JP2016170971A

JP2016170971A - マイクロ波加熱装置

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Publication number: JP2016170971A
Application number: JP2015049812A
Authority: JP
Inventors: 雅之細田; Masayuki Hosoda; 達哉廣瀬; Tatsuya Hirose
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2016-09-23
Anticipated expiration: 2035-03-12
Also published as: JP6547339B2

Abstract

【課題】小型で、軽量で、マイクロ波発生源より加熱室内に放射されたマイクロ波の反射波が、再びマイクロ波発生源に入射することが十分に抑制されているマイクロ波加熱装置を提供する。
【解決手段】マイクロ波発生源１０と、被加熱物が設置される加熱室２０と、加熱室に設置されており、マイクロ波発生源において発生させたマイクロ波を加熱室内に放射する第１のマイクロ波放射部３０と、加熱室に設置されている第２のマイクロ波放射部４０と、加熱室に設置されている第３のマイクロ波放射部５０と、第２のマイクロ波放射部と第３のマイクロ波放射部とを接続するマイクロ波伝送部８０と、第２のマイクロ波放射部または第３のマイクロ波放射部の前に設置される誘電体部材６０と、を有し、第２のマイクロ波放射部は、第３のマイクロ波放射部よりも、第１のマイクロ波放射部より放射されたマイクロ波が多く入射する位置に設置されているマイクロ波加熱装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、マイクロ波加熱装置に関するものである。

マイクロ波加熱装置は、加熱対象となる被加熱物をマイクロ波加熱装置の加熱室内に設置し、マイクロ波発生源において発生させたマイクロ波を被加熱物に照射し、吸収させることにより、被加熱物を加熱する装置である（例えば、特許文献１）。

このようなマイクロ波加熱装置においては、加熱室内に放射されたマイクロ波のうち、被加熱物によって吸収されることなく、加熱室の壁面等において反射され、再びマイクロ波発生源に戻る反射波が生じる場合がある。このように反射波が、マイクロ波発生源に入射すると、マイクロ波発生源には高電界が生じ、反射波の電力がマイクロ波発生源において熱として消費される。このため、マイクロ波発生源の信頼性の低下や、被加熱物の加熱効率の低下につながることから、反射波がマイクロ波発生源に入射することを抑制することが重要となる。

一般的には、マイクロ波加熱装置には、マイクロ波発生源として真空管の一種であるマグネトロンが用いられているが、マグネトロンに代わり半導体素子を用いることにより、マイクロ波加熱装置を小型軽量化することができ、出力制御性を向上させることができる。このような半導体素子としては、例えば、高周波領域においても高耐圧で大電流を流すことが可能な窒化ガリウム等を用いた半導体素子が挙げられる。

ところで、マイクロ波発生源に、半導体素子を用いた場合、マグネトロンを用いた場合と比べて、高電界、高温に対する耐性が低くなる。このため、半導体素子が用いられているマイクロ波発生源に、大きな反射波が入射すると、半導体素子の破損の原因となる。従って、半導体素子が用いられているマイクロ波発生源の場合には、加熱装置内に放射されたマイクロ波が反射され、マイクロ波発生源に入射することを抑制することが、より一層重要となる。

また、ディーゼルエンジンの排気には、すす等の微粒子状物質（ＰＭ）が含まれているため、環境対応の観点から除去用のフィルターとして、ＤＰＦ（Diesel particulate filter：ディーゼル微粒子捕集フィルター）を用いることが必須となっている。このようなＤＰＦにおいては、すす等による目詰まりを防ぐため、定期的にＤＰＦを加熱して再生する必要があるが、ＤＰＦを加熱する方式の一つとしてマイクロ波照射することや、マイクロ波照射に適したＤＰＦ材料も開示されている（例えば、特許文献２、３）。

特開２００９−１６１４９号公報特開２０１１−２５２３８７号公報特許第４８２４１９９号明細書

マイクロ波加熱装置において、マイクロ波発生源より加熱室内に放射されたマイクロ波の反射波が、再びマイクロ波発生源に入射することを抑制する方法としては、一つには、アイソレーターを用いた方法がある。しかしながら、この方法は、アイソレーターにおいて反射波の電力は熱として消費されるため、加熱効率の低下を防ぐことはできない。また、アイソレーターのうち、高電力に対応したものは、大型で重量があるため、マイクロ波加熱装置が大型なものとなり、マイクロ波加熱装置の小型化の要求を満たすことはできない。

また、マイクロ波加熱装置の加熱室の壁面に複数の結合部を設け、それらを連結し、本来は壁面で反射されるマイクロ波を一方の結合部に入射させ、連結されている他方の結合部から放射することにより、加熱室内でマイクロ波を循環させる方法が開示されている（例えば、特許文献１）。しかしながら、この方法では、一方の結合部に入射するマイクロ波が少ないと、マイクロ波発生源より加熱室内に放射されたマイクロ波の多くが反射されるため、反射波となるマイクロ波がマイクロ波発生源に入射することを十分に抑制することはできない。また、加熱装置内に設置されている被加熱物の材質や位置、形状によって、加熱室内で生じるマイクロ波の反射の経路は変化するため、連結した他方の結合部より放射されたマイクロ波がマイクロ波発生源に入射してしまう場合がある。

よって、小型で、軽量で、マイクロ波発生源より加熱室内に放射されたマイクロ波の反射波が、再びマイクロ波発生源に入射することが十分に抑制されているマイクロ波加熱装置が求められている。

本実施の形態の一観点によれば、マイクロ波発生源と、被加熱物が設置される加熱室と、前記加熱室に設置されており、前記マイクロ波発生源において発生させたマイクロ波を前記加熱室内に放射する第１のマイクロ波放射部と、前記加熱室に設置されている第２のマイクロ波放射部と、前記加熱室に設置されている第３のマイクロ波放射部と、前記第２のマイクロ波放射部と前記第３のマイクロ波放射部とを接続するマイクロ波伝送部と、前記第２のマイクロ波放射部または前記第３のマイクロ波放射部の前に設置される誘電体部材と、を有し、前記第２のマイクロ波放射部は、前記第３のマイクロ波放射部よりも、前記第１のマイクロ波放射部より放射されたマイクロ波が多く入射する位置に設置されていることを特徴とする。

開示のマイクロ波加熱装置によれば、小型で、軽量で、マイクロ波発生源より加熱室内に放射されたマイクロ波の反射波が、再びマイクロ波発生源に入射することを十分に抑制することができる。

第１の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の構造図（１）第１の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の構造図（２）第２の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の構造図（１）第２の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の構造図（２）第３の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の構造図（１）第３の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の構造図（２）第４の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の構造図（１）第４の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の構造図（２）第４の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の構造図（３）第５の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の構造図第６の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の説明図

実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。

〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置について、図１に基づき説明する。本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源１０、加熱室２０、加熱室２０内に設置された第１のマイクロ波放射部３０、第２のマイクロ波放射部４０、第３のマイクロ波放射部５０、誘電体部材６０等を有している。本実施の形態においては、第１のマイクロ波放射部３０、第２のマイクロ波放射部４０、第３のマイクロ波放射部５０は、平面アンテナ等のアンテナにより形成されている。また、誘電体部材６０は、誘電損失の低い誘電体材料により形成されていることが好ましく、ガラス、石英等の酸化シリコン、酸化アルミニウム、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の誘電体材料により形成されている。また、加熱室２０の内側は鉄等の金属を含む材料により形成されており、加熱室２０内におけるマイクロ波は、加熱室２０の内側において反射等されるため、加熱室２０の外側に漏れることはない。

加熱対象となる被加熱物１００は、加熱室２０内に設置されている。第１のマイクロ波放射部３０は、マイクロ波発生源１０とマイクロ波伝送部７０により接続されており、第２のマイクロ波放射部４０と第３のマイクロ波放射部５０はマイクロ波伝送部８０により接続されている。マイクロ波伝送部７０及びマイクロ波伝送部８０は、例えば、同軸ケーブル等により形成されている。

第２のマイクロ波放射部４０は、第３のマイクロ波放射部５０よりも、第１のマイクロ波放射部３０より放射されたマイクロ波が入射しやすい位置に設置されている。また、マイクロ波が入射する第２のマイクロ波放射部４０の前には、誘電体部材６０が設置されている。誘電体部材６０は、マイクロ波を吸収する有効面積を変化させたり、指向性を変化させることができる。本実施の形態においては、誘電体部材６０は、指向性を高めるため、片面または両面に凸レンズのような凸面６１が形成されており、誘電体部材６０に入射したマイクロ波を集めて、第２のマイクロ波放射部４０に効率よく入射させることができる。即ち、誘電体部材６０により反射波となっていたマイクロ波まで集めて、第２のマイクロ波放射部４０に入射させることができる。尚、誘電体部材６０は、例えば、マイクロ波発生源１０において発生させたマイクロ波の波長をλ、誘電体部材６０を形成している誘電体の比誘電率をεとした場合に、直径が約λ／ε^１／２の円形等の形状により形成されている。誘電体部材６０は、長径が約λ／ε^１／２の楕円や、一辺が約λ／ε^１／２の方形の形状で形成されていてもよい。

本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波発生源１０において発生させたマイクロ波は、マイクロ波伝送部７０を介し、第１のマイクロ波放射部３０に伝送され、第１のマイクロ波放射部３０より加熱室２０内に放射される。第１のマイクロ波放射部３０より加熱室２０内に放射されたマイクロ波は、一部が被加熱物１００に吸収され、被加熱物１００の加熱に寄与する。また、他の一部は、誘電体部材６０の凸面６１より入射し、誘電体部材６０によりマイクロ波が集められて、第２のマイクロ波放射部４０に入射し、残りのマイクロ波は、加熱室２０の内側の壁面において反射される。

第２のマイクロ波放射部４０に入射したマイクロ波は、マイクロ波伝送部８０を介し第３のマイクロ波放射部５０に伝送され、第３のマイクロ波放射部５０より加熱室２０内に放射される。第３のマイクロ波放射部５０より加熱室２０内に放射されたマイクロ波は、一部が被加熱物１００に吸収され、被加熱物１００の加熱に寄与し、残りのマイクロ波は、加熱室２０の内側の壁面において反射される。

本実施の形態においては、第３のマイクロ波放射部５０は、第１のマイクロ波放射部３０より放射されたマイクロ波が、第２のマイクロ波放射部４０よりも、入射しにくい位置に設置されている。従って、第３のマイクロ波放射部５０より放射されたマイクロ波は、第１のマイクロ波放射部３０には入射しにくく、第１のマイクロ波放射部３０には殆ど入射しない位置に設置することも可能である。よって、第１のマイクロ波放射部３０より放射されたマイクロ波が、反射等により再び第１のマイクロ波放射部３０に入射することを十分に抑制することができる。

本実施の形態においては、第１のマイクロ波放射部３０、第２のマイクロ波放射部４０、第３のマイクロ波放射部５０は、アンテナにより形成されており、マイクロ波伝送部７０及びマイクロ波伝送部８０は、同軸ケーブル等により形成されている。よって、本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置においては、アイソレータ等を用いていないため、マイクロ波加熱装置を小型で、軽量で、低コストで製造することができ、更には、加熱効率が低下することを防ぐことができる。

また、本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、図２に示されるように、更に、マイクロ波が放射される第３のマイクロ波放射部５０の前等に、誘電体部材９０を設置した構造のものであってもよい。本実施の形態においては、誘電体部材９０は、指向性を低くするため、片面または両面に凹レンズのような凹面９１が形成されており、第３のマイクロ波放射部５０より放射されるマイクロ波を拡散させることができる。これにより、第１のマイクロ波放射部３０に入射する成分のマイクロ波を減らすことができる。本実施の形態においては、誘電体部材６０を第１の誘電体部材、誘電体部材９０を第２の誘電体部材と記載する場合がある。

尚、本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、第１のマイクロ波放射部３０がアンテナに代えて導波管の開口部により形成されたものであってもよい。この場合、マイクロ波伝送部７０は導波管により形成される。

以上のような、凸状または凹状の曲面を有する誘電体部材を用いて、マイクロ波放射部における指向性を制御し、加熱室内でのマイクロ波の進行方向を制御する手法は、化学プラント等で用いる大型の加熱装置にマイクロ波を用いる場合にも適用することができる。この場合、用いられる誘電体部材が大きくなり重くなるが、誘電体部材の面形状をフレネルレンズと同様の形状となるように形成することにより、大型化及び重量化を防ぐことができる。また、化学プラントに適用する場合には、被加熱体の位置、量やマイクロ波の吸収率は既知であることが期待される。この場合、本実施の形態は、マイクロ波発生源へのマイクロ波の反射抑制という課題の解決のみならず、マイクロ波の波束の経路を精密に制御できるという長所を活かして、被加熱物の加熱方法の制御を行うことができる。具体的には、被加熱物におけるより均一な加熱や、より一点に集中した高速な加熱等を実現することができる。

〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置について説明する。本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、マイクロ波放射部が導波管の開口部により形成されている構造のものである。本実施の形態は、図３に示されるように、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源１０、加熱室２０、加熱室２０内に設置された第１のマイクロ波放射部１３０、第２のマイクロ波放射部１４０、第３のマイクロ波放射部１５０、誘電体部材６０等を有している。

加熱対象となる被加熱物１００は、加熱室２０内に設置されている。第１のマイクロ波放射部１３０は、マイクロ波発生源１０とマイクロ波伝送部１７０により接続されており、第２のマイクロ波放射部１４０と第３のマイクロ波放射部１５０はマイクロ波伝送部１８０により接続されている。

本実施の形態においては、マイクロ波伝送部１７０及びマイクロ波伝送部１８０は、導波管により形成されている。よって、第１のマイクロ波放射部１３０は、マイクロ波伝送部１７０となる導波管の一方の開口部により形成されており、他方の開口部は、マイクロ波発生源１０と接続されている。また、第２のマイクロ波放射部１４０は、マイクロ波伝送部１８０の一方の開口部により形成されており、第３のマイクロ波放射部１５０は他方の開口部により形成されている。また、誘電体部材６０は、ガラス、石英等の酸化シリコン、酸化アルミニウム、ＰＴＦＥ等の誘電体材料により形成されている。また、加熱室２０の内側は鉄等の金属を含む材料により形成されており、加熱室２０内におけるマイクロ波は、加熱室２０の内側において反射等されるため、加熱室２０の外側に漏れることはない。

第２のマイクロ波放射部１４０は、第３のマイクロ波放射部１５０よりも、第１のマイクロ波放射部１３０より放射されたマイクロ波が入射しやすい位置に設置されている。また、マイクロ波が入射する第２のマイクロ波放射部１４０の前には、誘電体部材６０が設置されている。誘電体部材６０は、誘電体部材６０に入射したマイクロ波を集めて、第２のマイクロ波放射部１４０に効率よく入射させる機能を有しており、片面または両面に凸レンズのような凸面６１が形成されている。

本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波発生源１０において発生させたマイクロ波は、マイクロ波伝送部１７０を介し、第１のマイクロ波放射部１３０に伝送され、第１のマイクロ波放射部１３０より加熱室２０内に放射される。第１のマイクロ波放射部１３０より加熱室２０内に放射されたマイクロ波は、一部が被加熱物１００に吸収され、被加熱物１００の加熱に寄与する。また、他の一部は、誘電体部材６０の凸面６１より入射し、誘電体部材６０によりマイクロ波が集められて、第２のマイクロ波放射部１４０に入射し、残りのマイクロ波は、加熱室２０の内側の壁面において反射される。

第２のマイクロ波放射部１４０に入射したマイクロ波は、マイクロ波伝送部１８０を介し第３のマイクロ波放射部１５０に伝送され、第３のマイクロ波放射部１５０より加熱室２０内に放射される。第３のマイクロ波放射部１５０より加熱室２０内に放射されたマイクロ波は、一部が被加熱物１００に吸収され、被加熱物１００の加熱に寄与し、残りのマイクロ波は、加熱室２０の内側の壁面において反射される。

本実施の形態においては、第３のマイクロ波放射部１５０は、第１のマイクロ波放射部１３０より放射されたマイクロ波が、第２のマイクロ波放射部１４０よりも、入射しにくい位置に設置されている。従って、第３のマイクロ波放射部１５０より放射されたマイクロ波は、第１のマイクロ波放射部１３０には入射しにくく、第１のマイクロ波放射部１３０には殆ど入射しない位置に設置することも可能である。よって、第１のマイクロ波放射部１３０より放射されたマイクロ波が、反射等により再び第１のマイクロ波放射部１３０に入射することを十分に抑制することができる。

本実施の形態においては、マイクロ波伝送部１７０及びマイクロ波伝送部１８０は、導波管により形成されており、第１のマイクロ波放射部１３０、第２のマイクロ波放射部１４０、第３のマイクロ波放射部１５０は、これらの導波管の開口部により形成されている。よって、マイクロ波加熱装置を小型で、軽量で、低コストで製造することができ、更には、加熱効率が低下することを防ぐことができる。

また、本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、図４に示されるように、マイクロ波が放射される第３のマイクロ波放射部１５０の前に、誘電体部材９０を設けた構造のものであってもよい。誘電体部材９０は、片面または両面に凹面９１が形成されており、第３のマイクロ波放射部１５０より放射されるマイクロ波を拡散させることができ、これにより、第１のマイクロ波放射部１３０に入射する成分のマイクロ波を減らすことができる。本実施の形態においては、誘電体部材６０を第１の誘電体部材、誘電体部材９０を第２の誘電体部材と記載する場合がある。

尚、本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、第１のマイクロ波放射部１３０が導波管の開口部に代えてアンテナにより形成されたものであってもよい。この場合、マイクロ波伝送部１７０は同軸ケーブル等により形成される。

上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。

〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置について説明する。本実施の形態は、マイクロ波伝送部により接続されている第２のマイクロ波放射部及び第３のマイクロ波放射部が複数設けられている構造のものであり、第１のマイクロ波放射部が設けられている部分を除き、加熱室２０の内側が誘電体部材により覆われている。これにより、加熱室２０の内側において反射されるマイクロ波をより一層減らすことができる。

本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、図５に示されるように、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源１０、加熱室２０、加熱室２０内に設置された第１のマイクロ波放射部３０、複数の第２のマイクロ波放射部及び第３のマイクロ波放射部等を有している。第１のマイクロ波放射部３０は、マイクロ波発生源１０とマイクロ波伝送部７０により接続されており、加熱される対象となる被加熱物１００は、加熱室２０内に設置されている。

本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、上述したように複数の第２のマイクロ波放射部及び第３のマイクロ波放射部を有しており、対応する第２のマイクロ波放射部と第３のマイクロ波放射部とはマイクロ波伝送部により接続されている。

本実施の形態においては、第２のマイクロ波放射部４０ａと第３のマイクロ波放射部５０ａとを有しており、第２のマイクロ波放射部４０ａと第３のマイクロ波放射部５０ａとは、マイクロ波伝送部８０ａにより接続されている。第２のマイクロ波放射部４０ａの前には、凸面を有する第１の誘電体部材６０ａが設置されており、第３のマイクロ波放射部５０ａの前には、凹面を有する第２の誘電体部材９０ａが設置されている。従って、マイクロ波は、第１の誘電体部材６０ａを介して第２のマイクロ波放射部４０ａに入射し、マイクロ波伝送部８０ａを介して伝送され、第３のマイクロ波放射部５０ａより第２の誘電体部材９０ａを介して放射される。

また、第２のマイクロ波放射部４０ｂと第３のマイクロ波放射部５０ｂとを有しており、第２のマイクロ波放射部４０ｂと第３のマイクロ波放射部５０ｂとは、マイクロ波伝送部８０ｂにより接続されている。第２のマイクロ波放射部４０ｂの前には、凸面を有する第１の誘電体部材６０ｂが設置されており、第３のマイクロ波放射部５０ｂの前には、凹面を有する第２の誘電体部材９０ｂが設置されている。従って、マイクロ波は、第１の誘電体部材６０ｂを介して第２のマイクロ波放射部４０ｂに入射し、マイクロ波伝送部８０ｂを介して伝送され、第３のマイクロ波放射部５０ｂより第２の誘電体部材９０ｂを介して放射される。

また、第２のマイクロ波放射部４０ｃと第３のマイクロ波放射部５０ｃとを有しており、第２のマイクロ波放射部４０ｃと第３のマイクロ波放射部５０ｃとは、マイクロ波伝送部８０ｃにより接続されている。第２のマイクロ波放射部４０ｃの前には、凸面を有する第１の誘電体部材６０ｃが設置されており、第３のマイクロ波放射部５０ｃの前には、凹面を有する第２の誘電体部材９０ｃが設置されている。従って、マイクロ波は、第１の誘電体部材６０ｃを介して第２のマイクロ波放射部４０ｃに入射し、マイクロ波伝送部８０ｃを介して伝送され、第３のマイクロ波放射部５０ｃより第２の誘電体部材９０ｃを介して放射される。

また、第２のマイクロ波放射部４０ｄと第３のマイクロ波放射部５０ｄとを有しており、第２のマイクロ波放射部４０ｄと第３のマイクロ波放射部５０ｄとは、マイクロ波伝送部８０ｄにより接続されている。第２のマイクロ波放射部４０ｄの前には、凸面を有する第１の誘電体部材６０ｄが設置されており、第３のマイクロ波放射部５０ｄの前には、凹面を有する第２の誘電体部材９０ｄが設置されている。従って、マイクロ波は、第１の誘電体部材６０ｄを介して第２のマイクロ波放射部４０ｄに入射し、マイクロ波伝送部８０ｄを介して伝送され、第３のマイクロ波放射部５０ｄより第２の誘電体部材９０ｄを介して放射される。

また、第２のマイクロ波放射部４０ｅと第３のマイクロ波放射部５０ｅとを有しており、第２のマイクロ波放射部４０ｅと第３のマイクロ波放射部５０ｅとは、マイクロ波伝送部８０ｅにより接続されている。第２のマイクロ波放射部４０ｅの前には、凸面を有する第１の誘電体部材６０ｅが設置されており、第３のマイクロ波放射部５０ｅの前には、凹面を有する第２の誘電体部材９０ｅが設置されている。従って、マイクロ波は、第１の誘電体部材６０ｅを介して第２のマイクロ波放射部４０ｅに入射し、マイクロ波伝送部８０ｅを介して伝送され、第３のマイクロ波放射部５０ｅより第２の誘電体部材９０ｅを介して放射される。

また、第２のマイクロ波放射部４０ｆと第３のマイクロ波放射部５０ｆとを有しており、第２のマイクロ波放射部４０ｆと第３のマイクロ波放射部５０ｆとは、マイクロ波伝送部８０ｆにより接続されている。第２のマイクロ波放射部４０ｆの前には、凸面を有する第１の誘電体部材６０ｆが設置されており、第３のマイクロ波放射部５０ｆの前には、凹面を有する第２の誘電体部材９０ｆが設置されている。従って、マイクロ波は、第１の誘電体部材６０ｆを介して第２のマイクロ波放射部４０ｆに入射し、マイクロ波伝送部８０ｆを介して伝送され、第３のマイクロ波放射部５０ｆより第２の誘電体部材９０ｆを介して放射される。

よって、本実施の形態においては、加熱室２０の内側が、凸面を有する第１の誘電体部材６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ、６０ｅ、６０ｆと、凹面を有する第２の誘電体部材９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄ、９０ｅ、９０ｆとにより覆われている。本実施の形態においては、第１の誘電体部材６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ、６０ｅ、６０ｆは、一方の面が凸面、他方の面が平面となるように形成されている。また、第２の誘電体部材９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄ、９０ｅ、９０ｆは、一方の面が凹面、他方の面が平面となるように形成されている。

図５に示されるマイクロ波加熱装置は、加熱室２０の内側が、第１の誘電体部材の凸面及び第２の誘電体部材の凹面となるように設置されているものであるが、図６に示されるように、マイクロ波加熱装置の加熱室２０の内側が平面になるように設置してもよい。具体的には、図６に示されるように、第１の誘電体部材の凸面を第２のマイクロ波放射部側に、第２の誘電体部材の凹面を第３のマイクロ波放射部側となるように設置してもよい。これにより、マイクロ波加熱装置の加熱室２０の内側を平坦にすることができ、メンテナンス等を容易に行うことができる。

尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。また、本実施の形態は、第２の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置にも適用可能である。

〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置について説明する。本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、図７に示されるように、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源１０と加熱室２００とを有している。加熱室２００は加熱室内側部２１０と加熱室外側部２３０とを有しており、加熱室内側部２１０と加熱室外側部２３０との間には、断熱層２３３が設けられている。マイクロ波発生源１０と加熱室２００とは導波管により形成されたマイクロ波伝送部１７０により接続されており、マイクロ波伝送部１７０となる導波管の一方の開口部が第１のマイクロ波放射部１３０となっている。尚、断熱層２３３は、断熱材により形成したものであってもよく、また、空気や空間等により形成されてものであってもよい。

加熱室内側部２１０は、全体が内側誘電体層２１１により形成されており、内側誘電体層２１１の内側には、鉄等の金属を含む材料により金属層２２０が形成されている。加熱室内側部２１０には、金属層２２０が形成されていない第１の金属層開口部２２１、第２の金属層開口部２２２、第３の金属層開口部２２３が形成されている。第１の金属層開口部２２１は、第１のマイクロ波放射部１３０が設けられている部分に形成されており、第１のマイクロ波放射部１３０より放射されるマイクロ波は、第１の金属層開口部２２１より放射される。

加熱室外側部２３０は、全体が外側誘電体層２３１により形成されており、外側誘電体層２３１の外側に、金属材料等により加熱室筐体部２３２が形成されている。外側誘電体層２３１の内側には、加熱室内側部２１０において第２の金属層開口部２２２に対応する部分に、第２のマイクロ波放射部２４０が形成されており、第３の金属層開口部２２３に対応する部分に、第３のマイクロ波放射部２５０が形成されている。第２のマイクロ波放射部２４０と第３のマイクロ波放射部２５０は、マイクロ波伝送部２８０により接続されている。

本実施の形態においては、第２のマイクロ波放射部２４０及び第３のマイクロ波放射部２５０は、外側誘電体層２３１の内側において、厚い金属膜により形成されたアンテナにより形成されている。また、第２のマイクロ波放射部２４０と第３のマイクロ波放射部２５０とを接続するマイクロ波伝送部２８０は、外側誘電体層２３１の内側において金属材料により形成された配線パターンにより形成されている。

本実施の形態においては、第１の金属層開口部２２１、第２の金属層開口部２２２、第３の金属層開口部２２３における各々の金属層開口部の大きさを調整することにより、マイクロ波の有効面積、指向性等を調整することができる。また、内側誘電体層２１１は、平坦に形成してもよいが、第２の金属層開口部２２２となる部分は凸面となるように、第３の金属層開口部２２３となる部分は凹面となるように形成してもよい。これにより、内側誘電体層２１１により、第２のマイクロ波放射部２４０に入射するマイクロ波を集めることができ、第３のマイクロ波放射部２５０から放射されるマイクロ波を拡散させることができる。尚、このように、内側誘電体層２１１に凸面及び凹面を形成した場合には、必ずしも金属層２２０を形成する必要はない。

加熱対象となる被加熱物１００は、加熱室２００内に設置されている。また、第２のマイクロ波放射部２４０は、第３のマイクロ波放射部２５０よりも、第１のマイクロ波放射部１３０より放射されたマイクロ波が入射しやすい位置に設置されている。内側誘電体層２１１及び外側誘電体層２３１は、ガラス、石英等の酸化シリコン、酸化アルミニウム、ＰＴＦＥ等の誘電体材料により形成されている。

本実施の形態においては、マイクロ波発生源１０において発生させたマイクロ波は、マイクロ波伝送部１７０を介し、第１のマイクロ波放射部１３０に伝送され、第１のマイクロ波放射部１３０より第１の金属層開口部２２１を介し加熱室２００内に放射される。第１のマイクロ波放射部１３０より加熱室２００内に放射されたマイクロ波は、一部が被加熱物１００に吸収され、被加熱物１００の加熱に寄与する。また、他の一部は、第２の金属層開口部２２２を介し、第２のマイクロ波放射部２４０に入射し、残りのマイクロ波は、内側誘電体層２１１の内側に形成された金属層２２０等において反射される。

第２のマイクロ波放射部２４０に入射したマイクロ波は、マイクロ波伝送部２８０を介し第３のマイクロ波放射部２５０に伝送され、第３のマイクロ波放射部２５０より第３の金属層開口部２２３を介し、加熱室２００内に放射される。第３のマイクロ波放射部２５０より加熱室２００内に放射されたマイクロ波は、一部が被加熱物１００に吸収され、被加熱物１００の加熱に寄与し、残りのマイクロ波は、内側誘電体層２１１の内側に形成された金属層２２０等において反射される。

本実施の形態においては、第３のマイクロ波放射部２５０は、第１のマイクロ波放射部１３０より放射されたマイクロ波が、第２のマイクロ波放射部２４０よりも、入射しにくい位置に設置されている。従って、第３のマイクロ波放射部２５０より放射されたマイクロ波は、第１のマイクロ波放射部１３０には入射しにくく、第１のマイクロ波放射部１３０には殆ど入射しない位置に設置することも可能である。よって、第１のマイクロ波放射部１３０より放射されたマイクロ波が、反射等により再び第１のマイクロ波放射部１３０に入射することを十分に抑制することができる。

また、本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、第２のマイクロ波放射部２４０、第３のマイクロ波放射部２５０は、マイクロ波伝送部２８０は、金属膜により形成されている。よって、第１の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置と比較して、より一層、マイクロ波加熱装置を小型で軽量にすることができる。

尚、本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、第１のマイクロ波放射部１３０が導波管の開口部に代えてアンテナより形成されたものであってもよい。

また、本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、図８に示されるように、加熱室内側部２１０と加熱室外側部２３０との間に、マイクロ波発生源３１０を設置した構造のものであってもよい。これにより、マイクロ波加熱装置を更に小型にすることができる。この場合、第１のマイクロ波放射部３３０は、加熱室外側部２３０の外側誘電体層２３１の内側において、厚い金属膜により形成されたアンテナにより形成される。また、マイクロ波発生源１０と第１のマイクロ波放射部３３０とを接続するマイクロ波伝送部３７０も、加熱室外側部２３０の外側誘電体層２３１の内側において金属材料により形成された配線パターンにより形成される。

更に、本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、図９に示されるように、断熱層２３３を設けることなく加熱室内側部２１０と加熱室外側部２３０とを一体にした構造のものであってもよい。これにより、図９に示されるマイクロ波加熱装置を更に小型にすることができる。図９は、図７に示されるマイクロ波加熱装置において、断熱層２３３を設けることなく加熱室内側部２１０と加熱室外側部２３０とを一体にした構造のものである。これにより、金属層等により形成されている第２のマイクロ波放射部２４０、第３のマイクロ波放射部２５０、マイクロ波伝送部２８０は、内側誘電体層２１１と外側誘電体層２３１により挟まれた構造となっている。

尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態等と同様である。

〔第５の実施の形態〕
次に、第５の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置について説明する。本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、図７に示されるマイクロ波加熱装置において、加熱室内側部２１０と加熱室外側部２３０とにより導波管が形成された構造のものである。

具体的には、図１０に示されるように、加熱室内側部２１０と加熱室外側部２３０との間に、一方の金属仕切部３８１と他方の金属仕切部３８２とを形成することにより、マイクロ波伝送部３８０となる導波管を形成した構造のものである。即ち、マイクロ波伝送部３８０は、加熱室内側部２１０と加熱室外側部２３０の間において、一方の金属仕切部３８１と他方の金属仕切部３８２とにより仕切られた領域に形成される。

マイクロ波伝送部３８０となる導波管の一方の金属仕切部３８１の近傍には、加熱室内側部２１０において金属層２２０が形成されていない第２の金属層開口部２２２が設けられており、第２の金属層開口部２２２が、第２のマイクロ波放射部３４０となっている。マイクロ波伝送部３８０となる導波管の他方の金属仕切部３８２の近傍には、加熱室内側部２１０において金属層２２０が形成されていない第３の金属層開口部２２３が設けられており、第３の金属層開口部２２３が、第３のマイクロ波放射部３５０となっている。

尚、上記以外の内容については、第４の実施の形態等と同様である。

〔第６の実施の形態〕
次に、第６の実施の形態について説明する。本実施の形態は、マイクロ波加熱装置をＤＰＦに適用したものであり、加熱対象となるＤＰＦとマイクロ波加熱装置とを有する排気ガス処理装置である。具体的には、図１１に示すように、ＤＰＦ４００はＤＰＦチャンバー４２０内に設置されている。ＤＰＦチャンバー４２０には、ディーゼルエンジン等の排気ガスが流入するガス入口４２１と、ＤＰＦ４００により浄化されたガスが流出するガス出口４２２とが設けられている。

ＤＰＦチャンバー４２０には、マイクロ波発生源１０がマイクロ波伝送部１７０により接続されており、ＤＰＦチャンバー４２０とマイクロ波伝送部１７０との接続部分が、第１のマイクロ波放射部１３０となっている。また、ＤＰＦチャンバー４２０にはマイクロ波伝送部１８０が接続されており、ＤＰＦチャンバー４２０に接続されたマイクロ波伝送部１８０の一方が第２のマイクロ波放射部１４０、他方が第３のマイクロ波放射部１５０となっている。

更に、第２のマイクロ波放射部１４０の前には、凸面６１を有する誘電体部材６０が設置されており、第３のマイクロ波放射部１５０の前には、凹面９１を有する誘電体部材９０が設置されている。尚、第２のマイクロ波放射部１４０は、第３のマイクロ波放射部１５０よりも、第１のマイクロ波放射部１３０よりＤＰＦチャンバー４２０内に放射されたマイクロ波が入射しやすい位置に形成されている。

本実施の形態においては、マイクロ波発生源１０において発生したマイクロ波は、マイクロ波伝送部１７０を介し、第１のマイクロ波放射部１３０より、ＤＰＦチャンバー４２０内に放射される。ＤＰＦチャンバー４２０内に放射されたマイクロ波のうち、一部がＤＰＦ４００に照射されてＤＰＦ４００が加熱され、他の一部は誘電体部材６０を介し第２のマイクロ波放射部１４０に入射し、残りはＤＰＦチャンバー４２０の内側の壁面において反射される。

誘電体部材６０を介し第２のマイクロ波放射部１４０に入射したマイクロ波は、マイクロ波伝送部１８０を介し、第３のマイクロ波放射部１５０に伝送され、第３のマイクロ波放射部１５０より、誘電体部材９０を介しＤＰＦチャンバー４２０内に放射される。第３のマイクロ波放射部１５０より、誘電体部材９０を介しＤＰＦチャンバー４２０内に放射されたマイクロ波のうち、一部がＤＰＦ４００に照射されてＤＰＦ４００が加熱され、残りはＤＰＦチャンバー４２０の内側の壁面において反射される。

一般的には、ＤＰＦ４００を再生するためのエネルギーとしては、ディーゼルエンジンの燃料が使われており、これがディーゼル車の燃費の低下の一因となっている。しかしながら、本実施の形態においては、マイクロ波によりＤＰＦ４００を効率よく加熱することができ、ディーゼルエンジンの燃料を使うことはないため、ディーゼル車の燃費を向上させることができる。また、ＤＰＦ４００の中心部分より離れた周辺部分は温まりにくく、すす等による目詰まりがしやすいが、第１のマイクロ波放射部１３０や第３のマイクロ波放射部１５０が形成される位置により、ＤＰＦ４００の周辺部分を重点的に加熱することが可能である。

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
マイクロ波発生源と、
被加熱物が設置される加熱室と、
前記加熱室に設置されており、前記マイクロ波発生源において発生させたマイクロ波を前記加熱室内に放射する第１のマイクロ波放射部と、
前記加熱室に設置されている第２のマイクロ波放射部と、
前記加熱室に設置されている第３のマイクロ波放射部と、
前記第２のマイクロ波放射部と前記第３のマイクロ波放射部とを接続するマイクロ波伝送部と、
前記第２のマイクロ波放射部または前記第３のマイクロ波放射部の前に設置される誘電体部材と、
を有し、
前記第２のマイクロ波放射部は、前記第３のマイクロ波放射部よりも、前記第１のマイクロ波放射部より放射されたマイクロ波が多く入射する位置に設置されていることを特徴とするマイクロ波加熱装置。
（付記２）
前記第２のマイクロ波放射部及び前記第３のマイクロ波放射部は、アンテナにより形成されており、
前記マイクロ波伝送部は、導電性を有するケーブルにより形成されていることを特徴とする付記１に記載のマイクロ波加熱装置。
（付記３）
前記マイクロ波伝送部は、導波管により形成されており、
前記第２のマイクロ波放射部は、前記導波管の一方の開口部であり、
前記第３のマイクロ波放射部は、前記導波管の他方の開口部であることを特徴とする付記１に記載のマイクロ波加熱装置。
（付記４）
前記誘電体部材は、前記第２のマイクロ波放射部の前に設置されており、
前記誘電体部材は、凸面を有するものであることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置。
（付記５）
前記誘電体部材は、前記第３のマイクロ波放射部の前に設置されており、
前記誘電体部材は、凹面を有するものであることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置。
（付記６）
前記第２のマイクロ波放射部の前には、凸面を有する第１の誘電体部材が設置されており、
前記第３のマイクロ波放射部の前には、凹面を有する第２の誘電体部材が設置されていることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置。
（付記７）
前記第２のマイクロ波放射部及び前記第３のマイクロ波放射部は、各々複数設けられていることを特徴とする付記６に記載のマイクロ波加熱装置。
（付記８）
前記第２のマイクロ波放射部の前には、凸面を有する第１の誘電体部材が設置されており、
前記第３のマイクロ波放射部の前には、凹面を有する第２の誘電体部材が設置されており、
前記被加熱物は、前記加熱室の内側の前記第１の誘電体部材及び前記第２の誘電体部材により囲まれた領域に設置されることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置。
（付記９）
前記誘電体部材は、ガラス、石英、酸化アルミニウム、ポリテトラフルオロエチレンのうちのいずれかにより形成されていることを特徴とする付記１から８のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置。
（付記１０）
マイクロ波発生源と、
被加熱物が設置される加熱室内側部と、前記加熱室内側部を囲む加熱室外側部とを有する加熱室と、
前記加熱室に設置されており、前記マイクロ波発生源において発生させたマイクロ波を前記加熱室内に放射する第１のマイクロ波放射部と、
前記加熱室外側部の内側に金属により形成された第２のマイクロ波放射部と、
前記加熱室外側部の内側に金属により形成された第３のマイクロ波放射部と、
前記加熱室外側部の内側に金属により形成された前記第２のマイクロ波放射部と前記第３のマイクロ波放射部とを接続するマイクロ波伝送部と、
を有し、
前記加熱室内側部は、誘電体層の内側に金属層が形成されたものであって、前記第１のマイクロ波放射部、前記第２のマイクロ波放射部、前記第３のマイクロ波放射部に対応する領域には、前記金属層が形成されていない金属層開口部が設けられていることを特徴とするマイクロ波加熱装置。
（付記１１）
前記マイクロ波発生源は、前記加熱室内側部と前記加熱室外側部との間に設置されていることを特徴とする付記１０に記載のマイクロ波加熱装置。
（付記１２）
前記加熱室外側部は、誘電体層の内側に、前記第２のマイクロ波放射部、前記第３のマイクロ波放射部、前記マイクロ波伝送部が形成されているものであって、
前記第２のマイクロ波放射部、前記第３のマイクロ波放射部、前記マイクロ波伝送部は、前記加熱室外側部における誘電体層と前記加熱室内側部における誘電体層との間に挟まれていることを特徴とする付記１０に記載のマイクロ波加熱装置。
（付記１３）
マイクロ波発生源と、
被加熱物が設置される加熱室内側部と、前記加熱室内側部を囲む加熱室外側部とを有する加熱室と、
前記加熱室に設置されており、前記マイクロ波発生源において発生させたマイクロ波を前記加熱室内に放射する第１のマイクロ波放射部と、
前記加熱室内側部と前記加熱室外側部との間に形成される導波管により形成されたマイクロ波伝送部と、
前記導波管の一方の開口部に形成された第２のマイクロ波放射部と、
前記導波管の他方の開口部に形成された第３のマイクロ波放射部と、
を有し、
前記加熱室内側部は、誘電体層の内側に金属層が形成されたものであって、前記第１のマイクロ波放射部、前記第２のマイクロ波放射部、前記第３のマイクロ波放射部に対応する領域は、前記金属層が形成されていない金属層開口部が設けられていることを特徴とするマイクロ波加熱装置。
（付記１４）
前記マイクロ波伝送部は、前記加熱室内側部と前記加熱室外側部との間に一方の金属仕切部と他方の金属仕切部を設けることにより形成された導波管であることを特徴とする付記１３の記載のマイクロ波加熱装置。

１０マイクロ波発生源
２０加熱室
３０第１のマイクロ波放射部
４０第２のマイクロ波放射部
５０第３のマイクロ波放射部
６０誘電体部材
６１凸面
７０マイクロ波伝送部
８０マイクロ波伝送部
９０誘電体部材
９１凹面
１００被加熱物

Claims

マイクロ波発生源と、
被加熱物が設置される加熱室と、
前記加熱室に設置されており、前記マイクロ波発生源において発生させたマイクロ波を前記加熱室内に放射する第１のマイクロ波放射部と、
前記加熱室に設置されている第２のマイクロ波放射部と、
前記加熱室に設置されている第３のマイクロ波放射部と、
前記第２のマイクロ波放射部と前記第３のマイクロ波放射部とを接続するマイクロ波伝送部と、
前記第２のマイクロ波放射部または前記第３のマイクロ波放射部の前に設置される誘電体部材と、
を有し、
前記第２のマイクロ波放射部は、前記第３のマイクロ波放射部よりも、前記第１のマイクロ波放射部より放射されたマイクロ波が多く入射する位置に設置されていることを特徴とするマイクロ波加熱装置。
前記第２のマイクロ波放射部及び前記第３のマイクロ波放射部は、アンテナにより形成されており、
前記マイクロ波伝送部は、導電性を有するケーブルにより形成されてい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。
前記マイクロ波伝送部は、導波管により形成されており、
前記第２のマイクロ波放射部は、前記導波管の一方の開口部であり、
前記第３のマイクロ波放射部は、前記導波管の他方の開口部であ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。
前記誘電体部材は、前記第２のマイクロ波放射部の前に設置されており、
前記誘電体部材は、凸面を有するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置。
前記誘電体部材は、前記第３のマイクロ波放射部の前に設置されており、
前記誘電体部材は、凹面を有するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置。
前記第２のマイクロ波放射部の前には、凸面を有する第１の誘電体部材が設置されており、
前記第３のマイクロ波放射部の前には、凹面を有する第２の誘電体部材が設置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置。
前記第２のマイクロ波放射部の前には、凸面を有する第１の誘電体部材が設置されており、
前記第３のマイクロ波放射部の前には、凹面を有する第２の誘電体部材が設置されており、
前記被加熱物は、前記加熱室の内側の前記第１の誘電体部材及び前記第２の誘電体部材により囲まれた領域に設置されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置。
前記誘電体部材は、ガラス、石英、酸化アルミニウム、ポリテトラフルオロエチレンのうちのいずれかにより形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置。
マイクロ波発生源と、
被加熱物が設置される加熱室内側部と、前記加熱室内側部を囲む加熱室外側部とを有する加熱室と、
前記加熱室に設置されており、前記マイクロ波発生源において発生させたマイクロ波を前記加熱室内に放射する第１のマイクロ波放射部と、
前記加熱室外側部の内側に金属により形成された第２のマイクロ波放射部と、
前記加熱室外側部の内側に金属により形成された第３のマイクロ波放射部と、
前記加熱室外側部の内側に金属により形成された前記第２のマイクロ波放射部と前記第３のマイクロ波放射部とを接続するマイクロ波伝送部と、
を有し、
前記加熱室内側部は、誘電体層の内側に金属層が形成されたものであって、前記第１のマイクロ波放射部、前記第２のマイクロ波放射部、前記第３のマイクロ波放射部に対応する領域には、前記金属層が形成されていない金属層開口部が設けられていることを特徴とするマイクロ波加熱装置。
マイクロ波発生源と、
被加熱物が設置される加熱室内側部と、前記加熱室内側部を囲む加熱室外側部とを有する加熱室と、
前記加熱室に設置されており、前記マイクロ波発生源において発生させたマイクロ波を前記加熱室内に放射する第１のマイクロ波放射部と、
前記加熱室内側部と前記加熱室外側部との間に形成される導波管により形成されたマイクロ波伝送部と、
前記導波管の一方の開口部に形成された第２のマイクロ波放射部と、
前記導波管の他方の開口部に形成された第３のマイクロ波放射部と、
を有し、
前記加熱室内側部は、誘電体層の内側に金属層が形成されたものであって、前記第１のマイクロ波放射部、前記第２のマイクロ波放射部、前記第３のマイクロ波放射部に対応する領域は、前記金属層が形成されていない金属層開口部が設けられていることを特徴とするマイクロ波加熱装置。