JP6616118B2 - 管状絞り導波路アプリケータ - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ波加熱装置に関し、より詳しくは、マイクロ波で加熱または乾燥するための導波路アプリケータに関する。

マイクロ波は、製品を加熱または乾燥する工業的工程にしばしば用いられる。例えば、米国特許４，４９７，７５９号は、中央線に沿って環状の導波路アプリケータを通して連続的に供給された、ロッド引き抜き成形された結晶性ポリマーを誘電的に加熱するための導波路システムを記載する。ＴＭ０１モードは、中央線に沿って加熱を集中させるのに用いられる。狭い導波路アプリケータは、９５．６ｍｍの内径を有し、引き抜き成形ポリマー・ロッドの如き小径製品にその使用を制限される。工業用製品または製品ストランドが管状導波路アプリケータを介して連続的に供給される、連続加熱または乾燥用に、反対側の端部に開口部が製品の出入り用に設けられる。しかし乍ら、マイクロ波照射は、大直径品用に供するために、特に開口部が大きいと開口部を通って洩れを生じ得る。

本発明の特徴を具体化したマイクロ波加熱装置の1つの態様は、第１の端部とその反対側の第２の端部との間に加熱室を形成する円筒状の導波路アプリケータを含む。アプリケータは、円形の断面とその中心線に沿った軸を有する。マイクロ波源と、第1の端部の円筒状の導波路アプリケータとの間に接続された導波路供給は、加熱室の支配的なＴＥ０１フィールドパターンを有する第２の端部に第１の端部から管状の導波路アプリケータを通ってマイクロ波を伝播する。第１の抵抗チョークは第1の端部で管状の導波路アプリケータと直列に接続されている。第２の抵抗のチョークは、管状の導波路のアプリケータと直列に第２の端部で接続されている。各々の抵抗チョークは、マイクロ波吸収材料で覆われ、逆Ｖ字状に軸に沿って離間された複数の導電性の羽根を含む。前記羽根は、抵抗チョークの加熱室と反対側の端部の開口部に配列された、中央開口部を有し、抵抗チョークを通って加熱室において処理される物品を案内する。

マイクロ波加熱装置の別の態様は、第１の端部と反対側の第２の端部で終結する円筒形の外壁を有する円筒状の導波路アプリケータを含み、加熱室の中央線に沿って軸を有する第１及び第２の端部との間の環状断面を有する加熱室を形成する。マイクロ波源は、管状導波路アプリケータにマイクロ波エネルギーを供給する。第１の反応チョークは、管状導波路アプリケータの第1の端部に管状の導波路アプリケータと直列に配置されている。第２の反応チョークは、管状の導波路アプリケータの第２の端部で、管状導波アプリケータと直列に配置されている。第１の抵抗チョークは、円筒状の導波路アプリケータおよび第１の反応チョークと直列に接続されている。第２の抵抗のチョークは、管状導波路アプリケータおよび第２の反応チョークと直列に接続されている。

本発明の特徴は、以下の記載、クレーム、および図面により詳細に記載されている。
本発明を具体化する導波路アプリケータの等角図である。 図１の断面図である。 図１のアプリケータにおける反応チョークの拡大断面図である。 図１のアプリケータにおける抵抗チョークの拡大断面図である。 電場パターンを示す図１の管状アプリケータの断面図である。

管状導波路アプリケータを含む、本発明の特徴を具現化するマイクロ波加熱装置は、図１および２に示されている。この例に示すアプリケータ１０は、加熱室を形成する円筒状の外壁１１を有する単一の環状導波路区分で構成されている。しかし、アプリケータは、端と端を接続された個々の環状導波路区分の直列の構成とすることができる。アプリケータ１０は、各端部に円形のフランジ１２を有している。プラスチック又はテフロンリブ１４は、金属製導波路壁の内側表面から半径方向内側に伸びている。アプリケータ１０の長さ方向に沿って伸びるリブ１４が、アプリケータの内周の周りに円周方向に隔離している。プラスチックまたはテフロンリブ１４は、マイクロ波に対して透過性である。リブは、個々の円筒形のアイテムまたは連続円筒形の鎖のような物品が、通過することができる加熱室を介して、中央開口１６に結合するのに十分な距離だけ半径方向内側に伸びている。リブ１４は中心孔１６を介して物品の芯出しをし、物品を案内する。

マイクロ波源１７は、例えば９１５ＭＨｚまたは２５４０ＭＨｚで、アプリケータの入り口端部２２に矩形導波路フィード２０を介して導波路アプリケータ１０内に、マイクロ波１８を注入する。マイクロ波は、マイクロ波アプリケータの軸２５に平行な伝播方向２４に、アプリケータ１０の内部を通過する入口端22から出口端部２３へ導波路アプリケータ１０に沿って伝播する。物品によってマイクロ波エネルギーが吸収されていない、加熱室内のマイクロ波は、アプリケータへの戻り反射を防止するダミー負荷２６へ向けて矩形導波路区分２１を介して出口端部２３を出る。しかし、それはまた、ダミー負荷なしに動作することが可能であって、マイクロ波エネルギーは、入口端２２に向かって、アプリケータ10を通って戻り反射し、このように、アプリケータの有効長を倍増することを可能にする。フィードのＥ面を定義する矩形導波路供給２０の短辺２７は、アプリケータ１０の軸２５に垂直で、ＴＥ０１モードが支配的な電場パターンを生成する。

図５に示すように、ＴＥ０１モードでは、アプリケータ１０に円対称の、中心線とアプリケータの円筒状外壁１１との間の中間に最大電界強度を示す電場を生成する。中心と壁間のこの増加した電界強度は、図５に示された電場パターンにおける同心円状に中心線を周回する太線の密な矢印２８によって示されている。アプリケータに沿った任意の位置での電界の大きさは、半周期ごとの方向の逆転で走行マイクロ波を通過するに伴ない、正弦波状に変化する。電界強度は、ガイドリブ１４の内端部３０近くで最大であるので、アプリケータ１０は、加熱される円筒状の物品の外周を必要とする用途において特に有用である。

図２に示すように、円筒状の物品３２は、上端で垂直に向いたアプリケータ１０を入いり、重力によって助けられてアプリケータを通って落下する。物品３２は、マイクロ波の伝播２４の方向にまたはそれとは逆方向に、アプリケータ１０を通って前進する。物品は、重力の代わりに、またはそれに加えて、注入された空気流によって、アプリケータを通って前進し得る。物品が落下するときに、マイクロ波は外側部分を加熱する。大径物品にとって、中央開口２２は、導波路アプリケータ１０の断面寸法に対して比較的大きくなければならない。そのために、アプリケータの端部２２、２３の大径の開口部を介して洩れるマイクロ波エネルギーは、それぞれの端部の２個のチョーク３４、４２によって減少される。

アプリケータに近いチョーク３４は、アプリケータへ戻るマイクロ波エネルギーを反射する反応チョークである。反応チョーク３４は、アプリケータ１０の端部２２、２３に位置する。図３により詳細に示された反応チョーク３４は、４つの金属の円形導波路セグメント３６、３７Ａ、３７Ｂ、３８で構成されている。各セグメントは、アプリケータ１０の、またはチョークボックス４２（図１）の、他のセグメントのフランジに例えばスクリュウで取り付けるために、各端部にフランジ４０を有している。図３の一番左のセグメント３８は、円形の孔を有するフランジ付き円筒状の金属管である。 同じ内部金属導波路セグメント３７Ａ、３７Ｂは、各端部にフランジ止めされ、小径区分４４および大径区分４５によって形成された段付き孔を有している。小径区分４４は、一番左の区分３８と同じ内径を有する。一番右端のセグメント３６は、小径部４４’が伸長していることを除いて、内部のセグメント３７Ａ、３７Ｂと同じである。小径区分４４、４４’と同じ内径を有するプラスチック又はテフロン（登録商標）のマイクロ波透過性リング４６は、各内部導波路セグメント３７Ａ、３７Ｂおよび最も右の区分３６の大径端部に保持される。導波路セグメントが相互に固定されていると、リング４６が代わりに締め付けられ、滑らかな孔は円筒物品が通過することを可能にするが、所定の位置に固定されており、小径区分４４、４４’および一番左端のセグメント３８と連続的な滑らかな孔を形成する。滑らかな孔は、円筒状物品がスナッギング（ほつれ）なしに通過するのを可能にする。エアギャップ４８は、大径区分４５とリング４６の壁の間に形成される。エアギャップ４８は、1/4波長（2540 MHzで約2.9センチ）中心上で、軸方向に離間している。導波路の直径のステップの1/4波長の間隔は、マイクロ波エネルギーの漏洩を減少させるチョークを提供する。

大口径の物品が反応のチョーク３４を出入りする調整する場合に必要な大径開口部のため、反応チョークは十分な漏れを低減しないことがある。そのため、抵抗、吸収チョークボックス４２（図１）は、反応チョーク３４と直列に接続されている。抵抗チョーク４２は、図４に詳細に示されている。チョークボックス４２は、図中では長方形の箱として示されていが、円形や楕円筒などの他の形状とすることもできる。チョークボックス４２の寸法は、チョークボックスの中心を通って延在するプラスチック又はテフロンチューブ５０内に形成された孔の直径よりも大きい。山形模様状に配置された、Ｖ字型の導電性金属羽根は、チョークボックスを通って中央に物品を導くマイクロ波透過性チューブ50を受容する中央開口部５４を有する。前記羽根５２は、チョークボックスの一組の側壁５６と反対の端部に取り付けられている。開口端部壁５８の開口部５７は、チューブ５０を受け入れ、中心部にチョークを介してアプリケータに物品を案内する、羽根内の中央開口部５４と一直線に並んでいる。金属製の羽根は、マイクロ波エネルギーを吸収する、Ｅｃｃｏｓｏｒｂ（エコソーブ）のような誘電材料で被覆されている。反応チョーク３４における手順と同様に、羽根は、マイクロ波放射の1/4波長により軸方向に離間している。反応および抵抗チョークの組み合わせは、マイクロ波源１７（図１）の強度レベルよりも６０デシベル低いレベルまで漏れを低減する。

本発明は、マイクロ波加熱装置、より詳しくは、マイクロ波で対象物を加熱または乾燥するための導波路アプリケータに利用可能である。

Claims (11)

1. 第１の端部、その反対の第２の端部および円形断面を有する管状導波路アプリケータを備え、前記管状導波路アプリケータは、前記第１および第２の端部間であって、前記管状導波路アプリケータの中心線に沿った軸を有する加熱室を形成し；
   更に、マイクロ波源と；
   前記マイクロ波源と前記管状導波路アプリケータとの間に接続される導波路供給装置とを備え、前記導波路供給装置は、前記加熱室の中で支配的なＴＥ０１フィールドパターンを有し、前記第１の端部から前記第２の端部に前記管状導波路アプリケータを介してマイクロ波を伝播するため、前記管状導波路アプリケータの前記第１の端部と接続され；
   更に、前記第１の端部で前記管状導波路アプリケータと直列に接続された第１の抵抗チョークと、前記第２の端部で前記管状導波路アプリケータと直列に接続された第２の抵抗チョークと、を備え、
   前記第１及び第２の抵抗チョークの各々は、
   各々開口部を有する、相対する端部と；
   マイクロ波吸収性材料で被覆されると共に、山形模様状に、前記軸に沿って離間される複数の導電性の羽根とを有し、
   前記導電性の羽根は、前記第１および第２の抵抗チョークの前記相対する端部における前記開口部に並び配列されると共に、前記第１および第２の抵抗チョークを介して加熱室内で処理される物品を案内するために、前記加熱室と並び配列される開口部を有する、
   マイクロ波加熱装置。
2. 前記抵抗チョークを通って加熱室において加熱される物品を案内する、前記第１および第２の抵抗チョークにおける開口部を介して伸びるマイクロ波透過性チューブをさらに備える、請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
3. 前記第１の抵抗チョークおよび前記管状導波路アプリケータの前記第１の端部間で、前記管状導波路アプリケータと直列に配置された第１の反応チョークと、
   前記第２の抵抗チョークおよび前記管状導波路アプリケータの第２の端部間で、前記管状導波路アプリケータと直列に配置された第２の反応チョークと、をさらに備える、請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
4. 前記導電性の羽根がＶ字型である、請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
5. 前記管状導波路アプリケータが、垂直に配置され、
   前記加熱室を通って、重力によって被加熱物品が進む、請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
6. 第１及び第２の端部間にあって、円形断面を有する加熱室を形成するために、前記第１の端部及び前記第２の端部で終結する円筒状の外壁を有する管状導波路アプリケータと；
   前記管状導波路アプリケータへマイクロ波エネルギーを供給するマイクロ波源と；
   前記管状導波路アプリケータの前記第１の端部において、前記管状導波路アプリケータと直列に配置された第１の反応チョークと；
   前記管状導波路アプリケータの前記第２の端部において、前記管状導波路アプリケータと直列に配置された第２の反応チョークと；
   前記管状導波路アプリケータおよび前記第１の反応チョークと直列に接続された第１の抵抗チョークと；
   前記管状導波路アプリケータおよび前記第２の反応チョークと直列に接続された第２の抵抗チョークと；
   を備え、
   前記第１及び第２の抵抗チョークは、マイクロ波を吸収する、
   マイクロ波加熱装置。
7. 前記第１および第２の各抵抗チョークが、マイクロ波吸収材料で被覆されると共に、山形模様状に、軸に沿って離間される複数のＶ字型の導電性の羽根を有し、
   前記Ｖ字形の導電性の羽根は、前記加熱室と並べて配置された開口部を有し、前記第１および第２の抵抗チョークを通って前記加熱室内で処理される物品を通過する、請求項６に記載のマイクロ波加熱装置。
8. さらに、前記第１及び第２の抵抗チョークを通り前記加熱室で加熱される物品を案内するための、前記第１および第２の抵抗チョークにおける開口部を通って伸びるマイクロ波透過性チューブを備える、請求項７に記載のマイクロ波加熱装置。
9. 前記第１の反応チョークが、前記第１の抵抗チョークおよび前記管状導波路アプリケータの前記第１の端部間にあり、前記第２の反応チョークが、前記第２の抵抗チョークおよび前記管状導波路アプリケータの前記第２の端部間に配置される、請求項６に記載のマイクロ波加熱装置。
10. 前記マイクロ波源が、前記管状導波路アプリケータの外壁と中央線の間の途中で、前記加熱室内での最大の電場を生成するために、前記管状導波路アプリケータへ支配的なＴＥ０１モードでマイクロ波を供給する、請求項６に記載のマイクロ波加熱装置。
11. さらに、前記加熱室を通過する物品を案内するため、円周方向に離間され、前記円筒状の外壁から、中央開口と境界をなす内端部へ伸びる複数のマイクロ波透過性リブを前記加熱室に備える、請求項６に記載のマイクロ波加熱装置。

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