JP6067428B2 - マイクロ波加熱装置及び排気ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、マイクロ波加熱装置及び排気ガス浄化装置に関する。

マイクロ波によって被加熱物を加熱する装置は広く知られている。このマイクロ波加熱装置は、導体によって覆われた加熱室内にマイクロ波を照射して被加熱物を加熱する。

しかし、放射するマイクロ波の周波数は加熱室内の空間に対して波長が十分に短いため、加熱室内においてマイクロ波が反射するときに定在波が発生する。従って、この定在波の位置では加熱エネルギーが弱くなるため、被加熱物の加熱むらが発生する。

この問題は、例えばパティキュレートフィルタを加熱する際に顕在化する。自動車、とりわけディーゼルエンジンを搭載した自動車は、微細な粒子状の物質、すなわちパティキュレートを排出することが知られている。パティキュレートフィルタは、エグゾーストパイプの途中に設けられ、排気ガスからパティキュレートを取り除くフィルタである。

従来の技術によれば、このパティキュレートフィルタをマイクロ波によって加熱し、パティキュレートを燃焼させて取り除くことによってフィルタを再生させていた。

しかし、上述のように定在波が発生するため、加熱むらが起こり、フィルタの寿命が所望の域に達していなかった。

特開平６−２８８２２６号公報

従って、被加熱物に加熱むらが起きないマイクロ波加熱装置及び排気ガス浄化装置が求められている。

上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態は、マイクロ波を生成するマイクロ波信号源と、マイクロ波信号源によって発生したマイクロ波の出力電力を変化させる可変減衰器と、マイクロ波を増幅する第１の増幅器と、可変減衰器を制御して出力電力を第１の増幅器の通過位相が変化する範囲内において掃引させる減衰量掃引部と、第１の増幅器によって増幅されたマイクロ波を放射する第１の放射部と、マイクロ波信号源によって発生したマイクロ波を増幅する第２の増幅器と、第２の増幅器によって増幅されたマイクロ波を放射する第２の放射部と、内部の壁面の少なくとも一部が導体によって形成され、第１の放射部及び第２の放射部から放射されたマイクロ波が入力される加熱室と、を備えるマイクロ波加熱装置を提供する。

第１の実施形態に係るマイクロ波加熱装置の構成を示す図である。 マイクロ波信号源の周波数の掃引の様子を示すグラフである。 第２の実施形態に係るマイクロ波加熱装置の構成を示す図である。 移相器の位相掃引部によって掃引して変化させた通過位相を示すグラフである。 第３の実施形態に係るマイクロ波加熱装置の構成を示す図である。 第１の増幅器のＡＭ／ＰＭ特性を示す図である。 減衰量掃引部によって掃引された可変減衰器の減衰量を示すグラフである。 第４の実施形態に係るマイクロ波加熱装置の構成を示す図である。 ビーム照射角が掃引される様子を示すグラフである。

以下、マイクロ波加熱装置及び排気ガス浄化装置の一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。

本実施形態のマイクロ波加熱装置は、周波数を掃引してマイクロ波を生成するマイクロ波信号源と、マイクロ波信号源によって発生したマイクロ波を増幅する増幅器と、増幅器によって増幅されたマイクロ波を放射する放射部と、内部の壁面の少なくとも一部が導体によって形成され、放射部から放射されたマイクロ波が入力される加熱室と、を備える。

本実施機体において、マイクロ波加熱装置には被加熱対象物をマイクロ波によって加熱する装置一般を含む。特に、本実施形態のマイクロ波加熱装置は、被加熱物を均一に加熱する必要がある装置において有効である。

従って、本実施形態においては排気ガス浄化装置を例に説明するが、マイクロ波加熱装置はこれに限られるものではない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るマイクロ波加熱装置１の構成を示す図である。図１に示すように、マイクロ波加熱装置１は、周波数を掃引してマイクロ波を生成するマイクロ波信号源１１と、マイクロ波信号源１１によって発生したマイクロ波を増幅する増幅器１２と、増幅器１２によって増幅されたマイクロ波を放射する放射部１３と、内部の壁面の少なくとも一部が導体２１Ａによって形成され、放射部１３から放射されたマイクロ波が入力される加熱室２１と、を備える。

マイクロ波信号源１１は、発生するマイクロ波の周波数を掃引、すなわち所定の範囲内において連続的又は段階的に変化させる周波数掃引部１１Ａを備える。

周波数掃引部１１Ａは、例えば電圧制御オシレータ（ボルテージコントロールドオシレータ）を備え、電圧を周期的に変化させることにより周波数を周期的に掃引する。

マイクロ波加熱装置１がパティキュレートフィルタである場合には、加熱室２１内部に配置される被加熱物２２であるパティキュレートフィルタと、排気ガスを入力する排気ガス入力部２３と、排気ガスを出力する排気ガス出力部２４と、を備える。

図２は、マイクロ波信号源１１の周波数の掃引の様子を示すグラフである。図２に示すように、マイクロ波信号源１１は、周波数掃引部１１Ａによって掃引されたマイクロ波を出力する。

図２において、縦軸は周波数、横軸は時間である。マイクロ波信号源１１は、加熱に被うような第１の周波数Ｆ１から、定在波を移動させるのに十分な第２の周波数までの間を周期Ｔ１によって掃引する。

第２の周波数は、例えば第１の周波数の２分の１である。

周期Ｔ１は、被加熱物２２の比熱乃至、加熱しやすさに応じて適宜選択できる。

マイクロ波加熱装置１は、周波数を掃引したマイクロ波を被加熱物２２に照射するため、定在波が移動し、加熱むらが起きない。

以上述べたように、本実施形態のマイクロ波加熱装置１は、周波数を周期的に掃引してマイクロ波を生成するマイクロ波信号源１１と、マイクロ波信号源１１によって発生したマイクロ波を増幅する増幅器１２と、増幅器１２によって増幅されたマイクロ波を放射する放射部１３と、内部の壁面の少なくとも一部が導体２１Ａによって形成され、放射部１３から放射されたマイクロ波が入力される加熱室２１と、を備える。

従って、被加熱物２２に加熱むらが起きないという効果がある。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係るマイクロ波加熱装置１の構成を示す図である。図３に示すように、マイクロ波加熱装置１は、マイクロ波を生成するマイクロ波信号源１１と、マイクロ波信号源１１によって発生したマイクロ波の位相を変化させる移相器１４と、移相器１４を制御して位相を掃引させる位相掃引部１５と、位相が掃引されたマイクロ波を増幅する第１の増幅器１２Ａと、第１の増幅器１２Ａによって増幅されたマイクロ波を放射する第１の放射部１３Ａと、マイクロ波信号源１１によって発生したマイクロ波を増幅する第２の増幅器１２Ｂと、第２の増幅器１２Ｂによって増幅されたマイクロ波を放射する第２の放射部１３Ｂと、内部の壁面の少なくとも一部が導体２１Ａによって形成され、第１の放射部１３Ａ及び第２の放射部１３Ｂから放射されたマイクロ波が入力される加熱室２１と、を備える。

マイクロ波加熱装置１がパティキュレートフィルタである場合には、加熱室２１内部に配置される被加熱物２２であるパティキュレートフィルタと、排気ガスを入力する排気ガス入力部２３と、排気ガスを出力する排気ガス出力部２４と、を備える。

第２の放射部１３Ｂから照射されるマイクロ波によっては、加熱室内に定在波が生じる。この定在波は、第１の放射部１３Ａから照射される、位相が掃引されたマイクロ波によって移動される。従って、加熱むらが起きない。

図４は、移相器１４の位相掃引部１５によって掃引して変化させた通過位相を示すグラフである。図４に示すように、位相掃引部１５は、移相器１４を制御して通過位相を−９０°から＋９０°まで周期的に掃引する。

周期Ｔ１は、被加熱物２２の比熱乃至、加熱しやすさに応じて適宜選択できる。

以上述べたように、本実施形態のマイクロ波加熱装置１は、マイクロ波を生成するマイクロ波信号源１１と、マイクロ波信号源１１によって発生したマイクロ波の位相を変化させる移相器１４と、移相器１４を制御して位相を周期的に掃引させる位相掃引部１５と、位相が掃引されたマイクロ波を増幅する第１の増幅器１２Ａと、第１の増幅器１２Ａによって増幅されたマイクロ波を放射する第１の放射部１３Ａと、マイクロ波信号源１１によって発生したマイクロ波を増幅する第２の増幅器１２Ｂと、第２の増幅器１２Ｂによって増幅されたマイクロ波を放射する第２の放射部１３Ｂと、内部の壁面の少なくとも一部が導体２１Ａによって形成され、第１の放射部１３Ａ及び第２の放射部１３Ｂから放射されたマイクロ波が入力される加熱室２１と、を備える。

従って、より効率よく加熱できるとともに加熱むらを防止することができるという効果がある。

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態に係るマイクロ波加熱装置１の構成を示す図である。図５に示すように、マイクロ波加熱装置１は、マイクロ波を生成するマイクロ波信号源１１と、マイクロ波信号源１１によって発生したマイクロ波の出力電力を変化させる可変減衰器１６と、マイクロ波を増幅する第１の増幅器１２Ａと、可変減衰器１６を制御して出力電力を第１の増幅器の通以下位相が変化する範囲内において掃引させる減衰量掃引部１７と、第１の増幅器１２Ａによって増幅されたマイクロ波を放射する第１の放射部１３Ａと、マイクロ波信号源１１によって発生したマイクロ波を増幅する第２の増幅器１２Ｂと、第２の増幅器１２Ｂによって増幅されたマイクロ波を放射する第２の放射部１３Ｂと、内部の壁面の少なくとも一部が導体２１Ａによって形成され、第１の放射部１３Ａ及び第２の放射部１３Ｂから放射されたマイクロ波が入力される加熱室２１と、を備える。

マイクロ波加熱装置１がパティキュレートフィルタである場合には、加熱室２１内部に配置される被加熱物２２であるパティキュレートフィルタと、排気ガスを入力する排気ガス入力部２３と、排気ガスを出力する排気ガス出力部２４と、を備える。

図６は、第１の増幅器１２ＡのＡＭ／ＰＭ特性を示す図である。グラフ６１は入力電力に対する出力電力を、グラフ６２は入力電力に対する通過位相を示す。

図６に示すように、第１の増幅器１２Ａは、入力電力に対して出力電力が非線形となる範囲において、入力電力が変化するとこの変化に従って通過位相が変化する範囲（Ｐ１からＰ２の範囲）が存在する。

減衰量掃引部１７は、可変減衰器１６を制御して第１の増幅器１２Ａに入力する電力を、入力電力が変化するとこの変化に従って通過位相が変化する範囲において周期的に掃引する。

従って、第１の放射部１３Ａから放射されるマイクロ波の位相は周期的に掃引される。

図７は、減衰量掃引部１７によって掃引された可変減衰器の減衰量を示すグラフである。縦軸は減衰量を、横軸は時間を示す。

図７に示すように、減衰量掃引部１７は、可変減衰器１６を制御して第１の増幅器１２Ａに入力する電力を、入力電力が変化するとこの変化に従って通過位相が変化する範囲、例えば５ｄＢから１０ｄＢの範囲において周期的に掃引する。

周期Ｔ１は、被加熱物２２の比熱乃至、加熱しやすさに応じて適宜選択できる。

第２の放射部１３Ｂから照射されるマイクロ波によっては、加熱室内に定在波が生じる。この定在波は、第１の放射部１３Ａから照射される、位相が掃引されたマイクロ波によって移動される。従って、加熱むらが起きない。

以上述べたように、本実施形態のマイクロ波加熱装置１は、マイクロ波を生成するマイクロ波信号源１１と、マイクロ波信号源１１によって発生したマイクロ波の出力電力を変化させる可変減衰器１６と、マイクロ波を増幅する第１の増幅器１２Ａと、可変減衰器１６を制御して出力電力を第１の増幅器の通過位相が変化する範囲内において周期的に掃引させる減衰量掃引部１７と、第１の増幅器１２Ａによって増幅されたマイクロ波を放射する第１の放射部１３Ａと、マイクロ波信号源１１によって発生したマイクロ波を増幅する第２の増幅器１２Ｂと、第２の増幅器１２Ｂによって増幅されたマイクロ波を放射する第２の放射部１３Ｂと、内部の壁面の少なくとも一部が導体２１Ａによって形成され、第１の放射部１３Ａ及び第２の放射部１３Ｂから放射されたマイクロ波が入力される加熱室２１と、を備える。

従って、よりむらなく被加熱物を加熱することが可能となるという効果がある。

（第４の実施形態）
図８は、第４の実施形態に係るマイクロ波加熱装置１の構成を示す図である。図８に示すように、マイクロ波加熱装置１は、マイクロ波を生成するマイクロ波信号源１１と、マイクロ波の位相を変化させる移相器８１、マイクロ波を増幅する増幅器８２、及び増幅されたマイクロ波を照射する放射部８３を備え、アレイ状に配置される複数のマイクロ波照射素子８０と、マイクロ波照射素子８０から照射されるマイクロ波のビーム角を掃引する位相制御部と、内部の壁面の少なくとも一部が導体２１Ａによって形成され、放射部８３から放射されたマイクロ波が入力される加熱室２１と、を備える。

マイクロ波照射素子８０は、照射するマイクロ波の波長の２分の１以下の距離を互いに開けて配置される。

マイクロ波加熱装置１がパティキュレートフィルタである場合には、加熱室２１内部に配置される被加熱物２２であるパティキュレートフィルタと、排気ガスを入力する排気ガス入力部２３と、排気ガスを出力する排気ガス出力部２４と、を備える。

移相器８１は、位相制御部によって位相がそろえられ、マイクロ波はビームとして被加熱物に照射される。

図９は、ビーム照射角が掃引される様子を示すグラフである。図９に示すように、位相制御部は、マイクロ波のビームの照射角を−９０°から＋９０°まで周期的に掃引する。

以上述べたように、本実施形態のマイクロ波加熱装置１は、マイクロ波を生成するマイクロ波信号源１１と、マイクロ波の位相を変化させる移相器８１、マイクロ波を増幅する増幅器８２、及び増幅されたマイクロ波を照射する放射部８３を備え、アレイ状に配置される複数のマイクロ波照射素子８０と、マイクロ波照射素子８０から照射されるマイクロ波のビーム角を周期的に掃引する位相制御部と、内部の壁面の少なくとも一部が導体２１Ａによって形成され、放射部８３から放射されたマイクロ波が入力される加熱室２１と、を備える。

従って、どの方向においてもむらなく被加熱物を加熱することができるという効果がある。

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１１：マイクロ波信号源
１１Ａ：周波数掃引部
１２：増幅器
１３：放射部

Claims (1)

1. マイクロ波を生成するマイクロ波信号源と、
   前記マイクロ波信号源によって発生した前記マイクロ波の出力電力を変化させる可変減衰器と、
   前記マイクロ波を増幅する第１の増幅器と、
   前記可変減衰器を制御して出力電力を前記第１の増幅器の通過位相が変化する範囲内において掃引させる減衰量掃引部と、
   前記第１の増幅器によって増幅された前記マイクロ波を放射する第１の放射部と、
   前記マイクロ波信号源によって発生した前記マイクロ波を増幅する第２の増幅器と、
   前記第２の増幅器によって増幅された前記マイクロ波を放射する第２の放射部と、
   内部の壁面の少なくとも一部が導体によって形成され、前記第１の放射部及び前記第２の放射部から放射された前記マイクロ波が入力される加熱室と、
   を備えるマイクロ波加熱装置。

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