JP7007295B2 - 電磁波輻射を集束するための管状集束器 - Google Patents

Description

内部抵抗（IR）を備えた石英管または水銀UVエミッターを備えた石英管を使用または使用しないプレート、ならびに皮膜抵抗や石英管ランプに基づく電磁波（EMW）輻射システムは、産業用および所謂「家電製品」（暖房器具、ストーブ、ヒーター、壁ヒーター、天井ヒーター、および環境、工具、水、水槽用の殺菌装置UV-Cなど）用の装置としてその使用が知られている。

図面の文字は、次の説明に対応する。
Ａ． 処理される材料
Ｂ． 空/空
Ｃ． 2-溶融石英管
Ｄ． 1-溶融石英管
Ｅ． IRまたはUV輻射装置
Ｆ． 反射セラミックケーシング
Ｇ． 断熱シェル
Ｈ． 金属シート

一般的な意味において、本発明は、最先端技術で周知の主題に基づいており、いくつかの特許は１９世紀にも公開されている（すなわち、2７．01．1898－S631360A）。

輻射技術と製造技術の原理は同じであるが、当該技術の現在の技術的状況は、本明細書に記載された装置によって包含されるEMW周波数の2つの主なグループで、よく良く記述されることに留意することが有益である：それらは、加熱赤外線システムと短波長紫外線（UV－C）を用いる殺菌システムである。これらのシステムは、本発明に影響を及ぼすEMW波長スケールの両極端、すなわち100ナノメートル（UV－C）とミリメートル（IR-C）電磁場の波長の間に置かれる。

赤外線
科学および工業生産の現状におては、プラスチック成型、加硫プレス、溶接機、ホット
ブランディング、および小型加熱管を必要とする真空加熱炉、滅菌システム、多くの他のシステムの加熱用のホットランナー注入システム（所謂「ホットランナー」）などの多くの産業環境で使用される管状または微小管状ヒーターが知られている。

加熱される水が外部の代わりに抵抗内に流れる必要あるので、前記ヒーターは、特許文献EP0287772 A1（家電製品用加熱エレメント）と一部概念的に類似している。

また、米国特許6674054B2（気体－溶媒溶液を加熱するための方法および装置）は、本発明と著しい類似性を示しているが、以下に特有の相違点を強調する。

前述されたこれらのヒーターは、外部よりも機械の内部の方で加熱エネルギーを使用するように設計されており、おそらく本発明に最も近い赤外線部分品の応用であるので、本発明と同時に組み立てられる機会があると見做される：
i． 電磁波輻射；
ii．赤外線と紫外線間の周波数スペクトル；
iii．トランスミッターとレシーバー間にあらゆるの種類のフィルタが存在しない；
iv．トランスミッターとレシーバー間の密接な近接性；
v．設備内部への輻射の反射；
vi．外部への熱伝導を制限する断熱材；
以下に詳細に開示したように、次の構成の詳細および基本的な概念の違いを強調するため、既知のヒーターの比較を提示する：
i．それらは、外見上抵抗線の代わりに所謂 「皮膜抵抗器」用いて製造されている；実際、引用された皮膜抵抗器（すなわち、EP 0287772A1）では、抵抗線は、熱伝導体の一方側の電気断熱機能を有するマグネシア（MgO）砂の中に埋もれている；
ii．輻射源EMWは、相対的に被加熱材料にあまり近づいてはならない；
iii．内側に向かって赤外線スペクトルのEMWを反射するスクリーンは装備されていないので、良く反射するが、最初に輻射線を熱伝導体に散乱した後、輻射面を通って大量に放出する金属バンドによって、外部に向かって熱が放出され、エネルギー効率を低下させる。
iv．構造は、計器上の測定値に対する工業的な必要性に一致しない比較的小さな長さに考案され、設計されている。
v．上述の米国特許第6674054号では、加熱管を被加熱材料から分離し、主管を流れた後、より遠く離れた管の中にすべてが集まる、実施形態の場合、輻射を使用しないので、本発明よりも建設費が高い他にも、発生率と効率が低い；
vi．上記の特許は、多くの場合、石英管に誘導抵抗器または伝導体を適用するので、輻射によってエネルギーを伝達するのではなく、伝導または電磁誘導によってエネルギーを伝達するので実際に石英管（半透明、不透明）が使用されるとは特定されない；
vii．既存技術との比較は、ある設備が共存し、一連の協調する機能を集めた本発明と比較する事実として、上述設備の個々の特質とあまり関係がないと考えられるべきである。

これらの相違の組み合わせは、本明細書に記載された本発明の革新を特徴付ける様々な電気設備の著しい多様性を生じさせる。

本発明は、実際に輻射体を示し、輻射体のEMWトランスミッターが以下の全ての特性を同時に組み合わす；
i．石英基板に付着しているので被処理材料に近い；
ii．被処理材料に対する遮蔽またはフィルタがない；
iii．エミッターの周りに配置された輻射反射スクリーンを備えている；
iv．エネルギーの伝導および放射を防止および/または遅らせるために、断熱され、外部が遮蔽されている；
v．主に伝導/対流/誘導（すべてが存在するが）の代わりに輻射に基づいている；
vi．固体、液体、気体および粉末形態の材料を処理するのに有用である；
vii．加熱の目的のみではなく、UVからIRまでの全範囲を目的とする；
viii．その特性により、省エネルギーを目的としており、結果として高収量である。

エミッターの特性は、動作温度でのより高い進入速度領域（より低い熱慣性）を意味する：これは、ターゲット側に向かう任意の種類のスクリーンまたはフィルタがないために正確に起こり、溶融石英管のまわりに「裸の」場所を生じ、それが内部に収容される代わりに鉄製のケーシングの中の酸化マグネシウム砂の中に納められる。現在の技術で知られている管状ヒーターは、抵抗線、赤外線輻射源と被加熱材料との間に2つの異なるスクリーンを挟む皮膜抵抗器に接地されている。これらのスクリーンは、抵抗線の巻線および外部金属容器（一般に鋼または他の金属製のもの）を電気的に絶縁するために使用されるマグネシア（MgO）の層によって構成される。

マグネシア砂の特性は、電流と金属容器（一般的にはスチール性）が横断する抵抗線が電気的に絶縁されていることと、電力供給された抵抗器から生じるジュールエネルギーを熱伝導によって伝達することである（本発明のように、熱伝導、熱輻射のない熱伝導を念頭に置く必要がある）。

したがって、これらの被覆型ヒータの熱伝達は、輻射（照射）が一部に過ぎず、何よりも伝導および対流によって生じることが明らかである；しかしながら、このタイプのヒータを本発明と区別する態様は、熱慣性の差によって表される：マイクロチューブヒータは、一部フィルタ（石英は赤外線および紫外線輻射に完全に透明である）とは反対に、本質的に本発明により大きな熱慣性を受けるので、管内の物質（透過性）にその電磁エネルギーを直ちに輻射すると、電磁エネルギーはその管（透明）を通過するので、この現象は真空中であっても光の速度で起こる（地球温暖化の原因は太陽）。

実際に、ランバートとステファン・ボルツマンの仮定を主に利用している本発明は、設備に適用されるのと同じ電力で、現在の最先端技術および工学と比較して、被加熱材料に多くのエネルギーを伝達することができる。前記マグネシアおよび金属容器の熱伝導率は、平均約50（W/（m－k））と推定される：これは、本発明と比較すると、EMWエミッターと被処理材料との間の付加的な障壁である。

被加熱材料が、その中を摺動する石英管を使用する製品があるが、この石英管に対して円状に配置された電磁波輻射源は、ケーシングの「断熱」壁に埋め込まれたままであるエミッターとユーザーの距離を数センチメートルにすることで、少なくとも二次的な要因で、本ソリューションに比べ設備の効率を低下させる。

これらの考察は、本発見に似た建設的技術を提供する少数の加熱製品にも有効であり、赤外線エミッターは、被処理材料に対して同心円状に外側に配置され、時には摺動加熱されるが、放出源（抵抗）と被加熱材料（これは少なくとも数センチメートルである）間の比較的大きな距離は、本発見とは異なる。本発明は、被加熱材料が摺動する管と接触するEMW輻射源を有するものであって、距離の2乗で設備の効率を増加させ、ダクトの中心に向かって連続的に反射するので、すべての輻射は、一定の冗長効果で処理された材料によって吸収されない。

殺菌性紫外線
殺菌ランプは古くから知られており、飲用水から廃水に至るまでの多くの分野で使用され、また手術室および手術に使用される器具の消毒ならびに人間と動物が消費する飲料の処理にも使用されている。

実際の応用のために、現在知られている従来の技術は、最近、蛍光灯に非常に類似した電球の代わりに、まだ広範に普及していないLED（発光ダイオード）を用いて製造することを予見している。

所謂「従来の」ランプでは、低圧および中圧が水銀蒸気のイオン化を利用して構成されるが、紫外線波長に対して不透明である通常のホウ素ケイ酸塩ガラスを使用する代わりに、非常に純粋なランプ自体を容器として溶融石英（SiO2）を使用する：換言すれば、殺菌ランプは、純粋な石英の小瓶中で使用される。

このようにランプを液体と共に使用することは、基本的に次の2つの方法で達成される。
i．滅菌する材料の上または一般に滅菌する環境にランプを配置する：
ii．滅菌材料は（一般的に）、流体の入口および出口として作用する2つの垂直フランジを外部円筒面の端部に備えたチューブ状鋼の容器に挿入され、滅菌効果に有益な有害性UV-C輻射をスクリーニングする。管の中心は、シリンダーの両端から突出する殺菌ランプの挿入のために保留される。

したがって、第1システム（外部位置決め）では、発光点が滅菌する物体から特別に遠く離れたままであり、滅菌は第2解決策（容器）の間に（ランプを掛けることを除いて）単一角度で実行されることが観察されるのが普通であり、輻射光源の1つの角度だけを有する他にも、液体は、循環流体の圧力降下を引き起こすような特定の偏差に強制的に致されるばかりでなく、処理の均質性は、輻射源に対する液体の輻射吸収の影響を受ける。

電磁波の同心輻射のための輻射集束加熱器の説明
本電気設備（固定式、移動式または携帯式）は、電磁気輻射の物理的原理により物理的状態を変更しそれを取り扱うために設計されたEMWを用いて固体、液体または気体の形態またはこれらの混合物中で材料に輻射するために使用される。

加熱エレメント（発熱体または電極）との接触がないため、例えば金属線のように抵抗性ヒーターの典型的な問題を回避することができる。抵抗性ヒーターは、実際には導電性材料（ジュール効果）のみの使用に制限されており、繊維材料および鉱物のほぼ全範囲に使用できない；抵抗性ヒーターに存在するもう1つのの重要な問題は、ジュール加熱エネルギーを印加する電極との結合時に不可避的に発生するアークの作用によって、加熱する製品の表面を破壊するクレーターが生じることである（図示なし）。

非常にしばしば、この電気的ストレスは「スケール除去」（酸化物のクズを導線の表面から取り除く）の状態を招来するので、特にこれらの金属材料を予め熱処理し、冶金学的特性を変更するのが重要である（焼きなましは、強度、伸びおよび降伏強度を変化させる）；

このようなは、「スケール除去」は導線の正確な同時押出しを妨害し、抵抗線加熱システムを使用不能にする：本発明は、反対にこれらの問題を回避する。

また、本電気設備の特殊性は、さもなければ対流または伝導によって加熱され得るが、この特許のシステムよりはるかに低いエネルギー収率で加熱/処理する可能性と関係する。

本設備が非常に高い効率を有することは、数多くの機会に証明されている：これは、本明細書に列挙するのに有益であると考えられる、次の特異な構成的特性を観察することによって容易に直感的になり得るものである：
i．EMW輻射体と被処理材料との同軸構造は、被照射材料が流れるダクトの中心に向かうエネルギー集中を含む；
ii．反射された材料は、設備の壁の反射性のために連続的に照射され、反射されたエネルギーを中心に再び跳ね返す；
iii．特別な輻射体、ならびに透明で反射性のセラミックシース（中心に向かって）を通して生成されるIRおよびUVエネルギー伝送のための適切な材料、特に石英材料による構造は、設備のエネルギー損失が内側に含まれるように設計されている；
iv．電気設備の外面全体が充分かつ適切に断熱されるので、本発明は、システムの入口および出口の2つの比較的小さい「開口」のみを有し、伝導および対流の両方によるエネルギーの分散を大きく制限する。

各設計者が所望の目的に従って選択できる、設備の長さの柔軟性は、被処理材料と輻射要素との間の実質上の「接触不足」と、輻射要素との両方のため、多くの異なるシステムに使用することを可能にし、その内部での材料の摺動速度は、照射されたエネルギーの移動が光の速度で起こり、異なる材料の吸収力の機能で「のみ」変化するので、非常に高くなることがある。

また、他のシステムよりもはるかに簡単で安価であり、導線同心パイプ（または他の材料）の通過中にガス（おそらく不活性）を同時に摺動させることができる。

例として、溶融亜鉛めっきプラントで使用される金属線の予熱装置だけでなく、電線のラッカー塗装システムまたは共押出しプロセスによるポリマーコーティングなどを挙げることができる。

有用な温度限界は、使用材料に関連するものであるが、上記の石英およびアルミナは、2000～2070℃で溶融する。実際、エレクトロニクス産業は、過去数10年間、半透明の石英るつぼの中にシリコンを溶かし（1450℃で）シリコン単結晶を得て、これが電子チップの製造に使用されたことを回想するのも有益である。

物理学と同様に、輻射原理に従うと、2つの物体間のエネルギー移動に関連する要素は、以下のような多くの変数に基づいている：

i．物体の組成
ii．表面の形態
iii．表面の色
iv．輻射波長
v．輻射角
vi．輻射強度。

被処理材料の外周全体に赤外線（またはUV）を輻射することにより、被処理材料に常に垂直な赤外線を輻射（加熱または殺菌）することができるので、他の処理システムと比較して同じ材料に伝達されるエネルギー量が増加するのは事実である。

一般的に言えば、最も重要な新規性は、被処理材料に対して電磁輻射源の輻射位置を逆転させるという概念によって表すことができる；以前は輻射源を石英シリンダーの中に入れ、材料は外側で処理された；本発明では、石英管の内部で、被処理材料が輻射する電磁波源によって包囲され、その間にいかなる種類のフィルタも介在させずに非常に近い範囲で完全に包囲する能力を実証する。

実際、現在の技術水準までは、輻射源（UVかIRかを問わず）を石英管の内部に収容し、同じ管の外側に輻射することにより電磁波輻射（IRおよびUV）を強制的に使用して、より広い空間、より多くのエネルギー、より多くの分散および角度浸透の有効性を得るために、多数のランプのうちのいくつかを使用することができる。

このように、最近の技術の最も重要な進化は、物理的仮定（ランバート/ステファン・ボルツマン）をより良く活用するために、被処理材料の電磁波輻射源に非常に近接した位置付けを可能にし、前記電気設備効率を得て、EMWエミッターとの間、または輻射に対し透過性がなく熱輻射の代わりに熱伝導原理を利用して侵入する第3材料との間で、著しく大きな距離で侵入する他の加熱システムと比較された。

要約すると、上述した「ホットランナ」は、被加熱物と接触しても、EMWエミッターとレシーバー間に「不透明」な材料の層を挟み込むが、前記他の2つのシステムは、比較的大きな距離を簡単に挟み込み、本発明の「新規性」が、外管（F）の反射によって結合された近接範囲で関連する同心性から、輻射システム内でほぼ排他的に扱われる光線の集束を備えたEMWエミッターまで現れたことを強調している。

現状と比較した本発明の開発
加熱または電磁波輻射の目的のために、電気設備（静的）が一般的な産業構成要素（こに限らず）を使用するにもかかわらず、新規性要件は主に、レシーバーへのエミッターの極端な接近だけでなく、電気設備の実現に有用な様々な構成要素の位置決めの反転を通じて高反射システムと組み合わすのに適切である。

パイプ（C）の中心に配置された被加熱/被処理材料（A）を有する本発明の特定の構造は、その中で流れる被加熱/被処理材料に輻射線（UVまたはIR）を常に垂直に当てることを可能にし、熱エネルギー交換およびUVエネルギー交換のための最良の物理的位置を開発する；不透明管内で反射されたEMWも、被処理材料へのエネルギー移動に大きく寄与する。

塗料乾燥、表面処理（すなわち、スクリーン印刷）のポリマー形成システムは既にこれらのシステムを使用しているが、本発明は、被加熱（移動する）材料（導線、液体、埃、ガス、またはその他の物質）のみに専念するため、使用されるエネルギーを大幅に向上する。

事実上、被処理材料を流す管（D‐IRおよびUVに対し透明材料からなる）を外部から囲む、電磁波輻射（IRおよびUV）エミッター（E）を有する本発明は、次の利点と改善を有する：
i．輻射線の放出点は、被処理材料（「0.1mm」から始まる）に一貫して「接近」するので、大部分の放出エネルギーを利用可能にする。
ii．輻射点は、主に垂直角度で材料に作用し、輻射は輻射螺旋（IRまたはUVのいずれか）の適用範囲の外側に置かれたスクリーンを介して管の360°内に常に反射される。
iii．材料容積の通過部分は完全に円筒形であり、設備の動作中、輻射領域内を流れる各分子は、輻射源にたいして常に既知の最大および最小距離を見つける（この事実は、より低い消費の他にも最上の設定と適用量を可能にする）。
iv．選択された石英管の壁の厚さの関数としての、輻射線を吸収する材料（これは1ミリメートルより小さくてもよい）における光線エミッターの近接度が得られる：これは輻射エネルギー効率が、従来のシステムと比較してはるかに効果的であることを意味する；
v．透明なSiO2を越えて壁が介在しないので、現在使用中のシステムで遭遇する（熱）慣性を大幅に低減することができる。

これらの特殊性により、本発明は、特に温度に敏感な材料で動作することが可能になる；これらの材料は、内部で摺動する材料の偶発的な溶融または損傷を避けるために、設備の動作中に輻射されるエネルギーの突然の変化を必要とする。溶融物は、例えば、繊維産業プロセスにおいて知られている織り交ぜやテキスチャライジングばかりでなく、熱硬化性ポリマー及び熱可塑性ポリマーの代わりに提供される予熱システムの業界において提供される「熱硬化」のプロセスのような工業生産のサイクルを中断する可能性がある。

18～20m/sの速度を3～4m /sに突然変化させる流動性材料は、異なる産業分野（特に始動時、設定時、停止時）に共通であり、従来のシース付き外装管状要素が能力を有さない、このような突然の変化に適応するには、輻射装置の製造方法および施工方法によって実質的に熱慣性がない本発明は好ましくない。

商業技術文献では、純粋な溶融石英管（本発明）に基づく輻射集束加熱器と比較して微小管ヒータの技術水準を区別するこれらの概念を示している。

本発明の革新的なアイデアは、同心状で、外側に向かうIR/UVの輻射に対して不透明である管（F‐外管と呼ばれる‐反射セラミックケーシング）に、それらの波長のEMWを輻射するエミッター（E）を封入する概念に基づいているので、透明で第1の管と同心であり、溶融石英（その波長に対して完全に透明）からなり、同心の第一の管（F‐外側に位置し、マットな材質の管）の内部にある第2の管（DまたはC）の中を流れる材料にのみ、上記EMWが照射され、環境中に上記EMWが散乱（または最小限の分散のみしか）しないことを保証する。実際、大部分の場合、対流または伝導によるIRエネルギーよりもむしろ輻射されたIRエネルギーを使用する。伝導および熱対流は、実際には、「ブリッジ」として作用する他の材料を必要とし、これらの介在材料は、通常、加熱体（例えば、電流が通じる抵抗線）から加熱要素へのエネルギー移動において慣性要素として作動する。

周波数および使用材料に応じて、このシステムは、物理的電気誘導原理によるエネルギー移動も可能にする。また、石英材料は比較的大きな電圧が印加され電流が流れる電気抵抗と接触することによって被加熱導線を分離するための優れた誘電体要素でもある。

従来の加熱システムは、通常誘導性または抵抗性（接触または摺動）であるので、調整経験（誘導システム）または経験（抵抗性システム）にかなり問題があり、ほとんどが変質または劣化し、加熱導線は変色し使用不能にまでなり特に抵抗性システムは、電気アーク発生問題と、温度条件（導線と電極の両方）の変化による抵抗率の変化の両方に対する電気設備の管理が困難である；ほとんどの金属では、温度上昇は材料の固有抵抗の増加をもたらし、その均一な加熱を制御することを極めて困難にする。抵抗加熱システムは、熱エネルギー（ジュール）を非導電性材料に伝達することができない。

誘導性システムは、金属（特殊な「サセプター」の使用を除いて）のみで作動する他、導線の直径と誘導体自体の誘導特性の機能上、放出周波数の連続的調整を必要とする。この調整は、プラントの高コストと管理を必要とする。

UV-Cに関するこの技術革新は、同心電磁波輻射源をもたらすことによって、ほぼ流体接触（または一般的には材料）で処理される（すなわち殺菌する）ことで表現される：このようにして、期待される結果が同じの処理に必要なエネルギーが削除され、その結果、設置、運用コスト、システムの障害が減少する。

実現
このような設備を実現するには、以下の内容が必要である：
要求される振幅および周波数の電磁波を発生できるように、また必要な電力に基づいて計算された適切な発電機（図示せず）；
i． 石英管（D）（SiO2）または代替材料。つまり、半透明または透明で、いずれの場合にも、壁の厚さが比較的重要であり、所望の光線の波長の透過に最も適した材料よりなる：
前記石英管（D）に巻き付けられた、以下(a),(b);
（a）IRの場合には、到達温度と輻射周波数で特定されるタイプの、従来のIR用の材料で実現される電気加熱抵抗：
（b）UV（特にUV‐C）の場合には、発光ダイオード（LED）ストリップ。そのストリップは、被処理材料が流れる溶融石英管のダクトの中心に輻射点が向かうように、そのストリップが巻き付けられた石英管の内側に発光面を向けて配置される；
ii．第1の管（D）の内腔の中に導入できるように、第1の管（D）の内腔よりも小さく、常に特定の厚さを持つ半透明（または透明）石英の第2の管（C）が設けられてもよい。その第2の管(C)は、第1の管(D)上に形成された巻線による電磁波輻射によって処理される材料が内部を通過するに必要な、所望の直径を有する空間を残すことができる。－この第2の管（C）（保護/装着用）は、電気設備全体を分解することなく容易に交換することができる；
iii．抵抗線またはLEDストリップが巻かれた第1の管（D）は、輻射と伝熱に対し反射性、断熱性および抵抗性を有するもう1つの不透明管（F）に挿入される。その管（F）は、最も一般的なニーズを容易に満たすセラミックまたは類似の材料で実現される。セラミック材料は、熱や熱衝撃（その内のいずれか）に非常に強く、その光の色が、輻射熱を発生する抵抗線（またはUV‐CのLED）からの輻射線を内側（被処理材料が流れる箇所）に反射するとともに、電気装置の内部に輻射熱をできるだけ多く保持する傾向があるため、最も適しているように思われる；
iv．セラミックまたは類似の材料の不透明管は、断熱材（G）で断熱されており、設備外部への熱エネルギーおよび輻射線の放出を防止し、熱的に装置を隔離して、設備自体を操作するオペレータの火傷を防止するとともに、UV光線の漏れを回避する。
v．最後に、金属または金属化されたプラスチックシート(H)が全体を囲み、外部への輻射線の分散を防止する最終フィルターとなる。

操作
被処理材料は、小直径のパイプを通って内側に入り、輻射螺旋で包まれると、壁は完全に滑らかで非常に硬くなり、ガラス質の性質を備えるので（実際に石英ガラスである）、酸に対するオールマイティ耐性を有し、濃縮されるので長期の耐久性が期待される。前述したように、2つの石英管で構成される場合、輻射装置全体を分解することなく、被処理材料に最も近いシステムの最も内側の内管を、被処理材料に対する最も適切なサイズのものに置き換えることができる。

赤外線輻射抵抗線（またはUVLED糸）ストリングは、速度センサ（または流量計）および/または熱電対（または他のセンサー）によって逆駆動される発電機（たとえばインバーター）によって制御されるものであって、石英管内の材料の動きに追従し、所望の出口温度または殺菌処理の関数としての材料自体に輻射されるエネルギーの量を制御する。

管と抵抗の長さ、UVC LEDの電力と使用周波数は、輻射エネルギーの量、加熱する必要のある質量および材料と特性ならびに所望温度差および殺菌プロセスに必要な輻射に比例する；これらすべてが設計された通過速度に関係する。

IR処理に関しては、有用な加熱エネルギーの一部が、輻射（および誘導された）ばかりでなく対流によって被加熱材料に到達することは明らかである。

カレンダー、ブロック、ノート、書籍の製本に半世紀以上に渡って使用されている「オープンメタルコイル」（商業的には「wire-o」と呼ぶ）を使用することや、管に長手方向に沿った切れ目を設けることなど、特定の構造機能を使用すると、プラントに既に設置されている石英管を分解することなく、エミッターを異なるものに交換することが可能になる。

ユーティリティ
このように考案された電気設備の有用性は、現在知られている技術と比較して、異なる物理的形態（固体、液体または気体またはそれらの混合物）を有する材料を処理する可能性が強調され、以下の同時に生じる長点を得ている：
i．被処理材料は、電磁波輻射源に非常に近いが、それらと接触することは決してない。
ii．被処理材料は、電気アークや「スケール除去」問題のような、被処理材料に周知の望ましくない物理的変化に、これ以上晒されない；
iii．同じシステムは、加熱装置または処理を変更することなく、様々な材料を処理することができる。換言すれば、金属またはポリマーは同じ設備で処理することができる；
iv．主に対流及び伝導システムの代わりに輻射の利益を得ているので、従来の設備に物理的に介在する重要な慣性は、本発明のものによってほとんど相殺されるので、その代わりに「残余」と記載することができる （多くの材料は単に吊り下げられ、したがって「輻射チューブ」の部品と物理的に接触することはない）；
v．ここに記載されているような輻射システムを使用する産業プラントの現在の稼働速度は低下することはなく、（可能な場合）向上する；
vi．本設備の設計と構造形態に重要な省エネルギーが期待される：これは、被加熱材料との物理的接触の欠如に由来するもであって、これにより優れた断熱（熱と電磁波）が実現され、電気設備自体の内部に詰められて残った電力（広範に輻射された）が、外部と良好に断熱され低質量および小開口の入口および出口は、これまで知られている（従来のものではない）システムよりもはるかに高いエネルギー収率を可能にする。
vii．UVに関しては、材料の周辺360度の同心輻射システムで行われる処理は、現在の技術水準を以下のように向上させる：
a）単位表面積（したがって体積）当たり輻射される比エネルギーを増加させる；
b）上記の箱の代わりに真っ直ぐなパイプの部分に適用された処理の結果、荷重損失が削除される；
c）UV-C光線を必要な場所にのみ広げる；
d）主に垂直な材料を輻射する。

実用的なアプリケーションとして、多くの物の中で考えられるものはミルクであって、これは蒸気処理プラントを使用せず、同じラインでUHT処理（IRによる）と滅菌（UVによる）とをすべて満たすことができ、そのプラント（すなわち、蒸気プラントは、蒸気輸送におけるエネルギー損失の他にも、原点で熱交換と1代のミルク熱交換器を提供する）の分散によって生成される、より多くの内容物および低電力廃棄物を収容する。

より一般的なアプリケーションとして、以下に、完全に網羅的ではなく、比較的説明的な合成リストを提供する：
i．インスタント温水ヒーター；
ii．インライン空気/ガスプロセスヒーター；
iii．インスタント蒸気発生器；
iv．導線の同時押出しのための予熱器；
v．変圧器、ボビンおよびコイル用のエナメル線を製造するためのヒーター；
vi．金属線のインライン熱処理設備ライン；
vii．UHT処理プラント；
viii．ポリマー用の熱硬化ライン；
ix．繊維混合固定プラント；
x．プレプレグ・プラント；
xi．液体の工業的滅菌；
xii．水泡液中の最終製品の工業的滅菌；
xiii．管状フラッシュ低温殺菌；
xiv．産業用インライン殺菌装置；
xv．屋外用、太陽光発電、飲料水用ポータブル殺菌装置

Claims (9)

1. 材料(A)を処理するのに、輻射電磁波を同心円状に高効率で照射するための管状集束器であって、前記管状集束器の外側から内側へと順に同心円状に、以下の構成要素を有する。
   ・前記管状集束器の外周を囲み、前記輻射電磁波が外部に分散するのを防止する、金属または金属化されたプラスチックよりなるシート(H)。
   ・前記管状集束器の外部への前記輻射電磁波の放出を防止し、前記管状集束器を熱的に隔離して前記管状集束器を操作するオペレータの火傷を防止し、また前記輻射電磁波の漏れを回避する断熱シェル(G)。
   ・反射性のケーシングであり、前記輻射電磁波に対して不透明で、前記輻射電磁波の外部への散乱を回避するための、外管(F)。
   ・前記輻射電磁波を放射し、前記管状集束器の内部を流れる前記材料(A)にその輻射電磁波を近接して照射するエミッター(E)。
   ・前記輻射電磁波に対して透明で、前記輻射電磁波を前記材料(A)に照射できる第一の溶融石英管(D)。
   ・交換可能であり、前記輻射電磁波に対して透明で、前記輻射電磁波を前記材料(A)に照射できる第二の溶融石英管(C)。
   ここで、前記管状集束器は、以下の特徴を有する。
   ・前記材料(A)は、前記第二の溶融石英管(C)の中心または内部に配置されて、前記第二の溶融石英管(C)の内部を流れ、前記エミッター(E)から放射された前記輻射電磁波、および前記外管(F)によって前記管状集束器の内側に反射された前記輻射電磁波を垂直に照射される。
   ・前記エミッター(E)は、前記第一の溶融石英管(D)に巻き付けた電磁波輻射源である。
2. 前記外管（F）は、前記エミッター(E)から放射される波長の前記輻射電磁波を反射する材料で作られたことを特徴とする請求項1に記載の管状集束器。
3. 前記外管（F）が、前記輻射電磁波に対する反射力に加え、断熱力も備えることを特徴とする、請求項１～２のいずれか１項に記載の管状集束器。
4. 前記断熱シェル(G)の材料は、前記エミッター(E)から放射される波長の前記輻射電磁波に対して、外部への放出を防止する材料であることを特徴とする、請求項1～3のいずれか１項に記載の管状集束器。
5. 電磁波を輻射する螺旋状の前記エミッター(E)が巻かれた前記第一の溶融石英管（D）の内側に配置されて、交換可能に装着される前記第二の溶融石英管（C）が設けられていることを特徴とする、請求項1～4のいずれか１項に記載の管状集束器。
6. 前記材料(A)として、ガスの不在下（真空）、または特定のガスならびに液体の存在下で作動できることを特徴とする、請求項1～5のいずれか１項に記載の管状集束器。
7. 前記エミッター（E）を支持する前記第一の溶融石英管(D)には、処理される前記材料(A)としての導線または他の材料を、連続性を中断させることなく挿入するのに適した長手方向に沿った切れ目が設けられており；前記エミッター（E）は、「オープンメタルコイル」の形状を有することを特徴とする、請求項1～6のいずれか１項に記載の管状集束器。
8. ポータブル式に構築されており、その内部には、要求される振幅および周波数の前記輻射電磁波を発生させるために必要な電源を設けることができることを特徴とする、請求項1～7のいずれか１項に記載の管状集束器。
9. 前記外管（F）を設けず、前記第一の溶融石英管（D）上に同心状に巻き付けた前記エミッター(E)を単に使用し、前記エミッター(E)の外側に付加的な遮蔽を有しないことを特徴とする、請求項1に記載の管状集束器。これにより、前記エミッター(E)とレシーバとしての前記材料(A)の間の透過性と近接性の概念が維持される。

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