JP2020042972A - Electromagnetic wave heating device and electromagnetic wave heating system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、一般に電磁波加熱装置及び電磁波加熱システムに関し、より詳細には、電磁波吸収体を備えた電磁波加熱装置及び電磁波加熱システムに関する。 The present disclosure relates generally to an electromagnetic wave heating device and an electromagnetic wave heating system, and more particularly to an electromagnetic wave heating device and an electromagnetic wave heating system provided with an electromagnetic wave absorber.
特許文献1には、加熱室外体と、外壁に設けられ加熱室外体を閉じるドアと、発熱体と、導波管により加熱室と連結し、冷却ブロア及び調理器前面へ続くエアダクトと連結したマイクロ波発振器とを有する加熱調理器が記載されている。
しかし、特許文献1に開示されているような加熱調理器(電磁波加熱装置)では、何かしらエネルギーの損失が生じるため、エネルギーの利用効率の向上が望まれていた。
However, in the heating cooker (electromagnetic wave heating device) as disclosed in
本開示は、上記事由に鑑みてなされており、エネルギーの利用効率の向上を図ることができる電磁波加熱装置及び電磁波加熱システムを提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present disclosure to provide an electromagnetic wave heating device and an electromagnetic wave heating system capable of improving energy use efficiency.
本開示の一態様に係る電磁波加熱装置は、冷却装置と、導波管と、加熱装置と、を備える。前記冷却装置は、少なくとも一つの放熱フィンを有し、電磁波を出力する電磁波発生器で発生する熱を前記放熱フィンにて放出する。前記導波管は、一部に開口部を有し、前記電磁波を伝播する。前記加熱装置は、前記導波管の内部に配置され、前記電磁波により加熱される電磁波吸収体を有し、前記導波管の内部空間を通る気体を加熱する。前記放熱フィンは、前記開口部から前記導波管の前記内部空間に露出する。 An electromagnetic wave heating device according to an aspect of the present disclosure includes a cooling device, a waveguide, and a heating device. The cooling device has at least one heat radiation fin, and emits heat generated by an electromagnetic wave generator that outputs an electromagnetic wave through the heat radiation fin. The waveguide has an opening in a part and propagates the electromagnetic wave. The heating device includes an electromagnetic wave absorber that is disposed inside the waveguide and is heated by the electromagnetic wave, and heats a gas that passes through an internal space of the waveguide. The radiation fin is exposed to the internal space of the waveguide from the opening.
本開示の一態様に係る電磁波加熱システムは、前記電磁波加熱装置と、前記電磁波発生器と、を備える。 An electromagnetic wave heating system according to an aspect of the present disclosure includes the electromagnetic wave heating device and the electromagnetic wave generator.
本開示によれば、エネルギーの利用効率の向上を図ることができる、という利点がある。 According to the present disclosure, there is an advantage that energy use efficiency can be improved.
(実施形態1)
図1〜図4を使用して本実施形態に係る電磁波加熱装置1、及びそれを備えた電磁波加熱システム101について説明する。電磁波加熱装置1は、電磁波発生器10と共に電磁波加熱システム101を構成する。言い換えれば、電磁波加熱システム101は、電磁波加熱装置1と、電磁波発生器10と、を備えている。なお、図中の矢印Xの方向は前方向とし、矢印Xと反対方向は後方向とする。図中の矢印Yの方向は右方向とし、矢印Yと反対方向は左方向とする。図中の矢印Zの方向は上方向とし、矢印Zと反対方向は下方向とする。
(Embodiment 1)
The electromagnetic
(1)概要
マイクロ波等の電磁波を用いた加熱は、被加熱物を間接的に表面から加熱する電熱線ヒータ又は遠赤外線又はガスヒータとは異なり、電磁波を吸収する被加熱物の内部を直接加熱することができる。そのため、間接的に加熱する場合と比較して、被加熱物を高速かつ効率良く加熱できる。
(1) Outline Heating using an electromagnetic wave such as a microwave is different from a heating wire heater or a far-infrared ray or gas heater that indirectly heats an object to be heated from the surface, and directly heats the inside of the object to be heated that absorbs the electromagnetic wave. can do. Therefore, compared to the case of indirect heating, the object to be heated can be heated quickly and efficiently.
そこで、電磁波を用いた加熱を利用した瞬間暖房装置の実現が望まれている。すなわち、暖を取りたいときに操作すると、短時間(瞬時)に温熱が得られる暖房装置が望まれている。このような暖房装置は、寒い時期(冬季など)に特に有用であり、さらに寒冷地では熱望されている。また上記のような暖房装置は、例えば自動車などの車両に用いる場合、エンジンの排熱を利用したエアコンディショナ(カーエアコン)よりも、短時間で車内を暖房することができる。その他、短時間で温熱を得たい分野、例えば、健康分野又は産業分野でも上記の暖房装置は利用可能である。 Therefore, realization of an instantaneous heating device using heating using electromagnetic waves is desired. That is, there is a demand for a heating device capable of obtaining heat in a short time (instantaneous) when operated when it is desired to take warmth. Such heating devices are particularly useful during cold months (such as during winter) and are eagerly awaited in cold climates. When the above-described heating device is used for a vehicle such as an automobile, for example, the inside of the vehicle can be heated in a shorter time than an air conditioner (car air conditioner) using exhaust heat of an engine. In addition, the above-described heating device can be used in a field where it is desired to obtain heat in a short time, for example, a health field or an industrial field.
ところで、電磁波を用いた加熱は、電磁波を発生させるために電磁波発生器が必要である。電磁波発生器は、DC(Direct Current)電源等の電源からの電力を電磁波に変換するが、100%の効率で変換できるわけではない。すなわち、電磁波に変換されなかった電力は熱等に変化している。そして、その熱は電磁波発生器の性能低下又は熱的破損を低減するために、電磁波発生器に蓄熱されないように放熱することが望ましい。 By the way, heating using electromagnetic waves requires an electromagnetic wave generator to generate electromagnetic waves. The electromagnetic wave generator converts power from a power supply such as a DC (Direct Current) power supply into electromagnetic waves, but cannot convert it with 100% efficiency. That is, the electric power that is not converted into an electromagnetic wave changes into heat or the like. Then, it is desirable to radiate the heat so that the heat is not stored in the electromagnetic wave generator in order to reduce the performance deterioration or thermal damage of the electromagnetic wave generator.
本実施形態に係る電磁波加熱システム101は、電磁波発生器での変換損失等により発生した熱を放熱しつつ、放熱された熱を加熱に利用することで、エネルギーの利用効率の向上を図る。
The electromagnetic
すなわち、本実施形態に係る電磁波加熱装置1は、冷却装置20と、導波管30と、加熱装置40と、を備える。冷却装置20は、少なくとも一つの放熱フィン21を有する。また冷却装置20は、電磁波を出力する電磁波発生器10で発生する熱を放熱フィン21にて放出する。導波管30は、一部に開口部36を有する。また導波管30は、電磁波を伝播する。加熱装置40は、導波管30の内部に配置される電磁波吸収体41を有する。電磁波吸収体41は、電磁波により加熱される。加熱装置40は、導波管30の内部空間31を通る気体Vを加熱する。放熱フィン21は、開口部36から導波管30の内部空間31に露出する。
That is, the electromagnetic
本実施形態によれば、電磁波で電磁波吸収体41を瞬時に加熱し、この電磁波吸収体41に気体Vが接することで気体Vを加熱して暖気を短時間で生成することができ、暖気を暖房等に利用することができる。さらに、導波管30の内部空間31に露出した放熱フィン21と気体Vとが接することで、気体Vを放熱フィン21で加熱することができる。つまり、電磁波発生器10で発生する熱についても、気体Vの加熱に利用することができる。したがって、本実施形態では比較的短時間でかつ比較的高いエネルギー効率で、温風等の温熱を得ることができる。本開示でいう「暖気」は、常温に比較して温度が高い、つまり暖かい気体(空気)を意味する。
According to the present embodiment, the electromagnetic wave absorber 41 is instantaneously heated by the electromagnetic wave, and when the gas V comes into contact with the electromagnetic wave absorber 41, the gas V is heated to generate warm air in a short time. It can be used for heating, etc. Furthermore, the gas V can be heated by the heat radiation fins 21 by the heat radiation fins 21 exposed to the
(2)詳細
以下、本実施形態に係る電磁波加熱装置1及び電磁波加熱システム101についてより詳細に説明する。電磁波加熱システム101は、上述したように電磁波発生器10と電磁波加熱装置1とを備える。電磁波加熱装置1は、冷却装置20と、導波管30と、加熱装置40と、を備えている。つまり、本実施形態では、電磁波発生器10は、電磁波加熱装置1の構成要素には含まれない。
(2) Details Hereinafter, the electromagnetic
(2.1)電磁波発生器
本実施形態では一例として、電磁波発生器10がマイクロ波を発生する場合について説明する。つまり、電磁波発生器10はマイクロ波電源を含んでおり、周波数が300MHz以上3THz以下の電波(電磁波)であるマイクロ波を出力する。特に、マイクロ波電源は、固体素子(半導体素子)からなる増幅回路を用いている。このような固体素子を用いたマイクロ波電源では、マグネトロンを用いたマイクロ波電源と比較して、発振周波数の安定化を図ることができ、また小型化を図ることができる。
(2.1) Electromagnetic Wave Generator In this embodiment, a case where the
電磁波発生器10は、図1及び図2に示すように、マイクロ波電源に加えて、ケース11と、伝送線路50と、アンテナ70と、を更に有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ケース11は、マイクロ波電源等の電気回路を収容する。ケース11は熱伝導性を有する材料で形成される。ケース11は、熱伝導性を高めるために金属製であることが好ましく、例えば、銅、鉄又はアルミニウムなどの金属製である。ケース11の下面は平坦面である。この場合、ケース11の下面が凹凸面である場合に比べて、冷却装置20との接触面積が大きくなり、電磁波発生器10から冷却装置20への熱伝熱性が損なわれにくい。
The
伝送線路50はマイクロ波電源で発生させた電気信号を伝送する。本実施形態では、伝送線路50は同軸ケーブル53の内部導体55で構成される。すなわち、電磁波発生器10は同軸ケーブル53を有しており、同軸ケーブル53の一部(内部導体55)が伝送線路50として機能する。同軸ケーブル53は、内部導体55と、外部導体51と、絶縁体52と、を有している。すなわち、同軸ケーブル53では、芯線である内部導体55の外側に外部導体51が同軸状に配置されている。また内部導体55と外部導体51との間には絶縁体52が設けられている。絶縁体52は内部導体55と外部導体51とを電気的に絶縁する。同軸ケーブル53はケース11外(下側)に突出している。そして、内部導体55は、伝送線路50として、マイクロ波電源で発生した電気信号をアンテナ70に伝送する。内部導体55はケース11内でマイクロ波電源に電気的に接続されている。また内部導体55の先端はケース11外に突出している。これにより、内部導体55はマイクロ波電源で発生させた電気信号をケース11外に伝送する。同軸ケーブル53を使用することにより、伝送線路50から外部への電気信号の漏洩及び外部から伝送線路50への電磁波の重畳が生じにくくなり、シールド効果が得られる。 アンテナ70は内部導体55の先端に接続されている。これにより、アンテナ70とマイクロ波電源とは、内部導体55(伝送線路50)を介して電気的に接続される。アンテナ70は、例えば、円柱状に形成される。アンテナ70は、導体で形成され、例えば、銅、鉄又はアルミニウムである。アンテナ70には内部導体55を通してマイクロ波電源から電気信号が入力され、アンテナ70は電磁波(マイクロ波)を空中へと放射する。
The
(2.2)冷却装置
冷却装置20は電磁波発生器10を冷却する。本実施形態では、冷却装置20は空冷式である。本実施形態では、冷却装置20はベース部22と複数の放熱フィン21とを備えている。冷却装置20は、後述する冷却壁25を更に備えている。
(2.2) Cooling device The
本実施形態では、冷却装置20は複数の放熱フィン21を備えているが、冷却装置20は少なくとも一つの放熱フィン21を備えればよい。放熱フィン21の個数及び間隔は、使用する電磁波の周波数(波長)に応じて設定されることが好ましい。ベース部22及び複数の放熱フィン21は、例えば、ヒートシンクにて実現される。冷却装置20は熱伝導性を有する材料で形成される。冷却装置20は、熱伝導性を高めるために金属製であることが好ましく、例えば、銅、鉄又はアルミニウムなどの金属製である。
In the present embodiment, the
各放熱フィン21はベース部22の下面から下方に向けて突出している。また各放熱フィン21は、厚み方向を左右方向に一致させる向きで配置されている。複数の放熱フィン21は厚み方向に並んでいる。すなわち、複数の放熱フィン21は間隔をあけて左右方向に並んでいる。隣り合う放熱フィン21の厚み方向の一面211が互いに対向している。すなわち、放熱フィン21の右面(又は左面)が隣り合う他の放熱フィン21の左面(又は右面)に対向している。したがって、各放熱フィン21は前後方向に沿って長い。
Each
隣り合う放熱フィン21の間隔Pは、使用する電磁波の波長の16分の1以下である。すなわち、電磁波発生器10から出力される電磁波の波長をλとすると、Pはλ/16以下である(P≦λ/16)。例えば、2.4GHzのマイクロ波を使用する場合は、間隔Pは7.6mm以下とすることができる。間隔Pの下限値は、特に設定されてない。複数の放熱フィン21の先端213で、導波管30の内側面の一部に、電磁波をシールドするための後述する仮想平面Sを形成する(想定する)という観点からは、間隔Pは小さくても構わない。しかし、本実施形態では、隣り合う放熱フィン21の間に気体Vを通して放熱するため、気体Vの流れの観点や放熱フィン21の個数などの観点から、効果的な放熱条件が得られるように、間隔Pの下限値が設定される。
The interval P between the adjacent
(2.3)導波管
導波管30は、一例として、断面形状が長方形の矩形導波管である。導波管30は内部空間(キャビティ)31を有する、中空の管である。導波管30は導電性を有する材料で形成されており、例えば、銅、鉄又はアルミニウムなどの金属製である。
(2.3) Waveguide The
導波管30は軸方向が前後方向に長い筒体である。導波管30は底面部353と上面部352と一対の側面部351とを有している。導波管30は後端に吸気口32を有している。また導波管30は前端に排気口34を有している。吸気口32と排気口34とは対向している。内部空間31は吸気口32と排気口34とにつながっている。さらに、導波管30は開口部36を有している。
The
開口部36は上面部352の後端寄りの位置に設けられている。開口部36は上面部352の一部を厚み方向(上下方向)で貫通する貫通孔である。したがって、開口部36を介しても、導波管30の内部空間31と導波管30の外部の空間とはつながっている。上面部352の上方には冷却壁25が設けられている。冷却壁25は、導波管30の外側において開口部36の周囲を囲んでいる。冷却壁25は上面部352と一体に形成されている。冷却壁25は前面部355と後面部356と一対の上側面部354とを有している。前面部355は開口部36の前方に位置している。後面部356は開口部36の後方に位置している。一対の上側面部354は、それぞれ、開口部36の側方に位置している。
The
(2.4)加熱装置
加熱装置40は電磁波発生器10で発生した電磁波を吸収して発熱する。言い換えると、加熱装置40は電磁波発生器10で発生した電磁波で加熱される。加熱装置40は電磁波吸収体41を備えている。電磁波吸収体41は電磁波を吸収して発熱する。
(2.4) Heating device The
電磁波吸収体41は、入射した電磁波のエネルギーを内部で熱エネルギーに変換する。すなわち、電磁波吸収体41は、電磁波により分子が振動して加熱されて発熱する。本実施形態では、電磁波吸収体41として、シリコンカーバイド(SiC)を含んでいる。シリコンカーバイドを含む電磁波吸収体41は常温でのマイクロ波領域での誘電損失が大きく、発熱しやすい。電磁波吸収体41の形状は特に限定されず、本実施形態では矩形板状であるが、例えば、円板状、楕円板状又は多角形板状などであってもよい。
The
(2.5)電磁波加熱装置
本実施形態に係る電磁波加熱装置1は、冷却装置20と導波管30と加熱装置40とを備えている。冷却装置20は導波管30に取り付けられる。冷却装置20は、放熱フィン21の先端213が開口部36から内部空間31に露出するように導波管30に取り付けられる。すなわち、放熱フィン21の先端(下端)213が開口部36から内部空間31に臨んでいる。本実施形態では、放熱フィン21の先端213が開口部36と同じ高さに位置するように、導波管30に冷却装置20が取り付けられる。すなわち、複数の放熱フィン21の先端213を含む仮想平面Sが、開口部36内に位置している。つまり、放熱フィン21の先端213は、上面部352を厚み方向に貫通する開口部36内に位置するように、上面部352の厚み方向の両面(上面及び下面)の間に位置している。ここで、上面部352の下面、つまり導波管3の内側面(内部空間31側の面)と、仮想平面Sとは略面一であることが好ましい。
(2.5) Electromagnetic Wave Heating Device The electromagnetic
冷却装置20のベース部22の下面の周端部分は、前面部355の上端部、後面部356の上端部、及び一対の上側面部354の上端部の上に載せられている。また冷却装置20と導波管30とは電気的に接続されている。
The peripheral end of the lower surface of the
また各放熱フィン21の長さ方向が前後方向に沿うように冷却装置20が配置される。すなわち、複数の放熱フィン21は左右方向に並んでいるが、左右方向と直交する前後方向に各放熱フィン21は長さを有している。各放熱フィン21の前側の端面212は、開口部36の前側の周縁361と接触している。各放熱フィン21の後側の端面214は、開口部36の後側の周縁362と接触している。これにより、各放熱フィン21と導波管30とが電気的に接続される。開口部36は貫通孔であるため、周縁361、362は貫通孔の内周面で構成されている。したがって、周縁361,362の上下方向の寸法は上面部352の厚みと同じ寸法である。
Further, the
放熱フィン21は流路215を形成する。ここでは、隣り合う放熱フィン21の間の空間は流路215として利用される。すなわち、放熱フィン21は、開口部36から導波管3の外側に流出した気体Vを、放熱フィン21の厚み方向の一面に沿って通過させるような流路215を形成する。複数の放熱フィン21は複数の流路215を形成する。各流路215は下面で開放されており、各流路215は開口部36を通じて内部空間31とつながっている。また各流路215の前方には前面部355が位置し、各流路215の後方には後面部356が位置している。
The
加熱装置40は、内部空間31に配置されている。加熱装置40は吸気口32と排気口34との間に配置されている。また加熱装置40は、流路215に対して下流に配置されている。すなわち、気体Vが流れる経路全体で見た場合に、流路215が加熱装置40の上流側(後ろ側)に配置されている。言い換えれば、加熱装置40は開口部36の下流側(前側)に配置される。つまり、加熱装置40は気体Vが流れる経路上において、開口部36と排気口34との間に配置されている。
(2.6)電磁波加熱システム
本実施形態に係る電磁波加熱システム101は、電磁波加熱装置1と電磁波発生器10とを備える。電磁波発生器10はケース11が冷却装置20の上に取り付けられる。すなわち、ケース11の下面がベース部22の上面に接触している。これにより、ケース11と冷却装置20と導波管30とが電気的に接続される。またケース11と各放熱フィン21とがベース部22を介して熱的及び機械的に接続される。
(2.6) Electromagnetic Wave Heating System The electromagnetic
また電磁波発生器10の同軸ケーブル53は、冷却装置20に差し込まれている。この場合、ベース部22の平面視における中心部分に貫通孔が設けられ、この貫通孔に同軸ケーブル53が差し込まれる。貫通孔はベース部22の一部と放熱フィン21の一部とが切除されて形成される。外部導体51はベース部22及び放熱フィン21と接触して電気的に接続される。また内部導体55は流路215の更に下方まで延長されている。すなわち、内部導体55は流路215から開口部36を通して内部空間31にまで延びている。また電磁波発生器10のアンテナ70は内部導体55の先端に接続され、内部空間31に位置している。内部導体55はホットラインとなり、外部導体51はグランドと電気的に接続されてコールドラインとなる。また外部導体51と電気的に接続されている冷却装置20及び導波管30もグランドと電気的に接続されている。本開示でいう「グランド」は、電磁波発生器10のマイクロ波電源における基準電位点である。
The
(2.7)動作
本実施形態に係る電磁波加熱システム101は、以下のように動作する。
(2.7) Operation The electromagnetic
まず、電磁波発生器10で電磁波を発生させる。電磁波発生器10のマイクロ波電源等で発生させた電気信号は伝送線路50を通じてアンテナ70に供給される。アンテナ70に供給された電気信号は、電磁波としてアンテナ70から内部空間31に放射される。アンテナ70から放射された電磁波は、内部空間31を進行して電磁波吸収体41に照射される。この電磁波が電磁波吸収体41に吸収され、電磁波吸収体41が発熱する。本実施形態では、電磁波の周波数帯として、例えば、2.4GHzの周波数帯が使用される。
First, an electromagnetic wave is generated by the
ここで、内部空間31を進行する電磁波は、前方向に磁界が存在しない横電界波(TE波)である。すなわち、磁界だけが導波管30の管軸方向(前後方向)の成分を持ち、電界は管軸方向と垂直方向の成分を持つ電磁波である。また、この電磁波は、電界が左右方向1/2波長分の変化で分布して変化のピークを一つ有するが、上下方向には変化がなくピークを有さない。このように導波管30内の電磁界分布はTE−10モードとなる。
Here, the electromagnetic wave traveling in the
本実施形態では、電磁波の進行方向と各放熱フィン21の長さ方向とが略平行である。このため、図3Aのように、複数の放熱フィン21の先端213で構成される仮想平面Sが導波管30の開口部36に存在することになる。仮想平面Sは、複数の放熱フィン21の先端213が属する仮想的な平面である。この仮想平面Sは電磁波が通過しないシールド面として作用する。したがって、導波管30は開口部36を備えているにもかかわらず、開口部36が存在しない状態の導波管と同等の性能を有する。すなわち、図3Bのような、底面部353aと、上面部352aと、一対の側面部351aとで囲まれた内部空間31aが導波路となった導波管30aと、本実施形態の導波管30とが同等の性能を有する。
In the present embodiment, the traveling direction of the electromagnetic wave and the length direction of each radiating
図3Cは、本実施形態の導波管30と導波管30aとの反射特性のシミュレーションを示している。本実施形態では、例えば、周波数2.4GHz以上2.5GHz以下の電磁波を使用するが、この周波数における導波管30と導波管30aとの反射特性は同等と見なせる。すなわち、導波管30の内部空間31の断面積と、導波管30aの内部空間31aの断面積は略同じで、かつ両者の断面形状も略同じである。よって、導波管30と導波管30aとのインピーダンスがほとんど変わらず、電圧定在波比 (voltage standing wave ratio;VSWR)が略同じになる。このため、導波管30と導波管30aとは電磁波の導波特性に関しては同等と見なせる。
FIG. 3C shows a simulation of the reflection characteristics of the
このような仮想平面Sを構成する(想定する)ために、各放熱フィン21の長さ方向は前後方向に向いている。すなわち、各放熱フィン21は、導波管30内の電磁波の進行方向に沿って長さを有する。例えば、放熱フィン21の長さ方向が左右方向であると高周波電流が流れにくくなり、電磁波が損失される。
In order to configure (assume) such a virtual plane S, the length direction of each
一方、導波管30には気体Vが供給される。本実施形態では、この気体Vは空気であるが、窒素などの他の気体であってもよい。気体Vが空気の場合は、送風機などを使用して導波管30の吸気口32から気体Vを吹き込むようにする。吸気口32から導波管30内に供給された気体Vの一部は、開口部36を通して内部空間31から流出し第1の気体V1として流路215を通る。また吸気口32から導波管30内に供給された気体Vの他の一部は、第2の気体V2として内部空間31を通る。
On the other hand, the gas V is supplied to the
第1の気体V1は流路215を通る際に各放熱フィン21の一面211に接する。これにより、各放熱フィン21から第1の気体V1に熱が伝わって第1の気体V1が加熱される。また各放熱フィン21は第1の気体V1に熱が奪われて冷却される。これにより、電磁波発生器10で発生した熱が第1の気体V1に伝わって、電磁波発生器10が冷却される。
The first gas V <b> 1 contacts one
加熱された第1の気体V1は、流路215から開口部36を通って内部空間31に流入する。これにより、加熱された第1の気体V1と加熱されていない第2の気体V2とが混ざりあう。よって、加熱された第1の気体V1で第2の気体V2を加熱することができる。この後、第1の気体V1と第2の気体V2とが混ざりあった状態で電磁波吸収体41に流れる。すなわち、電磁波吸収体41に接触する前に、気体V(第1の気体V1及び第2の気体V2)は加熱されている。そして、気体V(第1の気体V1及び第2の気体V2)が、発熱している電磁波吸収体41に接し、電磁波吸収体41から気体Vに熱が伝達される。このようにして、内部空間31を通過する気体Vが加熱される。この後、加熱された気体Vが、例えば、温風となって、排気口34から導波管30の外部に排気される。
The heated first gas V1 flows into the
このようにして本実施形態では、電磁波により電磁波吸収体41を加熱し、加熱された電磁波吸収体41で空気等の気体を加熱することができる。したがって、短時間で温風等が得られ、瞬間暖房に好適に利用できる。また電磁波発生器10で発生した熱も利用することができ、エネルギーの利用効率の向上が図れる。
In this manner, in the present embodiment, the
(3)変形例
実施形態1は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。実施形態1は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
(3)
上記では、電磁波発生器10のケース11と冷却装置20とが接触し、電磁波発生器10で生じる熱がケース11から冷却装置20へと直接伝導する場合について説明したが、このような構造に限られない。例えば、冷却装置20はラジエータであってもよい。この場合、電磁波発生器10から冷却装置20への熱伝導は水などの流体を介して行われる。
In the above, the case where the
上記では、第1の気体V1及び第2の気体V2は、いずれも吸気口32から内部空間31に吸気した気体Vから分かれているが、これに限られない。例えば、第1の気体V1と第2の気体V2とは、それぞれ別々に、吸気してもよい。また加熱された第1の気体V1及び加熱された第2の気体V2は、混ざりあった状態で排気口34から排気されているが、これに限られない。例えば、加熱された第1の気体V1と、加熱された第2の気体V2とは、それぞれ別々に、排気してもよい。この場合でも、加熱された第1の気体V1と、加熱された第2の気体V2とを電磁波加熱装置1の外部で合流させて、加熱された気体を得ることが可能である。あるいは、第1の気体V1と第2の気体V2とが合流しない場合でも、例えば、加熱された第1の気体V1と第2の気体V2との間で熱交換を行い、第1の気体V1の熱エネルギーを、第2の気体V2に移動させて第2の気体V2の加熱に利用することができる。
In the above description, both the first gas V1 and the second gas V2 are separated from the gas V sucked into the
上記では、導波管30として矩形導波管を用いる場合について説明したが、断面の外形が直線状の導波管30に限らず、例えば、断面の外形が曲線状の部位を含むような形状の導波管30であってもよい。また導波管30は、断面形状が非対称(アシンメトリー)であってもよい。
In the above description, the case where a rectangular waveguide is used as the
上記では、加熱装置40は、流路215に対して下流に配置されているが、これに限られない。加熱装置40は、流路215に対して上流に配置されていてもよい。すなわち、流路215が加熱装置40よりも下流に位置してもよい。
In the above description, the
上記では、各放熱フィン21の先端213が開口部36と同じ高さに位置しているが、これに限られない。例えば、各放熱フィン21の先端213が開口部36よりも上方、つまり導波管30の外側に位置していてもよい。この場合、各放熱フィン21の先端213が冷却壁25の内側の空間に位置することになる。あるいは、各放熱フィン21の先端213が開口部36よりも下方、つまり導波管30の内側に位置していてもよい。この場合、各放熱フィン21の先端213が内部空間31内に位置することになる。
In the above description, the
(実施形態2)
図5及び図6を使用して本実施形態の電磁波加熱装置2及び電磁波加熱システム102について説明する。
(Embodiment 2)
The electromagnetic
本実施形態に係る電磁波加熱装置2は、伝送線路60の構成が実施形態1に係る電磁波加熱装置1と相違する。
The configuration of the
本実施形態の電磁波加熱システム102は、電磁波発生器10と電磁波加熱装置2とを備える。
The electromagnetic
以下、実施形態1と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。 Hereinafter, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be appropriately omitted.
実施形態2で説明した構成は、実施形態1で説明した構成(変形例を含む)と適宜組み合わせて適用可能である。 The configuration described in the second embodiment can be applied in appropriate combination with the configuration (including the modification) described in the first embodiment.
本実施形態では、伝送線路60は、放熱フィン29を基準電位の導体とするストリップ線路である。具体的には、伝送線路60は板状の導体であり、電磁波発生器10のケース11の下面から突出し、図6に示すように、ベース部22にある貫通孔24を通して流路215に差し込まれている。また、伝送線路60は、左右方向の中央に位置する隣り合う一対の放熱フィン29の間を通って内部空間31まで達している。そして、伝送線路60の先端にはアンテナ70が電気的に接続されている。
In the present embodiment, the
このような伝送線路60は、導体である一対の放熱フィン29の間に位置しているため、基準電位に電気的に接続された導体(放熱フィン29)に沿って配置されていることになる。したがって、伝送線路60はマイクロストリップ線路を構成している。
Since such a
このように本実施形態では、放熱フィン21を利用して、伝送線路60をマイクロストリップ線路とすることができ、電磁波発生器10からアンテナ70への電磁波の供給を安定して行うことができる。
As described above, in the present embodiment, the
(実施形態3)
図7を使用して本実施形態の電磁波加熱装置3及び電磁波加熱システム103について説明する。
(Embodiment 3)
The electromagnetic wave heating device 3 and the electromagnetic
本実施形態に係る電磁波加熱装置3は、実施形態1又は2に係る電磁波加熱装置1又は2(変形例を含む)に加えて、ガイド部材80を備えている。
The electromagnetic wave heating device 3 according to the present embodiment includes a
本実施形態の電磁波加熱システム103は、電磁波発生器10と電磁波加熱装置3とを備える。
The electromagnetic
以下、実施形態1又は2と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。 Hereinafter, the same components as those of the first or second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
本実施形態では、各放熱フィン21の長さ方向の前側の端面212を開口部36の前側の周縁361及び前面部355の内面357と接触させないようにしている。また放熱フィン21の長さ方向の後側の端面214を開口部36の後側の周縁362及び後面部356の内面357と接触させないようにしている。すなわち、各放熱フィン21の前側の端面212は、開口部36の前側の周縁361及び前面部355の内面357との間に隙間33を有している。また、各放熱フィン21の後側の端面214は、開口部36の後側の周縁362及び後面部356の内面358との間にも隙間33を有している。この隙間33の前後方向の寸法tは電磁波の波長の8分の1以下であることが好ましい。例えば、2.4GHzのマイクロ波を使用する場合は、間隔Pは15.2mm以下とすることができる。これにより、導波管30の電磁波特性を実施形態1及び実施形態2の場合と略同じにすることができる。なお、tが0である場合は、実施形態1及び2の場合であり、端面212は周縁361及び内面357と接触し、端面214は周縁362及び内面358と接触している。
In the present embodiment, the
このように隙間33を有すると、冷却装置20を導波管30に取り付ける際に、放熱フィン21の長さ方向の端部が、周縁361、362及び前面部355及び後面部356に接触しにくくなり、冷却装置20を導波管30に取り付けやすくなる。一方、実施形態1及び実施形態2の場合は、端面212と内面357とが接触しているため、冷却装置20と導波管30との電気的接続を向上させることができる。
When the
また本実施形態では、電磁波加熱装置3はガイド部材80を備えている。ガイド部材80は吸気口32の近くの底面部353から、開口部36に向けて、つまり上方に向けて突出している。さらに、ガイド部材80は、吸気口32から離れるほどに、底面部353からの距離が大きくなるように、底面部353に対して傾斜している。これにより、吸気口32から流入した気体Vは、ガイド部材80にて開口部36に向けて、つまり流路215に向けて流れやすくなる。そのため、放熱フィン21と接触する第1の気体V1の量を多くすることができる。したがって、放熱フィン21から第1の気体V1に熱をより多く伝達することができ、放熱フィン21による冷却効果を向上させることができる。また第1の気体V1は、放熱フィン21から得られる熱をより多くすることができ、エネルギーの利用効率を更に向上させることができる。
Further, in the present embodiment, the electromagnetic wave heating device 3 includes the
また本実施形態では、流路215内に他のガイド部材81を備えている。このガイド部材81はベース部22から開口部36に向けて、つまり下方に向けて突出している。さらに、ガイド部材81は、吸気口32から離れるほどに、ベース部22からの距離が大きくなるように、ベース部22に対して傾斜している。これにより、流路215に流入した第1の気体V1は、ガイド部材81にて開口部36に向けて、つまり内部空間31に向けて流れやすくなる。したがって、流路215を流れて加熱された第1の気体V1と、内部空間31を流れている第2の気体V2とが合流しやすくなって、効率よく、第2の気体V2を加熱することができる。また、吸気口32から内部空間31に流入した気体Vの全部を第1の気体V1として流路215に流し、放熱フィン21で第1の気体V1を加熱した後、第1の気体V1を開口部36から内部空間31に流入させてもよい。この場合、吸気口32から内部空間31に流入した気体Vの全部を加熱した後、加熱装置40で加熱することができ、加熱装置40による気体Vの加熱効率を向上させることができる。
In the present embodiment, another
(まとめ)
以上説明したように、第1の態様に係る電磁波加熱装置(1,2,3)は、冷却装置(20)と、導波管(30)と、加熱装置(40)と、を備える。冷却装置(20)は、少なくとも一つの放熱フィン(21)を有し、電磁波を出力する電磁波発生器(10)で発生する熱を放熱フィン(21)にて放出する。導波管(30)は、一部に開口部(36)を有し、電磁波を伝播する。加熱装置(40)は、導波管(30)の内部に配置され、電磁波により加熱される電磁波吸収体(41)を有し、導波管(30)の内部空間(31)を通る気体(V)を加熱する。放熱フィン(21)は、開口部(36)から導波管(30)の内部空間(31)に露出する。
(Summary)
As described above, the electromagnetic wave heating device (1, 2, 3) according to the first aspect includes the cooling device (20), the waveguide (30), and the heating device (40). The cooling device (20) has at least one radiating fin (21), and radiates heat generated by the electromagnetic wave generator (10) that outputs an electromagnetic wave through the radiating fin (21). The waveguide (30) partially has an opening (36) and propagates electromagnetic waves. The heating device (40) is disposed inside the waveguide (30), has an electromagnetic wave absorber (41) heated by an electromagnetic wave, and has a gas (31) that passes through the internal space (31) of the waveguide (30). V) is heated. The radiation fin (21) is exposed from the opening (36) to the internal space (31) of the waveguide (30).
この態様によれば、導波管(30)の内部空間(31)を通過する気体が、開口部(36)を通して放熱フィン(21)から放熱される熱によって加熱される。したがって、電磁波吸収体(41)による気体(V)の加熱に加えて、電磁波発生器(10)の熱を利用して、気体(V)を加熱することができ、エネルギー効率の向上を図ることができる、という利点がある。しかも、導波管(30)に設けられた開口部(36)の少なくとも一部は放熱フィン(21)によって塞がれるので、電磁波が開口部(36)を通じて内部空間(31)から漏れ出しにくくなる。したがって、電磁波を伝播するという導波管(30)としての本来の機能も損なわれにくい、という利点がある。 According to this aspect, the gas passing through the internal space (31) of the waveguide (30) is heated by the heat radiated from the radiation fins (21) through the openings (36). Therefore, in addition to the heating of the gas (V) by the electromagnetic wave absorber (41), the gas (V) can be heated by utilizing the heat of the electromagnetic wave generator (10), thereby improving energy efficiency. There is an advantage that can be. In addition, since at least a part of the opening (36) provided in the waveguide (30) is closed by the radiation fin (21), the electromagnetic wave is less likely to leak from the internal space (31) through the opening (36). Become. Therefore, there is an advantage that the original function of the waveguide (30) for propagating electromagnetic waves is not easily impaired.
第2の態様に係る電磁波加熱装置(1,2,3)は、第1の態様において、放熱フィン(21)は複数ある。複数の放熱フィン(21)の先端を含む仮想平面(S)が、開口部(36)内に位置する。 An electromagnetic wave heating device (1, 2, 3) according to a second aspect is the first aspect, wherein there are a plurality of radiation fins (21). An imaginary plane (S) including the tips of the plurality of radiation fins (21) is located in the opening (36).
この態様によれば、開口部(36)が仮想平面(S)で塞がれ、電磁波が開口部(36)を通じて内部空間(31)から漏れ出しにくくなり、導波管(30)の電磁波を伝播するという機能が損なわれにくい、という利点がある。 According to this aspect, the opening (36) is closed by the virtual plane (S), the electromagnetic wave is less likely to leak from the internal space (31) through the opening (36), and the electromagnetic wave in the waveguide (30) is blocked. There is an advantage that the function of propagating is not easily impaired.
第3の態様に係る電磁波加熱装置(1,2,3)は、第1又は2の態様において、放熱フィン(21)は板状である。放熱フィン(21)は、開口部(36)から導波管(30)の外側に流出した気体(V)を放熱フィン(21)の厚み方向の一面(211)に沿って通過させるような流路(215)を形成する。 In the electromagnetic wave heating device (1, 2, 3) according to a third aspect, in the first or second aspect, the radiation fin (21) is plate-shaped. The radiating fins (21) flow the gas (V) flowing out of the waveguide (30) through the openings (36) along one surface (211) in the thickness direction of the radiating fins (21). A path (215) is formed.
この態様によれば、開口部(36)から導波管(30)の外側に流出した気体(V)が流路(215)を通過する際に、放熱フィン(21)の厚み方向の一面(211)に接しやすくなり、気体(V)を加熱しやすくなる、という利点がある。 According to this aspect, when the gas (V) flowing out of the waveguide (30) from the opening (36) passes through the flow path (215), one surface (in the thickness direction) of the heat radiation fin (21) is formed. 211), and the gas (V) can be easily heated.
第4の態様に係る電磁波加熱装置(1,2,3)は、第3の態様において、加熱装置(40)は、流路(215)に対して上流又は下流に配置されている。 In the electromagnetic wave heating device (1, 2, 3) according to the fourth aspect, in the third aspect, the heating device (40) is arranged upstream or downstream with respect to the flow path (215).
この態様によれば、加熱装置(40)が流路(215)に対して下流に配置されている場合には、放熱フィン(21)で加熱された気体(V)と、加熱装置(40)で加熱された気体(V)とを混ぜることができる。したがって、加熱された気体(V)を多く得やすい、という利点がある。また、加熱装置(40)が流路(215)に対して上流に配置されている場合には、放熱フィン(21)で加熱された気体(V)を加熱装置(40)で更に加熱することができ、加熱装置(40)での気体(V)の温度を上昇させやすい、という利点がある。 According to this aspect, when the heating device (40) is arranged downstream with respect to the flow path (215), the gas (V) heated by the radiation fins (21) and the heating device (40). And the heated gas (V). Therefore, there is an advantage that a large amount of heated gas (V) can be easily obtained. When the heating device (40) is disposed upstream of the flow path (215), the gas (V) heated by the radiation fins (21) is further heated by the heating device (40). Therefore, there is an advantage that the temperature of the gas (V) in the heating device (40) is easily increased.
第5の態様に係る電磁波加熱装置(3)は、第3又は4の態様において、導波管(30)の内部空間(31)を通る気体(V)の少なくとも一部を流路(215)に導くガイド部材(80)を更に備える。 An electromagnetic wave heating device (3) according to a fifth aspect is the electromagnetic wave heating device (3) according to the third or fourth aspect, in which at least a part of the gas (V) passing through the internal space (31) of the waveguide (30) flows through the channel (215). And a guide member (80) that guides the guide member.
この態様によれば、流路(215)に気体(V)が流れやすくなって、放熱フィン(21)からの熱の利用を高めやすい、という利点がある。 According to this aspect, there is an advantage that the gas (V) easily flows through the flow path (215), and the utilization of heat from the radiation fins (21) is easily enhanced.
第6の態様に係る電磁波加熱装置(1,2,3)は、第1〜5のいずれか一つの態様において、放熱フィン(21)は複数である。電磁波発生器(10)は、複数の放熱フィン(21)の間を通って配置される伝送線路(50,60)と、導波管(30)の内部空間(31)に配置され、伝送線路(50,60)に電気的に接続されるアンテナ(70)と、を有する。 An electromagnetic wave heating device (1, 2, 3) according to a sixth aspect is characterized in that, in any one of the first to fifth aspects, the number of the radiation fins (21) is plural. The electromagnetic wave generator (10) is disposed in a transmission line (50, 60) disposed between a plurality of radiation fins (21) and an internal space (31) of the waveguide (30). (50, 60) electrically connected to the antenna (70).
この態様によれば、伝送線路(50,60)を通じてアンテナ(70)に安定して電気エネルギーを供給することができる、という利点がある。 According to this aspect, there is an advantage that electric energy can be stably supplied to the antenna (70) through the transmission line (50, 60).
第7の態様に係る電磁波加熱装置(1)は、第6の態様において、伝送線路(50)は、内部導体(55)及び外部導体(51)を有する同軸ケーブル(53)の内部導体(55)である。 An electromagnetic wave heating device (1) according to a seventh aspect is the electromagnetic wave heating device (1) according to the sixth aspect, wherein the transmission line (50) is configured such that an inner conductor (55) of a coaxial cable (53) having an inner conductor (55) and an outer conductor (51). ).
この態様によれば、同軸ケーブル(53)の伝送線路(50)を通じてアンテナ(70)に安定して電気エネルギーを供給することができる、という利点がある。 According to this aspect, there is an advantage that electric energy can be stably supplied to the antenna (70) through the transmission line (50) of the coaxial cable (53).
第8の態様に係る電磁波加熱装置(2)は、第6の態様において、伝送線路(60)は、放熱フィン(21)を基準電位の導体とするストリップ線路である。 An electromagnetic wave heating device (2) according to an eighth aspect is the electromagnetic wave heating device according to the sixth aspect, wherein the transmission line (60) is a strip line having the radiation fin (21) as a conductor of a reference potential.
この態様によれば、ストリップ線路の伝送線路(60)を通じてアンテナ(70)に安定して電気エネルギーを供給することができる、という利点がある。 According to this aspect, there is an advantage that electric energy can be stably supplied to the antenna (70) through the strip line transmission line (60).
第9の態様に係る電磁波加熱装置(3)は、第1〜8のいずれか一つの態様において、放熱フィン(21)と開口部(36)の周縁(361,362)との間に、電磁波の波長の8分の1以下の寸法(t)の隙間(33)を有する。 An electromagnetic wave heating device (3) according to a ninth aspect is the electromagnetic wave heating device (3) according to any one of the first to eighth aspects, wherein the electromagnetic wave heating device is provided between the radiation fin (21) and the periphery (361, 362) of the opening (36). Has a gap (33) having a dimension (t) of one-eighth or less of the wavelength.
この態様によれば、放熱フィン(21)が開口部(36)の周縁(361,362)に接触しにくくなって、導波管(30)に放熱フィン(21)を備えた冷却装置(20)が取り付けやすくなる、という利点がある。しかも、電磁波が開口部(36)を通じて内部空間(31)から漏れ出しにくくなり、電磁波を伝播するという導波管(30)としての本来の機能も損なわれにくい、という利点がある。 According to this aspect, the radiation fin (21) hardly comes into contact with the peripheral edges (361, 362) of the opening (36), and the cooling device (20) including the radiation fin (21) in the waveguide (30). Has the advantage that it can be easily attached. In addition, there is an advantage that the electromagnetic wave is less likely to leak from the internal space (31) through the opening (36), and the original function of the waveguide (30) for transmitting the electromagnetic wave is not easily impaired.
第10の態様に係る電磁波加熱システム(101,102,103)は、電磁波加熱装置(1,2,3)と、電磁波発生器(10)と、を備える。 An electromagnetic wave heating system (101, 102, 103) according to a tenth aspect includes an electromagnetic wave heating device (1, 2, 3) and an electromagnetic wave generator (10).
この態様によれば、電磁波吸収体(41)による気体(V)の加熱に加えて、電磁波発生器(10)の熱を利用して、気体(V)を加熱することができ、エネルギー効率の向上を図ることができる、という利点がある。 According to this aspect, in addition to the heating of the gas (V) by the electromagnetic wave absorber (41), the gas (V) can be heated by utilizing the heat of the electromagnetic wave generator (10), and energy efficiency can be improved. There is an advantage that improvement can be achieved.
1,2,3 電磁波加熱装置
10 電磁波発生器
20 冷却装置
21 放熱フィン
215 流路
30 導波管
33 隙間
36 開口部
361,362 周縁
40 加熱装置
41 電磁波吸収体
50 伝送線路
51 外部導体
53 同軸ケーブル
55 内部導体
60 伝送線路
70 アンテナ
80 ガイド部材
101、102、103 電磁波加熱システム
V 気体
1, 2, 3 electromagnetic
Claims (10)
一部に開口部を有し、前記電磁波を伝播する導波管と、
前記導波管の内部に配置され、前記電磁波により加熱される電磁波吸収体を有し、前記導波管の内部空間を通る気体を加熱する加熱装置と、を備え、
前記放熱フィンは、前記開口部から前記導波管の前記内部空間に露出する、
電磁波加熱装置。 A cooling device that has at least one heat radiation fin and emits heat generated by an electromagnetic wave generator that outputs an electromagnetic wave at the heat radiation fin,
A waveguide that has an opening in part and propagates the electromagnetic wave;
A heating device disposed inside the waveguide, having an electromagnetic wave absorber heated by the electromagnetic wave, and heating a gas passing through the internal space of the waveguide,
The radiation fin is exposed from the opening to the internal space of the waveguide,
Electromagnetic wave heating device.
前記複数の放熱フィンの先端を含む仮想平面が、前記開口部内に位置する、
請求項1に記載の電磁波加熱装置。 There are a plurality of the radiation fins,
A virtual plane including the tips of the plurality of radiation fins is located in the opening.
The electromagnetic wave heating device according to claim 1.
前記放熱フィンは、前記開口部から前記導波管の外側に流出した気体を前記放熱フィンの厚み方向の一面に沿って通過させるような流路を形成する、
請求項1又は2に記載の電磁波加熱装置。 The radiation fins are plate-shaped,
The radiating fins form a flow path that allows the gas flowing out of the waveguide from the opening to pass along one surface in the thickness direction of the radiating fins,
The electromagnetic wave heating device according to claim 1.
請求項3に記載の電磁波加熱装置。 The heating device is disposed upstream or downstream with respect to the flow path,
The electromagnetic wave heating device according to claim 3.
請求項3又は4に記載の電磁波加熱装置。 Further comprising a guide member for guiding at least a part of the gas passing through the internal space of the waveguide to the flow path,
The electromagnetic wave heating device according to claim 3.
前記電磁波発生器は、
前記複数の放熱フィンの間を通って配置される伝送線路と、
前記導波管の前記内部空間に配置され、前記伝送線路に電気的に接続されるアンテナと、を有する、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の電磁波加熱装置。 There are a plurality of the radiation fins,
The electromagnetic wave generator,
A transmission line disposed between the plurality of radiation fins,
An antenna disposed in the internal space of the waveguide and electrically connected to the transmission line.
The electromagnetic wave heating device according to claim 1.
請求項6に記載の電磁波加熱装置。 The transmission line is the inner conductor of a coaxial cable having an inner conductor and an outer conductor,
The electromagnetic wave heating device according to claim 6.
請求項7に記載の電磁波加熱装置。 The transmission line is a strip line using the heat radiation fin as a conductor of a reference potential,
The electromagnetic wave heating device according to claim 7.
請求項1〜8のいずれか1項に記載の電磁波加熱装置。 A gap having a dimension of 1/8 or less of the wavelength of the electromagnetic wave is provided between the radiation fin and the periphery of the opening,
The electromagnetic wave heating device according to claim 1.
前記電磁波発生器と、を備える、
電磁波加熱システム。 An electromagnetic wave heating device according to any one of claims 1 to 9,
And the electromagnetic wave generator;
Electromagnetic heating system.
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