JPH0572092U - 高圧容器への電磁波供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高圧容器へ効率よく電磁波を伝送しながら、
高圧容器側の耐圧性能の向上及び低廉化を図る。 【構成】 電磁波発振器１６からの加熱用電磁波を、矩
形導波管１８及び円筒導波管２０，２４を順に介して高
圧容器１０内に供給する。上記矩形導波管１８と、上記
円筒導波管２０の大径部２１とを、これらが互いに直交
し、かつ矩形導波管１８の長辺方向と円筒導波管２０の
軸方向とが合致する状態で連結するとともに、円筒導波
管２０，２４の管径を、上記電磁波をＴＥ₁₁モードで伝
送可能な径に設定する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、超臨界抽出装置等における高圧容器内に、加熱用の電磁波を供給す るための装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、超臨界抽出装置や静水圧加圧装置等、高圧下で被処理物を処理する装 置では、圧力以外に熱を加えることで反応速度を高めることができる。このよう な加熱を行う手段としては、上記処理が行われる圧力容器内に例えば１００ＫＨ ｚ以上の周波数をもつ加熱用の電磁波を供給するのが効果的である。このような 電磁波によって、被処理物を短時間に直接加熱することができ、しかも被処理物 が高分子状有機体の場合には電磁波加熱による分子振動も期待することができる 。

【０００３】 図４は、このような電磁波供給を行うための従来装置の一例を示したものであ る。図示の高圧容器９０は、上方に開口する容器本体９０ａと、その開口を塞ぐ 蓋９０ｂとからなり、容器内部が、中空状の導波管９４を介して電磁波発振器９ ２に連結されている。詳しくは、導波管９４の一端部が電磁波発振器９２に接続 され、他端部が、高圧容器９０底壁の開口部９５に挿入された状態で溶接等によ り固定されている。高圧容器９０内には、上記導波管９４の端部開口を塞ぐ仕切 り窓９６が設けられ、この仕切り窓９６と高圧容器９０の底壁上面との間はＯリ ング９８でシールされている。この仕切り窓９６は、石英やポリテトラフルオロ エチレン等のような電磁波透過性を有する材料からなり、しかも、高圧容器９０ 内の高圧媒体が導波管９４内に流入するのを阻止している。

【０００４】 上記導波管１８には、矩形導波管や円筒導波管が使用可能であるが、電磁波を 効率よく（すなわちエネルギ損失を少なく）伝送するために、一般には矩形導波 管、特に、ＪＩＳ規格で定められた内面寸法をもつ金属製の矩形導波管が用いら れている。

【０００５】 このような装置によれば、電磁波発振器９２から発せられた電磁波が、導波管 ９４から仕切り窓９６を通じて高圧容器９０内に供給されることにより、高圧容 器９０内の加熱が行われる。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

上記装置では、導波管９４を圧力容器９０内に導入するために、圧力容器９０ の底壁に開口部９５を設ける必要があり、さらに、この開口部９５を塞ぐ仕切り 窓９６を設ける必要がある。ここで、高圧容器９０自体の耐圧性能を高め、また 、仕切り窓９６が高圧容器９０の高圧媒体から受ける圧力分布を均一にするには 、この仕切り窓９６及び開口部９５の断面積を極力小さくすることが望ましい。

【０００７】 しかしながら、上述のような矩形導波管を導波管９４に用いた場合には、その 断面積が非常に大きく、例えば、一般の電子レンジで用いられているような周波 数（２４５０ＭＨｚ）の電磁波を使用する場合には、ＪＩＳ規格で定めるところ によると、断面積が12.2×7.6＝92.72cm²にまで至る矩形導波管を用いなければ ならないことになる。これに伴い、開口部９５及びこれを覆う仕切り窓９６の面 積も大きく設定しなければならず、その分、高圧容器９０自身の耐圧性能が下が るとともに、断面が矩形状のため仕切り窓９６における圧力分布が不均一となり 、その耐圧特性も低下することとなる。

【０００８】 また、上記開口部９５の周囲には、高圧容器９０から導波管９４内への高圧媒 体の流入を阻止するためのＯリング９８を設けなければならないが、上記開口部 ９５の形状を矩形にした場合、その周縁部にＯリング９８を嵌め込むための溝も 矩形状にしなければならない。このような形状の溝を加工するには高度な技術が 要求され、コスト高を招き易い。また、高圧力下でシールするには均等に圧力が かからないおそれもあり、耐高圧性の面から問題がある。

【０００９】 本考案は、このような事情に鑑み、高圧容器へ効率よく電磁波を伝送しながら 、高圧容器側の耐圧性能の向上及び低廉化を図ることができる装置を提供するこ とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案は、加熱用の電磁波を発振する電磁波発振手段と、この電磁波発振手段 で発振された電磁波を上記高圧容器内に伝送する導波管とを備え、この導波管の 端部が上記高圧容器の壁に設けられた開口部に装着される、高圧容器への電磁波 供給装置において、上記導波管を、上記電磁波発振手段に連結され、この電磁波 発振手段からの電磁波をＴＥ（Transverse Electric）₁₀モードで伝送する矩形 導波管と、この矩形導波管と上記高圧容器とに接続される円筒導波管とで構成し 、この円筒導波管の管径を上記電磁波をＴＥ₁₁モードで伝送可能な径に設定する とともに、この円筒導波管と上記矩形導波管とを、両者が互いに直交し、かつ円 筒導波管の軸方向と矩形導波管の長辺方向とが合致する状態で連結したものであ る（請求項１）。

【００１１】 さらに、上記円筒導波管において上記矩形導波管と連結される部分の管径を上 記開口部に装着される端部の管径よりも大きく設定することにより、後述のよう なより優れた効果が得られる（請求項２）。

【００１２】

【作用】

上記構成において、電磁波発振手段から発せられた電磁波は、まず矩形導波管 によってＴＥ₁₀モードで伝送され、さらに円筒導波管に移行する。ここで、円筒 導波管と矩形導波管とは、両者が互いに直交し、かつ円筒導波管の軸方向と矩形 導波管の長辺方向とが合致する状態で連結されているので、上記電磁波は円筒導 波管内でＴＥ₁₁モードとなり、この円筒導波管を伝って高圧容器内へ供給される 。このＴＥ₁₁モードは、電磁波の遮断波長（伝送可能な電磁波波長の最大値）λ ｃが最も長くなるモードである。従って、使用電磁波の波長が一定の場合、この 電磁波を伝送できる円筒導波管の最小の径は他のモードに比べてより小さく、こ のため、この円筒導波管やこの円筒導波管が装着される開口部の断面積を従来よ りも大幅に削減することが可能である。

【００１３】 さらに、請求項２記載の装置では、上記円筒導波管において上記矩形導波管と 連結される部分の管径を上記高圧容器へ接続される端部の管径よりも大きく設定 することにより、この部分への矩形導波管の連結が容易となる。

【００１４】

【実施例】

本考案の一実施例を、図１に基づいて説明する。

【００１５】 ここに示す高圧容器１０は、上方に開口する容器本体１１と、その開口を塞ぐ 蓋１２とからなり、この蓋１２が上記容器本体１１の上端にボルト１４で着脱可 能に固定されている。高圧容器１０内には、この高圧容器１０内に供給された電 磁波を均一に撹拌するための撹拌翼１５が設置され、この撹拌翼１５は、蓋１２ に装着された撹拌モータ１７によって回転駆動されるようになっている。

【００１６】 一方、上記高圧容器１０の外部には、マグネトロン管やクライオトロン管等を 備えた電磁波発振器（電磁波発振手段）１６が設置されており、この電磁波発振 器１６が、矩形導波管１８及び円筒導波管２０，２４を順に介して上記高圧容器 １０の内部に接続されている。

【００１７】 矩形導波管１８は、電磁波発振器１６で発振された電磁波をＴＥ₁₀モードで効 率よく伝送する断面形状を有し、この実施例では、後述のようなＪＩＳ規格で定 められた断面形状を有している。そして、この矩形導波管１８の一端部が電磁波 発振器１６に接続され、他端部が円筒導波管２０に接続されている。

【００１８】 円筒導波管２０は、大径部２１及び小径部２２からなり、大径部２１側が有端 とされている。小径部２２の管径は、上記電磁波発振器１６から発せられた電磁 波をＴＥ₁₁モードで伝送できる最小の径に設定され、大径部２１は小径部２２よ りも大きな管径を有している。そして、この大径部２１に上記矩形導波管１８が 溶接等で連結されている。

【００１９】 この大径部２１と矩形導波管１８の連結は、図２（ａ）に示すように、両者を 互いに直交させ、かつ、矩形導波管１８の長辺ａの方向を大径部２１の軸方向（ この実施例では上下方向）と合致させた状態で行うことが重要である。このよう な連結を行うと、矩形導波管１８内においてその優勢モードであるＴＥ₁₀モード で伝送される電磁波は、大径部２１内でその優勢モードであるＴＥ₁₁モードに移 行することとなる。これは、矩形導波管１８内の電磁波モードがＴＥ₁₀モードで あるために、この矩形導波管１８内において電気力線が短辺ｂの方向に走ってお り、この電磁波がそのまま円筒導波管２０の大径部２１に投影されることにより 、上記電気力線の方向が大径部２１の半径方向となることによる。

【００２０】 これに対し、同図（ｂ）に示すように、矩形導波管１８の短辺ｂの方向を大径 部２１の軸方向に合致させた場合には、大径部２１内において電磁波モードがＴ Ｅ₁₁モードでなくＴＭ（Transverse Magnetic）₀₁モードとなり、後述の優れた 効果を得ることができない。

【００２１】 円形導波管２４は、上記小径部２２と同様に、上記電磁波をＴＥ₁₀モードで伝 送できる最小の管径を有しており、その下端部が導波管長調節部３０を介して上 記小径部２２の上端に接続されている。この導波管長調節部３０は、両管２０， ２４の間に隙間をあけながら、電磁波を漏らさずに両管２０，２４を連結するも のであり、例えば図３に示すような周知の同軸チョーク回路３２で構成されてい る。

【００２２】 上記円筒導波管２４の上端部外周面には雄ねじが形成され、この雄ねじが、高 圧容器１０底壁に形成されたねじ穴（開口部）２５にねじ込まれた状態で、溶接 により固定されており、この連結により、円筒導波管２４は高圧容器１０の内部 に向けて開口した状態となっている。

【００２３】 この高圧容器１０内には、上記導波管１８の端部開口を塞ぐ仕切り窓２６が設 けられるとともに、高圧容器１０の底壁上面に形成された溝２７にＯリング２８ が嵌入されており、このＯリング２８によって、上記仕切り窓２６と高圧容器１ ０のとの間がシールされている。上記仕切り窓２６は、石英やポリテトラフルオ ロエチレン等のように、電磁波透過性を有し、かつ高圧容器１０内の高圧媒体が 導波管１８内に流入するのを阻止するだけの強度をもつ材料で形成されている。 従って、この仕切り窓２６及び上記Ｏリング２８によって高圧容器１０内が密封 され、かつ高圧容器１０内に仕切り窓２６を通じて電磁波が供給可能な状態とな っている。

【００２４】 なお、図１において３４は、矩形導波管１８に設けられ、高圧容器１０から反 射されてきた電磁波を押し返すための整合器である。

【００２５】 次に、この装置の作用を説明する。

【００２６】 上記電磁波発振器１６で発振された電磁波は、まず矩形導波管１８内において 、その優勢モードであるＴＥ₁₀モードで伝送され、円形導波管２０の大径部２１ 内に導入される。ここで、矩形導波管１８と大径部２１とは、矩形導波管１８の 長辺ａの方向が円筒導波管２０の軸方向と合致するように連結されているので、 上記大径部２１内に導入された電磁波はＴＥ₁₁モードに移行し、よってその後、 小径部２２さらには円筒導波管２４に沿って良好に伝送され、仕切り窓２６を透 過して高圧容器１０内に供給される。

【００２７】 このような装置によれば、矩形導波管１８で電磁波を効率良く伝送する一方、 この矩形導波管１８内の電磁波モード（ＴＥ₁₀モード）を、円筒導波管２０，２ ４内でＴＥ₁₁モードに移行し、このモードで高圧容器１０内に供給するようにし ているので、この高圧容器１０に接続される円筒導波管２４の断面積を矩形導波 管の断面積に比べてより小さくすることができる。

【００２８】 次の表１は、円筒導波管において、各電磁波モードに対応する遮断波長（すな わち電磁波を伝送可能な最大波長）λｃと、一定周波数の電磁波を伝送可能な管 径とを示したものである。

【００２９】

【表１】

【００３０】 この表に示すように、円筒導波管の管径を一定とした場合、ＴＥ₁₁モードにお いて最も遮断波長λｃが長くなる。従って、電磁波波長（あるいは電磁波周波数 ）を一定とした場合には、これを伝送できる最小管径はＴＥ₁₁モードにおいて最 も小さくなる。例えば、上記装置において使用する電磁波周波数を、一般に電子 レンジ等で使用されている周波数と等しく2450MHzとした場合には、円筒導波管 ２４の管径を71.7mm近くまで（正確には71.75mmまで）縮小することができ、そ の断面積は40.43cm²となる。これに対し、ＪＩＳ規格の定めによると、上記周波 数2450MHzの電磁波を効率よく伝送できる矩形導波管の断面形状は122×76mm、そ の断面積は92.72cm²であり、上記断面積40.43cm²の２倍以上である。

【００３１】 従って、この装置によれば、電磁波の使用周波数を2450MHzとした場合、高圧 容器１０に接続する円筒導波管２４の断面積を上記周波数に対応する矩形導波管 の断面積の１／２以下まで削減することができる。これに伴い、上記円筒導波管 ２４が装着されるねじ穴２５や、円筒導波管２４の端部開口を覆う仕切り窓２６ の必要面積を従来に比して大幅に削減することができ、これらの耐圧性能を向上 させることができる。しかも、上記円筒導波管２４を円形とすることにより、こ の円形導波管２４が装着されるねじ穴２５や、その周囲に形成されるＯリング嵌 入用の溝２７も加工が容易な円形とすることができ、これによってコストの削減 及び高圧シール特性の向上を図ることができる。

【００３２】 さらに、この実施例では、円筒導波管２４の断面積縮小を図る一方、矩形導波 管１８と接続される円筒導波管２０の大径部２１の径は、上記円筒導波管２４の 径よりも大きく設定しているので、その分、この大径部２１の周壁の曲率を大き くして、この大径部２１と矩形導波管１８との連結作業を容易にすることができ る。例えば、上記円筒導波管２４の断面積を71.75mm、矩形導波管１８の断面寸 法を122×76mmとすると、大径部２１の管径を100mm程度に設定することにより、 良好な伝送及び容易な連結の双方を実現することができる。

【００３３】 なお、本考案はこのような実施例に限定されるものではなく、例として次のよ うな態様をとることも可能である。

【００３４】 (1) 上記実施例では、円筒導波管２０の小径部２２及び円筒導波管２４の径を 、ＴＥ₁₁モードの電磁波を伝送可能な最小径に設定したものを示したが、これよ り僅かに大きい管径であっても、その断面積が矩形導波管の断面積よりも小さく なる径であれば、その優れた効果が得られる。

【００３５】 (2) 上記実施例では、円筒導波管２０の大径部２１から小径部２２へ断続的に 径が変化するものを示したが、上記大径部２１から小径部２２までテーパー状に 連続的に変化させるようにしてもよい。また、円筒導波管全体の管径を全域にわ たって均一にしても、上記耐圧性能向上及びコスト削減の効果を得ることが可能 である。

【００３６】

【考案の効果】 以上のように本考案は、電磁波発振手段から発せられた加熱用電磁波を導波管 で高圧容器内に伝送する装置において、上記導波管を円筒導波管と矩形導波管と で構成し、両導波管を、これらが互いに直交し、かつ円筒導波管の軸方向と矩形 導波管の長辺方向とが合致するように連結することにより、矩形導波管内の電磁 波モード（ＴＥ₁₀モード）を円筒導波管内でＴＥ₁₁モードに移行するようにした ものであるので、高圧容器近傍までは上記矩形導波管により電磁波を効率よく伝 送する一方、上記高圧容器に対しては、上記ＴＥ₁₁モードに対応する小さい管径 をもつ円筒導波管により電磁波を供給することができる。従って、この円筒導波 管を高圧容器に装着するための開口部その他の部材の必要面積を従来に比して大 幅に削減することができ、これによって高圧容器側の耐圧性能を向上させるとと もに、上記開口部及びその周辺の部材を加工容易な円形状とすることにより、装 置のコストを削減することができる効果がある。

【００３７】 さらに、請求項２記載の装置では、上記円筒導波管において上記矩形導波管と 連結される部分の管径を上記開口部に装着される端部の管径よりも大きく設定す ることにより、この部分の側壁の曲率を小さくすることができ、これにより円筒 導波管と矩形導波管との連結作業を容易にすることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例における電磁波供給装置を示
す全体構成図である。

【図２】（ａ）は上記装置における矩形導波管と円筒導
波管との連結状態を示す断面斜視図、（ｂ）は両導波管
の好ましくない連結状態を示す断面斜視図である。

【図３】上記電磁波供給装置に設けられる導波管長調節
部を示す断面図である。

【図４】従来の電磁波供給装置の一例を示す全体構成図
である。

【符号の説明】

１０ 高圧容器 １６ 電磁波発振器（電磁波発振手段） １８ 矩形導波管 ２０，２４ 円筒導波管 ２１ 大径部 ２２ 小径部 ２５ ねじ穴（開口部）

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱用の電磁波を発振する電磁波発振手
   段と、この電磁波発振手段で発振された電磁波を上記高
   圧容器内に伝送する導波管とを備え、この導波管の端部
   が上記高圧容器の壁に設けられた開口部に装着される、
   高圧容器への電磁波供給装置において、上記導波管を、
   上記電磁波発振手段に連結され、この電磁波発振手段か
   らの電磁波をＴＥ₁₀モードで伝送する矩形導波管と、こ
   の矩形導波管と上記高圧容器とに接続される円筒導波管
   とで構成し、この円筒導波管の管径を上記電磁波をＴＥ
   ₁₁モードで伝送可能な径に設定するとともに、この円筒
   導波管と上記矩形導波管とを、両者が互いに直交し、か
   つ円筒導波管の軸方向と矩形導波管の長辺方向とが合致
   する状態で連結したことを特徴とする高圧容器への電磁
   波供給装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の高圧容器への電磁波供給
   装置において、上記円筒導波管において上記矩形導波管
   と連結される部分の管径を上記開口部に装着される端部
   の管径よりも大きく設定したことを特徴とする高圧容器
   への電磁波供給装置。