JP2017084744A - マイクロ波照射装置及び排気浄化装置 - Google Patents

マイクロ波照射装置及び排気浄化装置 Download PDF

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Abstract

【課題】照射されるマイクロ波の強度の強い部分と弱い部分との差を小さいマイクロ波照射装置をを提供する。【解決手段】円環状のマイクロ波伝送路と、前記円環状のマイクロ波伝送路に接続されている第1のマイクロ波発生部と、前記円環状のマイクロ波伝送路に接続されている第2のマイクロ波発生部と、を有し、前記第1のマイクロ波発生部において発生させたマイクロ波と、前記第2のマイクロ波発生部において発生させたマイクロ波とは、同じ周波数であって、位相が異なることを特徴とするマイクロ波照射装置により上記課題を解決する。【選択図】 図1

Description

本発明は、マイクロ波照射装置及び排気浄化装置に関するものである。
現在、排気に含まれるPM(Particulate
matter)等の微粒子を捕集する装置として、DPF(Diesel Particulate Filter)が用いられた排気浄化装置が実用化されている。このような排気浄化装置は、使用によりDPFにPM等の微粒子が堆積するため、DPFを再生することが求められる。DPFを再生する方法としては、例えば、マイクロ波照射装置から放射されたマイクロ波等の高周波電磁波を用いる方法が開示されている(例えば、特許文献1〜3)。具体的には、この方法は、DPFにマイクロ波等の電磁波を照射することにより、DPFに堆積しているPM等の微粒子を加熱し、燃焼させることにより、DPFの再生を行うものである。
また、マイクロ波照射装置は、食品を加熱する食品加熱装置や化学反応装置等においても用いられている。
特開2006−140063号公報 特開平4−179817号公報 特許第4995351号公報 特開平5−202733号公報 特開2014−175122号公報
上述した排気浄化装置では、DPFの再生は、DPFにマイクロ波等の電磁波を照射することにより、PM等の微粒子が誘電加熱され、PM等の微粒子が酸化分解されることにより行われる。しかしながら、DPFに照射されるマイクロ波は、DPF内に均一な強度で照射することは困難であり、DPF内においてマイクロ波の強度の強い部分と弱い部分とが生じるため、温度むらが生じる。このため、DPF内において、PM等の微粒子が除去される領域とあまり除去されない領域とが生じ、DPFの再生が十分になされない。このように照射されるマイクロ波の強度の強い部分と弱い部分が生じることは、食品加熱装置や化学反応装置等においても同様である。
このため、照射されるマイクロ波の強度の強い部分と弱い部分が生じにくく、被加熱物を均一に加熱することのできるマイクロ波照射装置が求められている。
1つの態様では、マイクロ波照射装置は、円環状のマイクロ波伝送路と、前記円環状のマイクロ波伝送路に接続されている第1のマイクロ波発生部と、前記円環状のマイクロ波伝送路に接続されている第2のマイクロ波発生部と、を有し、前記第1のマイクロ波発生部において発生させたマイクロ波と、前記第2のマイクロ波発生部において発生させたマイクロ波とは、同じ周波数であって、位相が異なる。
開示のマイクロ波照射装置によれば、被加熱物を均一に加熱することができる。
第1の実施の形態におけるマイクロ波照射装置の構造の説明図 第1の実施の形態における円環導波管内において生じる定在波の説明図 円環導波管に1つのマイクロ波発生部が接続されたマイクロ波照射装置の構造図 図3に示されるマイクロ波照射装置におけるマイクロ波の強度分布図 第1の実施の形態におけるマイクロ波照射装置におけるマイクロ波の強度分布図 第2の実施の形態におけるマイクロ波照射装置の構造図(1) 第2の実施の形態におけるマイクロ波照射装置の構造図(2)
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。
ところで、特許文献2に記載されている内燃機関用フィルタ再生装置は、被加熱物となるDPFの周囲を導波管で覆い、導波管にマイクロ波を供給することにより、導波管の内側に設けられた穴よりマイクロ波が漏れて、DPFに照射される構造のものである。しかしながら、このような構造のものでは、導波管に供給されたマイクロ波により、導波管内に定在波が形成されるため、定在波による腹と節が形成される。このため、マイクロ波の強度の強い部分と弱い部分が生じ強度分布が生じる。尚、本願においては、マイクロ波の強度の強い部分と弱い部分とが生じることをマイクロ波の強度分布が生じると記載する場合がある。
〔第1の実施の形態〕
次に、第1の実施の形態におけるマイクロ波照射装置について図1に基づき説明する。図1は、本実施の形態におけるマイクロ波照射装置が取り付けられている排気浄化装置を示している。
図1は、本実施の形態におけるマイクロ波照射装置の構造の説明図である。具体的には、図1(a)は、本実施の形態におけるマイクロ波照射装置が取り付けられている排気浄化装置の要部の斜視図であり、図1(b)は、排気浄化装置において排気が流れる方向における断面図である。この排気浄化装置は、微粒子捕集部10、筐体部20、第1のマイクロ波発生部41、第2のマイクロ波発生部42、制御部60等を有している。円筒状の筐体部20の周囲には、円環状のマイクロ波伝送路である円環導波管30が設けられており、円環導波管30の内側となる筐体部20側には、筐体部20内にマイクロ波が漏れて、微粒子捕集部10に照射されるように、不図示の穴等が形成されている。
微粒子捕集部10は、DPF等により形成されている。DPFは、例えば、隣り合う通気口が交互に閉じられたハニカム構造により形成されており、排気は入口の通気口とは異なる通気口より排出される。
筐体部20は、ステンレス等の金属材料により形成されており、微粒子捕集部10の周囲を覆う筐体本体部20a、筐体本体部20aに接続されている吸入口20b及び排出口20cを有している。本実施の形態における排気浄化装置においては、エンジン等からの排気ガス等の排気は、破線矢印Aに示される方向より、吸入口20bから筐体部20内に入り、筐体本体部20a内に設置されている微粒子捕集部10を通ることにより浄化される。この後、微粒子捕集部10において浄化された排気は、排出口20cより破線矢印Bに示される方向に排出される。
円環導波管30には、第1のマイクロ波発生部41が第1の接続導波管51により接続されており、更に、第2のマイクロ波発生部42が第2の接続導波管52により接続されている。第1のマイクロ波発生部41において発生したマイクロ波は、第1の接続導波管51内を破線矢印Cに示す方向に伝播し、円環導波管30内に供給される。また、第2のマイクロ波発生部42において発生したマイクロ波は、第2の接続導波管52内を破線矢印Dに示す方向に伝播し、円環導波管30内に供給される。
尚、第1のマイクロ波発生部41において発生させたマイクロ波の周波数と、第2のマイクロ波発生部42において発生させたマイクロ波の周波数は、同じ周波数である。本実施の形態におけるマイクロ波照射装置は、円環導波管30、第1のマイクロ波発生部41、第2のマイクロ波発生部42、第1の接続導波管51、第2の接続導波管52、制御部60を有するものである。
円環導波管30と第1の接続導波管51との接続部分の中心51aと、円環導波管30と第2の接続導波管52との接続部分の中心52aとの距離Lは、(2N−1)×λ/4となるように形成されている。尚、λは円環導波管30に供給されるマイクロ波の波長であり、Nは正の整数である。距離Lは長すぎない方が好ましいため、距離Lはλ/4、3λ/4、5λ/4、7λ/4が好ましい。
また、第1のマイクロ波発生部41より第1の接続導波管51を介し円環導波管30に供給されるマイクロ波と、第2のマイクロ波発生部42より第2の接続導波管52を介し円環導波管30に供給されるマイクロ波は、位相がπ/2、即ち、λ/4ずれている。これにより、図2に示すように、円環導波管30内では、第1のマイクロ波発生部41において発生させたマイクロ波と、第2のマイクロ波発生部42において発生させたマイクロ波により定在波W、Wが発生する。尚、図2は、図1(b)における1点鎖線1A−1Bにおいて切断した断面図である。
本実施の形態においては、第1のマイクロ波発生部41からのマイクロ波により生じた定在波Wと、第2のマイクロ波発生部42からのマイクロ波により生じた定在波Wとは、位相がπ/2ずれている。従って、第1のマイクロ波発生部41からのマイクロ波により生じた定在波Wの腹が、第2のマイクロ波発生部42からのマイクロ波により生じた定在波Wの節となる。同様に、第1のマイクロ波発生部41からのマイクロ波により生じた定在波Wの節が、第2のマイクロ波発生部42からのマイクロ波により生じた定在波Wの腹となる。これにより、一方の定在波の節の位置は他方の定在波の腹の位置となり、互いに補い合うため、円環導波管30内においては、マイクロ波の強度分布が生じることを抑制することができる。即ち、円環導波管30内においては、マイクロ波の強度の強い部分と弱い部分とが生じることを抑制することができる。円環導波管30内におけるマイクロ波は、円環導波管30の内側の微粒子捕集部10の側に設けられた不図示の穴より漏れて、微粒子捕集部10に照射される。従って、本実施の形態においては、微粒子捕集部10に照射されるマイクロ波の強度を略均一にすることができるため、微粒子捕集部10を均一に加熱することができる。
また、本実施の形態においては、円環導波管30と第1の接続導波管51との接続部分の中心51aは、第2のマイクロ波発生部42からのマイクロ波により生じた定在波Wの節となる。よって、第2のマイクロ波発生部42からのマイクロ波が第1の接続導波管51内に入射することはない。同様に、円環導波管30と第2の接続導波管52との接続部分の中心52aは、第1のマイクロ波発生部41からのマイクロ波により生じた定在波Wの節となる。よって、第1のマイクロ波発生部41からのマイクロ波が第1の接続導波管51内に入射することはない。
本実施の形態におけるマイクロ波照射装置は、第1のマイクロ波発生部41と第2のマイクロ波発生部42とにおいて、マイクロ波を同時に発生させてもよく、また、交互に発生させてもよい。第1のマイクロ波発生部41と第2のマイクロ波発生部42とにおいて、マイクロ波を交互に発生させる場合の制御は、制御部60により行われる。
次に、図1に示される本実施の形態におけるマイクロ波照射装置と、図3に示されるマイクロ波発生部が1つであるマイクロ波照射装置とにおけるマイクロ波の強度分布について説明する。図3に示されるマイクロ波発生部が1つであるマイクロ波照射装置は、微粒子捕集部10、筐体部20、マイクロ波発生部941等を有している。円筒状の筐体部20の周囲には、円環導波管30が設けられており、円環導波管30には、接続導波管951によりマイクロ波発生部941が接続されている。即ち、図3に示されるマイクロ波照射装置は、円環導波管30に1つのマイクロ波発生部941が接続導波管951により接続されている構造のものである。
マイクロ波発生部941において発生したマイクロ波は、接続導波管951内を破線矢印Eに示す方向に伝播し、円環導波管30内に供給される。円環導波管30内に供給されたマイクロ波は、円環導波管30内において定在波を形成し、微粒子捕集部10に照射される。
図4は、図3に示されるマイクロ波発生部が1つであるマイクロ波照射装置により照射されるマイクロ波の強度分布を示す。図4(a)は、排気が流れる方向に垂直な方向における微粒子捕集部10のマイクロ波の強度分布を示し、図4(b)は、破線矢印Fに示される排気が流れる方向における微粒子捕集部10のマイクロ波の強度分布を示す。また、図5は、本実施の形態におけるマイクロ波照射装置により照射されるマイクロ波の強度分布を示す。図5(a)は、排気が流れる方向に垂直な方向における微粒子捕集部10のマイクロ波の強度分布を示し、図5(b)は、破線矢印Gに示される排気が流れる方向における微粒子捕集部10のマイクロ波の強度分布を示す。
図3に示されるマイクロ波発生部が1つであるマイクロ波照射装置においては、図4に示されるように、マイクロ波の強度の強い部分と弱い部分との差が大きくなる。このように、マイクロ波の強度の強い部分と弱い部分との差が大きいと、微粒子捕集部10において温度むらが生じるため、PM等の微粒子が除去される領域とあまり除去されない領域とが生じ、微粒子捕集部10の再生を十分に行うことができない。
このように、マイクロ波の強度の強い部分と弱い部分との差が大きくなるのは、円環導波管30に供給されるマイクロ波が1つであるからであり、供給されたマイクロ波により生じた定在波の腹と節に対応して、マイクロ波の強度分布が生じるからである。
これに対し、図5に示されるように、本実施の形態におけるマイクロ波照射装置では、マイクロ波の強度の強い部分と弱い部分との差が小さくなる。このように、マイクロ波の強度の強い部分と弱い部分との差が小さいと、微粒子捕集部10においては、温度むらは殆ど生じず、略均一に加熱される。これにより、微粒子捕集部10におけるPM等の微粒子の除去を均一に行うことができ、微粒子捕集部10の再生を十分に行うことができる。
このように、本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置において、マイクロ波の強度の強い部分と弱い部分との差が小さくなるのは、円環導波管30に、位相がπ/2ずれている2つのマイクロ波が供給されるからである。これにより、円環導波管30においては、一方のマイクロ波により生じた定在波の節が他方のマイクロ波により生じた定在波の腹となり、他方のマイクロ波により生じた定在波の節が一方のマイクロ波により生じた定在波の腹となる。このようにして、本実施の形態においては、マイクロ波の強度の強い部分と弱い部分との差を小さくすることができ、照射されたマイクロ波により微粒子捕集部10を略均一に加熱することができる。
尚、本実施の形態におけるマイクロ波照射装置は、微粒子捕集部10の再生のみならず、マイクロ波により食品等を加熱する加熱装置、化学反応装置等に用いてもよい。
〔第2の実施の形態〕
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態におけるマイクロ波照射装置は、図6に示されるように、マイクロ波伝送路130、第1のマイクロ波発生部41、第2のマイクロ波発生部42、第1の接続導波管51、第2の接続導波管52、制御部60を有している。
マイクロ波伝送路130は、断面が四角い筒状に形成されており、両端にはマイクロ波を反射する反射壁131a、131bが設けられている。反射壁131aと反射壁131bとの間の筒状の部分の壁には、マイクロ波を放射する複数の開口穴132が設けられている。
マイクロ波伝送路130には、第1のマイクロ波発生部41が第1の接続導波管51により接続されており、また、第2のマイクロ波発生部42が第2の接続導波管52により接続されている。マイクロ波伝送路130と第1の接続導波管51との接続部分の中心51aと、マイクロ波伝送路130と第2の接続導波管52との接続部分の中心52aとの距離Lは、(2N−1)×λ/4となるように形成されている。尚、λはマイクロ波伝送路130に供給されるマイクロ波の波長であり、Nは正の整数である。距離Lは長すぎない方が好ましいため、距離Lはλ/4、3λ/4、5λ/4、7λ/4が好ましい。
第1のマイクロ波発生部41において発生したマイクロ波は、第1の接続導波管51内を破線矢印Hに示す方向に伝播し、マイクロ波伝送路130内に供給される。また、第2のマイクロ波発生部42において発生したマイクロ波は、第2の接続導波管52内を破線矢印Iに示す方向に伝播し、マイクロ波伝送路130内に供給される。
本実施の形態においては、第1のマイクロ波発生部41より第1の接続導波管51を介しマイクロ波伝送路130に供給されたマイクロ波は、マイクロ波伝送路130の反射壁131aと反射壁131bにおいて反射され定在波を形成する。同様に、第2のマイクロ波発生部42より第2の接続導波管52を介しマイクロ波伝送路130に供給されたマイクロ波は、マイクロ波伝送路130の反射壁131aと反射壁131bにおいて反射され定在波を形成する。第1のマイクロ波発生部41より供給されたマイクロ波と、第2のマイクロ波発生部42より供給されたマイクロ波は、位相がπ/2、即ち、λ/4ずれているため、マイクロ波伝送路130内において発生する2つの定在波の位相もπ/2ずれている。
従って、マイクロ波伝送路130においては、一方のマイクロ波により生じた定在波の節が他方のマイクロ波により生じた定在波の腹となり、他方のマイクロ波により生じた定在波の節が一方のマイクロ波により生じた定在波の腹となる。これにより、本実施の形態におけるマイクロ波照射装置は、マイクロ波の強度の強い部分と弱い部分との差を小さくして、略均一な強度のマイクロ波を開口穴132より破線矢印Jに示す方向に照射することができる。よって、破線矢印Jに示す方向に置かれた被加熱物を略均一に加熱することができる。
図7には、複数のマイクロ波照射装置を並べて広い面積を略均一に加熱することができるようにした構造のものを示す。具体的には、複数のマイクロ波伝送路130a、130b、130c、130dにおける開口部の向きが同じとなるように短手方向に並べて設置したものであり、開口部の側に置かれた広い面積を有する被加熱物200を略均一に加熱をすることができる。尚、図7に示すものでは、マイクロ波伝送路130aには、第1のマイクロ波発生部41a及び第2のマイクロ波発生部42aが接続されており、マイクロ波伝送路130bには、第1のマイクロ波発生部41b及び第2のマイクロ波発生部42bが接続されている。また、マイクロ波伝送路130cには、第1のマイクロ波発生部41c及び第2のマイクロ波発生部42cが接続されており、マイクロ波伝送路130dには、第1のマイクロ波発生部41d及び第2のマイクロ波発生部42dが接続されている。尚、第1のマイクロ波発生部41a、41b、41c、41d及び第2のマイクロ波発生部42a、42b、42c、42dは、制御部60に接続されている。
尚、上記外の内容については、第1の実施の形態と同様である。
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)
円環状のマイクロ波伝送路と、
前記円環状のマイクロ波伝送路に接続されている第1のマイクロ波発生部と、
前記円環状のマイクロ波伝送路に接続されている第2のマイクロ波発生部と、
を有し、
前記第1のマイクロ波発生部において発生させたマイクロ波と、前記第2のマイクロ波発生部において発生させたマイクロ波とは、同じ周波数であって、位相が異なることを特徴とするマイクロ波照射装置。
(付記2)
前記円環状のマイクロ波伝送路と第1のマイクロ波発生部とを接続する第1の接続導波管と、
前記円環状のマイクロ波伝送路と第2のマイクロ波発生部とを接続する第2の接続導波管と、
を有し、
前記円環状のマイクロ波伝送路と前記第1の接続導波管との接続部分と前記円環状のマイクロ波伝送路と前記第2の接続導波管との接続部分との間の距離Lは、λをマイクロ波の波長とし、Nを正の整数とした場合、
L=(2N−1)×λ/4
であることを特徴とする付記1に記載のマイクロ波照射装置。
(付記3)
前記円環状のマイクロ波伝送路と第1のマイクロ波発生部とを接続する第1の接続導波管と、
前記円環状のマイクロ波伝送路と第2のマイクロ波発生部とを接続する第2の接続導波管と、
を有し、
前記円環状のマイクロ波伝送路と前記第1の接続導波管との接続部分と前記円環状のマイクロ波伝送路と前記第2の接続導波管との接続部分との間の距離Lは、λをマイクロ波の波長とした場合、
λ/4、3λ/4、5λ/4、7λ/4のうちのいずれかであることを特徴とする付記1に記載のマイクロ波照射装置。
(付記4)
両端に反射壁が設けられたマイクロ波伝送路と、
前記マイクロ波伝送路に接続されている第1のマイクロ波発生部と、
前記マイクロ波伝送路に接続されている第2のマイクロ波発生部と、
を有し、
前記第1のマイクロ波発生部において発生させたマイクロ波と、前記第2のマイクロ波発生部において発生させたマイクロ波とは、同じ周波数であって、位相が異なることを特徴とするマイクロ波照射装置。
(付記5)
前記マイクロ波伝送路と第1のマイクロ波発生部とを接続する第1の接続導波管と、
前記マイクロ波伝送路と第2のマイクロ波発生部とを接続する第2の接続導波管と、
を有し、
前記マイクロ波伝送路と前記第1の接続導波管との接続部分と前記マイクロ波伝送路と前記第2の接続導波管との接続部分との間の距離Lは、λをマイクロ波の波長とし、Nを正の整数とした場合、
L=(2N−1)×λ/4
であることを特徴とする付記4に記載のマイクロ波照射装置。
(付記6)
前記マイクロ波伝送路と第1のマイクロ波発生部とを接続する第1の接続導波管と、
前記マイクロ波伝送路と第2のマイクロ波発生部とを接続する第2の接続導波管と、
を有し、
前記マイクロ波伝送路と前記第1の接続導波管との接続部分と前記マイクロ波伝送路と前記第2の接続導波管との接続部分との間の距離Lは、λをマイクロ波の波長とした場合、
λ/4、3λ/4、5λ/4、7λ/4のうちのいずれかであることを特徴とする付記4に記載のマイクロ波照射装置。
(付記7)
前記第1のマイクロ波発生部において発生させたマイクロ波と、前記第2のマイクロ波発生部において発生させたマイクロ波の位相差は、π/2であることを特徴とする付記1から6のいずれかに記載のマイクロ波照射装置。
(付記8)
付記1から7のいずれかに記載のマイクロ波照射装置と、
排気に含まれる微粒子を捕集する微粒子捕集部と、
前記微粒子捕集部を覆う筐体本体部と、前記筐体本体部に接続されている前記排気の吸入口及び排出口と、を備えた筐体部と、
を有し、
前記微粒子捕集部には、前記マイクロ波照射装置からマイクロ波が照射されることを特徴とする排気浄化装置。
10 微粒子捕集部
20 筐体部
20a 筐体本体部
20b 吸入口
20c 排出口
30 円環導波管
41 第1のマイクロ波発生部
42 第2のマイクロ波発生部
51 第1の接続導波管
52 第2の接続導波管
60 制御部

Claims (6)

  1. 円環状のマイクロ波伝送路と、
    前記円環状のマイクロ波伝送路に接続されている第1のマイクロ波発生部と、
    前記円環状のマイクロ波伝送路に接続されている第2のマイクロ波発生部と、
    を有し、
    前記第1のマイクロ波発生部において発生させたマイクロ波と、前記第2のマイクロ波発生部において発生させたマイクロ波とは、同じ周波数であって、位相が異なることを特徴とするマイクロ波照射装置。
  2. 前記円環状のマイクロ波伝送路と第1のマイクロ波発生部とを接続する第1の接続導波管と、
    前記円環状のマイクロ波伝送路と第2のマイクロ波発生部とを接続する第2の接続導波管と、
    を有し、
    前記円環状のマイクロ波伝送路と前記第1の接続導波管との接続部分と前記円環状のマイクロ波伝送路と前記第2の接続導波管との接続部分との間の距離Lは、λをマイクロ波の波長とし、Nを正の整数とした場合、
    L=(2N−1)×λ/4
    であることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波照射装置。
  3. 両端に反射壁が設けられたマイクロ波伝送路と、
    前記マイクロ波伝送路に接続されている第1のマイクロ波発生部と、
    前記マイクロ波伝送路に接続されている第2のマイクロ波発生部と、
    を有し、
    前記第1のマイクロ波発生部において発生させたマイクロ波と、前記第2のマイクロ波発生部において発生させたマイクロ波とは、同じ周波数であって、位相が異なることを特徴とするマイクロ波照射装置。
  4. 前記マイクロ波伝送路と第1のマイクロ波発生部とを接続する第1の接続導波管と、
    前記マイクロ波伝送路と第2のマイクロ波発生部とを接続する第2の接続導波管と、
    を有し、
    前記マイクロ波伝送路と前記第1の接続導波管との接続部分と前記マイクロ波伝送路と前記第2の接続導波管との接続部分との間の距離Lは、λをマイクロ波の波長とし、Nを正の整数とした場合、
    L=(2N−1)×λ/4
    であることを特徴とする請求項3に記載のマイクロ波照射装置。
  5. 前記第1のマイクロ波発生部において発生させたマイクロ波と、前記第2のマイクロ波発生部において発生させたマイクロ波の位相差は、π/2であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のマイクロ波照射装置。
  6. 請求項1から5のいずれかに記載のマイクロ波照射装置と、
    排気に含まれる微粒子を捕集する微粒子捕集部と、
    前記微粒子捕集部を覆う筐体本体部と、前記筐体本体部に接続されている前記排気の吸入口及び排出口と、を備えた筐体部と、
    を有し、
    前記微粒子捕集部には、前記マイクロ波照射装置からマイクロ波が照射されることを特徴とする排気浄化装置。
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