JP6374294B2 - マイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば過熱水蒸気の生成などに用いられるマイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法に関する。

特許文献１には、過熱水蒸気の生成に用いられるマイクロ波処理装置が開示されている。同文献記載のマイクロ波処理装置は、チャンバと、セラミック容器と、多数のマイクロ波吸収発熱体と、プロペラと、を備えている。

チャンバには、マイクロ波が導入される。セラミック容器は、チャンバに収容されている。多数のマイクロ波吸収発熱体は、セラミック容器に充填されている。また、セラミック容器には、水蒸気の流路が区画されている。プロペラは、金属製である。プロペラは、チャンバに収容されている。

セラミック容器に充填されたマイクロ波吸収発熱体は、チャンバからセラミック容器に進入したマイクロ波を吸収することにより、発熱する。セラミック容器の流路を通過する水蒸気は、当該マイクロ波吸収発熱体により加熱され、過熱水蒸気となる。

チャンバにおいて、プロペラは常時回転している。このため、プロペラの回転角度に応じて、マイクロ波を様々な方向に反射させることができる。したがって、チャンバ内におけるマイクロ波の分布を均一にすることができる。

特開２００６−２７５３５１号公報

しかしながら、チャンバにプロペラを配置すると、その分、チャンバのスペースが狭くなる。また、プロペラを回転駆動する機構を配置する必要がある。このため、マイクロ波処理装置の構造が複雑になる。

そこで、本発明は、スペース効率が高く、構造が簡単で、アプリケータ内におけるマイクロ波の分布のばらつきを抑制可能なマイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法を提供することを目的とする。

（１）上記課題を解決するため、本発明のマイクロ波処理装置は、筒状であって導入口が開設された側周壁を有するハウジングと、該ハウジングの内部に区画され該導入口に連通するマイクロ波導入室と、を有するアプリケータと、該導入口を介してマイクロ波を該マイクロ波導入室に導入する導波管と、を備えるマイクロ波処理装置であって、前記ハウジングの前記側周壁の軸方向に直交する方向を径方向として、該側周壁の内周面の該径方向断面は、延在方向が互いに異なる複数の辺からなる多角形状を呈しており、前記マイクロ波導入室に対して、前記マイクロ波は、該内周面に沿って導入されることを特徴とする。ここで、側周壁の「軸方向」とは、筒状の側周壁の筒軸方向をいう。

仮に、側周壁の内周面の径方向断面が、延在方向が互いに等しい一対の辺を含む多角形状を呈している場合（例えば、側周壁の内周面の径方向断面が、４以上の偶数の辺からなる正多角形（正方形、正六角形など）状を呈している場合）、延在方向が互いに等しい一対の辺（面）間において、マイクロ波が繰り返し反射されやすい。このため、当該一対の面間に、局所的にマイクロ波が集中する領域が発生してしまう。したがって、マイクロ波導入室におけるマイクロ波の分布がばらつきやすい。

これに対して、本発明のマイクロ波処理装置の場合、側周壁の内周面の径方向断面が、延在方向が互いに異なる複数の辺からなる多角形状を呈している。すなわち、側周壁の内周面の径方向断面を構成する複数の辺のうち、任意の一対の辺は、互いに平行ではない。このため、マイクロ波導入室において、局所的にマイクロ波が集中する領域が発生しにくい。したがって、マイクロ波導入室におけるマイクロ波の分布のばらつきを、抑制することができる。

また、仮に、側周壁の内周面の径方向断面が、延在方向が互いに等しい一対の辺を含む多角形状を呈している場合、導波管からマイクロ波導入室に導入されたマイクロ波が、内周面における反射により、マイクロ波導入室から導波管に逆流しやすい。

これに対して、本発明のマイクロ波処理装置の場合、側周壁の内周面の径方向断面が、延在方向が互いに異なる複数の辺からなる多角形状を呈している。このため、導波管からマイクロ波導入室に導入されたマイクロ波が、マイクロ波導入室から導波管に逆流するのを抑制することができる。

また、本発明のマイクロ波処理装置の場合、マイクロ波導入室に対して、マイクロ波が、側周壁の内周面に沿って導入される。マイクロ波は、内周面に沿って、回転するように、マイクロ波導入室を伝播する。このため、マイクロ波導入室において、局所的にマイクロ波が集中する領域が発生しにくい。したがって、マイクロ波導入室におけるマイクロ波の分布のばらつきを、抑制することができる。

また、本発明のマイクロ波処理装置の場合、マイクロ波導入室にプロペラを配置する必要がない。このため、アプリケータのスペース効率が高い。また、プロペラが不要な分、アプリケータの構造が簡単である。

（２）上記（１）の構成において、前記マイクロ波導入室に対して、前記マイクロ波は、前記内周面の前記径方向断面の内接円の接線方向に沿って導入される構成とする方がよい。本構成によると、確実に、マイクロ波導入室に対して、マイクロ波を、側周壁の内周面に沿って導入することができる。

（３）上記（１）または（２）の構成において、前記内周面の前記径方向断面は、３以上の奇数の前記辺からなる正多角形状を呈している構成とする方がよい。仮に、側周壁の内周面の径方向断面が、延在方向が互いに等しい一対の辺を含む多角形状を呈している場合（例えば、側周壁の内周面の径方向断面が、４以上の偶数の辺からなる正多角形（正方形、正六角形など）状を呈している場合）、延在方向が互いに等しい一対の辺（面）間において、マイクロ波が繰り返し反射されやすい。このため、当該一対の面間に、局所的にマイクロ波が集中する領域が発生してしまう。したがって、マイクロ波導入室におけるマイクロ波の分布がばらつきやすい。

これに対して、本構成の場合、側周壁の内周面の径方向断面が、３以上の奇数の辺からなる正多角形状を呈している。このため、内周面の径方向断面の重心を挟んで、辺と頂点とが対向している。すなわち、内周面の径方向断面の重心を挟んで、辺と辺とが対向していない。したがって、マイクロ波導入室におけるマイクロ波の分布のばらつきを、確実に抑制することができる。

また、仮に、側周壁の内周面の径方向断面が、延在方向が互いに等しい一対の辺を含む多角形状を呈している場合、導波管からマイクロ波導入室に導入されたマイクロ波が、内周面における反射により、マイクロ波導入室から導波管に逆流しやすい。

これに対して、本構成の場合、側周壁の内周面の径方向断面が、３以上の奇数の辺からなる正多角形状を呈している。このため、導波管からマイクロ波導入室に導入されたマイクロ波が、マイクロ波導入室から導波管に逆流するのを抑制することができる。

（４）上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、さらに、前記マイクロ波導入室に配置され、前記マイクロ波が透過する反応容器を備える構成とする方がよい。本構成によると、処理対象物を、反応容器に収容することができる。そして、反応容器を透過したマイクロ波により、処理対象物を、直接あるいは間接的に、処理することができる。

（５）上記（４）の構成において、さらに、前記反応容器に収容され、前記マイクロ波を吸収し発熱する発熱体を備える構成とする方がよい。本構成によると、マイクロ波のエネルギにより、発熱体を発熱させることができる。また、発熱体の熱により、処理対象物を処理、つまり加熱することができる。すなわち、マイクロ波により、処理対象物を、間接的に加熱することができる。

（６）上記（４）または（５）の構成において、前記反応容器は、前記ハウジングを貫通する反応管である構成とする方がよい。本構成によると、反応管内部において処理対象物を流動させることにより、処理対象物を連続的に処理することができる。

（７）上記（１）ないし（６）のいずれかの構成において、過熱水蒸気の生成、化学合成、化学分解、オイルの改質、水の改質、還元反応のうち、いずれかの用途に用いられる構成とする方がよい。本構成によると、マイクロ波導入室に導入されたマイクロ波を用いて、過熱水蒸気の生成、化学合成、化学分解、オイルの改質、水の改質、還元反応のうち、いずれか一つを行うことができる。

なお、「過熱水蒸気の生成」とは、水から過熱水蒸気が生成される一連の過程のうち、少なくとも一部（例えば、水が加熱され昇温される過程、水が加熱され水蒸気が生成される過程、水蒸気が加熱され昇温される過程、水蒸気が加熱され過熱水蒸気が生成される過程、過熱水蒸気が加熱され昇温される過程など）をいう。

（８）上記課題を解決するため、本発明のマイクロ波導入方法は、筒状の側周壁を有するハウジングと、該ハウジングの内部に区画されるマイクロ波導入室と、を有するアプリケータの、該マイクロ波導入室に対するマイクロ波導入方法であって、前記ハウジングの前記側周壁の軸方向に直交する方向を径方向として、該側周壁の内周面の該径方向断面は、延在方向が互いに異なる複数の辺からなる多角形状を呈しており、前記マイクロ波導入室に対して、マイクロ波を、該内周面に沿って導入することを特徴とする。ここで、側周壁の「軸方向」とは、筒状の側周壁の筒軸方向をいう。

上記（１）で説明したように、本発明のマイクロ波導入方法によると、側周壁の内周面の径方向断面が、延在方向が互いに異なる複数の辺からなる多角形状を呈している。このため、マイクロ波導入室において、局所的にマイクロ波が集中する領域が発生しにくい。したがって、マイクロ波導入室におけるマイクロ波の分布のばらつきを、抑制することができる。

また、本発明のマイクロ波導入方法によると、側周壁の内周面の径方向断面が、延在方向が互いに異なる複数の辺からなる多角形状を呈している。このため、マイクロ波導入室に導入されたマイクロ波が、マイクロ波導入室から逆流するのを抑制することができる。

また、本発明のマイクロ波導入方法によると、マイクロ波導入室に対して、マイクロ波が、側周壁の内周面に沿って導入される。マイクロ波は、内周面に沿って、回転するように、マイクロ波導入室を伝播する。このため、マイクロ波導入室において、局所的にマイクロ波が集中する領域が発生しにくい。したがって、マイクロ波導入室におけるマイクロ波の分布のばらつきを、抑制することができる。

また、本発明のマイクロ波導入方法によると、マイクロ波導入室にプロペラを配置する必要がない。このため、アプリケータのスペース効率が高い。また、プロペラが不要な分、アプリケータの構造が簡単である。

本発明によると、スペース効率が高く、構造が簡単で、アプリケータ内におけるマイクロ波の分布のばらつきを抑制可能なマイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法を提供することができる。

第一実施形態のマイクロ波処理装置の斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ方向断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ方向断面図である。 第二実施形態のマイクロ波処理装置の軸方向断面図である。 第三実施形態のマイクロ波処理装置の径方向断面図である。 第四実施形態のマイクロ波処理装置の径方向断面図である。 第五実施形態のマイクロ波処理装置の径方向断面図である。 第六実施形態のマイクロ波処理装置の径方向断面図である。 第七実施形態のマイクロ波処理装置の斜視図である。

以下、本発明のマイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法の実施の形態について説明する。

＜第一実施形態＞
図１に、本実施形態のマイクロ波処理装置の斜視図を示す。図２に、図１のＩＩ−ＩＩ方向（径方向）断面図を示す。図３に、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ方向（軸方向）断面図を示す。

［マイクロ波処理装置の構成］
まず、本実施形態のマイクロ波処理装置の構成について説明する。図１〜図３に示すように、マイクロ波処理装置１は、アプリケータ２と、導波管３と、反応管４と、発熱体５と、を備えている。

（アプリケータ２）
アプリケータ２は、ハウジング２０と、マイクロ波導入室２１と、を備えている。ハウジング２０は、筒体２００と、前後一対の端板２０１ｄ、２０１ｅと、を備えている。筒体２００は、ステンレス鋼製であって、側周壁２００ａと、前後一対のフランジ部２００ｄ、２００ｅと、を備えている。側周壁２００ａは、前後方向（軸方向）に延在する正五角形の筒状を呈している。図２に示すように、側周壁２００ａの内周面２００ｂの径方向（詳しくは、内周面２００ｂの径方向断面の内接円Ｃ１の、径方向）断面は、５つの辺Ｌ１〜Ｌ５からなる正五角形状を呈している。５つの辺Ｌ１〜Ｌ５は、内周面２００ｂを構成する５つの面Ｆ１〜Ｆ５に、対応している。側周壁２００ａの下壁（側周壁２００ａの一部）には、導入口２００ｃが開設されている。導入口２００ｃは、下側の辺Ｌ１（下側の面Ｆ１）の左右方向全長に亘って開口している。すなわち、導入口２００ｃは、図２に示す内接円Ｃ１の接線方向に延在している。図１、図３に示すように、前後一対のフランジ部２００ｄ、２００ｅは、筒体２００の前後方向両端から、径方向外側に張り出している。

端板２０１ｄは、ステンレス鋼製であって、円板状を呈している。端板２０１ｄは、図示しないボルトおよびナットにより、前側のフランジ部２００ｄに、取り付けられている。端板２０１ｄは、筒体２００の前側の開口を、封止している。同様に、端板２０１ｅは、ステンレス鋼製であって、円板状を呈している。端板２０１ｅは、図示しないボルトおよびナットにより、後側のフランジ部２００ｅに、取り付けられている。端板２０１ｅは、筒体２００の後側の開口を、封止している。マイクロ波導入室２１は、ハウジング２０の内部に配置されている。マイクロ波導入室２１は、導入口２００ｃに連通している。

（導波管３、反応管４、発熱体５）
導波管３は、ステンレス鋼製であって、左右方向に延在する角筒状を呈している。図２に示すように、導波管３の上流端には、マイクロ波発生装置９０が接続されている。マイクロ波発生装置９０は、図示しないマグネトロンを備えている。マグネトロンは、２．４５ＧＨｚのマイクロ波Ｍ１を発生する。導波管３の下流端は、導入口２００ｃに伏設されている。すなわち、導入口２００ｃを介して、導波管３とマイクロ波導入室２１とは連通している。

反応管４は、石英ガラス製であって、前後方向に延在する円筒状を呈している。図１に透過して示すように、反応管４は、ハウジング２０を前後方向に貫通している。図２、図３に示すように、反応管４は、マイクロ波導入室２１に露出している。反応管４は、側周壁２００ａの内周面２００ｂの重心（内接円Ｃ１の中心）Ｇ１に配置されている。反応管４の内部には流路４０が配置されている。

発熱体５は、炭化ケイ素の粒体である。図２、図３に示すように、多数の発熱体５は、流路４０のうちマイクロ波導入室２１に収容されている部分に、充填されている。発熱体５は、反応管４と比較して、マイクロ波Ｍ１を吸収しやすい。反応管４は、発熱体５と比較して、マイクロ波Ｍ１を透過しやすい。

［マイクロ波導入方法］
次に、本実施形態のマイクロ波導入方法について説明する。図２に示すように、導波管３の延在方向と、側周壁２００ａの下側の辺Ｌ１（下側の面Ｆ１）の延在方向と、は一致している。また、導波管３の断面は、辺Ｌａを備えている。辺Ｌａは、導波管３の左端（下流端）壁の内側の面Ｆａに、対応している。導波管３の辺Ｌａと、側周壁２００ａの辺Ｌ２と、は直線状に連なっている。言い換えると、導波管３の面Ｆａと、側周壁２００ａの面Ｆ２と、は平面状に、つまり面一に連なっている。

マイクロ波Ｍ１は、導波管３、導入口２００ｃを経由して、マイクロ波発生装置９０から、マイクロ波導入室２１に、伝播する。具体的には、まず、マイクロ波Ｍ１は、側周壁２００ａの辺Ｌ１（面Ｆ１）に沿って、導波管３を伝播する。続いて、マイクロ波Ｍ１は、導波管３の辺Ｌａ（面Ｆａ）および側周壁２００ａの辺Ｌ２（面Ｆ２）に沿って、導波管３およびマイクロ波導入室２１を伝播する。このように、マイクロ波導入室２１に対して、マイクロ波Ｍ１は、側周壁２００ａの内周面２００ｂに沿って導入される。図２に矢印で示すように、マイクロ波導入室２１に導入されたマイクロ波Ｍ１は、内周面２００ｂに沿って、一方向（図２における時計回り方向）に回転しながらマイクロ波導入室２１を伝播する。

図２に示すように、内周面２００ｂの径方向断面は、５つの辺Ｌ１〜Ｌ５からなる正五角形状を呈している。ここで、辺Ｌ２（面Ｆ２）付近から辺Ｌ４（面Ｆ４）、辺Ｌ５（面Ｆ５）に向かって進行するマイクロ波Ｍ２、Ｍ３を仮定する。マイクロ波Ｍ２は、辺Ｌ４（面Ｆ４）に反射される。同様に、マイクロ波Ｍ３は、辺Ｌ５（面Ｆ５）に反射される。しかしながら、辺Ｌ２（面Ｆ２）と辺Ｌ４（面Ｆ４）とは互いに平行ではない。同様に、辺Ｌ２（面Ｆ２）と辺Ｌ５（面Ｆ５）とは互いに平行ではない。このため、辺Ｌ４（面Ｆ４）や辺Ｌ５（面Ｆ５）に反射されても、マイクロ波Ｍ２、Ｍ３は、辺Ｌ２（面Ｆ２）の方向、つまり入射方向に、戻りにくい。残りの４つの辺Ｌ１（面Ｆ１）、辺３（面３）〜辺５（面５）付近から重心Ｇ１を挟んで反対側に進行するマイクロ波についても、同様に、入射方向に戻りにくい。このため、マイクロ波Ｍ２が、マイクロ波導入室２１において、散乱しやすい。したがって、マイクロ波導入室２１におけるマイクロ波の分布のばらつきを、抑制することができる。

特に、辺Ｌ１（面Ｆ１）付近から重心Ｇ１を挟んで反対側に進行するマイクロ波Ｍ４は、辺Ｌ１（面Ｆ１）の方向、つまり導入口２００ｃの方向に、戻りにくい。このため、マイクロ波Ｍ４が、マイクロ波導入室２１から導波管３に逆流するのを抑制することができる。

［過熱水蒸気の生成方法］
次に、本実施形態のマイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法を用いた過熱水蒸気の生成方法について説明する。図３に示すように、反応管４の後端（上流端）には、蒸発器９１が接続されている。蒸発器９１は、常温の水を加熱することにより、温度１５０℃程度の過熱水蒸気Ｖ１を生成する。過熱水蒸気Ｖ１は、反応管４の流路４０に流れ込む。過熱水蒸気Ｖ１は、流路４０を、後側（上流側）から前側（下流側）に流動する。ここで、流路４０には、多数の発熱体５が充填されている。多数の発熱体５は、反応管４の側周壁を透過したマイクロ波Ｍ１〜Ｍ４（図２参照）を吸収し、発熱する。流路４０を流動する過熱水蒸気Ｖ１は、発熱体５により加熱され、温度８００℃程度の過熱水蒸気Ｖ２となる。反応管４の前端（下流端）には、処理炉９２が接続されている。処理炉９２においては、過熱水蒸気Ｖ２を用いて、セラミックスの脱脂が行われる。

［作用効果］
次に、本実施形態のマイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法の作用効果について説明する。図２に示すように、側周壁２００ａの内周面２００ｂの径方向断面は、５つの辺Ｌ１〜Ｌ５からなる正五角形状を呈している。５つの辺Ｌ１〜Ｌ５の延在方向は、互いに異なっている。５つの辺Ｌ１〜Ｌ５のうち、任意の一対の辺（例えば、辺Ｌ２と辺Ｌ４、辺Ｌ２と辺Ｌ５など）は、互いに平行ではない。このため、マイクロ波導入室２１において、局所的にマイクロ波Ｍ１〜Ｍ４が集中する領域が発生しにくい。したがって、マイクロ波導入室２１におけるマイクロ波Ｍ１〜Ｍ４の分布のばらつきを、抑制することができる。また、導波管３からマイクロ波導入室２１に導入されたマイクロ波Ｍ１〜Ｍ４が、マイクロ波導入室２１から導波管３に逆流するのを抑制することができる。よって、逆流したマイクロ波Ｍ１〜Ｍ４による反射電力からマイクロ波発生装置９０のマグネトロンを保護する機器（例えばアイソレータなど）に要するコストを、削減することができる。

また、図２に示すように、マイクロ波導入室２１に対して、マイクロ波Ｍ１は、側周壁２００ａの内周面２００ｂに沿って導入される。具体的には、マイクロ波導入室２１に対して、マイクロ波Ｍ１は、内周面２００ｂの径方向断面の内接円Ｃ１の接線方向に沿って導入される。マイクロ波Ｍ１は、内周面２００ｂに沿って、一方向に回転するように、マイクロ波導入室２１を伝播する。このため、マイクロ波導入室２１において、局所的にマイクロ波Ｍ１〜Ｍ４が集中する領域が発生しにくい。したがって、マイクロ波導入室２１におけるマイクロ波Ｍ１〜Ｍ４の分布のばらつきを、抑制することができる。

また、本実施形態のマイクロ波処理装置１およびマイクロ波導入方法の場合、マイクロ波導入室２１にマイクロ波散乱用のプロペラを配置する必要がない。このため、アプリケータ２のスペース効率が高い。また、プロペラが不要な分、アプリケータ２の構造が簡単である。

また、図２に示すように、マイクロ波Ｍ１〜Ｍ４は、反応管４の側周壁を透過可能である。また、流路４０には、多数の発熱体５が充填されている。発熱体５は、マイクロ波Ｍ１〜Ｍ４を吸収することにより、発熱する。図３に示すように、多数の発熱体５の隙間を過熱水蒸気Ｖ１が通過する際に、高温の発熱体５と、低温の過熱水蒸気Ｖ１と、の間で熱交換が行われる。当該熱交換により、過熱水蒸気Ｖ２が生成される。多数の発熱体５は、マイクロ波導入室２１の前後方向全長に亘って配置されている。このため、本実施形態のマイクロ波処理装置１およびマイクロ波導入方法によると、所望の温度（特に高温）の過熱水蒸気Ｖ２を生成することができる。

＜第二実施形態＞
本実施形態のマイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法と、第一実施形態のマイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法との相違点は、アプリケータに前後一対の導波管が接続されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。図４に、本実施形態のマイクロ波処理装置の軸方向断面図を示す。なお、図３と対応する部位については、同じ符号で示す。

図４に示すように、側周壁２００ａの下壁（側周壁２００ａの一部）には、前後一対の導入口２００ｃ、２００ｃｂが開設されている。導入口２００ｃ、２００ｃｂは、各々、下側の面Ｆ１の左右方向全長に亘って開口している。

アプリケータ２には、前後一対の導波管３、３ｂが接続されている。このうち、導波管３の下流端は、導入口２００ｃに伏設されている。すなわち、導入口２００ｃを介して、導波管３とマイクロ波導入室２１とは連通している。導波管３の左端（下流端）壁の内側の面Ｆａと、側周壁２００ａの面Ｆ２と、は平面状に、つまり面一に連なっている。また、導波管３ｂの下流端は、導入口２００ｃｂに伏設されている。すなわち、導入口２００ｃｂを介して、導波管３ｂとマイクロ波導入室２１とは連通している。導波管３ｂの左端（下流端）壁の内側の面Ｆｂと、側周壁２００ａの面Ｆ２と、は平面状に、つまり面一に連なっている。

本実施形態のマイクロ波処理装置１およびマイクロ波導入方法と、第一実施形態のマイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法とは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。本実施形態のマイクロ波処理装置１およびマイクロ波導入方法によると、一対の導波管３、３ｂを介して、マイクロ波導入室２１に、マイクロ波Ｍ１を導入することができる。

＜第三実施形態＞
本実施形態のマイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法と、第一実施形態のマイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法との相違点は、導波管が上下方向（詳しくは、図２に示す辺Ｌ２の延在方向）に延在している点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。図５に、本実施形態のマイクロ波処理装置の径方向断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。また、マイクロ波発生装置は省略して示す。

図５に示すように、導波管３の延在方向と、側周壁２００ａの内周面２００ｂの径方向断面の辺Ｌ２と、内接円Ｃ１の接線方向と、は一致している。導波管３の辺Ｌａと、側周壁２００ａの辺Ｌ２と、は直線状に連なっている。言い換えると、導波管３の面Ｆａと、側周壁２００ａの面Ｆ２と、は平面状に、つまり面一に連なっている。

本実施形態のマイクロ波処理装置１およびマイクロ波導入方法と、第一実施形態のマイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法とは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。本実施形態のマイクロ波処理装置１およびマイクロ波導入方法の場合であっても、マイクロ波導入室２１に対して、マイクロ波Ｍ１を、内周面２００ｂに沿って導入することができる。

＜第四実施形態＞
本実施形態のマイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法と、第一実施形態のマイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法との相違点は、アプリケータに上下一対の導波管が接続されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。図６に、本実施形態のマイクロ波処理装置の径方向断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。また、マイクロ波発生装置は省略して示す。

図６に示すように、側周壁２００ａの下壁（側周壁２００ａの一部）には、導入口２００ｃが開設されている。導入口２００ｃは、下側の辺Ｌ１（面Ｆ１）の全長に亘って開口している。同様に、側周壁２００ａの左上壁（側周壁２００ａの一部）には、導入口２００ｃｃが開設されている。導入口２００ｃｃは、左上側の辺Ｌ３（面Ｆ３）の全長に亘って開口している。

アプリケータ２には、上下一対の導波管３、３ｃが接続されている。このうち、導波管３の下流端は、導入口２００ｃに伏設されている。すなわち、導入口２００ｃを介して、導波管３とマイクロ波導入室２１とは連通している。導波管３の左端（下流端）壁の内側の辺Ｌａと、側周壁２００ａの辺Ｌ２と、は直線状に連なっている。言い換えると、導波管３の左端（下流端）壁の内側の面Ｆａと、側周壁２００ａの面Ｆ２と、は平面状に、つまり面一に連なっている。また、導波管３ｃの下流端は、導入口２００ｃｃに伏設されている。すなわち、導入口２００ｃｃを介して、導波管３ｃとマイクロ波導入室２１とは連通している。導波管３ｃの右上端（下流端）壁の内側の辺Ｌｃと、側周壁２００ａの辺Ｌ４と、は直線状に連なっている。言い換えると、導波管３ｃの右上端（下流端）壁の内側の面Ｆｃと、側周壁２００ａの面Ｆ４と、は平面状に、つまり面一に連なっている。

本実施形態のマイクロ波処理装置１およびマイクロ波導入方法と、第一実施形態のマイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法とは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。本実施形態のマイクロ波処理装置１およびマイクロ波導入方法によると、一対の導波管３、３ｃを介して、マイクロ波導入室２１に、マイクロ波Ｍ１を導入することができる。また、マイクロ波導入室２１に、同じ方向（図６における時計回り方向）に、マイクロ波Ｍ１を導入することができる。

＜第五実施形態＞
本実施形態のマイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法と、第一実施形態のマイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法との相違点は、筒体が正七角形の筒状を呈している点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。図７に、本実施形態のマイクロ波処理装置の径方向断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。また、マイクロ波発生装置は省略して示す。

図７に示すように、側周壁２００ａは、前後方向（軸方向）に延在する正七角形の筒状を呈している。すなわち、側周壁２００ａの内周面２００ｂの径方向（詳しくは、内周面２００ｂの径方向断面の内接円Ｃ１の、径方向）断面は、７つの辺Ｌ１〜Ｌ７からなる正七角形状を呈している。７つの辺Ｌ１〜Ｌ７は、内周面２００ｂを構成する７つの面Ｆ１〜Ｆ７に、対応している。側周壁２００ａの下壁（側周壁２００ａの一部）には、導入口２００ｃが開設されている。導入口２００ｃは、下側の辺Ｌ１（下側の面Ｆ１）の左右方向全長に亘って開口している。すなわち、導入口２００ｃは、図２に示す内接円Ｃ１の接線方向に延在している。導波管３の下流端は、導入口２００ｃに伏設されている。導入口２００ｃを介して、導波管３とマイクロ波導入室２１とは連通している。

本実施形態のマイクロ波処理装置１およびマイクロ波導入方法と、第一実施形態のマイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法とは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。本実施形態のマイクロ波処理装置１のように、側周壁２００ａが正七角形の筒状を呈している場合であっても、第一実施形態のマイクロ波処理装置と同様に、マイクロ波導入室２１におけるマイクロ波Ｍ１の分布のばらつきを、抑制することができる。また、導波管３からマイクロ波導入室２１に導入されたマイクロ波Ｍ１が、マイクロ波導入室２１から導波管３に逆流するのを抑制することができる。

＜第六実施形態＞
本実施形態のマイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法と、第一実施形態のマイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法との相違点は、筒体が不等辺六角形の筒状を呈している点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。図８に、本実施形態のマイクロ波処理装置の径方向断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。また、マイクロ波発生装置は省略して示す。

図８に示すように、側周壁２００ａは、前後方向（軸方向）に延在する不等辺六角形の筒状を呈している。すなわち、側周壁２００ａの内周面２００ｂの径方向断面は、６つの辺Ｌ１〜Ｌ６からなる不等辺六角形状を呈している。６つの辺Ｌ１〜Ｌ６は、内周面２００ｂを構成する６つの面Ｆ１〜Ｆ６に、対応している。側周壁２００ａの下壁（側周壁２００ａの一部）には、導入口２００ｃが開設されている。導入口２００ｃは、下側の辺Ｌ１（下側の面Ｆ１）の左右方向全長に亘って開口している。導波管３の下流端は、導入口２００ｃに伏設されている。導入口２００ｃを介して、導波管３とマイクロ波導入室２１とは連通している。

本実施形態のマイクロ波処理装置１およびマイクロ波導入方法と、第一実施形態のマイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法とは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。本実施形態のマイクロ波処理装置１のように、側周壁２００ａが不等辺六角形の筒状を呈している場合であっても、第一実施形態のマイクロ波処理装置と同様に、マイクロ波導入室２１におけるマイクロ波Ｍ１の分布のばらつきを、抑制することができる。また、導波管３からマイクロ波導入室２１に導入されたマイクロ波Ｍ１が、マイクロ波導入室２１から導波管３に逆流するのを抑制することができる。

＜第七実施形態＞
本実施形態のマイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法と、第一実施形態のマイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法との相違点は、マイクロ波導入室において、反応管が螺旋状に延在している点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。図９に、本実施形態のマイクロ波処理装置の斜視図を示す。なお、図１と対応する部位については、同じ符号で示す。図９に透過して示すように、反応管４は、マイクロ波導入室において、螺旋状に延在している。反応管４の流路４０のうち、マイクロ波導入室に収容されている部分には、多数の発熱体が充填されている。流路４０においては、化学合成処理が行われる。

本実施形態のマイクロ波処理装置１およびマイクロ波導入方法と、第一実施形態のマイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法とは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。本実施形態のマイクロ波処理装置１によると、反応管４が螺旋状を呈している。このため、マイクロ波導入室における反応管４の延在距離を長くすることができる。また、マイクロ波導入室における反応管４の表面積を広くすることができる。したがって、化学合成処理を促進することができる。

＜その他＞
以上、本発明のマイクロ波処理装置およびマイクロ波導入方法の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

ハウジング２０の材質は、特に限定しない。反応管４の材質に対して、マイクロ波Ｍ１〜Ｍ４を反射しやすければよい。例えば、金属であってもよい。反応管４の材質は、特に限定しない。発熱体５の材質に対して、マイクロ波Ｍ１〜Ｍ４を透過しやすければよい。例えば、石英、アルミナ、窒化ケイ素、ムライトなどのセラミックスであってもよい。発熱体５の材質は、特に限定しない。反応管４の材質に対して、マイクロ波Ｍ１〜Ｍ４を吸収しやすければよい。例えば、酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化クロム、酸化チタンなどのセラミックスであってもよい。

ハウジング２０の内周面２００ｂの径方向断面の形状は、特に限定しない。３以上の奇数の辺からなる正多角形状（例えば、正三角形状、正九角形状など）であってもよい。全ての辺の長さが互いに異なる不等辺多角形状（例えば、不等辺四角形状、不等辺八角形状など）であってもよい。

マイクロ波導入室２１における反応管４の配置場所は、図２に示す重心Ｇ１でなくてもよい。重心Ｇ１から径方向にずれた位置に、反応管４を配置してもよい。マイクロ波導入室２１におけるマイクロ波Ｍ１〜Ｍ４の分布は均一である。このため、反応管４の位置によらず、図３に示す高温の過熱水蒸気Ｖ２を生成することができる。また、マイクロ波導入室２１に複数の反応管４を配置してもよい。また、マイクロ波導入室２１における反応管４の延在形状は、特に限定しない。図１に示す直線状、図９に示す螺旋状、渦巻状、Ｃ字状、Ｕ字状、Ｖ字状、サイン波状、矩形波状などであってもよい。

また、マイクロ波導入室２１に、閉空間を区画する反応容器を配置してもよい。すなわち、処理対象物に、図１〜図９に示すような反応管４による連続処理ではなく、反応容器によるバッチ処理を、施してもよい。また、マイクロ波導入室２１に、反応管４を配置しなくてもよい。すなわち、マイクロ波導入室２１に、直接、処理対象物を配置してもよい。また、流路４０に発熱体５を配置しなくてもよい。すなわち、発熱体５を介さずに、マイクロ波Ｍ１〜Ｍ４により、流路４０の処理対象物を、直接、加熱してもよい。また、導波管３の配置場所、配置数は、特に限定しない。また、マイクロ波発生装置９０から発射されるマイクロ波Ｍ１の周波数は、２．４５ＧＨｚの他、８００ＭＨｚ〜３０ＧＨｚであってもよい。

また、ハウジング２０を構成する部品数は、特に限定しない。例えば、筒体２００と、端板２０１ｄおよび端板２０１ｅのうち少なくとも一方と、が一体物であってもよい。ハウジング２０は、筒状の側周壁２００ａを備えていればよい。

マイクロ波処理装置１の用途は特に限定しない。例えば、図１〜図８に示す過熱水蒸気の生成、図９に示す化学合成、化学分解、オイルの改質（低分子化）、水の改質、還元反応などに、マイクロ波処理装置１を用いてもよい。

化学合成の具体例としては、口紅の成分であるピログルタミン酸のラウリルエステルの合成が挙げられる。マイクロ波処理装置１を用いると、触媒（例えばｐ（パラ）−トルエンスルホン酸）や溶媒（例えばトルエン）を用いることなく、エステル化反応が完了する。このため、ラウリルエステルから溶媒を除去する作業が不要になる。また、エステル化反応に要する時間やエネルギを節約することができる。

また、化学合成の具体例としては、青色顔料である銅フタロシアニンの合成が挙げられる。例えば、１，２−ジシアノベンゼン、硫酸銅無水物、エチレングリコールを混合、撹拌した溶液を、マイクロ波処理装置１で加熱することにより、銅フタロシアニンを合成することができる。本例の場合も、反応に要する時間やエネルギを節約することができる。

また、化学合成の具体例としては、バイオディーゼルの製造が挙げられる。例えば、パーム原油にアルカリ触媒（例えばＮａＯＨ）とメタノールとを加え、マイクロ波処理装置１で加熱することにより、バイオディーゼル（脂肪酸メチル）を製造することができる。

また、化学合成の具体例としては、金属（例えばＡｕなど）ナノ微粒子の合成が挙げられる。例えば、溶媒、還元剤として多価アルコールを、加熱源としてマイクロ波Ｍ１〜Ｍ４を、各々用いる「マイクロ波−ポリオール法」に、マイクロ波処理装置１を用いてもよい。

水の改質の具体例としては、光触媒（例えば二酸化チタン）を入れた反応管４に汚水を通過させ、マイクロ波Ｍ１〜Ｍ４（好ましくは紫外線も併用）を反応管４に照射することにより、汚水中の有機物を分解する汚水処理が挙げられる。なお、本例のように、マイクロ波Ｍ１〜Ｍ４を、光触媒から・ＯＨラジカルを発生させるために用いてもよい。すなわち、マイクロ波Ｍ１〜Ｍ４を、処理対象物の加熱以外の用途で用いてもよい。

マイクロ波処理装置１を過熱水蒸気の生成に用いる場合、反応管４の流路４０においては、水から過熱水蒸気Ｖ２が生成される一連の過程のうち、少なくとも一部が実行されればよい。例えば、水が加熱され昇温される過程、水が加熱され水蒸気が生成される過程、水蒸気が加熱され昇温される過程、水蒸気が加熱され過熱水蒸気が生成される過程、過熱水蒸気が加熱され昇温される過程から選ばれる、一以上の過程が実行されればよい。

１：マイクロ波処理装置
２：アプリケータ、２０：ハウジング、２００：筒体、２００ａ：側周壁、２００ｂ：内周面、２００ｃ：導入口、２００ｃｂ：導入口、２００ｃｃ：導入口、２００ｄ：フランジ部、２００ｅ：フランジ部、２０１ｄ：端板、２０１ｅ：端板、２１：マイクロ波導入室
３：導波管、３ｂ：導波管、３ｃ：導波管
４：反応管、４０：流路
５：発熱体
９０：マイクロ波発生装置、９１：蒸発器、９２：処理炉
Ｃ１：内接円、Ｆ１〜Ｆ７：面、Ｆａ〜Ｆｃ：面、Ｇ１：重心、Ｌ１〜Ｌ７：辺、Ｌａ：辺、Ｌｃ：辺、Ｍ１〜Ｍ４：マイクロ波、Ｖ１：過熱水蒸気、Ｖ２：過熱水蒸気

Claims (10)

1. 筒状であって導入口が開設された側周壁を有するハウジングと、該ハウジングの内部に区画され該導入口に連通するマイクロ波導入室と、を有するアプリケータと、
   該導入口を介してマイクロ波を該マイクロ波導入室に導入する導波管と、
   を備えるマイクロ波処理装置であって、
   前記ハウジングの前記側周壁の軸方向に直交する方向を径方向として、
   該側周壁の内周面の該径方向断面は、延在方向が互いに異なる複数の辺からなる多角形状を呈しており、
   前記マイクロ波導入室に対して、前記マイクロ波は、該内周面に沿って導入されることを特徴とするマイクロ波処理装置。
2. 前記マイクロ波導入室に対して、前記マイクロ波は、前記内周面の前記径方向断面の内接円の接線方向に沿って導入される請求項１に記載のマイクロ波処理装置。
3. 前記内周面の前記径方向断面は、３以上の奇数の前記辺からなる正多角形状を呈している請求項１または請求項２に記載のマイクロ波処理装置。
4. さらに、前記マイクロ波導入室に配置され、前記マイクロ波が透過する反応容器を備える請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のマイクロ波処理装置。
5. さらに、前記反応容器に収容され、前記マイクロ波を吸収し発熱する発熱体を備える請求項４に記載のマイクロ波処理装置。
6. 前記反応容器は、前記ハウジングを貫通する反応管である請求項４または請求項５に記載のマイクロ波処理装置。
7. 過熱水蒸気の生成、化学合成、化学分解、オイルの改質、水の改質、還元反応のうち、いずれかの用途に用いられる請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のマイクロ波処理装置。
8. 前記マイクロ波導入室には、マイクロ波散乱用のプロペラが配置されていない請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のマイクロ波処理装置。
9. 筒状の側周壁を有するハウジングと、該ハウジングの内部に区画されるマイクロ波導入室と、を有するアプリケータの、該マイクロ波導入室に対するマイクロ波導入方法であって、
   前記ハウジングの前記側周壁の軸方向に直交する方向を径方向として、
   該側周壁の内周面の該径方向断面は、延在方向が互いに異なる複数の辺からなる多角形状を呈しており、
   前記マイクロ波導入室に対して、マイクロ波を、該内周面に沿って導入することを特徴とするマイクロ波導入方法。
10. 前記マイクロ波導入室には、マイクロ波散乱用のプロペラが配置されていない請求項９に記載のマイクロ波導入方法。

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