JP2020021678A - Microwave heating device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、マイクロ波加熱対象を均等に加熱する技術に関する。 The present disclosure relates to a technique for uniformly heating a microwave heating target.
近年、小型、低消費電力及び高反応速度の化学製品製造プラントが実用化されるなど、マイクロ波加熱を利用した化学プロセッシングが脚光を浴びている。例えば、ナノ粒子やポリマー合成等の化学製品の製造において、原料やマイクロ波加熱触媒等の被加熱物質にマイクロ波を照射し価値ある生成物を製造する技術が、非特許文献1、2に示されている。
2. Description of the Related Art In recent years, chemical processing using microwave heating has been in the spotlight, for example, a chemical product manufacturing plant having a small size, low power consumption, and a high reaction rate has been put to practical use. For example, in the production of chemical products such as nanoparticles and polymers, techniques for producing valuable products by irradiating microwaves to materials to be heated such as raw materials and microwave heating catalysts are disclosed in Non-Patent
ここで、化学工業において製品の量産の必要性から、反応容器の形式として連続型反応容器が一般的に利用される。しかし、連続型反応容器の場合、マイクロ波吸収率が高い被加熱物質にマイクロ波を照射するときには、被加熱物質の加熱ムラが顕著に発生する。そこで、連続型反応容器の場合、ターンテーブル、スターラファン及び干渉パターン制御を用いて、被加熱物質の加熱ムラを改善することが考えられる。 Here, a continuous-type reaction vessel is generally used as a reaction vessel because of the necessity of mass production of products in the chemical industry. However, in the case of a continuous reaction vessel, when a microwave is applied to a material to be heated having a high microwave absorptivity, uneven heating of the material to be heated occurs significantly. Therefore, in the case of a continuous reaction vessel, it is conceivable to improve the uneven heating of the substance to be heated by using a turntable, a stirrer fan, and interference pattern control.
しかし、連続型反応容器の場合、ターンテーブルを用いて、被加熱物質の加熱ムラを改善するときには、反応容器の気密性を確保するために、複雑な回転機構が必要となる。 However, in the case of a continuous-type reaction vessel, a complicated rotation mechanism is required to improve the airtightness of the reaction vessel when using a turntable to improve heating unevenness of the substance to be heated.
そして、連続型反応容器の場合、スターラファンを用いて、被加熱物質の加熱ムラを改善するときには、ファンの回転数、羽根の枚数及び羽根の長さ等を最適化するために、複雑な実機検証が必要となる。 In the case of a continuous-type reaction vessel, when the heating unevenness of the substance to be heated is improved using a stirrer fan, a complicated actual machine is used to optimize the number of rotations of the fan, the number of blades, the length of the blades, and the like. Verification is required.
さらに、連続型反応容器の場合、干渉パターン制御を用いて、被加熱物質の加熱ムラを改善するときには、(1)発振周波数及び発振位相を高精度に制御するために、高価な半導体発振器が必要となり、(2)反応容器のサイズを変更するときに、制御プログラムの変更が必要となる。 Furthermore, in the case of a continuous reaction vessel, when improving the uneven heating of the substance to be heated by using the interference pattern control, (1) an expensive semiconductor oscillator is required to control the oscillation frequency and the oscillation phase with high accuracy. (2) When the size of the reaction vessel is changed, the control program needs to be changed.
そこで、前記課題を解決するために、本開示は、マイクロ波加熱対象を均等に加熱するにあたり、複雑な回転機構、複雑な実機検証、高価な半導体発振器、及び、反応容器のサイズの変更時での制御プログラムの変更を不要とすることを目的とする。 Therefore, in order to solve the above problems, the present disclosure, when heating the microwave heating target evenly, a complicated rotation mechanism, a complicated actual machine verification, an expensive semiconductor oscillator, and, when changing the size of the reaction vessel It is an object of the present invention to make it unnecessary to change the control program.
前記課題を解決するために、複数のアンテナが、マイクロ波加熱対象の格納位置を包囲するように、導電性の格納庫内に配置されるようにした。そして、各アンテナの指向性が、マイクロ波加熱対象の格納位置に集中して指向するようにした。 In order to solve the above-mentioned problem, a plurality of antennas are arranged in a conductive storage so as to surround a storage position of a microwave heating target. Then, the directivity of each antenna is concentrated and directed to the storage position of the microwave heating target.
具体的には、本開示は、マイクロ波加熱対象をほぼ中央に格納する導電性の格納庫と、マイクロ波加熱対象にマイクロ波を照射する複数のアンテナと、を備え、前記複数のアンテナは、マイクロ波加熱対象の格納位置を包囲するように、かつ、隣接するアンテナの間の距離がほぼ等しくなるように、前記導電性の格納庫内に配置され、各アンテナの配置位置と前記導電性の格納庫の内壁との間の距離は、マイクロ波加熱対象の格納位置から各アンテナの配置位置を見る方向では、照射マイクロ波の波長のほぼ1/4と等しい長さであり、マイクロ波加熱対象の格納位置以外の位置から各アンテナの配置位置を見る方向では、照射マイクロ波の波長の1/4と異なる長さであることを特徴とするマイクロ波加熱装置である。 Specifically, the present disclosure includes a conductive hangar that stores a microwave heating target substantially at the center, and a plurality of antennas that irradiate the microwave to the microwave heating target, and the plurality of antennas includes a microwave. It is arranged in the conductive storage so as to surround the storage position of the wave heating target and so that the distance between the adjacent antennas is substantially equal, and the arrangement position of each antenna and the position of the conductive storage are The distance between the inner wall and the inner wall is equal to approximately 1/4 of the wavelength of the irradiated microwave in the direction in which the arrangement position of each antenna is viewed from the storage position of the microwave heating target. The microwave heating device is characterized in that the length is different from 1 / of the wavelength of the irradiated microwave in the direction in which the arrangement position of each antenna is viewed from a position other than the above.
この構成によれば、複雑な回転機構、複雑な実機検証、高価な半導体発振器、及び、反応容器のサイズの変更時での制御プログラムの変更を不要とすることができる。 According to this configuration, a complicated rotating mechanism, a complicated actual machine verification, an expensive semiconductor oscillator, and a change in a control program when changing the size of the reaction vessel can be made unnecessary.
また、本開示は、マイクロ波加熱対象の格納位置を介して対向するアンテナが同時にマイクロ波を照射しないように、前記複数のアンテナがマイクロ波を照射するタイミングが設定されることを特徴とするマイクロ波加熱装置である。 Further, the present disclosure is characterized in that the timing at which the plurality of antennas irradiate microwaves is set such that the antennas facing each other via the storage position of the microwave heating target do not simultaneously irradiate microwaves. It is a wave heating device.
この構成によれば、対向するアンテナのうちの一方のアンテナから、対向するアンテナのうちの他方のアンテナへと、マイクロ波電力が流入することを防止することができる。 According to this configuration, it is possible to prevent microwave power from flowing from one of the opposed antennas to the other of the opposed antennas.
このように、本開示は、マイクロ波加熱対象を均等に加熱するにあたり、複雑な回転機構、複雑な実機検証、高価な半導体発振器、及び、反応容器のサイズの変更時での制御プログラムの変更を不要とすることができる。 As described above, the present disclosure requires a complicated rotation mechanism, a complicated actual machine verification, an expensive semiconductor oscillator, and a change in the control program when the size of the reaction vessel is changed, in order to uniformly heat the microwave heating target. It can be unnecessary.
添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。 Embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present disclosure, and the present disclosure is not limited to the following embodiments.
本開示のマイクロ波加熱装置の概略構成を図1に示す。マイクロ波加熱装置Mは、マイクロ波反応容器1、原料流入口2、生成物流出口3、導電性格納庫4及びアンテナ5−1、5−2、5−3、5−4、5−5、5−6から構成される。
FIG. 1 shows a schematic configuration of the microwave heating device of the present disclosure. The microwave heating apparatus M includes a
マイクロ波反応容器1では、化学プロセッシングにおいて、原料から生成物を生成する。マイクロ波吸収率が高い原料の場合には、原料自体がマイクロ波吸収により発熱するため、マイクロ波反応容器1内にマイクロ波吸収率が高いマイクロ波加熱触媒は不要である。マイクロ波吸収率が低い原料の場合には、マイクロ波加熱触媒をマイクロ波吸収により発熱させ、原料を伝熱により加熱するため、マイクロ波反応容器1内にマイクロ波吸収率が高いマイクロ波加熱触媒が必要である。原料流入口2は、原料をマイクロ波反応容器1へと流入する。生成物流出口3は、生成物をマイクロ波反応容器1から流出する。
In the
導電性格納庫4は、マイクロ波反応容器1をほぼ中央に格納する。アンテナ5−1〜5−6は、マイクロ波反応容器1にマイクロ波を照射する。ここで、アンテナ5−1〜5−6は、ダイポールアンテナ(図1の場合)又はモノポールアンテナ(図1に不図示)等であり、導電性格納庫4外の給電装置(図1に不図示)により給電される。そして、原料やマイクロ波加熱触媒等の被加熱物質のマイクロ波吸収率が高くなるように、照射マイクロ波の波長λが設定されるため、被加熱物質の加熱ムラが顕著に発生しないように、以下に記載の構成を採用する。
The
アンテナ5−1〜5−6は、マイクロ波反応容器1の格納位置を包囲するように、かつ、隣接するアンテナの間の距離がほぼ等しくなるように、導電性格納庫4内に配置される。そして、アンテナ5−1〜5−6の指向性は、マイクロ波反応容器1の格納位置に集中して指向する。具体的には、図2に記載の構成を採用する。
The antennas 5-1 to 5-6 are arranged in the
本開示のマイクロ波加熱装置のアンテナ配置を図2に示す。図2の上段及び下段では、それぞれ、マイクロ波加熱装置Mの平面図及び側断面図を示す。 FIG. 2 shows an antenna arrangement of the microwave heating device of the present disclosure. The upper and lower sections of FIG. 2 show a plan view and a side sectional view of the microwave heating device M, respectively.
アンテナ5−1〜5−6の配置位置と導電性格納庫4の内壁との間の距離は、マイクロ波反応容器1の格納位置からアンテナ5−1〜5−6の配置位置を見る方向では、照射マイクロ波の波長λのほぼ1/4と等しい長さである。つまり、アンテナ5−1〜5−6の共振条件が、マイクロ波反応容器1の格納位置の方向では成立する。
The distance between the arrangement position of the antennas 5-1 to 5-6 and the inner wall of the
アンテナ5−1〜5−6の配置位置と導電性格納庫4の内壁との間の距離は、マイクロ波反応容器1の格納位置以外の位置からアンテナ5−1〜5−6の配置位置を見る方向では、照射マイクロ波の波長λの1/4と異なる長さである。つまり、アンテナ5−1〜5−6の共振条件が、マイクロ波反応容器1の格納位置以外の位置の方向では成立しない。
Regarding the distance between the arrangement position of the antennas 5-1 to 5-6 and the inner wall of the
よって、アンテナ5−1〜5−6の指向性は、マイクロ波反応容器1の格納位置に集中して指向する。そして、マイクロ波反応容器1のサイズが、化学反応の至適温度域における被加熱物質の電力半減深度の2倍程度以下の範囲内であれば、被加熱物質の加熱ムラを改善することができる。
Therefore, the directivity of the antennas 5-1 to 5-6 concentrates on the storage position of the
このように、アンテナ5−1〜5−6がマイクロ波反応容器1の格納位置を包囲するため、マイクロ波反応容器1の気密性を確保するにあたり、複雑な回転機構が不要となる。
As described above, since the antennas 5-1 to 5-6 surround the storage position of the
そして、アンテナ5−1〜5−6の配置位置と導電性格納庫4の内壁との間の距離を、照射マイクロ波の波長λのみに基づいて最適化するため、複雑な実機検証が不要となる。
Then, since the distance between the arrangement position of the antennas 5-1 to 5-6 and the inner wall of the
さらに、アンテナ5−1〜5−6の指向性がマイクロ波反応容器1の格納位置に集中して指向するため、(1)発振周波数及び発振位相を高精度に制御しなくてもよく、高価な半導体発振器が不要となり、(2)マイクロ波反応容器1のサイズを電力半減深度の2倍程度以下の範囲内で変更するときに、制御プログラムの変更が不要となる。
Further, since the directivity of the antennas 5-1 to 5-6 is concentrated and directed to the storage position of the
ここで、アンテナ5−1、5−4は、マイクロ波反応容器1の格納位置を介して対向し、アンテナ5−2、5−5は、マイクロ波反応容器1の格納位置を介して対向し、アンテナ5−3、5−6は、マイクロ波反応容器1の格納位置を介して対向する。そして、アンテナ5−1〜5−6の指向性は、マイクロ波反応容器1の格納位置に集中して指向する。
Here, the antennas 5-1 and 5-4 face each other via the storage position of the
よって、アンテナ5−1(5−4)からアンテナ5−4(5−1)へと、マイクロ波電力が流入し、アンテナ5−2(5−5)からアンテナ5−5(5−2)へと、マイクロ波電力が流入し、アンテナ5−3(5−6)からアンテナ5−6(5−3)へと、マイクロ波電力が流入する。このことを防止するために、図3に記載の構成を採用する。 Therefore, the microwave power flows from the antenna 5-1 (5-4) to the antenna 5-4 (5-1), and the microwave power flows from the antenna 5-2 (5-5) to the antenna 5-5 (5-2). , And the microwave power flows from the antenna 5-3 (5-6) to the antenna 5-6 (5-3). In order to prevent this, the configuration shown in FIG. 3 is adopted.
本開示のマイクロ波加熱装置の照射タイミングを図3に示す。図3の上段及び下段では、それぞれ、第1のタイミング及び第2のタイミングを示す。 FIG. 3 shows the irradiation timing of the microwave heating device of the present disclosure. The upper and lower parts of FIG. 3 show a first timing and a second timing, respectively.
マイクロ波反応容器1の格納位置を介して対向するアンテナが同時にマイクロ波を照射しないように、アンテナ5−1〜5−6がマイクロ波を照射するタイミングが設定される。具体的には、第1のタイミングと第2のタイミングとを繰り返し切り替える。
The timing at which the antennas 5-1 to 5-6 irradiate the microwaves is set so that the antennas facing each other via the storage position of the
第1のタイミングでは、アンテナ5−1、5−3、5−5がマイクロ波を照射する一方で、アンテナ5−2、5−4、5−6がマイクロ波の照射を停止する。 At the first timing, the antennas 5-1, 5-3, and 5-5 irradiate microwaves, while the antennas 5-2, 5-4, and 5-6 stop irradiating microwaves.
第2のタイミングでは、アンテナ5−2、5−4、5−6がマイクロ波を照射する一方で、アンテナ5−1、5−3、5−5がマイクロ波の照射を停止する。 At the second timing, the antennas 5-2, 5-4, and 5-6 irradiate the microwave, while the antennas 5-1, 5-3, and 5-5 stop irradiating the microwave.
このように、対向するアンテナのうちの一方のアンテナから、対向するアンテナのうちの他方のアンテナへと、マイクロ波電力が流入することを防止することができる。 Thus, it is possible to prevent microwave power from flowing from one of the opposed antennas to the other of the opposed antennas.
本実施形態では、導電性格納庫4の平面図上の形状は、円形である。変形例として、導電性格納庫4の平面図上の形状は、多角形でもあってもよい。要するに、アンテナ5−1〜5−6(アンテナの本数は、任意の複数本であってもよい。)の配置位置と導電性格納庫4の内壁との間の距離を、照射マイクロ波の波長λのみに基づいて最適化すればよい。
In the present embodiment, the shape of the
本実施形態では、アンテナの本数は、6本である。変形例として、アンテナの本数は、任意の複数本であってもよい。具体的には、被加熱物質の加熱ムラを改善することができる程度に、アンテナの本数を少な過ぎない本数にすればよく、マイクロ波加熱装置Mの構成を複雑にしない程度に、アンテナの本数を多過ぎない本数にすればよい。 In the present embodiment, the number of antennas is six. As a modification, the number of antennas may be an arbitrary plurality. Specifically, the number of antennas may be set to a value not too small so that uneven heating of the material to be heated can be improved, and the number of antennas may be set so as not to complicate the configuration of the microwave heating device M. Should not be too many.
本開示のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波加熱対象を均等に加熱するにあたり、複雑な回転機構、複雑な実機検証、高価な半導体発振器、及び、反応容器のサイズの変更時での制御プログラムの変更を不要とすることができる。 The microwave heating apparatus according to the present disclosure, when heating the microwave heating object uniformly, requires complicated rotation mechanism, complicated actual machine verification, expensive semiconductor oscillator, and control program change when the size of the reaction vessel is changed. Can be eliminated.
M:マイクロ波加熱装置
1:マイクロ波反応容器
2:原料流入口
3:生成物流出口
4:導電性格納庫
5−1、5−2、5−3、5−4、5−5、5−6:アンテナ
M: Microwave heating apparatus 1: Microwave reaction vessel 2: Raw material inlet 3: Product stream outlet 4: Conductive storage 5-1 5-2, 5-3, 5-4, 5-5, 5-6 :antenna
Claims (2)
前記複数のアンテナは、マイクロ波加熱対象の格納位置を包囲するように、かつ、隣接するアンテナの間の距離がほぼ等しくなるように、前記導電性の格納庫内に配置され、
各アンテナの配置位置と前記導電性の格納庫の内壁との間の距離は、マイクロ波加熱対象の格納位置から各アンテナの配置位置を見る方向では、照射マイクロ波の波長のほぼ1/4と等しい長さであり、マイクロ波加熱対象の格納位置以外の位置から各アンテナの配置位置を見る方向では、照射マイクロ波の波長の1/4と異なる長さである
ことを特徴とするマイクロ波加熱装置。 A conductive hangar for storing the microwave heating target substantially at the center, and a plurality of antennas for irradiating the microwave to the microwave heating target,
The plurality of antennas are arranged in the conductive housing so as to surround the storage position of the microwave heating target, and so that the distance between adjacent antennas is substantially equal,
The distance between the position where each antenna is disposed and the inner wall of the conductive storage is equal to approximately 1 / of the wavelength of the irradiated microwave in the direction in which the position where each antenna is disposed is viewed from the position where the microwave is heated. A microwave heating device having a length different from one-fourth of the wavelength of the irradiated microwave in a direction in which the arrangement position of each antenna is viewed from a position other than the storage position of the microwave heating object. .
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。 The timing at which the plurality of antennas irradiate microwaves is set so that antennas facing each other via the storage position of the microwave heating target do not simultaneously irradiate microwaves. The method according to claim 1, wherein: Microwave heating device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2018146008A JP2020021678A (en) | 2018-08-02 | 2018-08-02 | Microwave heating device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2022191068A1 (en) | 2021-03-12 | 2022-09-15 | 東洋製罐グループホールディングス株式会社 | Microwave irradiation device |
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2018
- 2018-08-02 JP JP2018146008A patent/JP2020021678A/en active Pending
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WO2022191068A1 (en) | 2021-03-12 | 2022-09-15 | 東洋製罐グループホールディングス株式会社 | Microwave irradiation device |
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