JP4330994B2 - マイクロ波アプリケータシステム - Google Patents
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Description
この発明は、各独立請求項に記載のマイクロ波アプリケータ、マイクロ波アプリケータからなるシステムならびに上記アプリケータおよび上記システムを使用する方法に関する。
上述の特徴点を満たす負荷のためのマイクロ波システムには多くの異なる種類がある。上記アプリケータのうち最も単純なものは、大型の多モードキャビティであってその壁に孔を有し得るもの(さらに好ましくはマイクロ波をキャビティに閉じ込める金属管を取付けたもの)である。極めて小さな負荷については、短い円形の単一モードTM010キャビティが周知であるが、一般的なマイクロ波周波数である2450MHzでは、有利な条件下で直径約10mmまでの負荷しか収容できないという欠点がある。より長い円形TM01pアプリケータであればより高い効率が得られるであろう。
である。このことは、負荷において高い電力密度を達成するために、軸方向に短いアプリケータを1個または複数個使用する場合に特に不利である。もう1つの欠点は、妨害となるTM1モードの励起を回避するのが困難なほどアプリケータの直径を大きくする必要があることである。
上述の目的は、独立請求項に記載のアプリケータ、システムおよび方法によって達成される。
望ましい励起の型は負荷内の円形TM1場であり、その直径はここでの推論の目的のために小さなものと考える。中心の軸の負荷を伴なった円筒形キャビティにおいて、給電部を一旦無視すれば、モードはTM110となる。同じ負荷の場の型を励起し得る空の導波管における最も単純な矩形のモード型はTE20導波管モードである。こうして伝播の中心線に沿った場は単に、導波管に沿った伝播方向で磁気的である。
電により引起こされる場変更を補償するために、給電部と反対側にある矩形のアプリケータ壁の一部は三角形の切除部を有する。図1でこれを概略的に示す。
がその外側にある必要がある。これはTM1モード型には当てはまるであろうが、TM0型モードには当てはまらない。図4では図3と同じ仕方で加熱パターンを概略的に示している。
5MHzの場合、誘電率が30−j3で中心断面が100×100mmの正方形の細長の負荷における加熱パターンの一例を示す。この加熱パターンの例示では、最も暖かい部分を「++」、次に暖かい部分を「+」で示し、同様にして最後に最も冷たい部分を「−」で示す。この場合には棒またはその他の装置は設けられず、負荷軸は短絡壁から126mmであり、アプリケータ中心線から18mmずらされている。ここに示すように、90°ずらされているアプリケータが2個の場合、加熱パターンは極めて均一であり、アプリケータが4個の場合はさらにより均一である。
傾斜部7を(ただしより小さい高さでなくより大きい高さで)形成することで自由空間波長の約2分の1よりも高い負荷に対処し、そして軸方向で適度に均一な加熱を得ることは可能かもしれないが、負荷誘電率および負荷充填高さの典型的な変動がその結果としていずれかの負荷端部で熱集中を生じさせることはほとんど不可避である。
トである。このプレートからのインピーダンス不整合は一般に極めて小さい(プレートは比較的薄いからである)ため、金属ポストなどの簡単な別個の構成要素を導波管内に設けることで補償がなされる。より厚い窓については、波長の2分の1の厚みの(窓材料の)プレートが反射を最小限に抑え得ることを利用できる。もう1つのやり方として、誘電率の低いプラスチック材料体を噛み合う2つの導波管となるよう円錐形に先細りさせることもある。
TE10給電導波管の分の延長部がこれに加わる。負荷コンテナの直径が約55mmであれば、充填係数(アプリケータ体積で割った負荷体積)は極めて小さくなる。アプリケータの寸法を減少させることが望ましい場合がある。これを行なうには3つの方法があり得る。
Claims (17)
- 矩形のTE10モードおよびTE20モード間の導波管の移行部としての、TE10モード区画とTE20モード区画とを備える負荷加熱用マイクロ波アプリケータであって、負荷(4)が前記TE20モード区画内にあり、かつ、前記負荷の長軸がTE20モードの主な伝播方向に垂直となるように、前記負荷が前記TE20モード区画の短絡壁(3)近くおよび前記伝播方向の中心線近くに位置することを特徴とするマイクロ波アプリケータ。
- マイクロ波エネルギーが、TE10モード区画に配置された給電手段によってアプリケータに印加されることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波アプリケータ。
- 誘電体変換器手段(10)がTE10モード区画(14)とTE20モード区画(12)との間に配置されることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波アプリケータ。
- 前記アプリケータが、前記主な波伝播に垂直の方向において、TE20モード区画のうち少なくとも前記負荷が配置される部分で、TE10モード区画におけるよりも大幅に薄いことを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波アプリケータ。
- 前記アプリケータが、前記主な波伝播に垂直の方向において、TE20モード区画のうち少なくとも前記負荷が配置される部分で、TE10モード区画におけるよりも大幅に厚いことを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波アプリケータ。
- 少なくとも1枚の金属プレート(8)が前記TE20モード区画に配置されてモードフィルタとして働くことを特徴とする請求項5に記載のマイクロ波アプリケータ。
- 少なくとも1個の同調手段(5)が、アプリケータの中を通じて延びるように配置されかつ前記負荷近くに位置して、負荷内で円筒形TM1型モードパターンを改良することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載のマイクロ波アプリケータ。
- 前記同調手段が金属からなることを特徴とする請求項7に記載のマイクロ波アプリケータ。
- 前記同調手段がアルミナなどの誘電体材料からなることを特徴とする請求項7に記載のマイクロ波アプリケータ。
- 2個または4個の同調手段(8)が径方向で対をなして前記負荷を取囲むように配置されることを特徴とする請求項7から請求項9のいずれかに記載のマイクロ波アプリケータ。
- 前記同調手段が棒状であることを特徴とする請求項7から請求項10のいずれかに記載のマイクロ波アプリケータ。
- 前記負荷が実質的に円形の断面を有することを特徴とする請求項1から請求項11のいずれかに記載のマイクロ波アプリケータ。
- 前記TE20モード区画がPTFEまたはセラミック材料などの誘電体材料で少なくとも部分的に満たされることを特徴とする請求項1から請求項12のいずれかに記載のマイクロ波アプリケータ。
- 請求項1から請求項13のいずれかに記載のマイクロ波アプリケータ少なくとも2個からなるシステムであって、前記アプリケータが共通の負荷軸を有し、隣接するアプリケータ同士が前記負荷軸まわりにおよそ90°回転されていることを特徴とするシステム。
- 前記アプリケータのうち少なくとも1個にエネルギーが与えられ、隣接しエネルギーを与えられるまたはエネルギーを与えられないアプリケータが、隣接しエネルギーを与えられるアプリケータにとって抑制手段として働くことを特徴とする請求項14に記載のシステム。
- 有機化学合成反応を実行する、請求項1から請求項13のいずれかに記載のアプリケータまたは請求項14から請求項15のいずれかに記載のシステムを用いた、方法。
- 細胞壁破裂などのために木を極めて急速に加熱する、請求項1から請求項13のいずれかに記載のアプリケータまたは請求項14から請求項15のいずれかに記載のシステムを用いた、方法。
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