JPH0883681A - マイクロ波エネルギーを採用した化学反応ベッセルのための改良型加熱処理装置及び方法 - Google Patents
マイクロ波エネルギーを採用した化学反応ベッセルのための改良型加熱処理装置及び方法Info
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- JPH0883681A JPH0883681A JP7128777A JP12877795A JPH0883681A JP H0883681 A JPH0883681 A JP H0883681A JP 7128777 A JP7128777 A JP 7128777A JP 12877795 A JP12877795 A JP 12877795A JP H0883681 A JPH0883681 A JP H0883681A
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/64—Heating using microwaves
- H05B6/6402—Aspects relating to the microwave cavity
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Abstract
(57)【要約】
【目的】高価な化学原料の燃料の使用及び環境に悪影響
を及ぼす組成物の生成を避け,反応ベッセルをマイクロ
波エネルギーによって均一に加熱する装置及び方法を与
える。 【構成】 産業上利用可能な反応ベッセルの加熱のため
の装置及び方法が与えられる。該装置はマイクロ波を反
応ベッセル内に方向づける前に多重マイクロ波伝搬モー
ドを生成するための手段を有する導波管と結合するマイ
クロ波生成デバイスを含む。該導波管は反応ベッセルに
載置され,マイクロ波に傾斜角をつけ,それによってベ
ッセルの内部に螺旋反射パターンを生成しかつ前記内部
の均一な加熱を与える。遮断手段もまたマイクロ波生成
デバイスと反応ベッセルとの間に与えられ,それは石英
窓及び石英と石英を固定する材料との膨張率の違いを補
償するためのシール手段を伴う。
を及ぼす組成物の生成を避け,反応ベッセルをマイクロ
波エネルギーによって均一に加熱する装置及び方法を与
える。 【構成】 産業上利用可能な反応ベッセルの加熱のため
の装置及び方法が与えられる。該装置はマイクロ波を反
応ベッセル内に方向づける前に多重マイクロ波伝搬モー
ドを生成するための手段を有する導波管と結合するマイ
クロ波生成デバイスを含む。該導波管は反応ベッセルに
載置され,マイクロ波に傾斜角をつけ,それによってベ
ッセルの内部に螺旋反射パターンを生成しかつ前記内部
の均一な加熱を与える。遮断手段もまたマイクロ波生成
デバイスと反応ベッセルとの間に与えられ,それは石英
窓及び石英と石英を固定する材料との膨張率の違いを補
償するためのシール手段を伴う。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,閉止環境内でマイクロ
波エネルギーの分布を与えるための改良された方法及び
装置に関する。特に,反応ベッセルに対し熱の均一分布
を与えるのに使用するための改良された導波管アプリケ
ータに関する。
波エネルギーの分布を与えるための改良された方法及び
装置に関する。特に,反応ベッセルに対し熱の均一分布
を与えるのに使用するための改良された導波管アプリケ
ータに関する。
【0002】
【従来の技術】化学産業において,概してブリック及び
/またはセラミック内壁ベッセルが,材料が混合され,
化学反応または他の処理が実行されるところの手段を与
えかつ中間及び最終生成物を生成するのに利用される。
そのようなベッセルは,例えば化学反応中の試薬を含む
のに使用され,概してセラミック内壁を有する金属ケー
シングから成る。当該ベッセルの大きさ及び形状は特定
の動作パラメータに依存して変化するが,典型的には直
径が3フィート前後で高さが10フィート前後である円
筒形である。該ベッセルは,特に試薬の入口及び最終反
応生成物の出口としてのアパーチャを組み込むように設
計されている。金属ケーシングの外側は鉄,ニッケル若
しくはそれらの合金,または耐久性及び耐食性の両方で
選択される他の適当な金属である。内壁はガラスまたは
他のセラミック金属(例えば,シリカ,マグネシア若し
くはアルミナ,または同様の耐熱及び耐化学材料)であ
る。大きいサイズのリアクタにおいて,セラミック内壁
は,熱遮断及びベッセル中に存在する化学元素による攻
撃に対する抵抗のために選択されたブリック形式で組み
立てられる。反応混合物と接触するセラミック層の内壁
は,ブリック材料と同じ成分か,または反応混合物との
相容性を基準に予め選択された異なる成分から成る。例
えば,それは,熱遮断がブリックのカーボン混合内壁と
金属外壁との間のセラミックブリックの中間膜により主
に達成されるところの,化学攻撃への改良された抵抗力
を有するカーボンまたはカーボンブリックである。典型
的にこれらの設計において,少なくともひとつのアクセ
スポートがメンテナンスの目的のためにベッセル壁に与
えられる。
/またはセラミック内壁ベッセルが,材料が混合され,
化学反応または他の処理が実行されるところの手段を与
えかつ中間及び最終生成物を生成するのに利用される。
そのようなベッセルは,例えば化学反応中の試薬を含む
のに使用され,概してセラミック内壁を有する金属ケー
シングから成る。当該ベッセルの大きさ及び形状は特定
の動作パラメータに依存して変化するが,典型的には直
径が3フィート前後で高さが10フィート前後である円
筒形である。該ベッセルは,特に試薬の入口及び最終反
応生成物の出口としてのアパーチャを組み込むように設
計されている。金属ケーシングの外側は鉄,ニッケル若
しくはそれらの合金,または耐久性及び耐食性の両方で
選択される他の適当な金属である。内壁はガラスまたは
他のセラミック金属(例えば,シリカ,マグネシア若し
くはアルミナ,または同様の耐熱及び耐化学材料)であ
る。大きいサイズのリアクタにおいて,セラミック内壁
は,熱遮断及びベッセル中に存在する化学元素による攻
撃に対する抵抗のために選択されたブリック形式で組み
立てられる。反応混合物と接触するセラミック層の内壁
は,ブリック材料と同じ成分か,または反応混合物との
相容性を基準に予め選択された異なる成分から成る。例
えば,それは,熱遮断がブリックのカーボン混合内壁と
金属外壁との間のセラミックブリックの中間膜により主
に達成されるところの,化学攻撃への改良された抵抗力
を有するカーボンまたはカーボンブリックである。典型
的にこれらの設計において,少なくともひとつのアクセ
スポートがメンテナンスの目的のためにベッセル壁に与
えられる。
【0003】一般的に,上述したものと類似の反応ベッ
セルが,産業規模の化学反応を内包しかつ制御するのに
使用される。しばしば,これらの反応は所望の歩留まり
を得るために高温で実行される。反応ベッセルはかなり
の重量になるので,試薬を投入し所望の反応を開始させ
る前に数時間にわたって反応温度に予熱されなければな
らない。もし,該反応が中断されまたは一時的に切断さ
れかつリアクタが冷却されると,反応が完全に再開され
る前に再び予熱処理が繰り返される。この加熱処理はし
ばしば環境に悪影響のある燃焼生成物及び廃液を生成す
る。
セルが,産業規模の化学反応を内包しかつ制御するのに
使用される。しばしば,これらの反応は所望の歩留まり
を得るために高温で実行される。反応ベッセルはかなり
の重量になるので,試薬を投入し所望の反応を開始させ
る前に数時間にわたって反応温度に予熱されなければな
らない。もし,該反応が中断されまたは一時的に切断さ
れかつリアクタが冷却されると,反応が完全に再開され
る前に再び予熱処理が繰り返される。この加熱処理はし
ばしば環境に悪影響のある燃焼生成物及び廃液を生成す
る。
【0004】そのような反応の例は付加生成物の合成を
実行するために高温で有機化学原料を使用することであ
る。これらの反応はしばしば特に厳しい条件で行われ,
不必要な副生成物を生成しやすいため,もし反応条件が
うまく制御されなければ処分の問題が生じる。このた
め,リアクタ温度は非常に重要な処理要素である。
実行するために高温で有機化学原料を使用することであ
る。これらの反応はしばしば特に厳しい条件で行われ,
不必要な副生成物を生成しやすいため,もし反応条件が
うまく制御されなければ処分の問題が生じる。このた
め,リアクタ温度は非常に重要な処理要素である。
【0005】ベッセル内での天然ガス及び空気の混合物
の燃焼による多くの従来の加熱は,反応ベッセルの内側
が天然ガスの燃焼の副生物のひとつである水から遠ざけ
なければならないため,実用的ではない。さらに,もし
リアクタベッセルが例えばカーボンブリックのような可
燃内壁を含むと,リアクタ内の燃焼による空気または酸
素がCO及びCO2の酸化により内壁を腐食しやすくな
る。
の燃焼による多くの従来の加熱は,反応ベッセルの内側
が天然ガスの燃焼の副生物のひとつである水から遠ざけ
なければならないため,実用的ではない。さらに,もし
リアクタベッセルが例えばカーボンブリックのような可
燃内壁を含むと,リアクタ内の燃焼による空気または酸
素がCO及びCO2の酸化により内壁を腐食しやすくな
る。
【0006】従来技術の一つの方法は,適正な動作温度
にベッセルを予熱するための手段として,生成反応それ
自身を使用するものである。しかし,最適でない条件で
使用される有機原料が比較的高価であるため,この手法
はコスト高同様いくつかの欠点がある。また,当該リア
クタが最適温度より低いが最終温度まで到達しつつある
とき,前記加熱処理の間に不所望な副反応が副産物を生
成する。これらの副産物は,原料消費の結果としての高
価な出費に加え,かなりのコストで処分されなければな
らない。
にベッセルを予熱するための手段として,生成反応それ
自身を使用するものである。しかし,最適でない条件で
使用される有機原料が比較的高価であるため,この手法
はコスト高同様いくつかの欠点がある。また,当該リア
クタが最適温度より低いが最終温度まで到達しつつある
とき,前記加熱処理の間に不所望な副反応が副産物を生
成する。これらの副産物は,原料消費の結果としての高
価な出費に加え,かなりのコストで処分されなければな
らない。
【0007】従来技術で利用される他の方法は,例えば
メタンのような廉価な炭化水素の塩化処理である。この
反応は,かつて価値は低いが販売可能な生成物として分
類される2つの組成物である四塩化炭素及び塩化水素を
生成する。しかし,変更になった取り締まり状況におい
て,四塩化炭素自身は1989年のモントリオールプロトコ
ルのもとにクラス の物質としてリストされ1995年1月
1日までに85%の非CFCの使用が段階的に除去処分を
受け,2000年1月1日までに全部除去されることにな
る。上記方法で生成された四塩化炭素はさまざまな取り
締まり規定を免除されるが,取り締まり状況は厳しくな
りつつある。したがって,四塩化炭素反応に頼った処理
をなくすことが非常に所望され,代替加熱手段としてマ
イクロ波加熱を使用することが重要な改良点である。
メタンのような廉価な炭化水素の塩化処理である。この
反応は,かつて価値は低いが販売可能な生成物として分
類される2つの組成物である四塩化炭素及び塩化水素を
生成する。しかし,変更になった取り締まり状況におい
て,四塩化炭素自身は1989年のモントリオールプロトコ
ルのもとにクラス の物質としてリストされ1995年1月
1日までに85%の非CFCの使用が段階的に除去処分を
受け,2000年1月1日までに全部除去されることにな
る。上記方法で生成された四塩化炭素はさまざまな取り
締まり規定を免除されるが,取り締まり状況は厳しくな
りつつある。したがって,四塩化炭素反応に頼った処理
をなくすことが非常に所望され,代替加熱手段としてマ
イクロ波加熱を使用することが重要な改良点である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】したがって,本発明の
目的は,高価な化学原料の燃料の使用及び環境に悪影響
を及ぼす組成物の生成を避けるべく,反応ベッセルの加
熱用に電気的に生成されたマイクロ波エネルギーを利用
する手段を与えることである。
目的は,高価な化学原料の燃料の使用及び環境に悪影響
を及ぼす組成物の生成を避けるべく,反応ベッセルの加
熱用に電気的に生成されたマイクロ波エネルギーを利用
する手段を与えることである。
【0009】本発明の特徴は,ベッセル全体にわたっ
て,ささやきの回廊モード(whispering gallery mode)
のエネルギー伝搬で,均一なマイクロ波分布を与え,そ
れによって局所的な高フィールド強度を避け,それによ
って過熱点の形成を避けることである。
て,ささやきの回廊モード(whispering gallery mode)
のエネルギー伝搬で,均一なマイクロ波分布を与え,そ
れによって局所的な高フィールド強度を避け,それによ
って過熱点の形成を避けることである。
【0010】本発明の他の特徴は,熱線及びベッセル内
の元素からの攻撃にさらされる間構造的に保持され,マ
イクロ波の最小の反射または吸収を生じるアプリケータ
窓を与えることである。
の元素からの攻撃にさらされる間構造的に保持され,マ
イクロ波の最小の反射または吸収を生じるアプリケータ
窓を与えることである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するべ
く,本発明による導波管及びアプリケータ装置が,ベッ
セルの横軸に対し接線方向に傾斜して反応ベッセルに載
置され与えられる。ベッセルの一端にあるアプリケータ
から放出されるマイクロ波エネルギーは,他端のベッセ
ルのセラミックライニングを通じて侵入し,リアクタの
金属シェルの内壁を浸食する内部反射に遭遇し,反射角
の結果セラミックの異なる部分を通じて伝搬し,ベッセ
ル内の反対位置のセラミックライニングに再び侵入する
ところのベッセルの内壁に再び現れる。該マイクロ波は
ささやきの回廊モードでセラミックライニングに侵入,
発生及び再侵入を続け,反応ベッセルの均一な加熱を生
じさせ部分的に吸収されるセラミックライニングを通じ
て,エネルギーを一様に分布させるマイクロ波エネルギ
ーの上方に螺旋形に広がる渦巻きを効果的に作成する。
マイクロ波エネルギーの反応ベッセルへの透過を達成す
るために,発明はさらに,最小の反射及び吸収とともに
マイクロ波を効果的に送信すると同時に反応ベッセルの
敵対物からのマイクロ波を遮断し,加熱工程の環境への
影響を最小限にしながらベッセルの加熱をより早くかつ
より均一にするユニークな導波管窓を利用する。
く,本発明による導波管及びアプリケータ装置が,ベッ
セルの横軸に対し接線方向に傾斜して反応ベッセルに載
置され与えられる。ベッセルの一端にあるアプリケータ
から放出されるマイクロ波エネルギーは,他端のベッセ
ルのセラミックライニングを通じて侵入し,リアクタの
金属シェルの内壁を浸食する内部反射に遭遇し,反射角
の結果セラミックの異なる部分を通じて伝搬し,ベッセ
ル内の反対位置のセラミックライニングに再び侵入する
ところのベッセルの内壁に再び現れる。該マイクロ波は
ささやきの回廊モードでセラミックライニングに侵入,
発生及び再侵入を続け,反応ベッセルの均一な加熱を生
じさせ部分的に吸収されるセラミックライニングを通じ
て,エネルギーを一様に分布させるマイクロ波エネルギ
ーの上方に螺旋形に広がる渦巻きを効果的に作成する。
マイクロ波エネルギーの反応ベッセルへの透過を達成す
るために,発明はさらに,最小の反射及び吸収とともに
マイクロ波を効果的に送信すると同時に反応ベッセルの
敵対物からのマイクロ波を遮断し,加熱工程の環境への
影響を最小限にしながらベッセルの加熱をより早くかつ
より均一にするユニークな導波管窓を利用する。
【0012】本発明は図面とともに以下に詳細に説明さ
れる。
れる。
【0013】
【実施例】図1は,本発明の実施例である導波管及びア
プリケータ部品,並びに約2,500MHzの周波数のマイクロ
波が実質的にボックスタイプのデザインの導波管20(例
えば,この周波数範囲ではJIS規格のWG430に基づいた)
を通じて透過されるマイクロ波ジェネレータ10から成
る。他の周波数は約850MHzから30GHzの範囲内で,特定
の動作パラメータ及び特別の応用に依存して使用され
る。該導波管は好適には,ニッケルまたはステンレスス
チールのような耐久性があり化学攻撃に強くかつ良好な
電気伝導性を有する材料から製造され,ほとんどの好適
実施例において導波管の内壁上に金プレート25の薄膜層
を有する。導波管20はマイクロ波ジェネレータ10に真空
結合され,好適にはジェネレータ10から下流に配置され
たアルミナで作られる出力窓40を含み,その結果マイク
ロ波ジェネレータから出力窓40の上流側までの導波管20
内部が真空環境30になる。
プリケータ部品,並びに約2,500MHzの周波数のマイクロ
波が実質的にボックスタイプのデザインの導波管20(例
えば,この周波数範囲ではJIS規格のWG430に基づいた)
を通じて透過されるマイクロ波ジェネレータ10から成
る。他の周波数は約850MHzから30GHzの範囲内で,特定
の動作パラメータ及び特別の応用に依存して使用され
る。該導波管は好適には,ニッケルまたはステンレスス
チールのような耐久性があり化学攻撃に強くかつ良好な
電気伝導性を有する材料から製造され,ほとんどの好適
実施例において導波管の内壁上に金プレート25の薄膜層
を有する。導波管20はマイクロ波ジェネレータ10に真空
結合され,好適にはジェネレータ10から下流に配置され
たアルミナで作られる出力窓40を含み,その結果マイク
ロ波ジェネレータから出力窓40の上流側までの導波管20
内部が真空環境30になる。
【0014】マイクロ波エネルギーは出力窓40から出力
され,マイクロ波エネルギーの高効率透過をもたらすよ
う,図2及び3にエレメント230として示された反応ベ
ッセルの内容物からマイクロ波ジェネレータを遮断べく
設計された石英窓50へ横方向下流に伝搬し続ける。二重
窓構造は安全面から好適である。一つの窓が壊れた時,
リアクタの試料の散逸が第2の上流窓によって防止さ
れ,2つの窓の間のセンサー(図示せず)により検知さ
れる。図4を参照すると,該石英窓の拡大図が示され,
それは箱形導波管20の縦軸に対し垂直に配置された石英
ディスク60であり,ビルボックス形状の円形導波管70の
短いハウジング部分に載置されている。石英は強度が高
く化学攻撃に対し良好な抵抗力を有し,また熱膨張率が
小さいため熱衝撃及び傾斜加熱に対する高い抵抗力を有
する。
され,マイクロ波エネルギーの高効率透過をもたらすよ
う,図2及び3にエレメント230として示された反応ベ
ッセルの内容物からマイクロ波ジェネレータを遮断べく
設計された石英窓50へ横方向下流に伝搬し続ける。二重
窓構造は安全面から好適である。一つの窓が壊れた時,
リアクタの試料の散逸が第2の上流窓によって防止さ
れ,2つの窓の間のセンサー(図示せず)により検知さ
れる。図4を参照すると,該石英窓の拡大図が示され,
それは箱形導波管20の縦軸に対し垂直に配置された石英
ディスク60であり,ビルボックス形状の円形導波管70の
短いハウジング部分に載置されている。石英は強度が高
く化学攻撃に対し良好な抵抗力を有し,また熱膨張率が
小さいため熱衝撃及び傾斜加熱に対する高い抵抗力を有
する。
【0015】図示された実施例において,2つの石英窓
は反射を除去するために1/4波長の奇数倍の間隔で,
2つのピルボックスの間の箱形導波管部分内に窒素のよ
うな不活性ガスで満たされた空間80とともに直列に配置
される。反射したマイクロ波エネルギーの部分は箱形導
波管を通じて導波管アイソレータ43に伝搬し,そこでマ
イクロ波をロードバッファ45に方向付けることによりマ
イクロ波のジェネレータ10へのフィードバックを防止す
る。しかし,本実施例の代わりに単一窓も使用可能であ
り,図示されたディスク部材の代わりに同等の絶縁性を
有する他の材料を使用してもよいことは当業者の認識す
るところである。
は反射を除去するために1/4波長の奇数倍の間隔で,
2つのピルボックスの間の箱形導波管部分内に窒素のよ
うな不活性ガスで満たされた空間80とともに直列に配置
される。反射したマイクロ波エネルギーの部分は箱形導
波管を通じて導波管アイソレータ43に伝搬し,そこでマ
イクロ波をロードバッファ45に方向付けることによりマ
イクロ波のジェネレータ10へのフィードバックを防止す
る。しかし,本実施例の代わりに単一窓も使用可能であ
り,図示されたディスク部材の代わりに同等の絶縁性を
有する他の材料を使用してもよいことは当業者の認識す
るところである。
【0016】図4に示された石英ディスク60は石英ガラ
スから製造され,ハウジング70の周縁に近接してピルボ
ックスハウジング70内のシール手段90により,マイクロ
波の伝搬に影響を与えないように密閉されている。アル
ミナディスクがその外周上に金属化されかつその後直接
金属ハウジングスリーブに鑞接されるような従来のシー
ル技術は,石英と構造材料の膨張率の違いにより石英を
使用する場合には単純に利用できない。したがって,膨
張率の不一致を補償するために,シール手段90のひとつ
のシール実施例におけるディスク60が図5に拡大して示
される圧縮シール100を表面上に付着される。該圧縮シ
ールは好適には,金などの軟金属から成るOリングであ
って,ディスク50とピルボックス70の金属フランジ110
との間に配置され,水路120により冷却される。該フラ
ンジ部材110は従来のワッシャ132及びボルト140の組み
合わせ,又は従来の溶接を使って締め付けられる。
スから製造され,ハウジング70の周縁に近接してピルボ
ックスハウジング70内のシール手段90により,マイクロ
波の伝搬に影響を与えないように密閉されている。アル
ミナディスクがその外周上に金属化されかつその後直接
金属ハウジングスリーブに鑞接されるような従来のシー
ル技術は,石英と構造材料の膨張率の違いにより石英を
使用する場合には単純に利用できない。したがって,膨
張率の不一致を補償するために,シール手段90のひとつ
のシール実施例におけるディスク60が図5に拡大して示
される圧縮シール100を表面上に付着される。該圧縮シ
ールは好適には,金などの軟金属から成るOリングであ
って,ディスク50とピルボックス70の金属フランジ110
との間に配置され,水路120により冷却される。該フラ
ンジ部材110は従来のワッシャ132及びボルト140の組み
合わせ,又は従来の溶接を使って締め付けられる。
【0017】別の実施例において,図6に示されるよう
に,石英ディスク60には周縁に沿って平面ガラスシール
150が適用されている。該ガラスシールは膨張係数のト
ランジションを与え,その結果板状のモリブデンのよう
な化学的抵抗力のある金属スリーブ160に対して従来の
ガラス対金属シールを達成する。その後スリーブ160は
ポイント170で高真空フランジ180に溶接され,該高真空
フランジ180はConflatなどのUHVガスケットシール190を
通じて水冷ピルボックスフランジへボルト締めされる。
に,石英ディスク60には周縁に沿って平面ガラスシール
150が適用されている。該ガラスシールは膨張係数のト
ランジションを与え,その結果板状のモリブデンのよう
な化学的抵抗力のある金属スリーブ160に対して従来の
ガラス対金属シールを達成する。その後スリーブ160は
ポイント170で高真空フランジ180に溶接され,該高真空
フランジ180はConflatなどのUHVガスケットシール190を
通じて水冷ピルボックスフランジへボルト締めされる。
【0018】さらに他の実施例において,石英ディスク
60は好適には結晶石英から作られ,高膨張率の方向が窓
の面になるようにカットされる。その後該ディスクは一
つの面においてステンレス等の構造金属と膨張が一致
し,その結果金属スリーブ160は周縁でディスク60の平
坦表面に直接接着可能となる。アタッチメント200は,
拡散接着若しくは活性金属鑞付け,又は最初に結晶石英
をモリブデン/マンガンと金属化し次に真空又は水素の
雰囲気内で従来の金合金鑞付けを実行するような方法に
よりディスクの石英表面に直接製造される。金属スリー
ブ160及び窓組立体は,図6の方法によりポイント170で
高真空フランジ180に鑞接され結合される。
60は好適には結晶石英から作られ,高膨張率の方向が窓
の面になるようにカットされる。その後該ディスクは一
つの面においてステンレス等の構造金属と膨張が一致
し,その結果金属スリーブ160は周縁でディスク60の平
坦表面に直接接着可能となる。アタッチメント200は,
拡散接着若しくは活性金属鑞付け,又は最初に結晶石英
をモリブデン/マンガンと金属化し次に真空又は水素の
雰囲気内で従来の金合金鑞付けを実行するような方法に
よりディスクの石英表面に直接製造される。金属スリー
ブ160及び窓組立体は,図6の方法によりポイント170で
高真空フランジ180に鑞接され結合される。
【0019】図3に戻って,石英窓50の下流で窓のリア
クタ側において,箱形導波管はより大きい直径を有する
円形導波管アプリケータ210へ急激にトランジションす
る。この急激な変化は円形導波管内の多重マイクロ波伝
搬モードの励起を引き起こし,それによって反応ベッセ
ル内のマイクロ波エネルギーの分布均一性が向上する。
円形導波管に対する導波管の直径の変化はλco=1.7(di
a)のTE11モードなどの所望のモードに対するカットオフ
周波数fcoの関数である。オセ(othe)を送信するために
必要な直径の計算に必要な情報,より高次のモード及び
他の導波管構造は,John Wiley & Sons, Incにより出版
されたFields and Waves in Communicaition Electroni
cs, by Ramo, Whinnery and Van Duzerの記載から利用
できる。図4に戻って,ポストまたはアイリスのような
マッチングエレメント220は,トランジションの際のあ
らゆる不一致を補償しかつマイクロ波エネルギーがトラ
ンジションにおいて反射し,導波管に沿って上流に流れ
窓を通過するのを防止するために,導波管の箱形部分の
壁に与えられる。エネルギーが反射される際,遮断手段
113が反射エネルギーを向けなおすために与えられる。
クタ側において,箱形導波管はより大きい直径を有する
円形導波管アプリケータ210へ急激にトランジションす
る。この急激な変化は円形導波管内の多重マイクロ波伝
搬モードの励起を引き起こし,それによって反応ベッセ
ル内のマイクロ波エネルギーの分布均一性が向上する。
円形導波管に対する導波管の直径の変化はλco=1.7(di
a)のTE11モードなどの所望のモードに対するカットオフ
周波数fcoの関数である。オセ(othe)を送信するために
必要な直径の計算に必要な情報,より高次のモード及び
他の導波管構造は,John Wiley & Sons, Incにより出版
されたFields and Waves in Communicaition Electroni
cs, by Ramo, Whinnery and Van Duzerの記載から利用
できる。図4に戻って,ポストまたはアイリスのような
マッチングエレメント220は,トランジションの際のあ
らゆる不一致を補償しかつマイクロ波エネルギーがトラ
ンジションにおいて反射し,導波管に沿って上流に流れ
窓を通過するのを防止するために,導波管の箱形部分の
壁に与えられる。エネルギーが反射される際,遮断手段
113が反射エネルギーを向けなおすために与えられる。
【0020】図2及び図3を参照すると,円形導波管ア
プリケータが当業者に周知のタイプの反応ベッセル230
に接続された状態で平面図及び断面図で描かれている。
該アプリケータは存在検査ポートまたは他の存在アパー
チャを通じて,変形カバープレート240の手段によって
結合され,その結果円形導波管のターミナス250がほん
の少し反応ベッセル内に突き出る。該アプリケータター
ミナスは,マイクロ波が伝搬しエネルギー密度が減少し
その結果アプリケータに隣接する側壁を浸食せずに反対
の側面で反射するように配置される。円形導波管アプリ
ケータ210がカバープレート240を通じてベッセル内壁の
最小の摂動を導入するような方法で,断面線A-Aにより
示されたベッセルの横軸に関して傾斜角αでかつA-A断
面においてベッセルの側壁方向に傾斜角βで載置され
る。この形状によりマイクロ波エネルギーは,ベッセル
の縦軸の方向ベクトル成分とともに反応ベッセルの外部
シェル260に対してほぼ接線方向の角度で放射すること
が可能になる。該角度α及びβは,ベッセル全体にわた
ってマイクロ波が伝搬する際反射マイクロ波がアプリケ
ータの方へ再び反射しないようにベッセルの幾何形状に
より決定される。
プリケータが当業者に周知のタイプの反応ベッセル230
に接続された状態で平面図及び断面図で描かれている。
該アプリケータは存在検査ポートまたは他の存在アパー
チャを通じて,変形カバープレート240の手段によって
結合され,その結果円形導波管のターミナス250がほん
の少し反応ベッセル内に突き出る。該アプリケータター
ミナスは,マイクロ波が伝搬しエネルギー密度が減少し
その結果アプリケータに隣接する側壁を浸食せずに反対
の側面で反射するように配置される。円形導波管アプリ
ケータ210がカバープレート240を通じてベッセル内壁の
最小の摂動を導入するような方法で,断面線A-Aにより
示されたベッセルの横軸に関して傾斜角αでかつA-A断
面においてベッセルの側壁方向に傾斜角βで載置され
る。この形状によりマイクロ波エネルギーは,ベッセル
の縦軸の方向ベクトル成分とともに反応ベッセルの外部
シェル260に対してほぼ接線方向の角度で放射すること
が可能になる。該角度α及びβは,ベッセル全体にわた
ってマイクロ波が伝搬する際反射マイクロ波がアプリケ
ータの方へ再び反射しないようにベッセルの幾何形状に
より決定される。
【0021】放出されたマイクロ波の先端265は反応ベ
ッセル内に進入し,外壁金属シェル260の内壁表面に達
するまでベッセルのセラミックライニング270内に浸透
し,そこでエネルギーが内側で反射され,セラミックラ
イニングの裏側を通じて伝搬する。該反射マイクロ波27
5はセラミック表面から再出されかつベッセル内に再入
され,それが反応ベッセルの内部をいわゆるささやきの
回廊モードで伝搬し,マイクロ波が金属壁によりいくら
か散乱されながら反射しつづけるたびに,各反射を通じ
て熱エネルギーを損失しながら,そこでセラミックライ
ニングへの侵入及び再侵入を繰り返す。
ッセル内に進入し,外壁金属シェル260の内壁表面に達
するまでベッセルのセラミックライニング270内に浸透
し,そこでエネルギーが内側で反射され,セラミックラ
イニングの裏側を通じて伝搬する。該反射マイクロ波27
5はセラミック表面から再出されかつベッセル内に再入
され,それが反応ベッセルの内部をいわゆるささやきの
回廊モードで伝搬し,マイクロ波が金属壁によりいくら
か散乱されながら反射しつづけるたびに,各反射を通じ
て熱エネルギーを損失しながら,そこでセラミックライ
ニングへの侵入及び再侵入を繰り返す。
【0022】放出されたマイクロ波の螺旋状パスは上方
に広がったエネルギーの渦巻きを生成し,それがリアク
タのセラミックライニングへの非常に均一なエネルギー
の分布を与える。ささやきの回廊モードにより,マイク
ロ波はすべてのマイクロ波エネルギーが吸収され熱に変
換されるまでセラミックの異なるポイントを再三通過
し,それによって高いフィールド強度の過熱点を引き起
こす局所領域の形成を避けることができる。ほとんどの
エネルギーはその載置角度によりアプリケータに逆反射
しないため,セラミックを通じた一回で2,3%のエネ
ルギーのみが吸収される場合でさえ,この作用が働く。
に広がったエネルギーの渦巻きを生成し,それがリアク
タのセラミックライニングへの非常に均一なエネルギー
の分布を与える。ささやきの回廊モードにより,マイク
ロ波はすべてのマイクロ波エネルギーが吸収され熱に変
換されるまでセラミックの異なるポイントを再三通過
し,それによって高いフィールド強度の過熱点を引き起
こす局所領域の形成を避けることができる。ほとんどの
エネルギーはその載置角度によりアプリケータに逆反射
しないため,セラミックを通じた一回で2,3%のエネ
ルギーのみが吸収される場合でさえ,この作用が働く。
【0023】最も好適な実施例において,カーボンまた
はカーボンリッチブリックのような電気伝導性耐火ライ
ニングが,内部ライニングと金属ケースとの間に挿入さ
れたインシュレータとして作用するセラミックライナー
270を有する内部ライニング280として使用される。マイ
クロ波が上記方法により伝搬する際,該エネルギーはも
っぱらカーボン内部ライニングによる吸収と反射の両方
を生じる。吸収エネルギーにより生成された熱はライニ
ング280内に維持され,かつセラミックライニング270に
より与えられる遮断層によって消散から免れる。結果と
して,該ベッセルはより効果的に加熱され,外部金属ケ
ースを攻撃するマイクロ波によるエネルギーの無駄が避
けられる。この特定の実施例に対し,多重マイクロ波伝
搬モードの励起のための導波管の直径のトランジション
210がさらに使用されるが,内部ライニング280を伴うた
め加熱効果に対しては必ずしも必要ではない。
はカーボンリッチブリックのような電気伝導性耐火ライ
ニングが,内部ライニングと金属ケースとの間に挿入さ
れたインシュレータとして作用するセラミックライナー
270を有する内部ライニング280として使用される。マイ
クロ波が上記方法により伝搬する際,該エネルギーはも
っぱらカーボン内部ライニングによる吸収と反射の両方
を生じる。吸収エネルギーにより生成された熱はライニ
ング280内に維持され,かつセラミックライニング270に
より与えられる遮断層によって消散から免れる。結果と
して,該ベッセルはより効果的に加熱され,外部金属ケ
ースを攻撃するマイクロ波によるエネルギーの無駄が避
けられる。この特定の実施例に対し,多重マイクロ波伝
搬モードの励起のための導波管の直径のトランジション
210がさらに使用されるが,内部ライニング280を伴うた
め加熱効果に対しては必ずしも必要ではない。
【0024】発明は特定の実施例について説明されてき
たが,特許請求の範囲に記載された発明に思想及び態様
から離れることなく多くの変形及び修正が可能であるこ
とは,当業者の認めるところである。
たが,特許請求の範囲に記載された発明に思想及び態様
から離れることなく多くの変形及び修正が可能であるこ
とは,当業者の認めるところである。
【図1】本発明のマイクロ波ジェネレータ,導波管窓及
びアプリケータ装置を示す。
びアプリケータ装置を示す。
【図2】反応ベッセルに結合された本発明によるアプリ
ケータ導波管の平面図であって,マイクロ波エネルギー
の放射角及びささやきの回廊モードでの伝搬を示す。
ケータ導波管の平面図であって,マイクロ波エネルギー
の放射角及びささやきの回廊モードでの伝搬を示す。
【図3】図2に示されたアプリケータ/リアクタの組み
合わせの断面図である。
合わせの断面図である。
【図4】本発明による導波管窓の拡大図である。
【図5】本発明による第1の実施例である窓シーリング
の拡大図である。
の拡大図である。
【図6】本発明による第2の実施例である窓シーリング
の拡大図である。
の拡大図である。
【図7】本発明による第3の実施例である窓シーリング
の拡大図である。
の拡大図である。
20 導波管 50 石英窓 210 トランジション 230 エレメント 240 変形カバープレート 250 ターミナス 260 外部シェル 270 セラミックライニング 280 内部ライニング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アール・ウイリアム・マックーン アメリカ合衆国カリフォルニア州サン・ヨ ゼ,イングリッシュ・ドライブ1491 (72)発明者 ミカエル・グリーン アメリカ合衆国カリフォルニア州パロ・ア ルト,マンザナ・ストリート4055 (72)発明者 ヒューゴ・ヒューイ アメリカ合衆国カリフォルニア州カパチー ノ,ロビンデル・ウェイ7893 (72)発明者 ジェームズ・アール・レガーラ アメリカ合衆国カリフォルニア州レッドウ ッド・シティー,アドミラルティー・プレ イス27 (72)発明者 ロス・ティー・ウィルコックス アメリカ合衆国カリフォルニア州パロ・ア ルト,アディソン521
Claims (20)
- 【請求項1】 閉じたベッセル内に均一なマイクロ波エ
ネルギー分布を与えるための装置であって,マイクロ波
を生成するための手段と,第1端において前記マイクロ
波生成手段と動作的に結合し,第2端において多重マイ
クロ波伝搬モードの励起を引き起こすための手段を有
し,前記第2端が,ささやきの回廊モードで閉じたベッ
セル全体にわたって伝搬する螺旋状の反射マイクロ波エ
ネルギーを導入するべく,前記ベッセルの横軸に関して
ある角度で閉じたベッセルに完全に結合されているとこ
ろの導波管と,前記マイクロ波生成手段と前記閉じたベ
ッセルとの間に動作的に挿入されたマイクロ波透過遮断
手段であって,前記遮断手段がハウジング及び熱膨張補
償シール手段により前記ハウジングに固定されたマイク
ロ波透過バリアとから成るマイクロ波透過遮断手段と,
から成る装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の装置であって,多重マ
イクロ波伝搬モードの励起を引き起こす手段は,前記第
2端での導波管の直径の増加部分である,ところの装
置。 - 【請求項3】 請求項2に記載の装置であって,前記導
波管の第1端の断面は長方形であって,第2端の断面は
円である,ところの装置。 - 【請求項4】 請求項2または3に記載の装置であっ
て,前記導波管の直径の増加はカットオフ周波数の関数
である,ところの装置。 - 【請求項5】 請求項2に記載の装置であって,前記第
2端は接線インクラインの角度で閉じたベッセルに結合
される,ところの装置。 - 【請求項6】 請求項5に記載の装置であって,前記導
波管の第2端のターミナスは,放出されたマイクロ波が
前記ターミナスに隣接する前記ベッセルの側壁を最初に
攻撃することを避けるように,前記閉じたベッセルの内
側に配置される,ところの装置。 - 【請求項7】 請求項1に記載の装置であって,前記マ
イクロ波透過バリアは石英ディスクである,ところの装
置。 - 【請求項8】 請求項7に記載の装置であって,前記石
英は石英ガラスである,ところの装置。 - 【請求項9】 請求項7に記載の装置であって,前記石
英は結晶石英である,ところの装置。 - 【請求項10】 請求項1に記載の装置であって,前記
閉じたベッセルが,さらに内部電気伝導性耐火ライニン
グ及び前記内部ライニングの下にある遮断ライニングか
ら成る反応ベッセルである,ところの装置。 - 【請求項11】 請求項10に記載の装置であって,前
記内部ライニングはカーボンベースの金属である,とこ
ろの装置。 - 【請求項12】 反応ベッセル内に早急なマイクロ波エ
ネルギー分布を与えるための装置であって,850MHzと30
GHzとの間のマイクロ波を生成するための手段と,第1
直径の第1端及び前記第1直径より大きな第2直径の第
2端を有する導波管であって,前記第1端は前記マイク
ロ波生成手段と動作的に結合し,前記第2端はささやき
の回廊モードで反応ベッセル全体にわたって伝搬する螺
旋状の反射パターンのマイクロ波エネルギーを導入する
べく,前記反応ベッセルの横軸に関して接線角度で反応
ベッセルに完全に結合されているところの導波管と,前
記導波管と前記反応ベッセルとの間に動作的に結合され
たマイクロ波透過遮断手段であって,前記遮断手段がハ
ウジング及び熱膨張補償シール手段により前記導波管の
縦軸に垂直に前記ハウジング内に固定された誘電材料と
から成るところのマイクロ波透過遮断手段と,から成る
装置。 - 【請求項13】 請求項12に記載された装置であっ
て,導波管の第1端は長方形の断面を有し,導波管の第
2端は円形の断面を有する,ところの装置。 - 【請求項14】 請求項12に記載された装置であっ
て,前記接線方向角は前記ベッセルの横軸に関してオフ
セット傾斜角である,ところの装置。 - 【請求項15】 請求項12に記載された装置であっ
て,前記反応ベッセルはさらに内部電気伝導性耐火ライ
ニング及び前記内部ライニングの下にある遮断ライニン
グから成る,ところの装置。 - 【請求項16】 請求項15に記載の装置であって,前
記導波管の第1直径及び第2直径はほぼ等しい,ところ
の装置。 - 【請求項17】 請求項12に記載の装置であって,前
記誘電材料は石英である,ところの装置。 - 【請求項18】 マイクロ波エネルギーを使って反応ベ
ッセルを加熱する方法であって,マイクロ波を生成する
段階と,前記マイクロ波の多重伝搬モードを励起させる
段階と,ささやきの回廊モードで反応ベッセル全体にわ
たって伝搬する螺旋状の反射パターンを導入するべく,
前記ベッセルの横軸に関してオフセット角の位置で,前
記励起マイクロ波を反応ベッセル内に方向づける段階
と,から成る方法。 - 【請求項19】 請求項18に記載の方法であって,励
起マイクロ波はベッセルの横軸に関してオフセットの傾
斜した放出角で方向づけられる,ところの方法。 - 【請求項20】 請求項16に記載の方法であって,前
記オフセット角は,最初に放出マイクロ波が隣接するベ
ッセル側壁を攻撃するのを避ける,ところの方法。
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