JP7417225B2 - Microwave processing device and microwave processing method - Google Patents

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Description

本発明は、マイクロ波処理装置及びマイクロ波処理方法に関する。 The present invention relates to a microwave processing device and a microwave processing method.

共振器内にマイクロ波を照射することによって形成したシングルモードの定在波によって、共振器内の被処理対象物を効率的に加熱することができる。
例えば、特許文献1には、空胴共振器を用いたマイクロ波加熱装置が記載されている。この技術では、円筒型の空胴共振器の中心軸に平行な軸対象マイクロ波電界を該空胴共振器内に発生させ、電界強度が集中する部分に配した円管内で被処理対象物を加熱し、化学反応を進行させる。
また特許文献2には、空胴共振器内に形成されるシングルモード定在波の電界強度が極大となる部分に沿って流通管を配し、流通管内に流体を流通させることにより当該流体を迅速かつ均一に加熱する流通型のマイクロ波利用化学反応装置が記載されている。
A single-mode standing wave formed by irradiating microwaves into the resonator can efficiently heat the object to be processed within the resonator.
For example, Patent Document 1 describes a microwave heating device using a cavity resonator. In this technology, an axially symmetrical microwave electric field parallel to the central axis of a cylindrical cavity resonator is generated inside the cavity, and the object to be processed is placed in a circular tube placed in the area where the electric field intensity is concentrated. Heat to allow chemical reaction to proceed.
Furthermore, Patent Document 2 discloses that a flow pipe is arranged along a portion where the electric field strength of a single mode standing wave formed in a cavity resonator is maximum, and the fluid is caused to flow through the flow pipe. A flow-through type microwave-based chemical reaction device that heats quickly and uniformly is described.

共振器内にシングルモード定在波を形成するための共振周波数は、共振器内に配した被処理対象物の状態変化によっても変動する。そこで、シングルモード定在波による被処理対象物の加熱中に共振器内の共振周波数を測定し、この共振周波数の変動に応じて、照射するマイクロ波の周波数を制御することにより、連続的な、安定的な加熱処理が可能となる。 The resonant frequency for forming a single-mode standing wave within the resonator also varies depending on changes in the state of the object to be processed placed within the resonator. Therefore, by measuring the resonant frequency inside the resonator while heating the object to be processed using a single mode standing wave, and controlling the frequency of the irradiated microwave according to the fluctuation of this resonant frequency, continuous , stable heat treatment becomes possible.

特開2005-322582号公報Japanese Patent Application Publication No. 2005-322582 特開2010-207735号公報Japanese Patent Application Publication No. 2010-207735

上記の通り、共振器内の定在波の共振周波数は、共振器内に配した被処理対象物の状態変化によっても変動する。一方、工業的にはISM(工業・科学・医療用/Industrial,Scientific and Medical)バンドとよばれる特定の周波数範囲を超えるマイクロ波発生装置を組み入れた場合、電波法に則った許認可が必要となる。そのため、多くのマイクロ波処理装置はISMバンド内での運用が望まれている。すなわち、マイクロ波発生装置の周波数範囲が限定されることから、この限られた周波数範囲内へと共振器内の共振周波数を制御する必要がある。しかし、この共振周波数の周波数域の制御は、共振器の内部構造を変える必要があり、被処理対象物の配置、共振器の追加工(寸法調整等)が必要になるなど、実用上の課題となっていた。 As mentioned above, the resonant frequency of the standing wave within the resonator also varies depending on the state change of the object to be processed placed within the resonator. On the other hand, from an industrial perspective, when incorporating a microwave generator that exceeds a specific frequency range called the ISM (Industrial, Scientific and Medical) band, permission in accordance with the Radio Law is required. . Therefore, it is desired that many microwave processing devices operate within the ISM band. That is, since the frequency range of the microwave generator is limited, it is necessary to control the resonant frequency within the resonator within this limited frequency range. However, controlling the frequency range of this resonant frequency requires changing the internal structure of the resonator, which poses practical problems such as the need for placement of the object to be processed and additional machining of the resonator (dimensional adjustment, etc.). It became.

また、例えば、被処理対象物を触媒とし、この触媒を共振器内に配し、そこに流体を送り込みながらマイクロ波の定在波により加熱して化学反応させる場合、触媒自体は製品評価基準値内にあるものでも一定のばらつきがあり、共振器内に触媒を配したときのマイクロ波に対する応答性が異なることがある。つまり、製品評価基準値を満たすある触媒を用いた場合の共振周波数と、当該製品評価基準値を満たす別の触媒を用いた場合の共振周波数とが異なる場合がある。その場合、共振器の共振周波数を調整するために、触媒製品一つ一つについて、共振器内への触媒の詰め直しやマイクロ波照射空間への追加工(寸法調整)を行うのは非効率であり、生産性に劣る。 In addition, for example, when the object to be treated is used as a catalyst, this catalyst is placed in a resonator, and a fluid is pumped into the resonator and heated by standing microwave waves to cause a chemical reaction, the catalyst itself has a product evaluation standard value. There are certain variations even within the resonator, and the responsiveness to microwaves when a catalyst is placed inside the resonator may differ. That is, the resonant frequency when using a certain catalyst that satisfies the product evaluation standard value may be different from the resonant frequency when using another catalyst that satisfies the product evaluation standard value. In that case, in order to adjust the resonant frequency of the resonator, it is inefficient to repack the catalyst into the resonator or perform additional work (dimensional adjustment) on the microwave irradiation space for each catalyst product. Therefore, productivity is poor.

本発明は、共振器内に形成されたシングルモード定在波の共振周波数の変動を、ISMバンドの周波数帯へと簡便に制御することを可能とするマイクロ波処理装置及びマイクロ波処理方法を提供することを課題とする。 The present invention provides a microwave processing device and a microwave processing method that make it possible to easily control the fluctuation of the resonant frequency of a single mode standing wave formed in a resonator to a frequency band of the ISM band. The task is to do so.

本発明の上記課題は下記の手段により解決される。
[1]
マイクロ波発生器と、シングルモードの定在波を形成する共振器と、該共振器内に少なくとも一部が配された管とを有するマイクロ波処理装置であって、
前記管の外周面が前記共振器の共振器軸に対して平行な面で構成され、該管の管壁の厚さが該共振器軸方向に異なる部分を有する、
マイクロ波処理装置。
[2]
前記管の内壁面がテーパ及び/又は段差を有する、[1]に記載のマイクロ波処理装置。
[3]
前記管は、前記共振器内の電界強度もしくは磁界強度が極大かつ均一になる前記共振器軸に沿って該共振器軸方向に移動可能に配される、[1]又は[2]に記載のマイクロ波処理装置。
[4]
前記管は、多重管構造を有し、
前記管のうち最外周の管を除く他の管の少なくとも1層の管が前記共振器軸方向に移動可能である、[1]~[3]いずれかに記載のマイクロ波処理装置。
[5]
前記共振器内に形成される定在波の共振周波数を検出する検出部と、
前記検出部にて検出した共振周波数に基づいて前記共振器軸に沿う前記管の挿入位置を決定する制御部と、
前記制御部により決定された管の挿入位置に基づいて前記共振器軸に沿って前記管を移動させる駆動部と、を有する[1]~[4]のいずれかに記載のマイクロ波処理装置。
[6]
共振器のマイクロ波照射空間内の電界強度もしくは磁界強度が極大かつ均一になる共振器軸方向に管の軸方向を合わせて該管を配し、該管内に配した被処理対象物にシングルモードの定在波を照射するマイクロ波処理方法であって、
前記管は、その外周面が前記共振器軸に対して平行な面で構成され、該管の管壁の厚さが前記共振器軸方向に異なる部分を有し、該管を前記共振器軸方向に移動させて前記共振器の共振周波数を調整するマイクロ波処理方法。
The above-mentioned problems of the present invention are solved by the following means.
[1]
A microwave processing device comprising a microwave generator, a resonator that forms a single-mode standing wave, and a tube at least partially disposed within the resonator,
The outer circumferential surface of the tube is constituted by a plane parallel to the resonator axis of the resonator, and the tube wall of the tube has a portion where the thickness differs in the resonator axis direction.
Microwave processing equipment.
[2]
The microwave processing device according to [1], wherein the inner wall surface of the tube has a taper and/or a step.
[3]
The tube according to [1] or [2], wherein the tube is disposed so as to be movable in the resonator axial direction along the resonator axis where the electric field strength or magnetic field strength within the resonator becomes maximum and uniform. Microwave processing equipment.
[4]
the tube has a multi-tube structure;
The microwave processing device according to any one of [1] to [3], wherein at least one layer of the tubes other than the outermost tube among the tubes is movable in the axial direction of the resonator.
[5]
a detection unit that detects a resonant frequency of a standing wave formed within the resonator;
a control unit that determines the insertion position of the tube along the resonator axis based on the resonance frequency detected by the detection unit;
The microwave processing device according to any one of [1] to [4], further comprising a drive unit that moves the tube along the resonator axis based on the insertion position of the tube determined by the control unit.
[6]
The tube is arranged so that the axial direction of the tube is aligned with the resonator axis direction where the electric field strength or magnetic field strength in the microwave irradiation space of the resonator is maximum and uniform, and a single mode is applied to the object to be processed placed inside the tube. A microwave processing method for irradiating a standing wave of
The tube has an outer circumferential surface parallel to the resonator axis, and the tube wall has a portion where the thickness differs in the resonator axis direction, and the tube is parallel to the resonator axis. A microwave processing method that adjusts the resonant frequency of the resonator by moving the resonator in the direction.

本発明のマイクロ波処理装置によれば、共振器内に形成されたシングルモード定在波の共振周波数の変動を、ISMバンドの周波数帯へと簡便に制御することが可能になる。また、マイクロ波処理方法によれば、共振器軸方向に管を移動させることによって、共振器内に形成されたシングルモード定在波の共振周波数の変動を、ISMバンドの周波数帯へと簡便に制御することが可能になる。 According to the microwave processing device of the present invention, it becomes possible to easily control the fluctuation of the resonant frequency of the single mode standing wave formed in the resonator to the frequency band of the ISM band. Furthermore, according to the microwave processing method, by moving the tube in the axial direction of the resonator, the fluctuation of the resonant frequency of the single mode standing wave formed in the resonator can be easily changed to the frequency band of the ISM band. It becomes possible to control.

本発明のマイクロ波処理装置の好ましい一実施形態を模式的に示した断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a preferred embodiment of a microwave processing apparatus of the present invention. 本発明のマイクロ波処理装置に用いる管の好ましい一例を示した断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a preferable example of a tube used in the microwave processing apparatus of the present invention. 本発明のマイクロ波処理装置に用いる管の好ましい一例を示した断面図であり、(A)は管を下降した状態の断面図であり、(B)は管を上昇した状態の断面図である。2 is a sectional view showing a preferable example of a tube used in the microwave processing device of the present invention, (A) is a sectional view of the tube in a lowered state, and (B) is a sectional view of the tube in an ascended state. . 本発明のマイクロ波処理装置に用いる管の好ましい別の一例を示した断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing another preferred example of a tube used in the microwave processing device of the present invention. 本発明のマイクロ波処理装置に用いる管の好ましい別の一例を示した断面図であり、(A)は管を下降した状態の断面図であり、(B)は管を上昇した状態の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing another preferable example of the tube used in the microwave processing apparatus of the present invention, in which (A) is a cross-sectional view of the tube in a lowered state, and (B) is a cross-sectional view of the tube in a higher state; It is. 本発明のマイクロ波処理装置に用いる管の好ましいさらに別の一例を示した断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing yet another preferred example of a tube used in the microwave processing apparatus of the present invention. 本発明のマイクロ波処理装置に用いる管の好ましいさらに別の一例を示した断面図であり、(A)は管を下降した状態の断面図であり、(B)は管を上昇した状態の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing yet another preferable example of the tube used in the microwave processing device of the present invention, in which (A) is a cross-sectional view of the tube in a lowered state, and (B) is a cross-sectional view of the tube in a higher state; It is a diagram. マイクロ波処理装置の空胴共振器の共振器軸にそって図2に示した管を昇降させた場合の共振周波数を示した図であり、縦軸に共振周波数を示し、横軸に管の挿入位置を示した。挿入位置0(基準位置)は、共振器軸における空胴共振器のマイクロ波照射空間の中心位置2ACと管の中心軸の管長の中心位置61Cとが一致した位置とした。It is a diagram showing the resonant frequency when the tube shown in FIG. 2 is moved up and down along the resonator axis of the cavity resonator of the microwave processing device, where the vertical axis shows the resonant frequency and the horizontal axis shows the resonant frequency of the tube. The insertion position is indicated. The insertion position 0 (reference position) was a position where the center position 2AC of the microwave irradiation space of the cavity resonator on the resonator axis coincided with the center position 61C of the pipe length of the central axis of the pipe. マイクロ波処理装置の空胴共振器の共振器軸にそって図3に示した管を昇降させた場合の共振周波数を示した図であり、縦軸に共振周波数を示し、横軸に管の挿入位置を示した。挿入位置0(基準位置)は、共振器軸における空胴共振器のマイクロ波照射空間の中心位置2ACと段差管の段差部62Sの断面方向の中心位置62Cとが一致する位置とした。It is a diagram showing the resonant frequency when the tube shown in FIG. 3 is moved up and down along the resonator axis of the cavity resonator of the microwave processing device, where the vertical axis shows the resonant frequency and the horizontal axis shows the resonant frequency of the tube. The insertion position is indicated. The insertion position 0 (reference position) was a position where the center position 2AC of the microwave irradiation space of the cavity resonator on the resonator axis and the center position 62C in the cross-sectional direction of the stepped portion 62S of the stepped tube coincided.

本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して以下に説明する。本発明は、本発明で規定されること以外、下記実施形態に限定されるものではない。また、各図面に示される装置の形態は、本発明の理解を容易にするための模式図であり、各構成部材のサイズおよび相対的な大小関係等は説明の便宜上大小を変えている場合があり、実際の関係をそのまま示すものではない。また、本発明で規定する事項以外はこれらの図面に示された外形、形状に限定されるものでもない。 Preferred embodiments of the invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments other than what is specified in the present invention. Furthermore, the form of the device shown in each drawing is a schematic diagram to facilitate understanding of the present invention, and the size and relative size of each component may be changed for convenience of explanation. However, it does not directly represent the actual relationship. Furthermore, matters other than those specified in the present invention are not limited to the external shapes and shapes shown in these drawings.

本発明に係るマイクロ波処理装置は、マイクロ波発生器と、シングルモードの定在波を形成する共振器と、該共振器内に少なくとも一部が配された管とを有する。その管の外周面は共振器の共振器軸に対して平行な面で構成される。該管の管壁の厚さは、該共振器軸方向に異なる部分を有する。
以下に、本発明のマイクロ波処理装置の好ましい一実施形態(第1実施形態)を、図面を参照して説明する。
A microwave processing device according to the present invention includes a microwave generator, a resonator that forms a single-mode standing wave, and a tube that is at least partially disposed within the resonator. The outer peripheral surface of the tube is constituted by a plane parallel to the resonator axis of the resonator. The thickness of the tube wall of the tube has different portions in the axial direction of the resonator.
EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, one preferable embodiment (1st Embodiment) of the microwave processing apparatus of this invention is described with reference to drawings.

[マイクロ波処理装置]
図1に示すように、マイクロ波処理装置1は、共振器2及び該共振器2内に定在波を形成することができる周波数のマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段3と、該共振器2内に少なくとも一部が配された管6とを有する。
共振器2には、例えば、空胴共振器を用いることができる。以下、共振器2を空胴共振器2として説明する。マイクロ波供給手段3は、マイクロ波を出力するマイクロ波発生器4、出力したマイクロ波をマイクロ波供給口2Sより空胴共振器2内に供給するアンテナ5を含む。アンテナ5は、ケーブル7を介してマイクロ波発生器4と接続される。マイクロ波発生器4には、マイクロ波を発振するマイクロ波発振器が備えられ、さらに、マイクロ波発振器を制御する制御部11、マイクロ波の減衰レベルを調節する減衰器、マイクロ波電力を増幅する増幅器、反射波を吸収するアイソレータ、反射波を抑制する整合器等(図示せず)を備えてもよい。制御部11は、例えば、マイクロ波発生器4に内蔵されていても、又は別体に構成されていてもよい。
[Microwave processing device]
As shown in FIG. 1, the microwave processing device 1 includes a resonator 2, a microwave supply means 3 for supplying microwaves at a frequency that can form a standing wave in the resonator 2, and 2 and a tube 6 at least partially disposed within the tube.
For example, a cavity resonator can be used as the resonator 2. Hereinafter, the resonator 2 will be explained as a cavity resonator 2. The microwave supply means 3 includes a microwave generator 4 that outputs microwaves, and an antenna 5 that supplies the output microwaves into the cavity resonator 2 from the microwave supply port 2S. Antenna 5 is connected to microwave generator 4 via cable 7 . The microwave generator 4 is equipped with a microwave oscillator that oscillates microwaves, and further includes a control unit 11 that controls the microwave oscillator, an attenuator that adjusts the attenuation level of the microwave, and an amplifier that amplifies the microwave power. , an isolator that absorbs reflected waves, a matching device that suppresses reflected waves, etc. (not shown) may be provided. The control unit 11 may be built into the microwave generator 4 or may be configured separately, for example.

空胴共振器2は、その内部のマイクロ波照射空間2Aに定在波を形成する。定在波は、TMmn0モード(m、nは1以上の整数である)又はTEm0pモード(m、pは1以上の整数である)のシングルモードである。
例えば、電界を利用したマイクロ波処理を行う場合は、TM0n0モード(nは1以上の整数)を用いることが好ましい。なかでも円筒型空胴共振器におけるTM010モードの定在波は、マイクロ波照射空間2Aの共振器(中心)軸Cにおいて、空胴共振器2内に形成される定在波のエネルギーが極大となる共振器軸C部分において電界強度が極大となるため、被処理対象物を設置する位置を決定しやすい。また共振器軸C方向には定在波エネルギーが均一となる。このエネルギーが極大でかつ均一となる共振器軸又はその近傍に沿って管6が移動可能に配される。管6内には被処理対象物31(図面では矢印で示す)が配される。被処理対象物31が配されるとは、管6の内部空間6SUに被処理対象物31が存在することを意味し、被処理対象物31が管6内に静置されている形態も、被処理対象物31が管6内を流動している形態も、一部が流動している形態も含む意味である。被処理対象物31は、管6内のすべてを満たしていても、満たしていなくてもよい。
The cavity resonator 2 forms a standing wave in the microwave irradiation space 2A inside thereof. The standing wave is a single mode of TM mn0 mode (m, n are integers greater than or equal to 1) or TE m0p mode (m, p are integers greater than or equal to 1).
For example, when performing microwave processing using an electric field, it is preferable to use TM 0n0 mode (n is an integer of 1 or more). In particular, in the TM 010 mode standing wave in the cylindrical cavity resonator, the energy of the standing wave formed in the cavity resonator 2 is maximum at the resonator (center) axis C of the microwave irradiation space 2A. Since the electric field strength is maximum at the resonator axis C portion, it is easy to determine the position where the object to be processed is installed. Furthermore, the standing wave energy becomes uniform in the direction of the resonator axis C. The tube 6 is disposed so as to be movable along or near the resonator axis where this energy is maximum and uniform. An object to be processed 31 (indicated by an arrow in the drawing) is disposed within the tube 6 . Placing the object to be processed 31 means that the object to be processed 31 is present in the internal space 6SU of the tube 6, and the form in which the object to be processed 31 is left still in the tube 6 also applies. This term includes a form in which the object to be processed 31 is flowing in the pipe 6 and a form in which a portion thereof is flowing. The object to be processed 31 may or may not fill the entire inside of the tube 6 .

また、磁界を利用したマイクロ波処理を行う場合は、TMmn0モード(mおよびnは1以上の整数)を用いることが好ましい。なかでも円筒型の空胴共振器2におけるTM110モードの定在波および矩形型空胴共振器におけるTE102モードは、共振器軸C部分が磁界極大となるため、被処理対象物31を設置する位置を決定しやすい。
被処理対象物は、空胴共振器2の内部の磁界強度に対応させて、磁界強度の強い部分に配されることが好ましい。特に、空胴共振器2内に形成された磁界強度が極大になる領域に配せば、より効率的な加熱が可能になる。例えば、被処理対象物31が、磁性を有する物質の場合には磁界エネルギーを吸収することで、より効率的な加熱となる。被処理対象物31が金属やイオンを含む物質などで電気伝導性を有する場合、磁界により物質内に誘起された電流によるジュール熱で発熱させることができ、より効率的な加熱が可能になる。
Further, when performing microwave processing using a magnetic field, it is preferable to use TM mn0 mode (m and n are integers of 1 or more). Among them, the standing wave of TM 110 mode in the cylindrical cavity resonator 2 and the TE 102 mode in the rectangular cavity resonator have a magnetic field maximum at the resonator axis C, so it is difficult to install the object 31 to be processed. It is easy to determine the location.
It is preferable that the object to be processed be placed in a region where the magnetic field strength is strong, corresponding to the magnetic field strength inside the cavity resonator 2 . In particular, if it is placed in a region where the magnetic field strength formed within the cavity resonator 2 is maximum, more efficient heating becomes possible. For example, if the object to be processed 31 is a magnetic substance, more efficient heating can be achieved by absorbing magnetic field energy. If the object to be processed 31 is a metal, a substance containing ions, or the like and has electrical conductivity, heat can be generated using Joule heat due to a current induced in the substance by a magnetic field, and more efficient heating becomes possible.

上記マイクロ波発振器としては、発振周波数を2.45GHz帯のマイクロ波を発生できるマイクロ波発振器を挙げることができる。マイクロ波の周波数を微調整できるという観点、装置の小型化という観点から、半導体固体素子を用いたマイクロ波発生器を用いることが好ましい。このようなマイクロ波発振器としては、例えばガンダイオード、アバランシェダイオード(インパットダイオード)、等を用いたマイクロ波発振器が挙げられる。もしくは、MHz帯ではコイルとコンデンサからなるLC回路による発振回路も用いることができる。また、これらの素子と周波数制御機構をパッケージ化したVCO(Voltage Controlled Oscillator)やPLL(Phase Lockd Loop)回路等も挙げることができる。マイクロ波発振器によって発生されるマイクロ波は、周波数が2.45GHz帯のマイクロ波に限定されるものではなく、915MHz帯、5.8GHz帯等、その他の周波数帯のマイクロ波を発生するものも、適宜、用いることができる。 Examples of the microwave oscillator include a microwave oscillator that can generate microwaves with an oscillation frequency of 2.45 GHz. From the viewpoint of being able to finely adjust the microwave frequency and miniaturizing the device, it is preferable to use a microwave generator using a semiconductor solid-state element. Examples of such a microwave oscillator include a microwave oscillator using a Gunn diode, an avalanche diode (input diode), and the like. Alternatively, in the MHz band, an oscillation circuit using an LC circuit including a coil and a capacitor can also be used. Further, examples include a VCO (Voltage Controlled Oscillator) and a PLL (Phase Locked Loop) circuit in which these elements and a frequency control mechanism are packaged. Microwaves generated by microwave oscillators are not limited to microwaves with a frequency of 2.45 GHz band, but also those that generate microwaves in other frequency bands such as 915 MHz band and 5.8 GHz band. It can be used as appropriate.

[管]
マイクロ波処理する被処理対象物31が配される管6について説明する。管6は、管の外壁面が共振器軸Cと平行な面で構成された形状を有し、管壁の厚さが共振器軸C方向に異なる部分を有するものである。以下、好ましい管の形態について詳述する。
[tube]
The pipe 6 in which the object to be processed 31 to be subjected to microwave processing is disposed will be explained. The tube 6 has a shape in which the outer wall surface of the tube is a plane parallel to the resonator axis C, and has portions where the thickness of the tube wall differs in the resonator axis C direction. Hereinafter, preferred tube configurations will be described in detail.

<テーパ管>
図2に示すように、管6(61)は、外壁面61WAが共振器軸Cと平行な面で構成され、内壁面61WBが連続的に先細り形状を成すことが好ましい。「連続的」とは、内壁面61WBに段差がなく、共振器軸C方向に内壁面61WBが滑らかに先細りになる形態を意味する。したがって、内壁面61WBで囲まれる内部空間61SUは先細りの空間になっている。内壁面61WBは、直線的に先細りになる形態と、曲線的に先細りになる形態とがある。直線的に先細りになる形態は、いわゆるテーパ形状を成す。このテーパ形状のテーパ率は、共振周波数の調整範囲が広いという観点から、1%以上が好ましく、5%以上がより好ましく、10%以上がさらに好ましく、実際的には30%以下である。また、気体又は液体の流動性の観点から、30%以下が好ましく、25%以下がより好ましく、20%以下がさらに好ましい。
テーパ率は|(管61の入口内径)-(管61の出口内径)|/(管61の管長)×100%で求めることができる。先細りの形態では、(管61の入口内径)>(管61の出口内径)である。具体的には、例えば、外壁面61WAは円筒形状の外周面で構成され、内壁面61WBは逆円錐台形状の外周面で構成されることが好ましい。また、図2に示した管6とは逆に、先太り(図面上、内径が上側から下側に向かって太くなる)形状を有した管を用いることもできる。直線的に先太りになる形態の場合、(管61の入口内径)<(管61の出口内径)であっても上記テーパ率を求める式によって、テーパ率を求めることができる。
なお、本発明では、内壁面61WBが、曲線的に先細りになる形態の場合(図示せず)もテーパ管の範疇に含める。以下、内部空間6SUが上側から下側に先細りとなる形態について記載する。
<Tapered pipe>
As shown in FIG. 2, it is preferable that the tube 6 (61) has an outer wall surface 61WA formed of a surface parallel to the resonator axis C, and an inner wall surface 61WB formed into a continuously tapered shape. "Continuous" means that there is no step on the inner wall surface 61WB, and the inner wall surface 61WB tapers smoothly in the direction of the resonator axis C. Therefore, the internal space 61SU surrounded by the inner wall surface 61WB is a tapered space. The inner wall surface 61WB has a linearly tapered form and a curvedly tapered form. A shape that tapers linearly forms a so-called tapered shape. The taper rate of this tapered shape is preferably 1% or more, more preferably 5% or more, even more preferably 10% or more, and practically 30% or less, from the viewpoint of wide adjustment range of the resonance frequency. Further, from the viewpoint of fluidity of gas or liquid, it is preferably 30% or less, more preferably 25% or less, and even more preferably 20% or less.
The taper ratio can be determined by |(inlet inner diameter of tube 61)−(outlet inner diameter of tube 61)|/(pipe length of tube 61)×100%. In the tapered form, (inlet inner diameter of tube 61)>(outlet inner diameter of tube 61). Specifically, for example, the outer wall surface 61WA is preferably configured with a cylindrical outer peripheral surface, and the inner wall surface 61WB is preferably configured with an inverted truncated cone-shaped outer peripheral surface. Further, contrary to the tube 6 shown in FIG. 2, a tube having a tapered shape (inner diameter becomes thicker from the top to the bottom in the drawing) can also be used. In the case of a configuration in which the tip tapers linearly, the taper ratio can be determined using the above formula for determining the taper ratio even if (inlet inner diameter of the tube 61) < (outlet inner diameter of the tube 61).
In the present invention, a case in which the inner wall surface 61WB is tapered in a curved manner (not shown) is also included in the category of a tapered pipe. Hereinafter, a configuration in which the internal space 6SU tapers from the upper side to the lower side will be described.

上記のようなテーパ管からなる管61を共振器軸C方向にそって移動させることによって、マイクロ波照射空間2A内における管61の管壁61Wの占める体積が変化する。これによって、マイクロ波照射空間2A内の比誘電率が変化するため、空胴共振器2の共振周波数が変化して、共振周波数を変更することが可能になる。その際、変化範囲を大きくとるために、管壁61Wの厚さを共振器軸C方向に薄い形態から厚い形態に大きく変化させることが好ましい。言い換えれば、管61の内部空間61SUの内径を小径から大径に大きく変化させることが好ましい。ただし、小径部分は、管内に被処理対象物31(図1参照)を導入しやすい径を有することが好ましく、また、内部空間61SUに対して被処理対象物31流出入しやすい大きさ(例えば、径)を有することが好ましい。
また、管61の外壁面61WAが共振器軸Cに対して平行に構成された面であることから、空胴共振器2に形成された貫通孔21及び22と管61の外壁との隙間を大きくとる必要がない。それによって、共振器軸C方向にそって管61の移動が可能となる必要最小限の隙間を設けるだけでよいため、貫通孔21及び22からマイクロ波照射空間2A内のマイクロ波の漏洩を最小限にすることができる。
上記管61は、図示はしていないが、外周管の外壁面を共振器軸Cと平行な面で構成し、その内壁面に、管壁61Wの厚さを増すための内壁面がテーパ形状のテーパ管からなる内周管を配した2層構造の管としてもよい。この場合の内周管は外周管に接合して一体化されていることが好ましい。また外周管は誘電損失が小さい樹脂やガラス管、セラミック等の材料を用いることが好ましい。
なお、テーパ管の場合、管61は管内に被処理対象物31を流通させる形態でなければ、管61の内部空間61SUが管61を貫通した形態とする必要はなく、例えば、管61の一端を閉じた形状とすることができる。例えば、管61の一端(例えば下端側)を閉じた構成とすることができる。
By moving the tube 61 made of the tapered tube as described above along the direction of the resonator axis C, the volume occupied by the tube wall 61W of the tube 61 in the microwave irradiation space 2A changes. As a result, the relative dielectric constant in the microwave irradiation space 2A changes, so the resonant frequency of the cavity resonator 2 changes, making it possible to change the resonant frequency. At this time, in order to widen the range of variation, it is preferable to largely change the thickness of the tube wall 61W from a thin form to a thick form in the direction of the resonator axis C. In other words, it is preferable to largely change the inner diameter of the internal space 61SU of the tube 61 from a small diameter to a large diameter. However, the small diameter portion preferably has a diameter that allows the object to be processed 31 (see FIG. 1) to be easily introduced into the pipe, and also has a size that allows the object to be processed 31 to easily flow in and out of the internal space 61SU (for example, , diameter).
Furthermore, since the outer wall surface 61WA of the tube 61 is a surface configured parallel to the resonator axis C, the gap between the through holes 21 and 22 formed in the cavity resonator 2 and the outer wall of the tube 61 is There's no need to make it big. As a result, it is only necessary to provide the minimum necessary gap to allow movement of the tube 61 along the direction of the resonator axis C, thereby minimizing the leakage of microwaves from the through holes 21 and 22 into the microwave irradiation space 2A. can be limited.
Although not shown, the tube 61 has an outer wall surface parallel to the resonator axis C, and the inner wall surface has a tapered shape to increase the thickness of the tube wall 61W. It may also be a two-layered tube with an inner peripheral tube made of a tapered tube. In this case, it is preferable that the inner circumferential tube is joined to the outer circumferential tube and integrated. Further, it is preferable to use materials such as resin, glass tube, ceramic, etc., which have small dielectric loss, for the outer circumferential tube.
In the case of a tapered pipe, the internal space 61SU of the pipe 61 does not need to penetrate through the pipe 61 unless the pipe 61 is configured to allow the object to be processed 31 to flow therein; for example, one end of the pipe 61 can be a closed shape. For example, one end (for example, the lower end side) of the tube 61 may be closed.

空胴共振器2の共振周波数を変更するには、空胴共振器2に対して管61を昇降させればよい。
例えば、内部空間61SU内の物質の比誘電率が管61を構成する材料の比誘電率より小さい場合であり、共振周波数が低くなっている場合には、共振周波数を上げる方向に管61を移動させればよい。すなわち、図3(A)に示すように、空胴共振器2に対して管61を下げる方向に移動させればよい。移動量(挿入位置)は、あらかじめ測定しておいた管61の共振器軸C方向の挿入位置と共振周波数の関係から求めることができる。なお、本発明において、内部空間内の物質とは内部空間内に配された物を意味し、例えば、空気、被処理対象物、触媒等を挙げることができる。また、「管を下げる方向に移動」とは、図面上、管が上から下に向かうことを意味する。以下、同様である。
また、内部空間61SU内の物質の比誘電率が管61を構成する材料の比誘電率より小さい場合であり、共振周波数が高くなっている場合には、共振周波数を下げる方向に管61を移動させればよい。すなわち、図3(B)に示すように、空胴共振器2に対して管61を上げる方向に移動させればよい。この場合の移動量(挿入位置)も、あらかじめ測定しておいた管61の共振器軸C方向の挿入位置と共振周波数の関係から求めることができる。本発明において、「管を上げる方向に移動」とは、図面上、管が下から上に向かうことを意味する。以下、同様である。
なお、内部空間61SU内の物質の比誘電率が管6を構成する材料の比誘電率より大きい場合は、上記記載の管61の移動操作の方向を逆転すればよい。
In order to change the resonance frequency of the cavity resonator 2, the tube 61 may be moved up and down with respect to the cavity resonator 2.
For example, if the dielectric constant of the substance in the internal space 61SU is smaller than the dielectric constant of the material constituting the tube 61 and the resonant frequency is low, move the tube 61 in the direction of increasing the resonant frequency. Just let it happen. That is, as shown in FIG. 3(A), the tube 61 may be moved in a downward direction relative to the cavity resonator 2. The amount of movement (insertion position) can be determined from the relationship between the insertion position of the tube 61 in the direction of the resonator axis C and the resonance frequency, which has been measured in advance. In the present invention, the term "substance within the internal space" refers to an object disposed within the internal space, and includes, for example, air, an object to be treated, a catalyst, and the like. Moreover, "moving in the direction of lowering the tube" means that the tube moves from top to bottom in the drawing. The same applies hereafter.
In addition, if the dielectric constant of the substance in the internal space 61SU is smaller than the dielectric constant of the material constituting the tube 61, and if the resonant frequency is high, the tube 61 is moved in a direction to lower the resonant frequency. Just let it happen. That is, as shown in FIG. 3(B), the tube 61 may be moved in a direction that raises the tube 61 relative to the cavity resonator 2. The amount of movement (insertion position) in this case can also be determined from the relationship between the insertion position of the tube 61 in the direction of the resonator axis C and the resonance frequency, which has been measured in advance. In the present invention, "moving in the direction of raising the tube" means that the tube moves from the bottom to the top in the drawing. The same applies hereafter.
Note that if the dielectric constant of the substance in the internal space 61SU is larger than the dielectric constant of the material constituting the tube 6, the direction of the operation for moving the tube 61 described above may be reversed.

<段差管>
図4に示すように、管6(62)は、外壁面62WAが共振器軸Cと平行な面で構成され、内壁面62WBに段差部62Sを有して、内部が段階的に先細り形状を成すことが好ましい。「段階的」とは、管の内壁面62WBに段差があり、共振器軸C方向に階段状に共振器軸Cに対して直角方向の内部空間62SUの断面が変化する形態を意味する。すなわち、段差部前後の内壁面62WBは、管壁が滑らかで管の内部空間62SUの断面積が変化しない形態であっても、徐々に変化する形態であってもよい。上記段差部62Sは、内壁面62WBに少なくとも1か所設けられ、2か所以上設けてもよい。
<Step pipe>
As shown in FIG. 4, the tube 6 (62) has an outer wall surface 62WA that is parallel to the resonator axis C, and an inner wall surface 62WB that has a stepped portion 62S so that the inside thereof is gradually tapered. It is preferable to do so. "Stepwise" means that there is a step on the inner wall surface 62WB of the tube, and the cross section of the internal space 62SU in the direction perpendicular to the resonator axis C changes stepwise in the resonator axis C direction. That is, the inner wall surface 62WB before and after the stepped portion may have a form in which the tube wall is smooth and the cross-sectional area of the inner space 62SU of the tube does not change, or may have a form in which it gradually changes. The stepped portion 62S is provided at at least one location on the inner wall surface 62WB, and may be provided at two or more locations.

上記のような段差部62Sを有する管62(段差管ともいう)を共振器軸C方向に移動させることによって、マイクロ波照射空間2A内に存在する管62の管壁62Wの占める体積が変化して、マイクロ波照射空間2A内の比誘電率を変化させることができる。それによって、空胴共振器2の共振周波数が変化して、共振周波数を変更することが可能になる。その際、変化範囲を大きくとるために、段差部62Sの前後において管壁の厚さを共振器軸方向に薄い形態から厚い形態に大きく変化させることが好ましい。「段差部の前後」とは、段差部62Sを境にして、管62の一端側と他端側とを意味する。言い換えれば、段差部62Sの前後において管62の内部空間SUの内径を小径から大径に大きく変化させることを意味する。ただし、小径部分は、被処理対象物31(図1参照)が管内を流れやすい径を有することが好ましい。また、段差部62Sをテーパ形状としてもよい。
また、管62の外壁面62WAを共振器軸Cと平行な面で構成したことによって、空胴共振器2に形成される貫通孔21及び22と、管62の外壁面62WAとの隙間を大きくとる必要がない。それによって、管62の共振器軸C方向への移動が可能な必要最小限の隙間を設けるだけでよいため、貫通孔21及び22から空胴共振器2内のマイクロ波の漏洩を最小限にすることができる。
上記管62は、図示はしていないが、外周管の外壁面を共振器軸Cと平行な面で構成し、その内壁面に管壁の厚さを増すための内周管を配した2層構造の管としてもよい。この場合の内周管は外周管に接合されて一体化されていることが好ましい。また内周管には誘電損失が小さい樹脂やガラス、セラミック等の材料を用いることが好ましい。
なお、段差管の場合、管62は管内に被処理対象物31を流通させる形態でなければ、テーパ管と同様に、例えば、管62の一端を閉じた形態とすることができる。例えば、管62の一端(例えば下端側)を閉じた構成とすることができる。
By moving the tube 62 (also referred to as a stepped tube) having the stepped portion 62S as described above in the direction of the resonator axis C, the volume occupied by the tube wall 62W of the tube 62 existing in the microwave irradiation space 2A changes. Thus, the relative permittivity within the microwave irradiation space 2A can be changed. Thereby, the resonant frequency of the cavity resonator 2 changes, making it possible to change the resonant frequency. At this time, in order to widen the range of change, it is preferable to largely change the thickness of the tube wall from thin to thick in the resonator axial direction before and after the stepped portion 62S. "Before and after the stepped portion" means one end side and the other end side of the tube 62 with the stepped portion 62S as a boundary. In other words, this means that the inner diameter of the internal space SU of the tube 62 is significantly changed from a small diameter to a large diameter before and after the stepped portion 62S. However, it is preferable that the small diameter portion has a diameter that allows the object to be processed 31 (see FIG. 1) to easily flow inside the pipe. Further, the stepped portion 62S may have a tapered shape.
Furthermore, by configuring the outer wall surface 62WA of the tube 62 to be a plane parallel to the resonator axis C, the gap between the through holes 21 and 22 formed in the cavity resonator 2 and the outer wall surface 62WA of the tube 62 is increased. There's no need to take it. As a result, it is only necessary to provide the minimum necessary gap that allows the tube 62 to move in the direction of the resonator axis C, thereby minimizing the leakage of microwaves in the cavity resonator 2 from the through holes 21 and 22. can do.
Although not shown in the drawings, the tube 62 has an outer wall surface parallel to the resonator axis C, and an inner wall surface of the tube 62 to increase the thickness of the tube wall. It may also be a layered tube. In this case, the inner circumferential tube is preferably joined to the outer circumferential tube so as to be integrated. Further, it is preferable to use a material such as resin, glass, or ceramic with low dielectric loss for the inner peripheral tube.
In the case of a stepped tube, if the tube 62 is not configured to allow the object to be processed 31 to flow through the tube, the tube 62 may have, for example, a configuration in which one end is closed, as in the case of a tapered tube. For example, one end (for example, the lower end side) of the tube 62 may be closed.

空胴共振器2の共振周波数を変更するには、空胴共振器2に対して管62を昇降させればよい。
例えば、内部空間62SU内の物質の比誘電率が管62を構成する材料の比誘電率より小さい場合であり、共振周波数が低くなっている場合には、共振周波数を上げる方向に管62を移動させればよい。すなわち、図5(A)に示すように、管壁62Wの薄い部分62Wtが厚い部分62WTよりも空胴共振器2内に多く入るように、空胴共振器2に対して管62を下げる方向に移動させればよい。移動量(挿入位置)は、あらかじめ測定しておいた管62の共振器軸C方向の挿入位置と共振周波数の関係から求めることができる。
また、内部空間62SU内の物質の比誘電率が管62を構成する材料の比誘電率より小さい場合であり、共振周波数が高くなっている場合には、共振周波数を下げる方向に管62を移動させればよい。すなわち、図5(B)ddに示すように、管壁62Wの厚い部分62WTが空胴共振器2内に多く入るように、空胴共振器2に対して管62を上げる方向に移動させればよい。この場合の移動量(挿入位置)も、あらかじめ測定しておいた管62の共振器軸C方向の挿入位置と共振周波数の関係から求めることができる。
In order to change the resonance frequency of the cavity resonator 2, the tube 62 may be moved up and down relative to the cavity resonator 2.
For example, if the dielectric constant of the substance in the internal space 62SU is smaller than the dielectric constant of the material constituting the tube 62 and the resonant frequency is low, move the tube 62 in the direction of increasing the resonant frequency. Just let it happen. That is, as shown in FIG. 5A, the tube 62 is lowered relative to the cavity resonator 2 so that the thinner portion 62Wt of the tube wall 62W enters the cavity resonator 2 more than the thicker portion 62WT. You can move it to The amount of movement (insertion position) can be determined from the relationship between the insertion position of the tube 62 in the direction of the resonator axis C and the resonant frequency, which has been measured in advance.
In addition, if the dielectric constant of the substance in the internal space 62SU is smaller than the dielectric constant of the material constituting the tube 62, and if the resonant frequency is high, the tube 62 is moved in a direction to lower the resonant frequency. Just let it happen. That is, as shown in FIG. 5(B) dd, the tube 62 is moved in the direction of raising the tube 62 relative to the cavity resonator 2 so that a large portion of the thick portion 62WT of the tube wall 62W enters the cavity resonator 2. Bye. The amount of movement (insertion position) in this case can also be determined from the relationship between the insertion position of the tube 62 in the direction of the resonator axis C and the resonance frequency, which has been measured in advance.

<多重管>
管は、2重管以上の多重管構造を有し、管のうち最外周の管の外壁面が共振器軸と平行な面で構成され、最外周の管を除く他の管の少なくとも1層の管が共振器軸C方向にそって移動可能である。多重管構造とは、管中心軸方向に移動可能な、管中心軸を同じにする複数層の管が、例えば同心円状に配されている管構造を意味する。以下、多重管構造として、2層構造の管について説明する。
<Multiple tube>
The tube has a multi-tube structure of double tubes or more, and the outer wall surface of the outermost tube among the tubes is a plane parallel to the resonator axis, and at least one layer of other tubes other than the outermost tube is formed. The tube is movable along the resonator axis C direction. The multi-tube structure refers to a tube structure in which a plurality of layers of tubes that are movable in the tube center axis direction and have the same tube center axis are arranged, for example, concentrically. Hereinafter, a tube with a two-layer structure will be explained as a multi-tube structure.

図6に示すように、管6(63)は、2層構造を有し、外周管63Aの内壁面にそって内周管63Bが配される。内周管63Bは、外周管63Aに対して摺動可能または遊挿可能に構成され、共振器軸C方向のマイクロ波照射空間2Aの高さよりも長く、外周管63Aより管長が短く形成されていることが好ましい。以下、本発明における「遊挿可能」には「摺動可能」な状態も含める。
外周管63Aは空胴共振器2の貫通孔21に固定されることが好ましい。外周管63A内を共振器軸C方向に内周管63Bを移動させることによって、マイクロ波照射空間2A内における外周管63Aと内周管63Bとを合わせた管63の管壁63Wの体積が変化して、空胴共振器2内の比誘電率を変化させることができる。内周管63Bによる比誘電率の変化量を大きくするには、内周管63Bに樹脂のような比誘電率が低い材料を用いることが好ましい。上記の比誘電率の変化によって、マイクロ波照射空間2Aの共振周波数が変化して、共振周波数を変更することが可能になる。その際、共振周波数の変化範囲を大きくとるためには、マイクロ波照射空間2A内の共振器軸Cに沿って内周管63Bが大きく移動できる状態にすることが好ましい。例えば、後述する図7(A)および(B)に示した管63の状態が挙げられる。
また、管63の外壁面63WAを空胴共振器2に形成された貫通孔21及び22に対して固定できるため、管63と空胴共振器2との間に隙間が生じないようにできる。そのため、貫通孔21及び22からマイクロ波照射空間2A内のマイクロ波の漏洩が生じなくなる。
なお、多重管の場合、管63は管内に被処理対象物31を流通させる形態でなければ、管63の内部空間63SUが管63を貫通した形状とする必要はなく、例えば、管63の一端を閉じた形状とすることができる。例えば、外周管63Aの一端(例えば下端側)を閉じ、外周管63Aの開放端(例えば上端側)から内周管63Bを遊挿可能とする構成としてもよい。
As shown in FIG. 6, the tube 6 (63) has a two-layer structure, and an inner circumferential tube 63B is arranged along the inner wall surface of an outer circumferential tube 63A. The inner circumferential tube 63B is configured to be slidable or loosely inserted into the outer circumferential tube 63A, and is longer than the height of the microwave irradiation space 2A in the direction of the resonator axis C, and has a tube length shorter than the outer circumferential tube 63A. Preferably. Hereinafter, the term "loosely insertable" in the present invention includes a "slidable" state.
It is preferable that the outer circumferential tube 63A be fixed to the through hole 21 of the cavity resonator 2. By moving the inner tube 63B within the outer tube 63A in the direction of the resonator axis C, the volume of the tube wall 63W of the tube 63, which is the combination of the outer tube 63A and the inner tube 63B in the microwave irradiation space 2A, changes. As a result, the relative permittivity within the cavity resonator 2 can be changed. In order to increase the amount of change in dielectric constant due to the inner tube 63B, it is preferable to use a material with a low dielectric constant, such as resin, for the inner tube 63B. Due to the change in the dielectric constant described above, the resonant frequency of the microwave irradiation space 2A changes, making it possible to change the resonant frequency. At this time, in order to widen the range of change in the resonant frequency, it is preferable to set the inner circumferential tube 63B in a state in which it can move largely along the resonator axis C within the microwave irradiation space 2A. For example, the state of the tube 63 shown in FIGS. 7(A) and 7(B), which will be described later, is exemplified.
Further, since the outer wall surface 63WA of the tube 63 can be fixed to the through holes 21 and 22 formed in the cavity resonator 2, it is possible to prevent a gap from forming between the tube 63 and the cavity resonator 2. Therefore, leakage of microwaves in the microwave irradiation space 2A from the through holes 21 and 22 does not occur.
Note that in the case of multiple tubes, unless the tube 63 is configured to allow the object to be processed 31 to flow through the tube, the internal space 63SU of the tube 63 does not need to have a shape that penetrates the tube 63; for example, one end of the tube 63 can be a closed shape. For example, a configuration may be adopted in which one end (for example, the lower end side) of the outer circumferential tube 63A is closed, and the inner circumferential tube 63B can be loosely inserted from the open end (for example, the upper end side) of the outer circumferential tube 63A.

管63によって空胴共振器2の共振周波数を変更するには、空胴共振器2に対して管63の内周管63Bを昇降させればよい。
例えば、内部空間63SU内の物質の比誘電率が管63を構成する材料の比誘電率より小さい場合であり、共振周波数が低くなっている場合には、共振周波数を上げる方向に外周管63A内で内周管63Bを移動させればよい。すなわち、図7(A)に示すように、空胴共振器2に対して内周管63Bを下げてマイクロ波照射空間2A内から出す方向に移動させればよい。移動量(挿入位置)は、あらかじめ測定しておいた内周管63Bの共振器軸C方向の挿入位置と共振周波数の関係から求めることができる。
また、内部空間63SU内の物質の比誘電率が管63を構成する材料の比誘電率より小さい場合であり、共振周波数が高くなっている場合には、共振周波数を下げる方向に外周管63A内で内周管63Bを移動させればよい。すなわち、図7(B)に示すように、空胴共振器2に対して内周管63Bを上げてマイクロ波照射空間2A内から出す方向に移動させればよい。この場合の移動量(挿入位置)も、あらかじめ測定しておいた内周管63Bの共振器軸C方向の挿入位置と共振周波数の関係から求めることができる。
In order to change the resonant frequency of the cavity resonator 2 using the tube 63, the inner peripheral tube 63B of the tube 63 may be moved up and down with respect to the cavity resonator 2.
For example, if the relative permittivity of the substance in the internal space 63SU is smaller than the relative permittivity of the material constituting the tube 63, and the resonant frequency is low, the inner space of the outer tube 63A may be increased in the direction of increasing the resonant frequency. What is necessary is to move the inner circumferential tube 63B. That is, as shown in FIG. 7A, the inner circumferential tube 63B may be lowered relative to the cavity resonator 2 and moved in a direction out of the microwave irradiation space 2A. The amount of movement (insertion position) can be determined from the relationship between the insertion position of the inner circumferential tube 63B in the direction of the resonator axis C and the resonance frequency, which has been measured in advance.
Further, if the relative permittivity of the substance in the internal space 63SU is smaller than the relative permittivity of the material constituting the tube 63, and if the resonant frequency is high, the inside of the outer circumferential tube 63A is moved in the direction of lowering the resonant frequency. What is necessary is to move the inner circumferential tube 63B. That is, as shown in FIG. 7(B), the inner peripheral tube 63B may be raised relative to the cavity resonator 2 and moved in a direction out of the microwave irradiation space 2A. The amount of movement (insertion position) in this case can also be determined from the relationship between the insertion position of the inner circumferential tube 63B in the direction of the resonator axis C and the resonance frequency, which has been measured in advance.

上記のマイクロ波処理装置1(図1参照)では、被処理対象物が配される管6を配した空胴共振器2に対して、マイクロ波発生器4からマイクロ波を供給し、マイクロ波照射空間2A内に上記の定在波を形成する。例えば、この定在波の電界強度または磁界強度が極大となる部分に沿って管6を設けたことにより、管6内の被処理対象物31を高いエネルギー効率で処理することができる。 In the above microwave processing apparatus 1 (see FIG. 1), a microwave generator 4 supplies microwaves to a cavity resonator 2 equipped with a tube 6 in which an object to be treated is arranged. The above standing wave is formed within the irradiation space 2A. For example, by providing the tube 6 along a portion where the electric field strength or magnetic field strength of this standing wave is maximum, the object to be treated 31 inside the tube 6 can be treated with high energy efficiency.

上記マイクロ波処理装置1において、マイクロ波発生器4から供給されるマイクロ波は、周波数を調整して供給される。供給される周波数を調整することにより、空胴共振器2内に定在波を安定して形成できる。またマイクロ波電力の出力によって定在波の強度を調整することができる。つまり、被処理対象物31の加熱状態を制御することが可能になる。 In the microwave processing device 1, the microwaves supplied from the microwave generator 4 are supplied with the frequency adjusted. By adjusting the supplied frequency, a standing wave can be stably formed within the cavity resonator 2. Furthermore, the intensity of the standing wave can be adjusted by outputting microwave power. In other words, it becomes possible to control the heating state of the object to be processed 31.

本発明のマイクロ波処理装置1では、前述の図3、5、7を参照して説明したように、共振器軸C方向にそって被処理対象物31が配される管6を移動することによって、共振周波数を所定の範囲内(例えば、ISMバンド内)になるように調整することができる。すなわち、上記管6又はその一部を共振器軸Cに沿って移動することによって、マイクロ波照射空間2A内の比誘電率が変化する。これによって、共振周波数が変更され、所定の共振周波数範囲にすることが可能になる。
管6又はその一部を上昇させることによって、マイクロ波照射空間2A内において管壁6Wの占める割合が大きくなる。この結果、内部空間6SU内の物質の比誘電率が管6を構成する材料の比誘電率より小さい場合では、マイクロ波照射空間2A内の比誘電率が高くなり、共振周波数を低下させることができる。逆に管6又はその一部を下降させることによって、マイクロ波照射空間2A内において管壁6Wの占める割合が小さくなる。この結果、マイクロ波照射空間2A内の比誘電率が低くなり、共振周波数を上昇させることができる。
一方内部空間6SU内の物質の比誘電率が管6を構成する材料の比誘電率より大きい場合では、上記マイクロ波照射空間2A内の比誘電率の高低が逆転するため、管6又はその一部の下降または上昇方向を反転させるとで、共振周波数の調整が可能となる。
In the microwave processing apparatus 1 of the present invention, as described above with reference to FIGS. 3, 5, and 7, the tube 6 in which the object to be processed 31 is arranged is moved along the resonator axis C direction. Accordingly, the resonant frequency can be adjusted to be within a predetermined range (for example, within the ISM band). That is, by moving the tube 6 or a portion thereof along the resonator axis C, the relative permittivity within the microwave irradiation space 2A changes. This changes the resonant frequency and makes it possible to bring it into a predetermined resonant frequency range.
By raising the tube 6 or a portion thereof, the proportion of the tube wall 6W in the microwave irradiation space 2A increases. As a result, if the dielectric constant of the substance in the internal space 6SU is smaller than the dielectric constant of the material constituting the tube 6, the dielectric constant in the microwave irradiation space 2A increases, making it possible to lower the resonance frequency. can. Conversely, by lowering the tube 6 or a portion thereof, the proportion of the tube wall 6W in the microwave irradiation space 2A becomes smaller. As a result, the dielectric constant in the microwave irradiation space 2A becomes low, and the resonant frequency can be increased.
On the other hand, if the dielectric constant of the substance in the internal space 6SU is larger than the dielectric constant of the material constituting the tube 6, the height of the dielectric constant in the microwave irradiation space 2A is reversed. The resonant frequency can be adjusted by reversing the downward or upward direction of the section.

例えば、管61を位置調整する場合、まず共振器軸C方向と、共振器軸C方向に管6(61)の中心軸とを合わせる。そして、共振器軸Cにおけるマイクロ波照射空間2Aの中心位置2ACと、管の中心軸における管長の中心位置61Cとを一致させる。この一致させた点を管移動の基準位置(移動量が0の位置)とする。また管62を位置調整する場合は、共振器軸Cに管62の管の中心軸を合わせ、段差部62Sの断面方向の中心位置62Cと、マイクロ波照射空間2Aの中心位置2ACとを一致させ、上記同様の基準位置を規定する。また管63を位置調整する場合は、共振器軸Cに管63の管の中心軸を合わせ、管の中心軸における内周管63Bの管長の中心位置63Cと、マイクロ波照射空間2Aの中心位置2ACとを一致させ、上記同様の基準位置を規定する。
このようにして、管の移動開始点となる基準位置を規定する。
For example, when adjusting the position of the tube 61, first align the resonator axis C direction and the center axis of the tube 6 (61) with the resonator axis C direction. Then, the center position 2AC of the microwave irradiation space 2A on the resonator axis C is made to coincide with the center position 61C of the tube length on the central axis of the tube. This matched point is defined as a reference position for tube movement (a position where the amount of movement is 0). When adjusting the position of the tube 62, align the center axis of the tube 62 with the resonator axis C, and align the center position 62C of the stepped portion 62S in the cross-sectional direction with the center position 2AC of the microwave irradiation space 2A. , defines a reference position similar to the above. When adjusting the position of the tube 63, align the center axis of the tube 63 with the resonator axis C, and align the center position 63C of the length of the inner tube 63B with the center axis of the tube and the center position of the microwave irradiation space 2A. 2AC and define the same reference position as above.
In this way, the reference position from which the tube starts moving is defined.

そして、検出部12によって検出した空胴共振器2の共振周波数に基づいて、制御部11によって、共振器軸Cに沿う管6の挿入位置(移動量)を決定する。そのため、空胴共振器2には、マイクロ波照射空間2A内の定在波の周波数を検出する検出部12が配されていることが好ましい。検出部12は、マイクロ波照射空間2A内部のエネルギー強度を計測し、その信号を処理して周波数を検出するものであればよい。
また、あらかじめ、共振周波数とマイクロ波照射空間2Aに対する管の挿入位置との関係を求めておき、その関係を制御部11に記憶させておくことが好ましい。そして、検出器12によって検出した共振周波数と、あらかじめ求めた上記関係に基づいて、ISMバンド内に共振周波数が収まるように、管6の挿入位置を決定し指示する。その指示は、図示はしていないが、管6を昇降させる駆動部に伝達されることが好ましい。このようにして、管6の挿入位置は、共振器2の共振周波数がISMバンド内に収まるように駆動部によって調整される。
Then, based on the resonance frequency of the cavity resonator 2 detected by the detection unit 12, the control unit 11 determines the insertion position (movement amount) of the tube 6 along the resonator axis C. Therefore, it is preferable that the cavity resonator 2 is provided with a detection unit 12 that detects the frequency of the standing wave in the microwave irradiation space 2A. The detection unit 12 may be any device that measures the energy intensity inside the microwave irradiation space 2A, processes the signal, and detects the frequency.
Further, it is preferable that the relationship between the resonance frequency and the insertion position of the tube with respect to the microwave irradiation space 2A is determined in advance, and the relationship is stored in the control unit 11. Then, based on the resonant frequency detected by the detector 12 and the above relationship determined in advance, the insertion position of the tube 6 is determined and instructed so that the resonant frequency falls within the ISM band. Although not shown, the instruction is preferably transmitted to a drive unit that moves the tube 6 up and down. In this way, the insertion position of the tube 6 is adjusted by the driver so that the resonant frequency of the resonator 2 falls within the ISM band.

また、制御部11は、被処理対象物の処理を開始する前に、マイクロ波発生器4又は増幅器(図示せず)から発生するマイクロ波の周波数を、空胴共振器2のマイクロ波照射空間2A内に形成される定在波の周波数に一致させることもできる。この一致させるとは、完全に一致することが好ましいが、ある範囲内、例えば1%以内の差の場合も含むものとする。そして、周波数を一致させたマイクロ波をマイクロ波照射空間2A内に照射させる。 Furthermore, before starting the processing of the object to be processed, the control unit 11 adjusts the frequency of the microwave generated from the microwave generator 4 or the amplifier (not shown) to the microwave irradiation space of the cavity resonator 2. It is also possible to match the frequency of the standing wave formed within 2A. It is preferable to match completely, but it also includes cases where the difference is within a certain range, for example, within 1%. Then, microwaves having the same frequency are irradiated into the microwave irradiation space 2A.

具体的には、検出部12によってマイクロ波照射空間2A内のマイクロ波のエネルギー強度に比例した出力信号を検出する。一方、マイクロ波照射空間2Aに供給するマイクロ波は、マイクロ波発生器4から発生したマイクロ波もしくはマイクロ波発生器4から発生したマイクロ波を増幅器によって増幅したマイクロ波である。このとき、マイクロ波発生器4から発生する周波数を2.45GHz帯全域又は2.45GHz帯の一部の帯域で掃引すると、検出部12からの出力信号は極大値をもつ分布を得る。この極大値はマイクロ波照射空間2A内に定在波が形成できていることを意味しているので、あらかじめTM0n0モードの定在波の共振周波数と比較することで所定のモードの共振周波数を検出することができる。
そして制御部11によって、マイクロ波発生器4から発生するマイクロ波の周波数を、検出したマイクロ波の周波数に一致させて、マイクロ波照射空間2A内に共振周波数に一致させた周波数のマイクロ波を供給することもできる。
Specifically, the detection unit 12 detects an output signal proportional to the energy intensity of the microwave in the microwave irradiation space 2A. On the other hand, the microwave supplied to the microwave irradiation space 2A is a microwave generated from the microwave generator 4 or a microwave generated by amplifying the microwave generated from the microwave generator 4 with an amplifier. At this time, when the frequency generated from the microwave generator 4 is swept over the entire 2.45 GHz band or a part of the 2.45 GHz band, the output signal from the detection unit 12 obtains a distribution with a maximum value. This maximum value means that a standing wave is formed in the microwave irradiation space 2A, so by comparing it with the resonant frequency of the standing wave of the TM 0n0 mode in advance, the resonant frequency of the predetermined mode can be determined. can be detected.
Then, the control unit 11 matches the frequency of the microwave generated from the microwave generator 4 with the frequency of the detected microwave, and supplies microwaves with a frequency matched to the resonance frequency into the microwave irradiation space 2A. You can also.

マイクロ波発生器4から発するマイクロ波の周波数を、マイクロ波照射空間2A内の共振周波数に一致させる別の手段として、マイクロ波照発生器から発生するマイクロ波の周波数を固定しておき、管6の位置を上げる方向または下げる方向に移動することにより、共振周波数を変化させることもできる。この場合、マイクロ波照射空間からの反射波が極小値になる、もしくは検出部12からの出力信号が極大値となる位置に、管6を上げる方向または下げる方向に移動することで、共振周波数を調整することができる。 As another means of matching the frequency of the microwave emitted from the microwave generator 4 with the resonant frequency within the microwave irradiation space 2A, the frequency of the microwave emitted from the microwave irradiation generator is fixed and the tube 6 The resonant frequency can also be changed by moving the position upward or downward. In this case, the resonant frequency can be adjusted by moving the tube 6 upward or downward to a position where the reflected wave from the microwave irradiation space reaches its minimum value or the output signal from the detection unit 12 reaches its maximum value. Can be adjusted.

共振周波数を検出するための操作は定期的に行うことが望ましい。外乱が大きい場合や温度変化、流量変化、組成変化が大きい場合、マイクロ波処理を開始した直後は短い周期、例えば1秒以下で行うことが望ましい。一方外乱が少ない場合や、温度変化、流量変化、組成変化が少ない場合、マイクロ波処理を開始し十分な時間が経過し安定したのちは、長い周期、例えば1分おきに行ってもよい。
共振周波数を検出するためにマイクロ波発生器4からのマイクロ波の周波数を掃引する場合、掃引周波数の幅は狭いほうが望ましい。しかし変動が大きい場合は掃引周波数の幅が少ない場合は掃引周波数内に極大値が見つからない場合がある。その場合は掃引周波数幅を広げて、再度掃引することで共振周波数を検出することも望ましい。
It is desirable to perform the operation for detecting the resonance frequency periodically. When the disturbance is large, or when the temperature change, flow rate change, or composition change is large, it is desirable to perform the microwave treatment at a short cycle, for example, 1 second or less, immediately after starting the microwave treatment. On the other hand, when there are few disturbances, or when there are few temperature changes, flow rate changes, or composition changes, the microwave treatment may be performed at long intervals, for example, every minute, after a sufficient period of time has passed and the microwave treatment has stabilized.
When sweeping the frequency of the microwave from the microwave generator 4 in order to detect the resonance frequency, it is desirable that the width of the sweep frequency be narrow. However, if the fluctuation is large or the width of the sweep frequency is small, the maximum value may not be found within the sweep frequency. In that case, it is also desirable to widen the sweep frequency width and sweep again to detect the resonant frequency.

本発明のマイクロ波処理装置1の構成の好ましい一例について詳説する。
<空胴共振器>
マイクロ波処理装置に用いる空胴共振器2の形状は、一つのマイクロ波供給口2Sを有し、マイクロ波を供給した際にシングルモードの定在波が形成されるものであれば特に制限はない。例えば、円筒形又は角筒形の空胴共振器を用いることができる。本明細書において円筒形の空胴共振器とは、該空胴共振器の中心軸Cに垂直な内側断面形状が円形であるものの他、当該断面形状が楕円形もしくは長円形であるものを含む意味に用いる。また、角筒形の空胴共振器は、中心軸Cに直角な内側断面形状が多角形であるものを意味し、当該断面形状が4~10角形であることが好ましい。また、多角形の角が、丸みを帯びた形状であってもよい。
空胴共振器2の大きさも上記説明した形態において、目的に応じて適宜に設計することができる。空胴共振器2は電気抵抗率の小さいものが望ましく、通常は金属製であり、一例として、アルミニウム、銅、鉄、マグネシウム、黄銅、ステンレス、若しくはそれらの合金等を用いることができる。又は、樹脂やセラミック、金属の表面に電気抵抗率の小さい物質をめっき、蒸着などによりコーティングしてもよい。コーティングには銀、銅、金、スズ、ロジウムを含む材を用いることができる。
A preferred example of the configuration of the microwave processing device 1 of the present invention will be explained in detail.
<Cavity resonator>
There are no particular restrictions on the shape of the cavity resonator 2 used in the microwave processing device, as long as it has one microwave supply port 2S and a single mode standing wave is formed when microwaves are supplied. do not have. For example, a cylindrical or prismatic cavity resonator can be used. In this specification, a cylindrical cavity resonator includes a cavity resonator whose inner cross-sectional shape perpendicular to the central axis C is circular, as well as one whose cross-sectional shape is elliptical or oval. used for meaning. Further, a prismatic cylindrical cavity resonator means one in which the inner cross-sectional shape perpendicular to the central axis C is polygonal, and the cross-sectional shape is preferably tetragonal to decagonal. Further, the corners of the polygon may be rounded.
The size of the cavity resonator 2 can also be appropriately designed according to the purpose in the above-described embodiment. The cavity resonator 2 preferably has a low electrical resistivity and is usually made of metal, such as aluminum, copper, iron, magnesium, brass, stainless steel, or an alloy thereof. Alternatively, the surface of resin, ceramic, or metal may be coated with a substance having low electrical resistivity by plating, vapor deposition, or the like. Materials containing silver, copper, gold, tin, and rhodium can be used for the coating.

<マイクロ波の供給>
本発明のマイクロ波処理装置1は、マイクロ波発生器4またはマイクロ波増幅器(図示せず)から発生したマイクロ波をマイクロ波供給口2Sからアンテナ5を介して空胴共振器2のマイクロ波照射空間2A内に供給される。
<Microwave supply>
The microwave processing device 1 of the present invention irradiates the cavity resonator 2 with microwaves from a microwave supply port 2S via an antenna 5 using microwaves generated from a microwave generator 4 or a microwave amplifier (not shown). It is supplied into the space 2A.

上記マイクロ波発生器4は、例えば、発振周波数を、ISMバンドの2.45GHz帯、5.8GHz帯、915MHz帯、等の範囲内にて調整できるマイクロ波発生器を挙げることができる。例えば、半導体固体素子を用いたマイクロ波発生器や、マグネトロン等のマイクロ波発生器を用いることができる。マイクロ波の周波数を微調整できるという観点から、半導体固体素子を用いたマイクロ波発生器を用いることが好ましい。半導体固体素子を用いたマイクロ波発生器としては、例えばガンダイオード、アバランシェダイオード(インパットダイオード)、等を用いたマイクロ波発生器が挙げられる。なお、発振周波数は上記周波数帯に限定されるものではない。また、マイクロ波発生器4から発生したマイクロ波を増幅する増幅器を備えることが好ましい。この増幅器は、一般的な、高周波用の電界効果トランジスタ(FET)を用いたマイクロ波増幅器を用いることができる。 The microwave generator 4 can be, for example, a microwave generator whose oscillation frequency can be adjusted within a range of the ISM band, such as 2.45 GHz band, 5.8 GHz band, 915 MHz band, and the like. For example, a microwave generator using a semiconductor solid-state element or a microwave generator such as a magnetron can be used. From the viewpoint of being able to finely adjust the frequency of the microwave, it is preferable to use a microwave generator using a semiconductor solid-state element. Examples of microwave generators using semiconductor solid-state devices include microwave generators using Gunn diodes, avalanche diodes (impatted diodes), and the like. Note that the oscillation frequency is not limited to the above frequency band. Further, it is preferable to include an amplifier that amplifies the microwaves generated from the microwave generator 4. As this amplifier, a general microwave amplifier using a high frequency field effect transistor (FET) can be used.

図1に示す形態では、空胴共振器2として円筒形の空胴共振器を用いている。その空胴共振器2の中心軸Cに平行な壁面(円筒の内面)又はその近傍には、マイクロ波供給口2Sが設けられている。マイクロ波供給口2Sを通じてマイクロ波照射空間2Aには、高周波を印加することができるアンテナ5を有していることが好ましい。アンテナ5としては磁界励起アンテナ、例えばループアンテナ、または電界励起アンテナ、例えばモノポールアンテナ等を用いることが好ましい。アンテナ5は、ケーブル7を介してマイクロ波発生器4と接続されている。ケーブル7には、例えば同軸ケーブルを用いることができる。
この構成では、マイクロ波発生器4から発せられたマイクロ波を、ケーブル7を介してアンテナ5からマイクロ波照射空間2A内に供給する。マイクロ波発生器4とアンテナ5の間には、反射波を抑制するための整合器(図示せず)やマイクロ波発生器を保護するためのアイソレータ(図示せず)を設置してもよい。またケーブルの長さを調整することによって整合器の機能を果たすようにしてもよい。
上記アンテナ5の端面は空胴共振器壁面など接地電位と接続することが好ましい。このアンテナ5にマイクロ波(高周波)を印加することで、例えばループアンテナのループ内に磁界が励振され空胴共振器内に定在波を形成する形態とすることができる。
例えば、上記の円筒状の空胴共振器においてTM010のシングルモード定在波を形成させた場合、共振器軸Cにおいて電界強度が極大になり、共振器軸C方向に電界強度が均一になる。したがって、管6において、その内部に存在し、又は流通する被処理対象物31を、均一に、高効率にマイクロ波加熱することが可能になる。
なお、マイクロ波発生器4から導波管を用いてマイクロ波供給口3にマイクロ波を供給してもよい。
In the embodiment shown in FIG. 1, a cylindrical cavity resonator is used as the cavity resonator 2. In the embodiment shown in FIG. A microwave supply port 2S is provided on or near a wall surface (inner surface of the cylinder) parallel to the central axis C of the cavity resonator 2. It is preferable that the microwave irradiation space 2A has an antenna 5 capable of applying high frequency waves through the microwave supply port 2S. As the antenna 5, it is preferable to use a magnetic field excitation antenna, such as a loop antenna, or an electric field excitation antenna, such as a monopole antenna. Antenna 5 is connected to microwave generator 4 via cable 7. For example, a coaxial cable can be used as the cable 7.
In this configuration, microwaves emitted from the microwave generator 4 are supplied from the antenna 5 into the microwave irradiation space 2A via the cable 7. A matching box (not shown) for suppressing reflected waves and an isolator (not shown) for protecting the microwave generator may be installed between the microwave generator 4 and the antenna 5. Alternatively, the function of a matching box may be achieved by adjusting the length of the cable.
It is preferable that the end surface of the antenna 5 is connected to a ground potential such as a wall surface of the cavity resonator. By applying a microwave (high frequency) to this antenna 5, a magnetic field is excited within the loop of the loop antenna, for example, and a standing wave can be formed within the cavity resonator.
For example, when a single mode standing wave of TM 010 is formed in the above-mentioned cylindrical cavity resonator, the electric field intensity becomes maximum at the resonator axis C, and the electric field intensity becomes uniform in the direction of the resonator axis C. . Therefore, in the tube 6, it becomes possible to uniformly and efficiently microwave the object 31 to be treated that exists or flows inside the tube 6.
Note that microwaves may be supplied from the microwave generator 4 to the microwave supply port 3 using a waveguide.

<被処理対象物の加熱>
本発明のマイクロ波処理装置では、被処理対象物31(例えば、管6内に配された被加熱対象物)は、空胴共振器2内部に定在波のエネルギー(電界又は磁界)強度に対応させて配される。特に、空胴共振器2内に形成された定在波の電界又は磁界強度が極大になる部分に沿って配せば、より効率的な加熱が可能になる。
<Heating the object to be processed>
In the microwave processing apparatus of the present invention, the object to be processed 31 (for example, the object to be heated disposed in the tube 6) is exposed to the energy (electric field or magnetic field) intensity of the standing wave inside the cavity resonator 2. They are arranged correspondingly. In particular, more efficient heating can be achieved by arranging them along the portion where the electric field or magnetic field strength of the standing wave formed within the cavity resonator 2 is maximum.

図1に示す形態のマイクロ波処理装置1においては、管6内に配される被処理対象物31に特に制限はなく、液体、固体、粉末およびそれらの混合物を挙げることができる。もしくは、管6内にあらかじめ設置したハニカム構造体、触媒等(図示せず)を挙げることができる。
被処理対象物31を管6内に流通させる場合、送給手段(例えば、ポンプ)41等を用いて被処理対象物31を搬送することで連続的に被処理対象物の温度を制御することができる。多くの化学反応は温度により反応の進行を制御することができるため、本発明のマイクロ波処理装置1は化学反応の制御に好適に用いることができる。
被処理対象物をハニカム構造体とした場合には、マイクロ波処理装置は、例えば、ハニカム構造体を通過するガス状物質の温度制御をするために用いることができる。また、被処理対象物を触媒とした場合には、触媒の作用による化学反応を生じさせるために用いることができる。触媒は、ハニカム構造体に担持させた形態とすることも好ましい。
In the microwave processing apparatus 1 shown in FIG. 1, the object to be processed 31 placed in the tube 6 is not particularly limited, and examples include liquid, solid, powder, and mixtures thereof. Alternatively, a honeycomb structure, a catalyst, etc. (not shown) installed in the pipe 6 in advance can be used.
When the object to be treated 31 is passed through the pipe 6, the temperature of the object to be treated is continuously controlled by conveying the object to be treated 31 using a feeding means (for example, a pump) 41 or the like. I can do it. Since the progress of many chemical reactions can be controlled by temperature, the microwave processing apparatus 1 of the present invention can be suitably used for controlling chemical reactions.
When the object to be treated is a honeycomb structure, the microwave processing device can be used, for example, to control the temperature of a gaseous substance passing through the honeycomb structure. Further, when the object to be treated is a catalyst, it can be used to cause a chemical reaction by the action of the catalyst. It is also preferable that the catalyst be supported on a honeycomb structure.

[マイクロ波処理方法]
マイクロ波処理方法は、空胴共振器内にマイクロ波を照射して、該空胴共振器内にTMmn0モード(m、nは1以上の整数)又はTEm0pモード(m、pは1以上の整数)のシングルモードの定在波を形成し、該定在波を用いて被処理対象物を処理する。マイクロ波には、例えば2.45GHz帯の周波数のマイクロ波を用いる。また定在波のエネルギー(電界または磁界)強度が極大となる部分に沿って被処理対象物を配する。
このマイクロ波処理方法には、上述のマイクロ波処理装置1に、例えば図2に示したテーパ管を用いることが好ましい。以下、マイクロ波処理装置1にテーパ管を用いた場合を説明するが、段差管や多重管を用いた場合も同様に適用できる。
具体的には、上記マイクロ波処理装置1を用いて被処理対象物31の加熱を行うことができる。まずマイクロ波発生器4から上記のように周波数を調整して供給されるマイクロ波を、空胴共振器2のマイクロ波照射空間2A内に供給する。周波数の調整により、空胴共振器2内に形成される定在波の電界又は磁界強度分布を所望の分布状態に制御することができ、またマイクロ波の出力によって定在波の強度を調整することができる。つまり、管6内(内部空間6SU)の被処理対象物31の、例えば加熱状態(温度)を制御することが可能になる。
上記マイクロ波の周波数は、例えば上記2.45GHz帯の周波数であり、マイクロ波照射空間2A内に特定のシングルモード定在波を形成することができるものである。
[Microwave processing method]
The microwave processing method involves irradiating microwaves into a cavity resonator to generate TM mn0 mode (m, n are integers of 1 or more) or TE m0p mode (m, p are integers of 1 or more). A single-mode standing wave (an integer of ) is formed, and the object to be processed is processed using the standing wave. As the microwave, for example, a microwave having a frequency of 2.45 GHz band is used. Further, the object to be processed is arranged along the part where the energy (electric field or magnetic field) strength of the standing wave is maximum.
In this microwave processing method, it is preferable to use the tapered tube shown in FIG. 2, for example, in the microwave processing apparatus 1 described above. Hereinafter, a case will be described in which a tapered tube is used in the microwave processing apparatus 1, but the present invention can be similarly applied to a case in which a stepped tube or a multiple tube is used.
Specifically, the object to be processed 31 can be heated using the microwave processing apparatus 1 described above. First, microwaves supplied from the microwave generator 4 with the frequency adjusted as described above are supplied into the microwave irradiation space 2A of the cavity resonator 2. By adjusting the frequency, the electric field or magnetic field intensity distribution of the standing wave formed within the cavity resonator 2 can be controlled to a desired distribution state, and the intensity of the standing wave can be adjusted by the output of the microwave. be able to. That is, it becomes possible to control, for example, the heating state (temperature) of the object to be processed 31 inside the tube 6 (inner space 6SU).
The frequency of the microwave is, for example, in the 2.45 GHz band, and is capable of forming a specific single mode standing wave in the microwave irradiation space 2A.

上記初期設定をした後、マイクロ波処理を行う。処理を進めるに従い、共振周波数にずれが生じてくる。その場合には、共振周波数のずれ量に応じて、管6(61)を共振器軸C方向に移動させて、共振周波数を設定値に戻す。例えば、内部空間61SU内の物質の比誘電率が管61を構成する材料の比誘電率より小さい場合であって、共振周波数が設定値よりも小さい場合には、図3(A)に示したように管61を降下させてマイクロ波照射空間2A内の管61の体積が少なくなる方向(比誘電率が低くなる方向)に移動させて、共振周波数を高める。逆に、例えば、内部空間61SU内の物質の比誘電率が管61を構成する材料の比誘電率より小さい場合であって、共振周波数が設定値よりも大きい場合には、図3(B)に示したように管61を上昇させてマイクロ波照射空間2A内の管61の体積が多くなる方向(比誘電率が高くなる方向)に移動させて、共振周波数を低くする。
図4及び6に示した管6(62)及び6(63)についても、図2に示した管6(61)と同様に昇降させることによって、共振周波数を制御することができる。すなわち、マイクロ波照射空間2A内の管6の体積が小さくなる方向に管6を移動させることで、共振周波数を高めることができ、マイクロ波照射空間2A内の管6の体積が大きくなる方向に管6を移動させることで、共振周波数を低下させることができる。
After performing the above initial settings, microwave processing is performed. As processing progresses, a shift occurs in the resonance frequency. In that case, the tube 6 (61) is moved in the direction of the resonator axis C according to the amount of shift in the resonance frequency to return the resonance frequency to the set value. For example, if the relative permittivity of the substance in the internal space 61SU is smaller than the relative permittivity of the material constituting the tube 61, and if the resonant frequency is smaller than the set value, the In this manner, the tube 61 is lowered and moved in a direction in which the volume of the tube 61 in the microwave irradiation space 2A decreases (in a direction in which the dielectric constant decreases), thereby increasing the resonance frequency. Conversely, for example, if the relative dielectric constant of the substance in the internal space 61SU is smaller than the relative permittivity of the material constituting the tube 61, and the resonance frequency is larger than the set value, as shown in FIG. As shown in , the tube 61 is raised and moved in a direction in which the volume of the tube 61 in the microwave irradiation space 2A increases (in a direction in which the dielectric constant increases), thereby lowering the resonance frequency.
The resonant frequencies of the tubes 6 (62) and 6 (63) shown in FIGS. 4 and 6 can also be controlled by raising and lowering them in the same way as the tube 6 (61) shown in FIG. That is, by moving the tube 6 in the direction in which the volume of the tube 6 in the microwave irradiation space 2A becomes smaller, the resonance frequency can be increased, and in the direction in which the volume of the tube 6 in the microwave irradiation space 2A becomes larger. By moving the tube 6, the resonance frequency can be lowered.

以下に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below based on Examples, but the present invention is not to be construed as being limited to these.

[実施例1]
図1に示したマイクロ波処理装置1を用いた。共振器には、TM010モードの定在波を形成するシングルモード共振器として、円筒型のマイクロ波照射空間2Aを有する空胴共振器2を用いた。マイクロ波照射空間2Aは、内径が69.5mmの円筒型であった。空胴共振器2の上下面には、共振器軸(中心軸)Cに沿って外径15mmの管6(61が貫通される貫通孔21、22を形成した。この貫通孔21、22に、図2に示した、外径15mm、長さ50mmで入口内径2mm、出口内径14mmの石英製のテーパ管(比誘電率4.0)からなる管61を遊挿可能に配した。したがって、共振器軸Cに管61の中心軸が一致した。なお、内部空間61SU内の物質は空気(比誘電率1.0)とした。
管61の管の中心軸方向における管長の中心位置61Cと、共振器軸C方向におけるマイクロ波照射空間2Aの中心位置2ACが一致する位置を基準位置0とした。そして、基準位置0に対して、共振器軸Cにそって、管61を10mm上昇した位置(10mm)から10mm下降した位置(-10mm)まで、2mm毎に挿入位置を変化させたときの共振周波数を測定した。その結果を図8に示す。図8に示したように、挿入位置を変化させることによって共振周波数を可変できることがわかった。工業分野で利用できるマイクロ波周波数帯のISMバンドは2.4~2.5GHzとされていることから、テーパ型反応管の挿入位置を-8mmから+6mmに可変することで、工業的に利用できる周波数範囲(2.4GHz~2.5GHz)内に調整できることがわかった。マイクロ波照射空間や管を製作する際、加工精度により、実際の共振周波数が異なるが、加工精度や処理対象物の変化からくる、共振周波数のずれを、微調整できることがわかった。
[Example 1]
The microwave processing apparatus 1 shown in FIG. 1 was used. A cavity resonator 2 having a cylindrical microwave irradiation space 2A was used as a single mode resonator that forms a TM 010 mode standing wave. The microwave irradiation space 2A had a cylindrical shape with an inner diameter of 69.5 mm. On the upper and lower surfaces of the cavity resonator 2, through holes 21 and 22 were formed along the resonator axis (center axis) C through which a tube 6 (61) having an outer diameter of 15 mm was passed. A tube 61 made of quartz (relative dielectric constant 4.0) with an outer diameter of 15 mm, a length of 50 mm, an inlet inner diameter of 2 mm, and an outlet inner diameter of 14 mm, as shown in FIG. 2, is arranged so as to be loosely inserted therein. The central axis of the tube 61 coincided with the resonator axis C. Note that the substance in the internal space 61SU was air (relative permittivity: 1.0).
The reference position 0 was defined as the position where the center position 61C of the length of the tube 61 in the direction of the central axis of the tube and the center position 2AC of the microwave irradiation space 2A in the direction of the resonator axis C coincided. Then, the resonance occurs when the insertion position of the tube 61 is changed every 2 mm along the resonator axis C from the position where the tube 61 is raised by 10 mm (10 mm) to the position where it is lowered by 10 mm (-10 mm) with respect to the reference position 0. The frequency was measured. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 8, it was found that the resonance frequency could be varied by changing the insertion position. Since the ISM band of the microwave frequency band that can be used in the industrial field is 2.4 to 2.5 GHz, it can be used industrially by changing the insertion position of the tapered reaction tube from -8 mm to +6 mm. It was found that it can be adjusted within the frequency range (2.4 GHz to 2.5 GHz). When manufacturing microwave irradiation spaces and tubes, the actual resonant frequency varies depending on the processing accuracy, but it was found that it is possible to finely adjust the deviation in the resonant frequency due to changes in processing accuracy and the object to be processed.

[実施例2]
図1に示したマイクロ波処理装置1を用いた。共振器には、TM010モードの定在波を形成するシングルモード共振器であり、円筒型の空洞のマイクロ波照射空間2Aを有する空胴共振器2を用いた。マイクロ波照射空間2Aは、内径が71mmの円筒型であった。空胴共振器2の上下面には、共振器軸(中心軸)Cに沿って外径15mmの管6(62)を貫通できるよう、貫通孔21、22を形成した。この貫通孔21、22に、図4に示した、外径15mm、長さ50mmで片端より25mmまでは内径13mm、そこから他端までは内径5mmとなるような段差を有する石英管(比誘電率4.0)からなる管62を遊挿可能に配した。したがって、共振器軸Cに管62の中心軸が一致した。なお、内部空間61SU内の物質は空気(比誘電率1.0)とした。この段差管の段差部62Sの断面方向の中心位置と、マイクロ波照射空間2Aの中心位置2ACが一致する位置を基準位置0とした。そして、共振器軸Cにそって、基準位置0に対して、管62を10mm上昇した位置(10mm)から10mm下降した位置(-10mm)まで、2mm毎に挿入位置を変化させたときの共振周波数を測定した。その結果を図9に示す。図9に示したように、挿入位置を変化させることによって共振周波数を可変できることがわかった。この段差型の管62の挿入位置を-4mmから+2mmに可変することで、工業的に利用できる周波数範囲(2.4GHz~2.5GHz)内に調整できることがわかった。マイクロ波照射空間や管を製作する際、加工精度により、実際の共振周波数が異なるが、加工精度や処理対象物の変化からくる、共振周波数のずれを、微調整できることがわかった。
[Example 2]
The microwave processing apparatus 1 shown in FIG. 1 was used. The cavity resonator 2, which is a single mode resonator that forms a TM 010 mode standing wave and has a cylindrical cavity microwave irradiation space 2A, was used as the resonator. The microwave irradiation space 2A had a cylindrical shape with an inner diameter of 71 mm. Through holes 21 and 22 were formed in the upper and lower surfaces of the cavity resonator 2 so that a tube 6 (62) having an outer diameter of 15 mm could pass through the cavity along the resonator axis (center axis) C. These through-holes 21 and 22 are fitted with quartz tubes (relative dielectric A tube 62 having a diameter of 4.0) is arranged so as to be loosely insertable. Therefore, the central axis of the tube 62 coincided with the resonator axis C. Note that the substance in the internal space 61SU was air (relative permittivity: 1.0). The reference position 0 was defined as the position where the center position in the cross-sectional direction of the step portion 62S of this step tube and the center position 2AC of the microwave irradiation space 2A coincided. Then, resonance occurs when the insertion position of the tube 62 is changed every 2 mm from a position (10 mm) raised by 10 mm to a position (-10 mm) lowered by 10 mm with respect to the reference position 0 along the resonator axis C. The frequency was measured. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 9, it was found that the resonance frequency could be varied by changing the insertion position. It has been found that by varying the insertion position of this stepped tube 62 from -4 mm to +2 mm, it is possible to adjust the frequency within an industrially usable frequency range (2.4 GHz to 2.5 GHz). When manufacturing microwave irradiation spaces and tubes, the actual resonant frequency varies depending on the processing accuracy, but it was found that it is possible to finely adjust the deviation in the resonant frequency due to changes in processing accuracy and the object to be processed.

1 マイクロ波処理装置
2 共振器
2A マイクロ波照射空間
2AC マイクロ波照射空間の中心位置
2S マイクロ波供給口
3 マイクロ波供給手段
4 マイクロ波発生器
5 アンテナ
6、61、62、63 管
6SU、61SU、62SU、63SU 内部空間
6W、61W、62W、63W 管壁
7 ケーブル
11 制御部
12 検出部
21、22 貫通孔
31 被処理対象物
61C 管の中心軸方向における管長の中心位置
61WA、62WA、63WA 外壁面
61WB、62WB、63WB 内壁面
62C 段差部の断面方向の中心位置
62S 段差部
62Wt 管壁の薄い部分
62WT 管壁の厚い部分
63A 外周管
63B 内周管
63C 管の中心軸方向における内周管の管長の中心位置
C 共振器軸(中心軸)
1 Microwave processing device 2 Resonator 2A Microwave irradiation space 2AC Center position of microwave irradiation space 2S Microwave supply port 3 Microwave supply means 4 Microwave generator 5 Antenna 6, 61, 62, 63 Tube 6SU, 61SU, 62SU, 63SU Internal space 6W, 61W, 62W, 63W Pipe wall 7 Cable 11 Control part 12 Detection part 21, 22 Through hole 31 Object to be treated 61C Center position of pipe length in the central axis direction of pipe 61WA, 62WA, 63WA Outer wall surface 61WB, 62WB, 63WB Inner wall surface 62C Center position in the cross-sectional direction of the stepped portion 62S Stepped portion 62Wt Thin portion of the tube wall 62WT Thick portion of the tube wall 63A Outer tube 63B Inner tube 63C Pipe length of the inner tube in the direction of the center axis of the tube Center position of C resonator axis (center axis)

Claims (4)

マイクロ波発生器と、シングルモードの定在波を形成する共振器と、該共振器内に少なくとも一部が共振器軸方向に移動可能に配された管とを有するマイクロ波処理装置であって、
前記共振器内に配された管の外面が前記共振器の共振器軸に対して平行な面で構成され、前記共振器内に配された管の内壁面が連続的に先細り形状を成す、
マイクロ波処理装置。
A microwave processing device comprising a microwave generator, a resonator that forms a single mode standing wave, and a tube in which at least a portion of the tube is movable in the axial direction of the resonator. ,
The outer wall surface of the tube disposed within the resonator is configured with a plane parallel to the resonator axis of the resonator, and the inner wall surface of the tube disposed within the resonator has a continuously tapered shape. accomplish,
Microwave processing equipment.
前記管は、前記共振器内の電界強度もしくは磁界強度が極大かつ均一になる前記共振器軸に沿って該共振器軸方向に移動可能に配される、請求項1に記載のマイクロ波処理装置。 The microwave processing device according to claim 1 , wherein the tube is disposed so as to be movable in the resonator axis direction along the resonator axis where the electric field strength or magnetic field strength within the resonator becomes maximum and uniform. . 前記共振器内に形成される定在波の共振周波数を検出する検出部と、
前記検出部にて検出した共振周波数に基づいて前記共振器軸に沿う前記管の挿入位置を調整する制御部と、
前記制御部により決定された管の挿入位置に基づいて前記共振器軸に沿って前記管を移動させる駆動部と、を有する請求項1又は2に記載のマイクロ波処理装置。
a detection unit that detects a resonant frequency of a standing wave formed within the resonator;
a control unit that adjusts the insertion position of the tube along the resonator axis based on the resonance frequency detected by the detection unit;
The microwave processing device according to claim 1 or 2 , further comprising a drive section that moves the tube along the resonator axis based on the insertion position of the tube determined by the control section.
共振器のマイクロ波照射空間内の電界強度もしくは磁界強度が極大かつ均一になる共振器軸方向に管の軸方向を合わせて該管を配し、該管内に配した被処理対象物にシングルモードの定在波を照射するマイクロ波処理方法であって、
前記共振器内に配された管は、その外面が前記共振器軸に対して平行な面で構成され、前記共振器内に配された管の内壁面が連続的に先細り形状を成し、該管を前記共振器軸方向に移動させて前記共振器の共振周波数を調整するマイクロ波処理方法。
The tube is arranged so that the axial direction of the tube is aligned with the resonator axis direction where the electric field strength or magnetic field strength in the microwave irradiation space of the resonator is maximum and uniform, and a single mode is applied to the object to be processed placed inside the tube. A microwave processing method for irradiating a standing wave of
The tube placed in the resonator has an outer wall surface parallel to the resonator axis, and an inner wall surface of the tube placed in the resonator has a continuously tapered shape. and adjusting the resonant frequency of the resonator by moving the tube in the axial direction of the resonator.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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