JP2015013266A - Pressure wave generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被加熱物を蒸気爆発させて発生させた圧力波を対象物に向かって印加する圧力波発生装置に関する。 The present invention relates to a pressure wave generator that applies a pressure wave generated by steam explosion of an object to be heated toward an object.
従来、水中で圧力波を発生させ、圧力波を粉体に印加して殺菌する圧力波発生装置が提案されている(例えば、特許文献1)。従来の圧力波発生装置においては、水中で圧力波を発生させる方法としては、コンデンサーに蓄えられた電気エネルギーを電極間で放電させる方法や高速移動物体を水中へ突入させる方法、爆薬を用いて発生させる方法があり、空気中では、主に爆薬や衝撃波管による発生方法がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, a pressure wave generator that generates pressure waves in water and applies sterilization by applying pressure waves to powder has been proposed (for example, Patent Document 1). In conventional pressure wave generators, pressure waves can be generated in water using a method of discharging electrical energy stored in a capacitor between electrodes, a method of entering a high-speed moving object into water, or using explosives. In the air, there are generation methods mainly using explosives and shock tube.
しかしながら、電気エネルギーを電極間で放電させる方法では、数KVの充電電圧とエネルギーを蓄えるための大容量コンデンサーが必要となるため、装置が大型化し、高価なものとなる問題がある。また、金属を液体中に配置して放電させる方法は、金属成分が液体中に溶出するため、廃液の処理等環境面や安全面で課題がある。爆薬を用いる方法は、使用場所の制約や安全面で課題があり、一般家庭等において広く普及させるのは困難である。 However, in the method of discharging electric energy between the electrodes, a charging voltage of several KV and a large-capacity capacitor for storing energy are required, so that there is a problem that the apparatus becomes large and expensive. Moreover, the method of discharging by disposing a metal in a liquid has a problem in terms of environment and safety such as treatment of waste liquid because a metal component is eluted in the liquid. The method using explosives has problems in terms of use place restrictions and safety, and is difficult to spread widely in ordinary households.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、小型で安全な圧力発生装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a small and safe pressure generator.
前記従来の課題を解決するために、本発明の圧力波発生装置は、圧力波を伝搬可能な媒体が注入された容器と、前記容器の前記媒体内に配置された対象物と、前記容器の前記媒体内に配置され、液体を封入した被加熱物と、前記被加熱物内の液体を加熱する加熱手段とを備えるものである。 In order to solve the conventional problems, a pressure wave generator of the present invention includes a container filled with a medium capable of propagating a pressure wave, an object disposed in the medium of the container, An object to be heated, which is disposed in the medium and encloses a liquid, and a heating means for heating the liquid in the object to be heated are provided.
本発明によれば、被加熱物内の液体を加熱することにより被加熱物を蒸気爆発させて圧力波を発生させ、発生した圧力波を媒体を介して対象物に伝播することができ、小型化で安全な圧力発生装置を提供することができる。 According to the present invention, by heating the liquid in the object to be heated, the object to be heated is vapor exploded to generate a pressure wave, and the generated pressure wave can be propagated to the object through the medium. A safe and safe pressure generator can be provided.
第1の発明は、圧力波を伝搬可能な媒体が注入された容器と、前記容器の前記媒体内に配置された対象物と、前記容器の前記媒体内に配置され、液体を封入した被加熱物と、前記被加熱物内の液体を加熱する加熱手段とを備えるものである。 A first invention is a container in which a medium capable of propagating a pressure wave is injected, an object disposed in the medium of the container, a heated object disposed in the medium of the container and enclosing a liquid And a heating means for heating the liquid in the article to be heated.
これにより、被加熱物内の液体を加熱することにより被加熱物を蒸気爆発させて圧力波を発生させ、発生した圧力波を媒体を介して対象物に伝播することができ、小型化で安全な圧力発生装置を提供することができる。 As a result, by heating the liquid in the object to be heated, the object to be heated is vapor-expanded to generate a pressure wave, and the generated pressure wave can be propagated to the object through the medium. A pressure generating device can be provided.
第2の発明は、第1の発明において、前記媒体として液体を用いるものである。 A second invention uses a liquid as the medium in the first invention.
第3の発明は、第1の発明において、前記加熱手段は、マイクロ波を照射するものである。 In a third aspect based on the first aspect, the heating means irradiates microwaves.
第4の発明は、第3の発明において、前記被加熱物は、マイクロ波を受けて蒸気爆発することで圧力波を発生するものである。 In a fourth aspect based on the third aspect, the object to be heated generates a pressure wave by undergoing a vapor explosion upon receiving a microwave.
第5の発明は、第3または第4の発明において、前記加熱手段は、マイクロ波を媒体に伝播するアンテナを有することを特徴とするものである。 According to a fifth invention, in the third or fourth invention, the heating means has an antenna for propagating microwaves to a medium.
第6の発明は、第1から第5の発明のいずれかにおいて、前記対象物が圧力波を受けて粉砕、軟化、殺菌、形成等の物理的変化を生じることを特徴とするものである。 According to a sixth invention, in any one of the first to fifth inventions, the object is subjected to a pressure wave to cause physical changes such as pulverization, softening, sterilization, and formation.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
図1は、本発明に係るマイクロ波を用いた圧力波発生手段の概略構成を示す説明図である。 FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of pressure wave generating means using a microwave according to the present invention.
圧力発生装置は、圧力波を伝搬可能な媒体が注入された容器1と、容器1の媒体内に配置されて圧力波を受ける対象物2と、容器1の媒体内に配置される被加熱物3と、被加熱物3を加熱する加熱手段であるアンテナ部4およびマイクロ波発生部5とを備えている。
The pressure generator includes a
具体的には、媒体として、例えば圧力波を伝搬可能な液体を用い、本実施の形態では、入手が容易で安価な水を用いている。容器1は、内部で発生した圧力波の圧力に十分耐えうる構造であると共に、圧力波を対象物2に効率よく伝搬させる形状に形成している。
Specifically, for example, a liquid capable of propagating a pressure wave is used as the medium, and in this embodiment, easily available and inexpensive water is used. The
対象物2は、圧力波によって、殺菌、粉砕、軟化、成形等を行うことができる。具体的には、穀物などの食物等の殺菌、米や豆類等の粉砕、野菜や果物等の軟化、金属などの成形等を行うことができる。
The
被加熱物3は、例えば密閉された容器状の形状に形成しており、内部に液体を封入している。被加熱物3は、マイクロ波発生部5が発生したアンテナ部4からのマイクロ波により内部の液体が加熱されて気化し、内部圧力が上昇して被加熱物3が破壊される際に圧力波を発生させる。
The object to be heated 3 is formed, for example, in a sealed container shape, and a liquid is sealed inside. The object to be heated 3 is vaporized by heating the internal liquid by the microwave from the
図2は、本実施の形態で用いる被加熱物3の一例を示している。被加熱物3は、一方を開口した有底円筒状のケース部31と、ケース部31の開口を密閉封止するカバー部32と、ケース部31内に封入される液体33とで構成される。
FIG. 2 shows an example of the object to be heated 3 used in the present embodiment. The object to be heated 3 includes a bottomed
ケース部31及びカバー部32は、液体及び気体の通過、液体及び気体による変質や溶解、液体33が高温になった際の破損や溶解、被加熱物3内の圧力が高くなった際の膨張等が生じない材料を用いることができる。また、ケース部31及びカバー部32の少なくとも一方は、マイクロ波が通過する材料を用いている。ケース部31とカバー部32は、
液体33が昇温して蒸気になることにより被加熱物3内の圧力が高くなった場合でも、ケース部31とカバー部32との接触面の剥がれや蒸気の漏れが生じない接着力にて接着されている。
The
Even when the pressure in the article to be heated 3 increases due to the temperature of the
ケース部31とカバー部32の少なくとも一方は、被加熱物3内が所定の圧力になった際に、一気に破壊されるように形成されている。本実施の形態では、カバー部32を、被加熱物3内が所定の圧力になった際に破損する材料で形成している。具体的には、カバー部32は、耐水性を有するセロハンやガラスにて形成している。被加熱物3内が所定の圧力になった際に破損する薄肉部をケース部31またはカバー部32に形成してもよい。ケース部31は、本実施の形態では、ポリカーボネートを用いているが、上述した条件を備える他の材料を用いることができる。
At least one of the
なお、被加熱物3は、図2に示す本実施の形態の構造に限るものではなく、卵、栗、銀杏、イクラ等の食材を用いてもよい。被加熱物3のケース部内の液体33は、蒸気の発生により被加熱物3内圧力を上昇させて被加熱物3を一気に破損するものであれば何でもよいが、媒体よりも早く蒸気を発生させるものが好ましい。例えば、容器1内の媒体として水を用いた場合には、水よりも早く蒸気を発生させる塩水、アルコール、ミルク等を用いることが好ましい。
In addition, the to-
アンテナ部4は、マイクロ波発生部5で発生したマイクロ波を容器1の媒体内で効率よく放射させる構造となっており、例えばポールアンテナを用いている。アンテナ部4は、媒体に水を用いた場合、ポールアンテナの電極と水との境界において樹脂等の誘電体を介すことで効率よくマイクロ波を放射できる。マイクロ波発生部5は、電子レンジで用いられるマグネトロンや半導体を使えばよく、周波数は、例えば2.4GHz帯で電力値は高いほど蒸気による被加熱物3の破壊を起こす時間を短縮することができる。
The
本実施の形態を実験装置を用いて実験した結果を説明する。 The result of experimenting this embodiment using an experimental apparatus will be described.
本実験装置においては、容器1はアルミ製の筐体を用いており、媒体として内部に水を満たし、水中に対象物2の代わりに圧力センサー(PCB社製M109C11)を配置した。被加熱物3として鶉卵を用い、シリコン樹脂を介したポールアンテナをアンテナ部4として媒体中に配置し、マイクロ波発生部5を周波数2.45GHz、電力値200Wで出力させることにより、約1分後に鶉卵を水蒸気爆発させることに成功し、圧力センサー測定値として約10MPaの圧力波を観測した。
In this experimental apparatus, the
次に、図3のフローチャートを参照しながら、本実施の形態の圧力波発生装置の動作について説明する。 Next, the operation of the pressure wave generator of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
ステップS001において、媒体の入った容器1内に、圧力波を受ける対象物2と被加熱物3を設置し、容器1を密閉する。対象物2は、必要に応じて媒体である水に濡れるのを防ぐために袋等に入れて密封することができる。
In step S001, the
ステップS002において、マイクロ波発生部5からマイクロ波を発生し、アンテナ部4を介して被加熱物3にマイクロ波を照射する。
In step S <b> 002, a microwave is generated from the
ステップS003において、マイクロ波を照射された被加熱物3は、内部の水分子がマイクロ波により振動されて熱を発し、蒸気を発生させる。この蒸気の圧力により被加熱物3が所定圧力に達すると、カバー部32が破壊され、圧力波を発生させる。被加熱物3として卵等の食材を用いた場合においては、内部で発生した蒸気が食材の外側の膜を破壊することで圧力波を発生させる。発生した圧力波が媒体を介して対象物2に付与される。
In step S003, the object to be heated 3 irradiated with the microwave emits heat by the internal water molecules being vibrated by the microwave to generate steam. When the object to be heated 3 reaches a predetermined pressure due to the pressure of the steam, the
ステップS004において、対象物2に圧力波を付与されることにより、対象物2が粉砕、軟化、殺菌、成形などの効果が現れる。
In step S004, the
本実施の形態によれば、被加熱物3にマイクロ波を照射することで蒸気爆発を生じさせて、圧力波を発生させることにより、放電を用いた方法に比べて数KVの充電電圧やエネルギーを蓄えるための大容量コンデンサー等は必要なく、小型で低コストの装置することができると共に、廃液の問題もない安全な圧力発生装置を提供することが可能となる。 According to the present embodiment, by irradiating the object to be heated 3 with microwaves, a vapor explosion occurs and a pressure wave is generated, so that a charging voltage and energy of several KV are obtained compared to a method using discharge. A large-capacity condenser or the like is not required, and a compact and low-cost device can be provided, and a safe pressure generating device free from the problem of waste liquid can be provided.
本実施の形態では、被加熱物3は有底円筒状のケース部31とカバー部32とで構成したが、球状、卵状に形成してもよい。また、容器1内の媒体は空気であってもよい。なお、本発明における圧力波とは、膨張波、収縮波、衝撃波等の総称である。
In the present embodiment, the article to be heated 3 is configured by the bottomed
以上のように、本発明は、被加熱物にマイクロ波を照射することで蒸気爆発を生じさせて、圧力波を発生させることにより、数KVの充電電圧やエネルギーを蓄えるための大容量コンデンサー等が必要なく、装置を小型化でき、コストを押さえ、かつ廃液の問題もない安全な圧力発生装置を提供でき、圧力波を用いた粉砕、軟化、殺菌、成形など様々な用途に広く利用するのに有用である。 As described above, the present invention is a large-capacity condenser for storing a charging voltage or energy of several KV by generating a vapor wave by irradiating a heated object with a microwave and generating a pressure wave. It is possible to provide a safe pressure generator that can reduce the size, reduce costs, and eliminate waste problems, and can be widely used for various applications such as crushing, softening, sterilization, and molding using pressure waves. Useful for.
1 容器
2 対象物
3 被加熱物
4 アンテナ部
5 マイクロ波発生部
31 ケース部
32 カバー部
33 液体
DESCRIPTION OF
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JP2013142301A JP2015013266A (en) | 2013-07-08 | 2013-07-08 | Pressure wave generator |
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JP2017154173A (en) * | 2016-03-04 | 2017-09-07 | 独立行政法人国立高等専門学校機構 | Shock wave generator |
-
2013
- 2013-07-08 JP JP2013142301A patent/JP2015013266A/en active Pending
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