JP2023066711A - microwave heating device - Google Patents

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Abstract

To improve the heating efficiency of a microwave heating target in a containing container with respect to the power supply by a microwave generator when a cavity resonator for microwave heating is excited in an excitation mode in which a magnetic field is concentrated on the central axis.SOLUTION: A microwave heating device 3 includes a cavity resonator 31 for microwave heating and a containing container 32 for a microwave heating target. The cavity resonator 31 is excited in an excitation mode in which a magnetic field is concentrated on the central axis. The containing container 32 is arranged on the central axis of the cavity resonator 31. The cavity resonator 31 has a slit formed on a side surface 311 in a direction parallel to the central axial direction.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、空洞共振器を用いるマイクロ波加熱技術に関する。 The present disclosure relates to microwave heating techniques using cavity resonators.

空洞共振器を用いるマイクロ波加熱技術は、マイクロ波加熱した触媒を用いて、エタノールを反応させ水素を発生させ、水素を燃料電池に供給し、入力電力より大きい出力電力を取得する用途等に適用されている（例えば、特許文献１等を参照。）。 Microwave heating technology using a cavity resonator is applied to applications such as generating hydrogen by reacting ethanol using a microwave-heated catalyst, supplying the hydrogen to a fuel cell, and obtaining output power greater than the input power. (See, for example, Patent Document 1, etc.).

特許文献１では、空洞共振器は、中心軸上に電界が集中するＴＭ０１モードで励振される。そして、マイクロ波加熱対象の収容容器は、空洞共振器の中心軸上に配置され、反応物質を流入され生成物質を流出する。よって、マイクロ波加熱対象が、誘電体であるときに、収容容器での反応効率は、マイクロ波発生器での供給電力に対して最大となる。そして、励振モードの電磁界強度分布は、単調に変化する単純な分布となる。 In Patent Document 1, the cavity resonator is excited in the TM01 mode in which the electric field concentrates on the central axis. A container to be heated by microwaves is arranged on the center axis of the cavity resonator, and the reactant is introduced and the product is discharged. Therefore, when the object to be heated by microwaves is a dielectric, the reaction efficiency in the container is maximized with respect to the power supplied to the microwave generator. Then, the electromagnetic field intensity distribution of the excitation mode becomes a simple distribution that changes monotonically.

特開２０２１－０７２２２１号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-072221

このように、特許文献１では、空洞共振器は、中心軸上に電界が集中するＴＭ０１モードで励振される。よって、マイクロ波加熱対象が、誘電体ではなく導電体又は磁性体であるときに、収容容器での反応効率は、マイクロ波発生器での供給電力に対して低下する。 Thus, in Patent Document 1, the cavity resonator is excited in the TM01 mode in which the electric field concentrates on the central axis. Therefore, when the object to be heated by microwaves is not a dielectric but a conductor or a magnetic substance, the reaction efficiency in the container decreases with respect to the power supplied to the microwave generator.

解決手段では、空洞共振器は、中心軸上に磁界が集中するＴＭ１１モードで励振される。そして、マイクロ波加熱対象の収容容器は、空洞共振器の中心軸上に配置され、反応物質を流入され生成物質を流出する。よって、マイクロ波加熱対象が、導電体又は磁性体であるときに、収容容器での反応効率は、マイクロ波発生器での供給電力に対して向上する。そして、励振モードの電磁界強度分布は、高次モードのうちの最も単純な分布となる。 In the solution, the cavity resonator is excited in the TM11 mode with the magnetic field concentrated on the central axis. A container to be heated by microwaves is arranged on the center axis of the cavity resonator, and the reactant is introduced and the product is discharged. Therefore, when the microwave heating target is a conductor or a magnetic body, the reaction efficiency in the container is improved with respect to the power supplied to the microwave generator. The electromagnetic field intensity distribution of the excitation mode is the simplest distribution among the higher modes.

とはいえ、特許文献１では、マイクロ波加熱対象が、誘電体であるときに、収容容器での反応効率は、マイクロ波発生器での供給電力に対して最大となることと比べて、解決手段では、マイクロ波加熱対象が、導電体又は磁性体であるときに、収容容器での反応効率は、マイクロ波発生器での供給電力に対してあまり向上しておらず、その原因は不明である。 However, in Patent Document 1, when the microwave heating target is a dielectric, the reaction efficiency in the container is maximized with respect to the power supplied to the microwave generator. In terms of means, when the object to be heated by microwaves is a conductor or a magnetic material, the reaction efficiency in the container does not improve much compared to the power supplied to the microwave generator, and the cause is unknown. be.

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、マイクロ波加熱用の空洞共振器が、中心軸上に磁界が集中する励振モードで励振されるときに、マイクロ波加熱対象の収容容器での加熱効率が、マイクロ波発生器での供給電力に対して向上することを目的とする。 Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present disclosure provides a microwave heating cavity resonator, when excited in an excitation mode in which a magnetic field concentrates on the central axis, in a container to be heated by microwaves. The object is to improve the heating efficiency relative to the power supplied in the microwave generator.

前記課題の原因を追究するために、空洞共振器が、側面、天板及び床板として、通常の板材の構造を採用されるときに、中心軸上に磁界が集中する励振モードの電流分布を計算した。すると、側面、天板及び床板の一部において、電流密度が高いため、渦電流損が大きく、消費電力が大きく、マイクロ波加熱対象の収容容器での加熱効率が低下する。 In order to investigate the cause of the above problem, we calculated the current distribution in the excitation mode in which the magnetic field concentrates on the central axis when the cavity resonator adopts a normal plate structure for the side, top and floor plates. bottom. Then, since the current density is high in part of the side surface, the top plate, and the floor plate, the eddy current loss is large, the power consumption is large, and the heating efficiency in the container to be heated by the microwave is lowered.

ここで、空洞共振器が、側面、天板及び床板として、線材の網目格子状の構造を採用されるときに、中心軸上に磁界が集中する励振モードの電流分布を計算した。すると、側面の一部において、電流密度が高いところ、中心軸方向の電流密度は高いが、円周方向の電流密度は低い。一方で、天板及び床板の一部において、電流密度が高いところ、電流密度が高い方向が、円周方向と直径方向のいずれであるかは、一概に言えない。 Here, the current distribution in the excitation mode in which the magnetic field concentrates on the central axis was calculated when the cavity resonator adopted a wire mesh structure as the side, top and floor plates. Then, in a portion of the side surface where the current density is high, the current density in the central axis direction is high, but the current density in the circumferential direction is low. On the other hand, in a part of the top plate and the floor plate, it cannot be said unconditionally whether the direction of the high current density is the circumferential direction or the diametrical direction.

そこで、空洞共振器が、側面として、線材のスリット状の構造（線材は中心軸方向のみに配置。）に代替されるときに、中心軸上に磁界が集中する励振モードの電流分布を計算した。すると、空洞共振器が、側面、天板及び床板として、線材の網目格子状の構造を採用されるときの、中心軸上に磁界が集中する励振モードの電流分布とほぼ同様になる。 Therefore, we calculated the current distribution in the excitation mode in which the magnetic field concentrates on the central axis when the cavity resonator is replaced with a wire slit-shaped structure (the wire is arranged only in the central axis direction) as the side surface. . Then, the current distribution in the excitation mode, in which the magnetic field concentrates on the center axis, is almost the same as when the cavity resonator adopts a mesh lattice structure of wires as the side surfaces, the top plate, and the floor plate.

そして、空洞共振器が、側面として、線材のスリット状の構造（線材は中心軸方向のみに配置。）に代替されるときの、中心軸上に磁界が集中する励振モードの電磁界強度分布は、空洞共振器が、側面、天板及び床板として、通常の板材の構造を採用されるときの、中心軸上に磁界が集中する励振モードの電磁界強度分布とほぼ同様になる。 When the side of the cavity resonator is replaced by a wire slit structure (the wire is arranged only in the central axis direction), the electromagnetic field intensity distribution of the excitation mode in which the magnetic field concentrates on the central axis is , the electromagnetic field intensity distribution of the excitation mode in which the magnetic field concentrates on the central axis when the cavity resonator employs a normal plate structure for the side, top and floor plates.

そこで、前記課題を解決するために、空洞共振器は、側面として、線材のスリット状の構造（線材は中心軸方向のみに配置。）を採用される。すると、側面の一部において、電流密度が高くても、円周方向の電流が阻止され、二次元面内の渦電流が阻止され、渦電流損が小さく、消費電力が小さく、マイクロ波加熱対象の収容容器での加熱効率が向上する。 Therefore, in order to solve the above problems, the cavity resonator employs a wire slit-shaped structure (the wire is arranged only in the direction of the central axis) as the side surface. Then, even if the current density is high in a part of the side surface, the current in the circumferential direction is blocked, the eddy current in the two-dimensional plane is blocked, the eddy current loss is small, the power consumption is small, and the microwave heating target The heating efficiency in the container is improved.

具体的には、本開示は、マイクロ波加熱用の空洞共振器と、マイクロ波加熱対象の収容容器と、を備え、前記空洞共振器は、中心軸上に磁界が集中する励振モードで励振され、前記収容容器は、前記空洞共振器の前記中心軸上に配置され、前記空洞共振器は、前記中心軸と平行方向に側面上にスリットを形成され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 cavity resonator for microwave heating and a container to be heated by microwaves, and the cavity resonator is excited in an excitation mode in which a magnetic field is concentrated on a central axis. , the container is arranged on the central axis of the cavity resonator, and the cavity resonator has a slit formed on a side surface in a direction parallel to the central axis. be.

この構成によれば、マイクロ波加熱用の空洞共振器が、中心軸上に磁界が集中する励振モードで励振されるときに、側面がスリット状であることで、マイクロ波加熱対象の収容容器での加熱効率が、マイクロ波発生器での供給電力に対して向上することができる。 According to this configuration, when the cavity resonator for microwave heating is excited in an excitation mode in which the magnetic field concentrates on the central axis, the slit-shaped side surface of the microwave heating cavity allows the container to be heated by the microwave to be heated. heating efficiency can be improved relative to the power supplied in the microwave generator.

また、本開示は、前記空洞共振器は、天板及び床板として、スリットを形成されない平板を採用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 the microwave heating device, wherein the cavity resonator employs a flat plate without a slit as a top plate and a floor plate.

この構成によれば、マイクロ波加熱用の空洞共振器が、中心軸上に磁界が集中する励振モードで励振されるときに、天板及び床板が平板状であっても、マイクロ波加熱対象の収容容器での加熱効率が、マイクロ波発生器での供給電力に対して向上することができる。 According to this configuration, when the cavity resonator for microwave heating is excited in the excitation mode in which the magnetic field concentrates on the central axis, even if the top plate and the floor plate are flat plates, the microwave heating target is Heating efficiency in the container can be improved relative to power supplied in the microwave generator.

また、本開示は、前記空洞共振器は、前記励振モードとして、ＴＭ１１モードを採用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 the microwave heating device, wherein the cavity resonator adopts the TM11 mode as the excitation mode.

この構成によれば、マイクロ波加熱対象が、導電体又は磁性体であるときに、収容容器での反応効率が、マイクロ波発生器での供給電力に対して最大とすることができる。そして、励振モードの電磁界強度分布が、高次モードのうちの最も単純な分布とすることができる。 According to this configuration, when the microwave heating target is a conductor or a magnetic body, the reaction efficiency in the container can be maximized with respect to the power supplied to the microwave generator. Then, the electromagnetic field intensity distribution of the excitation mode can be the simplest distribution among higher-order modes.

このように、本開示は、マイクロ波加熱用の空洞共振器が、中心軸上に磁界が集中する励振モードで励振されるときに、マイクロ波加熱対象の収容容器での加熱効率が、マイクロ波発生器での供給電力に対して向上することができる。 In this way, the present disclosure provides that, when a microwave heating cavity resonator is excited in an excitation mode in which a magnetic field is concentrated on the central axis, the heating efficiency in a container to be heated by microwaves is Improvements can be made to the power supplied at the generator.

本開示のマイクロ波加熱システムの構成を示す図である。1 is a diagram showing a configuration of a microwave heating system of the present disclosure; FIG. 本開示のマイクロ波加熱装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the microwave heating apparatus of this disclosure. 比較例のＴＭ１１モードの電磁界強度分布を示す図である。It is a figure which shows electromagnetic field intensity distribution of TM11 mode of a comparative example. 比較例のＴＭ１１モードの電流分布を示す図である。It is a figure which shows the electric current distribution of TM11 mode of a comparative example. 比較例のＴＭ１１モードの電流分布を示す図である。It is a figure which shows the electric current distribution of TM11 mode of a comparative example. 本開示のＴＭ１１モードの電流分布を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the current distribution of the TM11 mode of the present disclosure; 本開示のＴＭ１１モードの電磁界強度分布を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the electromagnetic field intensity distribution of the TM11 mode of the present disclosure; 本開示の空洞共振器の側面、天板及び床板の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing configurations of side surfaces, a top plate, and a floor plate of the cavity resonator of the present disclosure; 本開示の空洞共振器の側面、天板及び床板の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing configurations of side surfaces, a top plate, and a floor plate of the cavity resonator of the present disclosure; 比較例及び本開示のマイクロ波加熱システムの特性を示す図である。FIG. 10 illustrates characteristics of a microwave heating system of a comparative example and of the present disclosure;

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 implementing 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システムの構成）
本開示のマイクロ波加熱システムの構成を図１に示す。本開示のマイクロ波加熱システムＭは、マイクロ波発生器１、整合器２及びマイクロ波加熱装置３を備える。本開示のマイクロ波加熱装置の構成を図２に示す。本開示のマイクロ波加熱装置３は、マイクロ波加熱用の空洞共振器３１、マイクロ波加熱対象の収容容器３２、空洞共振器３１の励振器３３及び励振器３３の給電線３４を備える。空洞共振器３１及び収容容器３２については、本開示で説明する。励振器３３及び給電線３４については、特許文献１を参照する。 (Configuration of microwave heating system of the present disclosure)
FIG. 1 shows the configuration of the microwave heating system of the present disclosure. A microwave heating system M of the present disclosure includes a microwave generator 1 , a matching device 2 and a microwave heating device 3 . FIG. 2 shows the configuration of the microwave heating device of the present disclosure. The microwave heating device 3 of the present disclosure includes a cavity resonator 31 for microwave heating, a container 32 to be heated by microwaves, an exciter 33 of the cavity resonator 31, and a feeder line 34 of the exciter 33. Cavity resonator 31 and enclosure 32 are described in this disclosure. See Patent Document 1 for the exciter 33 and the feeder line 34 .

空洞共振器３１は、中心軸上に磁界が集中する励振モードで励振される。本開示では、励振モードとして、ＴＭ１１モードを採用されているが、変形例として、他の高次モードを採用されてもよい。収容容器３２は、空洞共振器３１の中心軸上に配置され、反応物質を流入され生成物質を流出する。よって、マイクロ波加熱対象が、導電体又は磁性体であるときに、収容容器３２での反応効率は、マイクロ波発生器１での供給電力に対して最大となる。そして、励振モードの電磁界強度分布は、高次モードのうちの最も単純な分布となる。以下では、空洞共振器３１の中心軸に平行な方向をＺ軸方向とする。 The cavity resonator 31 is excited in an excitation mode in which the magnetic field concentrates on the central axis. In the present disclosure, the TM11 mode is adopted as the excitation mode, but as a modification, other higher-order modes may be adopted. The container 32 is arranged on the center axis of the cavity resonator 31, and receives reactant substances and discharges product substances. Therefore, the reaction efficiency in the container 32 is maximized with respect to the power supplied to the microwave generator 1 when the microwave heating target is a conductor or a magnetic body. The electromagnetic field intensity distribution of the excitation mode is the simplest distribution among the higher modes. Hereinafter, the direction parallel to the central axis of the cavity resonator 31 is defined as the Z-axis direction.

ここで、空洞共振器３１は、中心軸と平行方向に側面上にスリットを形成される。一方で、空洞共振器３１は、天板及び床板として、スリットを形成されない平板を採用される。よって、空洞共振器３１が、中心軸上に磁界が集中するＴＭ１１モードで励振されるときに、収容容器３２での加熱効率が、マイクロ波発生器１での供給電力に対して向上することができる。以下に、比較例の課題を説明した後に、本開示の長所を説明する。 Here, the cavity resonator 31 is formed with a slit on the side surface in a direction parallel to the central axis. On the other hand, the cavity resonator 31 employs flat plates without slits as the top plate and the floor plate. Therefore, when the cavity resonator 31 is excited in the TM11 mode in which the magnetic field concentrates on the central axis, the heating efficiency in the container 32 can be improved with respect to the power supplied to the microwave generator 1. can. The advantages of the present disclosure will be described below after describing the problems of the comparative example.

（比較例の空洞共振器の側面、天板及び床板の構成）
比較例のＴＭ１１モードの電磁界強度分布を図３に示す。図３では、空洞共振器３１が、側面、天板及び床板として、通常の板材の構造を採用される。図３の左欄では、中心軸上において、電界強度が低い。図３の右欄では、中心軸上において、磁界が集中する。 (Structure of Side, Top and Floor Plates of Cavity Resonator of Comparative Example)
FIG. 3 shows the electromagnetic field intensity distribution of the TM11 mode of the comparative example. In FIG. 3, the cavity resonator 31 employs a normal plate structure for the side surfaces, top plate and floor plate. In the left column of FIG. 3, the electric field strength is low on the central axis. In the right column of FIG. 3, the magnetic field concentrates on the central axis.

比較例のＴＭ１１モードの電流分布を図４に示す。図４でも、空洞共振器３１が、側面、天板及び床板として、通常の板材の構造を採用される。すると、側面、天板及び床板の一部において、電流密度が高いため、渦電流損が大きく、消費電力が大きく、収容容器３２での加熱効率が低下する。ただし、電流密度が高い／低い方向は、示されていない。 FIG. 4 shows the current distribution in the TM11 mode of the comparative example. In FIG. 4 as well, the cavity resonator 31 employs a normal plate structure for the side surfaces, top plate, and floor plate. Then, since the current density is high in a portion of the side surface, the top plate, and the floor plate, the eddy current loss is large, the power consumption is large, and the heating efficiency in the container 32 is lowered. However, the direction of high/low current density is not shown.

比較例のＴＭ１１モードの電流分布を図５にも示す。図５では、空洞共振器３１が、側面、天板及び床板として、線材の網目格子状の構造を採用される。すると、側面の一部において、電流密度が高いところ、Ｚ軸方向の電流密度は高いが、円周方向の電流密度は低い。一方で、天板及び床板の一部において、電流密度が高いところ、電流密度が高い方向が、円周方向と直径方向のいずれであるかは、一概に言えない。 FIG. 5 also shows the current distribution in the TM11 mode of the comparative example. In FIG. 5, the cavity resonator 31 employs a mesh lattice structure of wires as the side surfaces, the top plate, and the floor plate. Then, in a portion of the side surface where the current density is high, the current density in the Z-axis direction is high, but the current density in the circumferential direction is low. On the other hand, in a part of the top plate and the floor plate, it cannot be said unconditionally whether the direction of the high current density is the circumferential direction or the diametrical direction.

（本開示の空洞共振器の側面、天板及び床板の構成）
本開示のＴＭ１１モードの電流分布を図６に示す。図６では、空洞共振器３１が、側面として、線材のスリット状の構造（線材はＺ軸方向のみに配置。）に代替される。すると、空洞共振器３１が、側面、天板及び床板として、線材の網目格子状の構造を採用されるときの、比較例のＴＭ１１モードの電流分布とほぼ同様になる。 (Structure of Side, Top and Floor Plates of Cavity Resonator of Present Disclosure)
The current distribution of the TM11 mode of the present disclosure is shown in FIG. In FIG. 6, the side surface of the cavity resonator 31 is replaced by a wire slit-shaped structure (the wire is arranged only in the Z-axis direction). Then, the current distribution in the TM11 mode of the comparative example when the cavity resonator 31 employs a mesh lattice structure of wires as the side surfaces, the top plate, and the floor plate is almost the same.

本開示のＴＭ１１モードの電磁界強度分布を図７に示す。図７でも、空洞共振器３１が、側面として、線材のスリット状の構造（線材はＺ軸方向のみに配置。）に代替される。すると、空洞共振器３１が、側面、天板及び床板として、通常の板材の構造を採用されるときの、比較例のＴＭ１１モードの電磁界強度分布とほぼ同様になる。 FIG. 7 shows the electromagnetic field intensity distribution of the TM11 mode of the present disclosure. In FIG. 7 as well, the cavity resonator 31 is replaced with a wire slit-shaped structure (the wire is arranged only in the Z-axis direction) as the side surface. Then, the electromagnetic field intensity distribution of the TM11 mode of the comparative example when the cavity resonator 31 employs a normal plate structure for the side surfaces, the top plate, and the floor plate is almost the same.

そこで、図６及び図７に示したように、空洞共振器３１は、側面として、線材のスリット状の構造（線材はＺ軸方向のみに配置。）を採用される。すると、側面の一部において、電流密度が高くても、円周方向の電流が阻止され、二次元面内の渦電流が阻止され、渦電流損が小さく、消費電力が小さく、収容容器３２での加熱効率が向上する。 Therefore, as shown in FIGS. 6 and 7, the cavity resonator 31 employs a wire slit-like structure (the wire is arranged only in the Z-axis direction) as the side surface. Then, even if the current density is high in a part of the side surface, the current in the circumferential direction is blocked, the eddy current in the two-dimensional plane is blocked, the eddy current loss is small, the power consumption is small, and the container 32 heating efficiency is improved.

本開示の空洞共振器の側面、天板及び床板の構成を図８に示す。空洞共振器３１は、側面３１１の全面において、線材のスリット状の構造（線材はＺ軸方向のみに配置。）を採用される。一方で、空洞共振器３１は、天板３１２及び床板３１３において、通常の板材の構造を採用される。ここで、空洞共振器３１は、側面３１１の全面において、渦電流を阻止するとともに、不要放射を抑圧するために、線材のスリット状の隙間を狭くする（線材の直径を大きくする又は線材の本数を多くする。）ことが望ましい。 FIG. 8 shows the configuration of the side surfaces, top plate, and floor plate of the cavity resonator of the present disclosure. The cavity resonator 31 employs a wire slit-shaped structure (the wire is arranged only in the Z-axis direction) over the entire side surface 311 . On the other hand, the cavity resonator 31 employs a normal plate structure for the top plate 312 and the floor plate 313 . Here, the cavity resonator 31 has a narrow slit-like gap between the wires (increasing the diameter of the wire or increasing the number of ) is desirable.

本開示の空洞共振器の側面、天板及び床板の構成を図９にも示す。空洞共振器３１は、側面３１１のうちの電流密度の高い部分において、線材のスリット状の構造（線材はＺ軸方向のみに配置。）を採用される。一方で、空洞共振器３１は、側面３１１のうちの電流密度の低い部分において、通常の板材の構造を採用される。そして、空洞共振器３１は、天板３１２及び床板３１３において、通常の板材の構造を採用される。 FIG. 9 also shows the configuration of the side surfaces, top plate, and floor plate of the cavity resonator of the present disclosure. The cavity resonator 31 employs a wire slit-shaped structure (the wire is arranged only in the Z-axis direction) in a portion of the side surface 311 where the current density is high. On the other hand, the cavity resonator 31 employs a normal plate structure in the portion of the side surface 311 where the current density is low. In the cavity resonator 31, the top plate 312 and the floor plate 313 adopt a normal plate material structure.

なお、空洞共振器３１は、天板３１２及び床板３１３において、渦電流を阻止するとともに、不要放射を抑圧するように、線材の構造を採用されてもよい。ただし、空洞共振器３１が、天板３１２及び床板３１３において、通常の板材の構造を採用されるときでも、不要放射を抑圧するのみならず、渦電流を十分に阻止することができる。 The cavity resonator 31 may employ a wire structure so as to block eddy currents and suppress unwanted radiation in the top plate 312 and the floor plate 313 . However, even when the cavity resonator 31 adopts a normal plate structure for the top plate 312 and the floor plate 313, not only unwanted radiation can be suppressed but also eddy current can be sufficiently prevented.

（比較例及び本開示のマイクロ波加熱システムの特性）
比較例及び本開示のマイクロ波加熱システムの特性を図１０に示す。マイクロ波加熱用のマイクロ波周波数は、２．４５ＧＨｚであり、空洞共振器３１は、ＴＭ０１モード（中心軸上に電界が集中。）又はＴＭ１１モード（中心軸上に磁界が集中。）で励振される。空洞共振器３１は、アルミ筐体であり、収容容器３２は、石英管である。マイクロ波加熱対象の誘電体は、比誘電率εｒ＝３及び誘電正接ｔａｎδ＝０．０１を有する。マイクロ波加熱対象の導電体（カーボン）は、導電率σ＝４×１０４Ｓ／ｍを有する。 (Characteristics of the microwave heating system of the comparative example and the present disclosure)
The characteristics of the comparative example and the microwave heating system of the present disclosure are shown in FIG. The microwave frequency for microwave heating is 2.45 GHz, and the cavity resonator 31 is excited in TM01 mode (electric field concentrated on the central axis) or TM11 mode (magnetic field concentrated on the central axis). be. The cavity resonator 31 is an aluminum housing, and the container 32 is a quartz tube. The dielectric to be microwave heated has a relative permittivity ε r =3 and a loss tangent tan δ=0.01. The conductor (carbon) to be microwave-heated has a conductivity σ=4×10 4 S/m.

図１０の第１の比較例として、空洞共振器３１が、ＴＭ０１モードで励振され、通常の板材の構造を採用され、マイクロ波加熱対象が、誘電体である場合を示す。入力電力が、１００Ｗであるときに、空洞共振器３１での消費電力は、２６．９００Ｗであり、収容容器３２での消費電力は、わずかな電力であり、誘電体への加熱電力は、６３．６３０Ｗであり、収容容器３２での加熱効率が、十分に高くなっている。 As a first comparative example of FIG. 10, the cavity resonator 31 is excited in the TM01 mode, adopts a normal plate structure, and the object of microwave heating is a dielectric. When the input power is 100 W, the power consumption in the cavity resonator 31 is 26.900 W, the power consumption in the container 32 is very little, and the heating power to the dielectric is 63 .630 W, and the heating efficiency in the container 32 is sufficiently high.

図１０の第２の比較例として、空洞共振器３１が、ＴＭ１１モードで励振され、通常の板材の構造を採用され、マイクロ波加熱対象が、誘電体である場合を示す。入力電力が、１００Ｗであるときに、空洞共振器３１での消費電力は、９１．５４９Ｗであり、収容容器３２での消費電力は、わずかな電力であり、誘電体への加熱電力は、０．３４４Ｗであり、収容容器３２での加熱効率が、かなり低くなっている。 As a second comparative example of FIG. 10, the cavity resonator 31 is excited in the TM11 mode, adopts a normal plate structure, and the object of microwave heating is a dielectric. When the input power is 100 W, the power consumption in the cavity resonator 31 is 91.549 W, the power consumption in the container 32 is very little, and the heating power to the dielectric is 0. .344 W, and the heating efficiency in the container 32 is considerably low.

図１０の第３の比較例として、空洞共振器３１が、ＴＭ１１モードで励振され、通常の板材の構造を採用され、マイクロ波加熱対象が、導電体（カーボン）である場合を示す。入力電力が、１００Ｗであるときに、空洞共振器３１での消費電力は、４０．７７９Ｗであり、収容容器３２での消費電力は、わずかな電力であり、導電体（カーボン）への加熱電力は、４７．３４６Ｗであり、収容容器３２での加熱効率が、十分には高くない。 As a third comparative example of FIG. 10, the cavity resonator 31 is excited in the TM11 mode, adopts a normal plate structure, and the object of microwave heating is a conductor (carbon). When the input power is 100 W, the power consumption in the cavity resonator 31 is 40.779 W, the power consumption in the container 32 is very little, and the heating power to the conductor (carbon) is 47.346 W, and the heating efficiency in the container 32 is not sufficiently high.

図１０の本開示として、空洞共振器３１が、ＴＭ１１モードで励振され、線材のスリット状の構造を採用され、マイクロ波加熱対象が、導電体（カーボン）である場合を示す。入力電力が、１００Ｗであるときに、空洞共振器３１での消費電力は、２．６１２Ｗであり、収容容器３２での消費電力は、わずかな電力であり、導電体（カーボン）への加熱電力は、５４．８２４Ｗであり、収容容器３２での加熱効率が、十分に高くなっている。 As the present disclosure of FIG. 10, the cavity resonator 31 is excited in the TM11 mode, a wire slit-shaped structure is adopted, and the microwave heating object is a conductor (carbon). When the input power is 100 W, the power consumption in the cavity resonator 31 is 2.612 W, the power consumption in the container 32 is very little, and the heating power to the conductor (carbon) is 54.824 W, and the heating efficiency in the container 32 is sufficiently high.

本開示のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波加熱した触媒を用いて、エタノールを反応させ水素を発生させ、水素を燃料電池に供給し、入力電力より大きい出力電力を取得する用途等のように、マイクロ波加熱を用いる様々な用途に適用することができる。 The microwave heating device of the present disclosure uses a microwave-heated catalyst to react ethanol to generate hydrogen, supply hydrogen to a fuel cell, and obtain output power greater than input power. It can be applied to various applications using microwave heating.

Ｍ：マイクロ波加熱システム
１：マイクロ波発生器
２：整合器
３：マイクロ波加熱装置
３１：空洞共振器
３２：収容容器
３３：励振器
３４：給電線
３１１：側面
３１２：天板
３１３：床板 M: Microwave heating system 1: Microwave generator 2: Matching device 3: Microwave heating device 31: Cavity resonator 32: Container 33: Exciter 34: Feeder 311: Side 312: Top plate 313: Floor plate

Claims (3)

マイクロ波加熱用の空洞共振器と、マイクロ波加熱対象の収容容器と、を備え、
前記空洞共振器は、中心軸上に磁界が集中する励振モードで励振され、
前記収容容器は、前記空洞共振器の前記中心軸上に配置され、
前記空洞共振器は、前記中心軸と平行方向に側面上にスリットを形成される
ことを特徴とするマイクロ波加熱装置。 A cavity resonator for microwave heating and a container to be heated by microwaves,
The cavity resonator is excited in an excitation mode in which the magnetic field is concentrated on the central axis,
The container is arranged on the central axis of the cavity resonator,
The microwave heating device, wherein the cavity resonator has a slit formed on a side surface in a direction parallel to the central axis. 前記空洞共振器は、天板及び床板として、スリットを形成されない平板を採用される
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。 2. The microwave heating device according to claim 1, wherein the cavity resonator employs flat plates without slits as the top plate and the floor plate. 前記空洞共振器は、前記励振モードとして、ＴＭ１１モードを採用される
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のマイクロ波加熱装置。 3. The microwave heating device according to claim 1, wherein the cavity resonator employs a TM11 mode as the excitation mode.
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