熱対象物２０が収納される反応釜１０と、加熱対象物２０を撹拌する撹拌部（１５，１６）とを備えている。反応釜１０は、加熱容器１１と、加熱容器１１を覆う断熱材１２と、加熱容器の蓋１８とから構成される。反応釜１０は、例えば、数リットル〜数百リットルの容量であり、複数の反応釜を連結して使用する場合もある。反応釜は減圧ないし常圧で用いられ、内部温度は例えば最大３００℃である。
防爆カバー３０は、窒素ガスなどの不活性ガスを供給するための送出管３３と、不活性ガスを排出するための排出管３４と接続されており、本実施形態の防爆カバー内は窒素フローされている。常に窒素ガスがフローしていなくても、防爆カバー３０に微加圧状態で常に窒素が存在するように、防爆カバー３０内部の圧力制御を行ってもよい。微加圧状態とは例えば大気圧に比べて０．０１ｋＰａ〜１０ｋＰａ高い状態をいい、好ましくは０．０１ｋＰａ〜０．１ｋＰａ高い微加圧状態で制御されるのがよい。本実施形態の防爆カバー３０は、直方体を構成する六面のうち五面が板材（例えば、網入りガラス、金属板）により構成され、うち一面が防火区画壁４により構成される。防爆カバー３０には、内部が覗けるように窓を設けるか、板材自体を光透過性の材料により構成することが好ましい。

反応釜１０の上方側面には、加熱容器内にマイクロ波を空間照射する照射管１３が設けられている。照射管１３は空間照射に限定されず、液中照射するものでもよい。また、照射管１３は、複数本設けてもよく、空間照射と液中照射を組み合わせてもよい。
照射管１３の加熱容器と反対側の端部は、照射窓１９を介して最下流導波管である第一導波管４１の一端と接続されている。第一導波管４１の他端は、第一隔壁５１を介して第二導波管４２と接続されており、第一隔壁５１により第一導波管４１と第二導波管４２とは分断されている。第一導波管４１は、その側面において送出管３３および排出管３４と接続されており、不活性ガスが第一導波管内を循環（フロー）するよう構成されている。常に窒素ガスがフローしていなくても、防爆カバー３０と同じように、微加圧状態で常に窒素が存在するように、内部の圧力制御を行っても良い。微加圧状態とは例えば大気圧に比べて０．０１ｋＰａ〜１０ｋＰａ高い状態をいい、好ましくは０．０１ｋＰａ〜０．１ｋＰａ高い微加圧状態で制御されるのが良い。照射窓１９が割れて、引火性物質が第一導波管内に進入してきた場合、仮に第一導波管が着火源となるくらい過加熱状態になっていたり、第一導波管内で放電が発生していても、酸素が存在しないので火災や爆発の危険性を完全に防止することが可能となる。送出管３３および／または排出管３４の第一導波管４１との接続部近傍にガス流量計、圧力計、酸素濃度計を設け、基準範囲を逸脱した場合に制御部がマイクロ波発振を遮断するようにしてもよい。また、第一導波管４１に圧力逃し弁（ベント）を設けてもよい。
また、第一導波管４１はマイクロ波透過性の液体をフローさせても良い。マイクロ波透過性の液体は油入り防爆構造で使用される絶縁油等の利用が考えられ、空間に液体を充填するため、不活性ガスに比べて放電の抑制効果や過加熱状態の冷却効果は大きい。

第二導波管４２は、第二隔壁５２を介して第三導波管４３の一端と接続されており、第二隔壁５２により第二導波管４２と第三導波管４３とは分断されている。第二導波管４２は防火区画壁４を貫通しており、そのフランジ部を含む外周と防火区画壁４とは目詰めされており、危険場所２と非危険場所３とは気密が保たれている。第二導波管４２の長さは防火区画壁４の厚みによって決まるところ、一般的に壁４の厚みは数１０cm以下であり、第二導波管４２の長さも数１０ｃｍ以下である。第三導波管４３は最上流導波管であり、内圧室に配置されたマイクロ波発振器５０と接続されている。図１中、一点鎖線で図示されているのがマイクロ波発振器５０から発振されたマイクロ波である。マイクロ波発振器５０の出力は、例えば、０．１ｋＷ〜３．０ｋＷ／Ｌである。
照射窓１９および隔壁５１〜５２は、マイクロ波を吸収しないマイクロ波透過性材からなり、例えば、石英、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレンなどにより構成されている。照射窓１９および隔壁５１〜５２は、爆発時における遮断壁としての作用も期待されるところ、耐熱性および耐圧性を持たせることが好ましい。

反応釜１０の底部には耐圧防爆仕様の熱電対１４が設けられており、反応温度を測定することが可能である。加熱容器の蓋１８により加熱容器１１内は気密が保たれており、加熱対象物２０上方の空間部分は蓋１８に連結された窒素ガスなどの不活性ガスを供給するための送出管３３と、不活性ガスを排出するための排出管３４と接続されており、送出管３３から供給される不活性ガスによりフローされている。蓋１８にはエア式の撹拌機１６と耐圧防爆仕様の放電検出器１７が設けられている。反応釜内で放電検知時や温度が基準範囲を逸脱した場合に制御部がマイクロ波発振を遮断するようにしてもよい。反応釜１０と防火区画壁４までの距離は２ｍ以内であり、好ましくは１ｍ以内である。第三導波管４３は、例えば、１〜数ｍである。第一ないし第三導波管の総長は、例えば、３〜３０ｍである。第一ないし第三導波管４１〜４３には、放電光を検知する紫外線センサや温度センサ（例えば、熱電対）を設け、放電検知時や温度が基準範囲を逸脱した場合に制御部がマイクロ波発振を遮断するようにしてもよい。

以上に説明した第一実施形態のマイクロ波化学反応装置は、危険物を処理する反応釜設置場所と、マイクロ波発振器や制御盤等の電気設備の設置場所が防火区画壁で仕切られるので、電気設備で発生するスパークが原因の爆発や火災が防止できるばかりでなく、反応釜設置場所で火災や爆発等の事故が発生した際に、電気設備設置場所への延焼、損傷を防止することができる。

［第二実施形態］
図２は、第二実施形態に係るマイクロ波化学反応装置１の構成図である。第二実施形態の説明は、第一実施形態と異なる点を中心に行い、共通する点については説明を割愛する。
まず、本実施形態は、直方体形状の第一防爆カバー３１を構成する六面が板材により構成される点で第一実施形態と相違する。第一防爆カバー３１が、反応釜１０、第一導波管４１および第一隔壁５１を覆う点は、第一実施形態と同様である。
次に、本実施形態は、導波管が、最下流導波管となる第一導波管４１、中流導波管となる第二導波管４２および第三導波管４３および最上流導波管となる第四導波管４４から構成されている点で第一実施形態と相違する。
さらに、本実施形態は、第一防爆カバー３１と連結される第二防爆カバー３２を備える点で第一実施形態と相違する。第二防爆カバー３２はジャケット形状であって、第二導波管４２を覆う同心の管形状をしている。第一防爆カバー３１と第二防爆カバー３２により、危険場所に存在する導波管はいずれも二重構造となっている。第二防爆カバー３２は、送出管３３および排出管３４と接続されており、不活性ガス、フレッシュエア、液体などの流体が第二防爆カバー内を循環（フロー）するよう構成されている。第二防爆カバー３２に冷却ジャケットの機能を持たせてもよく、例えば、低温の流体により第二導波管４２を冷却するようにしてもよい。

第二導波管４２は、一端が第一隔壁５１を介して第一導波管４１と接続されており、他端が第二隔壁５２を介して第三導波管４３と接続されている。第二導波管４２は、反応釜１０と防火区画壁４との距離を確保したい場合の延長用導波管としての役割を奏する。第二導波管４２は、送出管３３および排出管３４と接続されており、フレッシュエアまたは不活性ガスが第二導波管内を循環するよう構成されている。第二導波管内でガスをフローさせることの主たる目的は、導波管の継手部（フランジ部）等でのシール性が悪くなった場合、導波管周りに漂う引火性ガスが導波管内に混入しないように導波管内圧を陽圧にしておくことにある。第二導波管４２は、導波管内の減衰だけを考えると、導波管の全長を数百ｍ程度とすることも十分可能であるが、実際は全長３〜３０ｍ程度の範囲に収まると考えられる。

第三導波管４３は、防火区画壁４を貫通しており、第三隔壁５３を介して第四導波管４４の一端と接続されている。第三導波管４３のフランジ部を含む外周と防火区画壁４とは目詰めされており、危険場所２と非危険場所３とは気密が保たれている。第四導波管４４は最上流導波管であり、内圧室に配置されたマイクロ波発振器５０と接続されている。
反応釜１０と防火区画壁４までの距離は１ｍ以上であり、好ましくは２ｍを越える距離とする。第四導波管４４は、例えば、１〜数ｍである。

以上に説明した第二実施形態のマイクロ波化学反応装置は、反応釜１０と防火区画壁４との距離を一定以上とすることができるので、反応釜１０を防火区画壁４から離れて設置する必要がある場合に好適である。例えば反応釜１０を２０〜３０ｍ離れた場所に設置することとなった場合には、防火区画壁４と５面の板材で囲まれた第一防爆カバー３１は、かなり大きな空間となってしまうので、他設備との干渉の問題、シール性の問題、不活性ガスなどの使用量（コスト）の問題が発生する。この点、第二実施形態によれば、コンパクトな２重管構造（ジャケット形状）の第二導波管４２を使用する事で、スペースやシール性、コストの問題をクリアーできる。

［第三実施形態］
図３は、第三実施形態に係るマイクロ波化学反応装置１の構成図である。第三実施形態の説明は、第二実施形態と異なる点を中心に行い、共通する点については説明を割愛する。
本実施形態は、直方体形状の第一防爆カバー３１が、反応釜１０の上部のみを覆い、反応釜１０の底部が露出している点で第二実施形態と相違する。第一防爆カバー３１が、第一導波管４１および第一隔壁５１を覆う点、第一防爆カバー３１と連結される第二防爆カバー３２が、第二導波管４２を覆う点は第二実施形態と同様である。
第三実施形態で露出する反応釜１０の底部は、加熱対象物２０の液面より低い位置にある。かかる構成では、マイクロ波は加熱対象物２０に吸収され、反応釜１０の底部内壁に到達しないため、反応釜１０の底部では局所加熱による爆発の危険性は低い。そこで、第三実施形態では、防爆の必要性の低い反応釜１０の底部を露出させている。好ましくは、防爆カバー３０が反応釜１０の５割以上を覆い、かつ、反応釜１０の規定液面位置を覆うようにする。ここで、規定液面位置とは、反応釜１０の仕様として設定された好ましい液面位置であり、通常は一定の範囲をもって設定される。
反応釜１０と防火区画壁４までの距離は１ｍ以上であり、好ましくは２ｍを越える距離とする。

以上に説明した第三実施形態のマイクロ波化学反応装置は、第二実施形態と比べ反応釜１０底部のメンテナンスが容易であるばかりか、第一防爆カバー３１自体を小さく設計できるので、安全性を十分担保した上で、製作コストの低減がはかれる。

［第四実施形態］
図４は、第四実施形態に係るマイクロ波化学反応装置１の構成図である。第四実施形態の説明は、第一実施形態と異なる点を中心に行い、共通する点については説明を割愛する。
まず、本実施形態は、加熱対象物２０にマイクロ波が液中照射される点で第一実施形態と相違する。反応釜１０の全部、第一導波管４１の全部および第一隔壁５１が防爆カバー３０内に配置され、防爆カバー３０内が窒素フローされる点は第一実施形態と同様である。
次に、本実施形態は、反応釜１０が照射管１３を有さず、反応釜１０の加熱対象物収納部分に照射窓１９が設けられている点で第一実施形態と相違する。照射窓１９には第一導波管４１の一端が配置され、照射窓１９からマイクロ波が照射される。
さらに、本実施形態は、二箇所の屈曲部（クランク部）を有する第一導波管４１を有する点で第一実施形態と相違する。第一導波管４１は、その側面において送出管３３および排出管３４と接続されており、不活性ガスが第一導波管内を循環するよう構成されている。第一導波管４１の一端は照射窓１９に接続されており、他端は第一隔壁５１を介して第二導波管４２に接続されている。防火区画壁４を貫通する第二導波管４２の他端は、第二隔壁５２を介して第三導波管４３に接続されている。第三導波管４３の他端は、内圧室に配置されたマイクロ波発振器５０と接続されている。
反応釜１０と防火区画壁４までの距離は２ｍ以内であり、好ましくは１ｍ以内である。

以上に説明した第四実施形態のマイクロ波化学反応装置は、第一導波管４１の水平方向の長さを調節することにより、反応釜１０と防火区画壁４との距離を一定以上とすることができ、また、第一導波管４１の垂直方向の長さを調節することにより、液面の高さよりマイクロ波発振器５０の設置高さを高くすることで、万一照射窓が破損した場合でも、マイクロ波発振器５０まで加熱対象物が流れ込まない構造になっている。第一隔壁５１と第二隔壁５２で基本的にはマイクロ波発振器５０までは流れ込まない構造であるが、二重、三重の安全対策の意味合いがある。

［第五実施形態］
図５は、第五実施形態に係るマイクロ波化学反応装置１の構成図である。第五実施形態の説明は、第四実施形態と異なる点を中心に行い、共通する点については説明を割愛する。
まず、本実施形態は、第一防爆カバー３１と連結される第二防爆カバー３２を備える点で第四実施形態と相違する。第一防爆カバー３１が反応釜１０の全部、第一導波管４１の全部および第一隔壁５１を覆う点は、第四実施形態と同様である。ただし、第一防爆カバー３１は、六面が板材により構成される点で、六面のうち一面が防火区画壁４である第四実施形態と相違する。
次に、本実施形態は、第一防爆カバー３１と連結される第二防爆カバー３２を備える点で第一実施形態と相違する。第二導波管４２を覆う第二防爆カバー３２は、送出管３３および排出管３４と接続されており、不活性ガス、フレッシュエア、液体などの流体が第二防爆カバー内を循環するよう構成されている。第二導波管４２も、送出管３３および排出管３４と接続されており、窒素ガスなどの不活性ガス又はフレッシュエアが第二導波管内を循環するよう構成されている。
反応釜１０と防火区画壁４までの距離は１ｍ以上であり、好ましくは２ｍを越える距離とする。

以上に説明した第五実施形態のマイクロ波化学反応装置は、第二導波管４２の長さを調節することにより、反応釜１０と防火区画壁４との距離を一定以上とすることができる。

［第六実施形態］
図６は、第六実施形態に係るマイクロ波化学反応装置１の構成図である。第六実施形態の説明は、第五実施形態と異なる点を中心に行い、共通する点については説明を割愛する。
本実施形態は、第一防爆カバー３１が、第一導波管４１および第一隔壁５１を覆うものの、反応釜１０自体は防爆カバーにより覆われない点で第五実施形態と相違する。第一防爆カバー３１内が窒素パージされる点は第五実施形態と同様である。なお、第二防爆カバー３２の構成は、第五実施形態と同様である。
マイクロ波が液中照射される第六実施形態では、マイクロ波は加熱対象物２０に吸収され、反応釜１０の上部や底部の内壁に到達しないため、反応釜１０の局所加熱の危険性は低い。そのため、本実施形態では、防爆の必要性の低い反応釜１０を露出させている。他方で、導波管４１，４２はマイクロ波で局所加熱される危険性があるため、第一防爆カバー３１および第二防爆カバー３２により覆うと共に、隔壁５１，５２で隔離している。
反応釜１０と防火区画壁４までの距離は１ｍ以上であり、好ましくは２ｍを越える距離とする。

以上に説明した第六実施形態のマイクロ波化学反応装置は、第五実施形態と比べ反応釜１０のメンテナンスが容易である。

［第七実施形態］
図７は、第七実施形態に係るマイクロ波化学反応装置１の構成図である。第七実施形態の説明は、第六実施形態と異なる点を中心に行い、共通する点については説明を割愛する。
本実施形態は、防爆カバーが一個の箱材からなる点で第六実施形態と相違する。すなわち、本実施形態は、第六実施形態の第二導波管４２および第二防爆カバー３２に相当する部材がない。
反応釜１０と防火区画壁４までの距離は２ｍ以内であり、好ましくは１ｍ以内である。

以上に説明した第七実施形態のマイクロ波化学反応装置は、防火区画壁４と反応釜１０の距離が近く、防爆カバーに覆われた延長用の導波管が不要な構成に好適である。

［第八実施形態］
図８は、第八実施形態に係るマイクロ波化学反応装置１の構成図である。第八実施形態の説明は、第三実施形態と異なる点を中心に行い、共通する点については説明を割愛する。
本実施形態は、防爆カバーが一個の箱材からなる点で第三実施形態と相違する。すなわち、本実施形態は、第三実施形態の第二導波管４２および第二防爆カバー３２に相当する部材がない。
反応釜１０と防火区画壁４までの距離は２ｍ以内であり、好ましくは１ｍ以内である。

以上に説明した第八実施形態のマイクロ波化学反応装置は、防火区画壁４と反応釜１０の距離が近く、防爆カバーに覆われた延長用の導波管が不要な構成に好適である。

［第九実施形態］
図９は、第九実施形態に係るマイクロ波化学反応装置１の構成図である。第九実施形態の説明は、第一実施形態と異なる点を中心に行い、共通する点については説明を割愛する。
第九実施形態は、反応釜１０の上下を水平方向に区切る遮蔽板６０を備える点で第一実施形態と相違する。遮蔽板６０は、蓋１８と照射口２１との間に設けられ、照射口２１から照射されたマイクロ波が蓋１８およびその周辺に到達することを防ぐよう作用する。遮蔽板６０の中心に設けられた貫通孔には、撹拌機１６の撹拌軸が挿通されている。本実施形態の遮蔽板６０は、金属製の板に複数の貫通孔６１が空いている構造（パンチングメタル）である。本実施形態では、図１０に示すように、５ｍｍ厚の金属板にφ５ｍｍの穴が２５ｍｍ間隔で空けることで、円滑な対流に必要な数の貫通孔６１が確保されているでの、窒素ガスは反応釜内部の加熱対象物２０まで到達することができる。

図１１は、本実施形態のマイクロ波化学反応装置１の作用を説明する模式断面図である。照射口２１から、加熱対象物２０にマイクロ波が照射されると、加熱による上昇気流が生じ、他方で蓋１８に設けられたガス噴出口から窒素ガスが噴出されることにより下降流が生じ、反応釜１０内の窒素ガスは対流する。
図１２は、遮蔽板６０の穴間隔ａ（ｍｍ）とシールド効果（ｄＢ）の関係を示すグラフである。遮蔽板によるマイクロ波遮蔽効果に関しては、理論的に求めることができ、図１０に示す本実施形態の構成では６０ｄＢ以上の遮蔽効果（１００万分の１に減衰）を有し、例えば１０ｋＷのマイクロ波を照射した場合でも、反応釜上部への到達量は０．０１Ｗ程度となるため、局所加熱や放電の危険性は極めて低い。遮蔽板６０は、３０ｄＢ以上の遮蔽効果を有するように、貫通孔６１の間隔を１０〜５０ｍｍの範囲で、貫通孔６１の直径を３〜１５ｍｍの範囲で（好ましくは５〜１０ｍｍの範囲で）、遮蔽板６０の厚みを０．２〜１０ｍｍの範囲で調整することが例示される。

第九実施形態は、防爆カバー３０が反応釜１０の中央部および底部を覆い、反応釜１０の上部が露出している点でも第一実施形態と相違する。本実施形態で、蓋１８およびその周辺が防爆カバー３０外へ露出しているのは、遮蔽板６０によりマイクロ波の大部分が遮蔽され、蓋１８およびその周辺における局所加熱や放電の可能性がほぼ無くなるからである。

以上に説明した第九実施形態のマイクロ波化学反応装置は、蓋１８およびその周辺が防爆カバー３０外へ露出しているので、加熱対象物２０の注入および取り出しを、防爆カバー３０を開けること無く行うことが可能である。

［第十実施形態］
図１３は、第十実施形態に係るマイクロ波化学反応装置１の構成図である。第十実施形態の説明は、第九実施形態と異なる点を中心に行い、共通する点については説明を割愛する。
第十実施形態は、防爆カバー３０が、反応釜１０の液面およびその周辺を含む中央部のみを覆い、反応釜１０の上部および底部が露出している点で第十実施形態と相違する。第十実施形態も第九実施形態と同様、防爆カバー３０内に収まる位置に遮蔽板６０が配置されている。
第十実施形態で露出する反応釜１０の底部は、加熱対象物２０の液面より十分に低い位置にある。かかる構成では、マイクロ波は加熱対象物２０に吸収され、反応釜１０の底部内壁に到達しないため、反応釜１０の底部では局所加熱による爆発の危険性は低い。そこで、第十実施形態では、防爆の必要性の低い反応釜１０の底部を露出させている。好ましくは、防爆カバー３０が反応釜１０の５割以上を覆い、かつ、反応釜１０内の規定液面位置を覆うようにする。
反応釜１０と防火区画壁４までの距離は２ｍ以内であり、好ましくは１ｍ以内である。

以上に説明した第十実施形態のマイクロ波化学反応装置は、第九実施形態と比べ反応釜１０底部のメンテナンスが容易であるばかりか、第一防爆カバー３１自体を小さく設計できるので、安全性を十分担保した上で、製作コストの低減がはかれる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の記載に限定されるものではない。上記実施形態には様々な変更・改良を加えることが可能であり、そのような変更または改良を加えた形態のものも本発明の技術的範囲に含まれる。

１ マイクロ波化学反応装置
２ 危険場所
３ 非危険場所
４ 防火区画壁
１０ 反応釜
１１ 加熱容器
１２ 断熱材
１３ 照射管
１４ 熱電対
１５ 撹拌羽根
１６ 撹拌機
１７ 放電検出器
１８ 蓋
１９ 照射窓
２０ 加熱対象物
２１ 照射口
３０ 防爆カバー
３１ 第一防爆カバー
３２ 第二防爆カバー
３３ 送出管
３４ 排出管
４１ 第一導波管
４２ 第二導波管
４３ 第三導波管
４４ 第四導波管
５０ マイクロ波発振器
５１ 第一隔壁
５２ 第二隔壁
５３ 第三隔壁
６０ 遮蔽板
６１ 貫通孔

Claims (17)

1. 照射窓を有する反応釜と、マイクロ波を発振するマイクロ波発振器と、マイクロ波発振器と反応釜とを接続する導波管と、を備えた防爆仕様のマイクロ波化学反応装置であって、
   導波管が、少なくとも１枚の隔壁により複数の空間に分断されており、隔壁に分断された空間のうち反応釜に最も近い最下流空間の外周が防爆カバーに覆われていることを特徴とするマイクロ波化学反応装置。
2. 前記導波管が、反応釜と接続される最下流導波管と、マイクロ波発振器に接続される最上流導波管と、最下流導波管と最上流導波管とを接続する中流導波管とから構成され、
   前記最下流導波管の全部が、前記防爆カバーに覆われていることを特徴とする請求項１のマイクロ波化学反応装置。
3. 前記マイクロ波発振器が、防火区画壁で区切られた内圧室に配置され、
   前記中流導波管が、防火区画壁を貫通することを特徴とする請求項２のマイクロ波化学反応装置。
4. 前記反応釜が、防火区画壁から２ｍ以上離れて配置され、かつ、防火区画壁で区切られた場所にある中流導波管が防爆カバーに覆われていることを特徴とする請求項３のマイクロ波化学反応装置。
5. 前記反応釜の全部が、防爆カバー内に配置されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかのマイクロ波化学反応装置。
6. 前記照射窓が空間照射用の照射窓であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかのマイクロ波化学反応装置。
7. 前記反応釜の上部に設けられ、かつ、前記反応釜内の対流を妨げないように多数の貫通孔が設けられたマイクロ波の遮蔽板を備えることを特徴とする請求項６のマイクロ波化学反応装置。
8. 前記遮蔽板が金属板であり、かつ、マイクロ波遮蔽効果が３０ｄＢ以上であることを特徴とする請求項７のマイクロ波化学反応装置。
9. 前記反応釜の上部が防爆カバー外に露出されることを特徴とする請求項７または８のマイクロ波化学反応装置。
10. 前記反応釜の底部が防爆カバー外に露出され、かつ、反応釜の規定液面位置が防爆カバー内にあることを特徴とする請求項６ないし９のいずれかのマイクロ波化学反応装置。
11. 前記照射窓が液中照射用の照射窓であり、
    前記反応釜の全部が、防爆カバー外に配置されることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかのマイクロ波化学反応装置。
12. 前記防爆カバーが、前記反応釜の少なくとも中央部および前記最下流導波管を覆う第一防爆カバーと、内圧室と防火区画壁で区切られた場所にある中流導波管を覆う第二防爆カバーとから構成されることを特徴とする請求項３ないし１０のいずれかのマイクロ波化学反応装置。
13. 前記防爆カバーに不活性ガスを供給する送出管および防爆カバーから不活性ガスを排出する排出管を備えることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかのマイクロ波化学反応装置。
14. 前記防爆カバーの内圧が、大気圧以上の圧力となっていることを特徴とする請求項１３のマイクロ波化学反応装置。
15. 前記導波管の少なくとも最下流空間の内圧が、大気圧以上の圧力となっていることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかのマイクロ波化学反応装置。
16. 前記導波管の少なくとも最下流空間に不活性ガス又はマイクロ波透過性液体を供給する送出管および前記導波管の少なくとも最下流空間から不活性ガス又はマイクロ波透過性液体を排出する排出管を備えることを特徴とする請求項１５のマイクロ波化学反応装置。
17. 前記導波管に配置された紫外線センサおよび／または温度センサを備え、
    制御部が、センサから受信した信号に基づきマイクロ波発振器からのマイクロ波発振を自動遮断することを特徴とする請求項１ないし１６のいずれかのマイクロ波化学反応装置。