JPWO2017217437A1 - Electromagnetic oscillator - Google Patents
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Abstract
【課題】単に反射係数が低い周波数帯域を利用するだけでなく、反射係数が低く、かつ、伝送効率の高い周波数帯域を使うように制御する電磁波発振装置を提供すること。【解決手段】電源Pから印加される電圧によって電磁波を発振する電磁波発振器3と、電磁波発振器3からの電磁波エネルギの供給を受けるキャビティCと電磁波発振器3との間で電磁波発振器3から発振される電磁波の進行波及び反射波を検出する検出器8と、検出器8からの検出信号が印加されるとともに電磁波発振器3を制御する制御装置5とを備えている。そして、制御装置5は、本運転前に電磁波発振器3が発振可能な帯域全般の周波数を掃引しながら、反射係数を検知してエネルギ送出周波数帯域を定義し、本運転時にエネルギ送出周波数帯域のみを使用して電磁波を発振するようにしている。【選択図】図1Provided is an electromagnetic wave oscillation device that controls not only to use a frequency band having a low reflection coefficient but also to use a frequency band having a low reflection coefficient and high transmission efficiency. An electromagnetic wave oscillated from an electromagnetic wave oscillator 3 between an electromagnetic wave oscillator 3 that oscillates an electromagnetic wave by a voltage applied from a power supply P, and a cavity C that receives supply of electromagnetic wave energy from the electromagnetic wave oscillator 3 The detector 8 detects the traveling wave and the reflected wave, and the control device 5 that applies the detection signal from the detector 8 and controls the electromagnetic wave oscillator 3. Then, the control device 5 defines the energy transmission frequency band by detecting the reflection coefficient while sweeping the frequency of the entire band in which the electromagnetic wave oscillator 3 can oscillate before the main operation, and only the energy transmission frequency band during the main operation. It is used to oscillate electromagnetic waves. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、電磁波加熱装置や電磁波吸収体を備えた触媒担持担体に電磁波照射アンテナから電磁波エネルギを供給したり、電磁波を昇圧して放電する点火装置に電磁波エネルギを供給したりする電磁波発振装置に関する。 The present invention relates to an electromagnetic wave oscillation device that supplies electromagnetic wave energy from an electromagnetic wave irradiation antenna to an electromagnetic wave heating device or a catalyst carrier having an electromagnetic wave absorber or supplies electromagnetic wave energy to an ignition device that boosts and discharges the electromagnetic wave. .
近年、マグネトロンに代わり、半導体素子によるマイクロ波発生装置を用いた電子レンジ等の加熱装置が検討されている。例えば、特許文献1では、加熱室の上下左右の壁面にマイクロ波を放射する電磁波照射アンテナを配備したマイクロ波加熱装置が開示されている。このマイクロ波加熱装置は2つの発振器を有し、第1の発振器から出力されたマイクロ波は第1の分配器で2分配されて上面と下面のアンテナに給電され、第2の発振器から出力されたマイクロ波は第2の分配器で2分配されて左面と右面のアンテナに給電される。
In recent years, instead of magnetrons, heating devices such as microwave ovens using microwave generators using semiconductor elements have been studied. For example,
そして、半導体で構成される発振器(電磁波発振装置)には、商用の交流電源やバッテリ等の直流電源から整流する整流回路と平滑化コンデンサ等を備えたコンバータから直流電圧が印加される。 Then, a DC voltage is applied to an oscillator (electromagnetic wave oscillation device) composed of a semiconductor from a converter including a rectifying circuit rectifying from a commercial AC power source or a DC power source such as a battery, a smoothing capacitor, and the like.
ところで、半導体素子を使った電磁波発振装置を用いた加熱装置等では、反射係数が低い値を取り反射波が少ない周波数帯域を利用するように制御することが一般的である。 By the way, in a heating device using an electromagnetic wave oscillation device using a semiconductor element, it is common to control so as to use a frequency band having a low reflection coefficient and a small number of reflected waves.
しかし、単に反射係数が低い場合でも、所謂Q値が高い周波数帯域ではエネルギ伝送率が低いという問題がある。 However, even if the reflection coefficient is low, there is a problem that the energy transmission rate is low in a frequency band where the so-called Q value is high.
本発明は、係る点に鑑みてなされたものであり、その目的は、単に反射係数が低い周波数帯域を利用するだけでなく、反射係数が低く、かつ、伝送効率の高い周波数帯域を使うように制御する電磁波発振装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above points, and its purpose is not only to use a frequency band having a low reflection coefficient but also to use a frequency band having a low reflection coefficient and high transmission efficiency. An electromagnetic wave oscillation device to be controlled is provided.
上記課題を解決するためになされた本発明の電磁波発振装置は、
電源から印加される電圧によって電磁波を発振する電磁波発振器と、
該電磁波発振器からの電磁波エネルギの供給を受けるキャビティと電磁波発振器との間で電磁波発振器から発振される電磁波の進行波及び反射波を検出する検出器と、
前記電磁波発振器及び検出器を制御する制御装置とを備え、
該制御装置は、本運転前に前記電磁波発振器が発振可能な帯域全般の周波数を掃引しながらキャビティに電磁波を発振し、反射係数が−3dBを下回った発振周波数より、該発振周波数の直後に反射係数が−3dBを上回った発振周波数が10MHz以上大きくなった両周波数間をエネルギ送出周波数帯域と定義して、本運転時にエネルギ送出周波数帯域のみを使用して電磁波を発振するようにしている。The electromagnetic wave oscillation device of the present invention made to solve the above problems is
An electromagnetic wave oscillator that oscillates an electromagnetic wave by a voltage applied from a power supply;
A detector that detects a traveling wave and a reflected wave of an electromagnetic wave oscillated from the electromagnetic wave oscillator between the electromagnetic wave oscillator and a cavity that receives supply of electromagnetic wave energy from the electromagnetic wave oscillator;
A controller for controlling the electromagnetic wave oscillator and the detector,
The control device oscillates an electromagnetic wave in the cavity while sweeping the frequency of the entire band in which the electromagnetic wave oscillator can oscillate before the main operation, and reflects immediately after the oscillation frequency from an oscillation frequency whose reflection coefficient is less than −3 dB. An energy transmission frequency band is defined between both frequencies where the oscillation frequency with a coefficient exceeding −3 dB is increased by 10 MHz or more, and an electromagnetic wave is oscillated using only the energy transmission frequency band during the actual operation.
本発明の電磁波発振装置は、反射係数が−3dBを下回った発振周波数より、該発振周波数の直後に反射係数が−3dBを上回った発振周波数が10MHz以上大きい場合、換言するとQ値が比較的低い場合、エネルギ送出周波数帯域として電磁波発振器から電磁波を発振する。 The electromagnetic wave oscillation device of the present invention has a relatively low Q value when the oscillation frequency at which the reflection coefficient exceeds -3 dB immediately after the oscillation frequency is 10 MHz or more higher than the oscillation frequency at which the reflection coefficient is less than -3 dB. In this case, an electromagnetic wave is oscillated from an electromagnetic wave oscillator as an energy transmission frequency band.
この場合において、本運転時には、制御装置は、検出器が検出する電圧定在波比が所定値以上となった場合、発振する電磁波の周波数をエネルギ送出周波数帯域内で変動させて発振するように制御することができる。 In this case, at the time of the main operation, when the voltage standing wave ratio detected by the detector becomes a predetermined value or more, the control device oscillates by changing the frequency of the oscillating electromagnetic wave within the energy transmission frequency band. Can be controlled.
本発明の電磁波発振装置は、電磁波発振器からの電磁波発振を制御装置によって、反射係数が低く、かつ、伝送効率の高い電磁波発振ができるように制御することで高効率の電磁波発振装置を提供することができる。 The electromagnetic wave oscillation device of the present invention provides an electromagnetic wave oscillation device with high efficiency by controlling the electromagnetic wave oscillation from the electromagnetic wave oscillator by the control device so that the electromagnetic wave oscillation with a low reflection coefficient and high transmission efficiency can be performed. Can do.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following embodiments are essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present invention, its application, or its use.
<実施形態1>
本実施形態1は、本発明に係る電磁波発振装置である。この電磁波発振装置1は、図1に示すように、電源Pから印加される電圧によって電磁波を発振する電磁波発振器3と、電磁波発振器3からの電磁波エネルギの供給を受けるキャビティCと電磁波発振器3との間で電磁波発振器3から発振される電磁波の進行波及び反射波を検出する検出器8と、検出器8からの検出信号が印加されるとともに電磁波発振器3を制御する制御装置5とを備えている。そして、制御装置5は、本運転前に電磁波発振器3が発振可能な帯域全般の周波数を掃引しながらキャビティCに電磁波を発振し、反射係数が−3dBを下回った発振周波数より、この発振周波数の直後に反射係数が−3dBを上回った発振周波数が10MHz以上大きくなった両周波数間をエネルギ送出周波数帯域と定義して、本運転時にエネルギ送出周波数帯域のみを使用して電磁波を発振するようにしている。電磁波発振器3から発振される電磁波は、増幅器4によって所望の出力まで増幅され、分配器6を介して電磁波照射アンテナ7に供給される。<
電磁波発振器3への電流の供給は、コンバータ2から平滑回路30を介し、低電圧、例えば5Vや12Vの電流が供給され、増幅器4には電磁波発振器3からの電磁波の増幅の割合によって異なるが、例えば32Vの電圧が印加される。この増幅器4への電圧の印加は連続波で印加するようにしても構わないが、後述する電磁波発振器3の発振パターンに合わせて制御装置5がコンバータ2を制御し出力パターンを変動させるように構成しても構わない。また、コンバータ2は家庭用交流電源を用いるときはAC/DCコンバータ、バッテリ等の直流電源を用いるときはDC/DCコンバータを使用する。
The supply of current to the
電磁波発振器3は、制御装置5から電磁波発振信号(例えばTTL信号)を制御チップ50が受けると、制御チップ50から所定のデューティー比、パルス時間等を設定したパルス波として又は連続波として電磁波(例えば、2.45GHzのマイクロ波)を出力する。30は、電磁波発振器3へ供給される電流の平滑回路である。本実施形態においては、本運転前に、電磁波発振器3の発振可能周波数、例えば、図2に示すように、2.30Ghz〜2.70GHzの周波数を掃引(Sweep)させて電磁波(マイクロ波)を発振する。
When the
増幅器4は、電磁波発振器3から出力された数W程度の電磁波を数kWまで増幅し、点火装置や電磁波照射アンテナに供給する。
The
キャビティCは、電磁波エネルギの供給先が電子レンジ等の加熱装置の場合は加熱室が該当し、電磁波エネルギの供給先が内燃機関の場合には燃焼室が該当する。 The cavity C corresponds to a heating chamber when the supply destination of electromagnetic wave energy is a heating device such as a microwave oven, and corresponds to a combustion chamber when the supply destination of electromagnetic wave energy is an internal combustion engine.
電磁波発振器3からの電磁波エネルギの供給を受けるキャビティCと電磁波発振器3との間、より具体的には増幅器4と分配器6との間で電磁波発振器3から発振される電磁波の進行波及び反射波を検出する検出器8が配設されている、検出器8は、具体的には線路のインピーダンスを検知するように構成され、電磁波発振器3から発振する電磁波の周波数を掃引(Sweep)させることで、周波数毎の反射係数ρが検出できる。反射係数ρは
ρ=(Z−Z0)/(Z+Z0)
ρ:反射係数、Z0:線路の特性インピーダンス、Z:負荷のインピーダンス
で表される進行波と反射波の関係を示す数値である。A traveling wave and a reflected wave of an electromagnetic wave oscillated from the
ρ is a reflection coefficient, Z 0 is a characteristic impedance of the line, and Z is a numerical value showing a relationship between a traveling wave and a reflected wave represented by an impedance of a load.
そして、検出器8からの信号(周波数毎の反射係数)は、図2に示すグラフのように表され、制御装置5は、反射係数が−3dBを下回った点P1の発振周波数(2.4GHz)を記憶し、次いでこの2.4GHzの発振周波数の直後に反射係数が−3dBを上回った点P2の発振周波数(2.405GHz)が点P1の発振周波数より10MHz以上大きいか否かを判定する。P2は2.405GHzでありP1よりも5MHzしか大きくないため、2.4GHz〜2.405GHzの周波数帯域はエネルギ送出周波数帯域と定義されない。
A signal (reflection coefficient for each frequency) from the
次に、反射係数が−3dBを下回った点P3の発振周波数(2.435GHz)を記憶し、次いでこの2.435GHzの発振周波数の直後に反射係数が−3dBを上回った点P4の発振周波数(2.525GHz)が点P3の発振周波数より10MHz以上大きいか否かを判定する。P4は2.525GHzでありP3よりも90MHz大きくなっているため、2.435GHz〜2.525GHzの周波数帯域はエネルギ送出周波数帯域と定義され、本運転時にはこのエネルギ送出周波数帯域は発振する周波数帯域として使用される。 Next, the oscillation frequency (2.435 GHz) at the point P3 where the reflection coefficient is less than −3 dB is stored, and then immediately after the oscillation frequency of 2.435 GHz, the oscillation frequency (the point P4 where the reflection coefficient exceeds −3 dB) ( It is determined whether or not (2.525 GHz) is 10 MHz or more higher than the oscillation frequency at the point P3. Since P4 is 2.525 GHz and 90 MHz larger than P3, the frequency band of 2.435 GHz to 2.525 GHz is defined as the energy transmission frequency band. During this operation, this energy transmission frequency band is the frequency band that oscillates. used.
特に反射係数の低い点P5の発振周波数(2.485GHz)の±5MHzの範囲である2.48〜2.49GHzの周波数帯域を本運転時に使用する発振周波数帯域として利用することが好ましい。 In particular, it is preferable to use a frequency band of 2.48 to 2.49 GHz, which is in the range of ± 5 MHz of the oscillation frequency (2.485 GHz) of the point P5 having a low reflection coefficient, as an oscillation frequency band to be used in the actual operation.
また、エネルギ送出周波数帯域として定義する反射係数はさらに低い反射係数で設定しても構わない。例えば、−5dBとすることが好ましく、−6dBとすることがより好ましい。所定の反射係数を下回った発振周波数の直後に所定の反射係数を上回った発振周波数が下回った発振周波数の差は、10MHzよりも大きく設定することもできる。例えば20MHzとすることが好ましく、30MHzとすることがより好ましい。このようにすることで、所謂Q値が高すぎる範囲とならず、エネルギ伝送率が高い範囲でキャビティCに電磁波エネルギを供給することができる。また、例えば周波数差を30MHzと設定したときに、周波数を掃引した結果、エネルギ送出周波数帯域が決定できない問いは、順次周波数差を短く(例えば、2MHzずつ周波数差を短くする)設定し、エネルギ送出周波数帯域が決定するまでそれを繰り返すように設定することもできる。 Further, the reflection coefficient defined as the energy transmission frequency band may be set with a lower reflection coefficient. For example, it is preferably −5 dB, and more preferably −6 dB. The difference between the oscillation frequencies where the oscillation frequency exceeding the predetermined reflection coefficient immediately after the oscillation frequency falling below the predetermined reflection coefficient can be set larger than 10 MHz. For example, it is preferably 20 MHz, and more preferably 30 MHz. By doing in this way, electromagnetic energy can be supplied to the cavity C in a range where the so-called Q value is not too high and the energy transmission rate is high. Also, for example, when the frequency difference is set to 30 MHz, the question that the energy transmission frequency band cannot be determined as a result of sweeping the frequency is to sequentially set the frequency difference to be shorter (for example, to reduce the frequency difference by 2 MHz) to transmit the energy. It can also be set to repeat it until the frequency band is determined.
そして、本運転前に電磁波発振器3が発振可能な帯域全般の周波数を掃引し、エネルギ送出周波数帯域を決定した後に、本運転を開始する。本運転時には検出器8によって、線路のインピーダンス(負荷インピーダンス)を検出し、電圧定在波比(以下、VSWRという)を検出する。
ここで、VSWRは、
VSWR=(1+|ρ|)/(1−|ρ|)
ρは上述した計算式で求められる反射係数
で表される進行波と反射波の関係を示す数値である。Then, before the actual operation, the entire frequency in which the
Where VSWR is
VSWR = (1+ | ρ |) / (1− | ρ |)
ρ is a numerical value indicating the relationship between the traveling wave and the reflected wave represented by the reflection coefficient obtained by the above-described calculation formula.
そして、検出器8からの信号は、図3に示すスミスチャート上では、負荷変動軌跡Lとして表すことができる。図3に示す負荷変動では、VSWRが所定値、例えば、4(図中破線の円内)を超えることがないように制御する。
The signal from the
本運転前のエネルギ送出周波数帯域を決定時に、反射係数が−3dB以下となる周波数帯域を選択しても本運転時のキャビティC内の状態の変動によってインピーダンスの整合が崩れ、反射波が増えること(反射係数が高くなる又はVSWRの値が高くなる)がある。このようなときに、つまり、検出器8からの信号によって得られるVSWRが高くなったときに制御装置5は、エネルギ送出周波数帯域、本実施形態においては、2.435GHz〜2.525GHzより好ましくは2.48〜2.49GHzの周波数帯域で周波数を変動させることでVSWRが所定値内となるように調整する。
When determining the energy transmission frequency band before the actual operation, even if a frequency band having a reflection coefficient of −3 dB or less is selected, impedance matching is lost due to a change in the state in the cavity C during the actual operation, and reflected waves increase. (The reflection coefficient increases or the value of VSWR increases). In such a case, that is, when the VSWR obtained by the signal from the
VSWRが所定値を上回っている場合の制御は、2.435GHz〜2.525GHzより好ましくは2.48〜2.49GHzの周波数帯域で周波数を0.01GHz単位又は0.05GHz単位でSweepさせ、負荷変動軌跡Lが所定値を超えないように調整する。また、電磁波エネルギの供給先が電磁波加熱装置(例えば、電子レンジ)等の場合には、周波数の変動の前に、所定時間、電磁波の発振を停止して再度発振を開始することでVSWRが所定値を超えないようにすることもできる。この場合、1又は複数回の停止の後、VSWRが所定値を上回っているときは、周波数を変動させるように制御する。 When the VSWR exceeds a predetermined value, the control is performed by sweeping the frequency in the frequency band of 2.435 GHz to 2.525 GHz, more preferably in the range of 2.48 to 2.49 GHz in units of 0.01 GHz or 0.05 GHz. Adjustment is made so that the fluctuation locus L does not exceed a predetermined value. Further, when the electromagnetic wave energy is supplied to an electromagnetic wave heating device (for example, a microwave oven) or the like, the VSWR is predetermined by stopping the oscillation of the electromagnetic wave for a predetermined time and starting again before the frequency change. It is also possible not to exceed the value. In this case, after one or more stops, when the VSWR exceeds a predetermined value, the frequency is controlled to vary.
また、VSWRの所定値は、発振する電磁波の出力、キャビティCの形状によって異なり、発振周波数の変動は、VSWRが4以上で設定する他、例えば、電磁波の出力が小さい場合には10に設定して運用することもできる。 Further, the predetermined value of VSWR differs depending on the output of the oscillating electromagnetic wave and the shape of the cavity C, and the fluctuation of the oscillation frequency is set to 10 when the output of the electromagnetic wave is small, in addition to setting VSWR at 4 or more. Can also be operated.
<実施形態1の効果>
このように、本運転前に検出器によって、エネルギ送出周波数帯域を決定し、本運転時に係る範囲の周波数帯域で運転することで効率よく電磁波エネルギをキャビティに供給することができる。また、本運転時に電磁波発振器3からの電磁波エネルギの供給を受けるキャビティCと電磁波発振器3との間で電磁波発振器3から発振される電磁波の進行波及び反射、具体的には線路のインピーダンスを検出し、検出した値により計算されるVSWRの値が所定値を超えるときは、反射波が増大していると判断でき、発振する周波数を変動させてVSWRの値下げ、反射波によるデバイス(増幅器4や電磁波発振器3)の損傷を抑制することができる。<Effect of
As described above, the energy transmission frequency band is determined by the detector before the main operation, and the electromagnetic wave energy can be efficiently supplied to the cavity by operating in the frequency band in the range related to the main operation. In addition, the traveling wave and reflection of the electromagnetic wave oscillated from the
<実施形態2>
本実施形態2は、本発明に係る電磁波発振装置を利用した排気浄化装置10に関する。<
The second embodiment relates to an exhaust
この排気浄化装置10は、内燃機関、例えば自動車のエンジンから排出される排ガスを浄化するもので、内燃機関22の排気通路51に設けられた触媒を担持した担体60と、この担体60の排気上流側端面60aに塗布された電磁波吸収体70と、担体60の排気上流側の空間に電磁波照射する電磁波照射アンテナ7とを備えている。電磁波照射アンテナ7は電磁波発振装置1と組み合わせることによって電磁波放射装置9を構成する。電磁波発振装置1は電源Pと電気的に接続される。電磁波照射アンテナ7は、図4に示すように排気通路51を形成する排気管の表面に配設する平面アンテナとすることができる。この排気通路51の担体60上流の空間がキャビティCとなる。
The exhaust
この場合において、電磁波吸収体70を、炭素原子又は炭素を含む分子を主成分とするマイクロコイルを耐熱性粉末素材と混合して構成することができる。電磁波吸収体70としてマイクロコイル、より具体的にはカーボンマイクロコイルを利用することで、カーボンマイクロコイルがもつ、電磁波を吸収して短時間で発熱する特性を利用し、電磁波吸収体70に電磁波(マイクロ波)を吸収させることで、電磁波吸収体70を発熱させ、短時間で触媒を担持した担体60を加熱する。なお、本明細書では、カーボンマイクロコイルには、カーボンマイクロコイルよりも線径の小さいカーボンナノコイルも含む。
In this case, the
触媒は、本実施形態においては、三元触媒システムの主成分となる活性金属(プラチナ、パラジウム、ロジウム)である。三元触媒システムは、ガソリンを燃料とする自動車の排ガス中に含まれる炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOX)を浄化する。三元触媒は、炭化水素を水と二酸化炭素に、一酸化炭素を二酸化炭素に酸化し、窒素酸化物を窒素に還元する。In this embodiment, the catalyst is an active metal (platinum, palladium, rhodium) which is a main component of the three-way catalyst system. The three-way catalyst system purifies hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NO x ) contained in the exhaust gas of automobiles using gasoline as fuel. Three-way catalysts oxidize hydrocarbons to water and carbon dioxide, carbon monoxide to carbon dioxide, and reduce nitrogen oxides to nitrogen.
三元触媒システムは、常温では還元能力が低く、エンジンが冷えた状態で始動した直後では還元能力がほとんどない。そのため、エンジンの始動時に三元触媒システムを適切に作動させるためには、触媒が活性化する適切な温度にまで加熱する必要がある。本実施形態においては、排気浄化装置10が、触媒を担持した担体60をすみやかに加熱して触媒を活性化させる。
The three-way catalyst system has a low reducing ability at room temperature, and hardly has a reducing ability immediately after the engine is started in a cold state. Therefore, in order to properly operate the three-way catalyst system when the engine is started, it is necessary to heat the catalyst to an appropriate temperature at which the catalyst is activated. In the present embodiment, the
触媒を担持する担体60は、図4〜図5に示すように、外径が排ガス通路を形成するケーシング50の担体60の保持部の内径とほぼ同じに設定され、固定用の部材(図示省略)でケーシング50の内部に固定される。担体60は、その材質を特に限定するものではないが、例えば、ハニカムセラミック構造体で構成されている。
As shown in FIGS. 4 to 5, the
ハニカム構造体は、マイクロ波を透過可能な絶縁性の材料からなる外形が円柱状の部材である。本実施形態では、ハニカム構造体は、断面格子状の格子部を備えている。ハニカム構造体は、格子部の間の空隙を通して、図4の図中の矢印で示す方向に排ガスが流通可能に構成されている。 The honeycomb structure is a member having a cylindrical outer shape made of an insulating material capable of transmitting microwaves. In the present embodiment, the honeycomb structure includes a lattice portion having a cross-sectional lattice shape. The honeycomb structure is configured such that the exhaust gas can flow in the direction indicated by the arrow in FIG. 4 through the gaps between the lattice portions.
ケーシング50は、担体60を収納するために設けられた、概ね筒状の金属製の部材(所謂マフラー)である。ケーシング50は、自動車のエンジンの排気管の一部を構成しており、ケーシング50の内部は、排ガスが流通する排ガス通路を構成している。
The
電磁波吸収体70の担体60端面への塗布の方法について説明する。本明細書における塗布とは、被塗物(本実施形態においては担体60)に塗物(本実施形態においては電磁波吸収体70)の対象面に対して刷毛を使用しての一般的な塗布の他、スプレーガンを使用した塗布、被塗物の入った容器に塗物を浸漬して付着させる等、種々の方法を含む。
A method of applying the
ここで、電磁波吸収体70として使用するマイクロコイルは、炭素原子を主成分とするいわゆるカーボンマイクロコイル(以下、CMCという)で構成されている。CMCは、約0.01〜1μmのピッチでコイル型に巻かれた形状を持つ微細な炭素繊維である。
Here, the microcoil used as the
担体60の排気上流側端面へのCMCの塗布は、上述したように特に限定するものではなく、例えば、CMCをセラミックス粉末泥しょうに添加し、撹拌して均一に分散させたスラリー状(以下、CMCスラリーという)とした後、0.05mm〜1.0mm、好ましくは0.1mm〜0.6mm、より好ましくは、0.2mm〜0.4mmの厚みで担体の通気孔を閉塞することがないように、塗布対象面上にCMCスラリーを付着するようにして成形する。
The application of CMC to the exhaust upstream side end surface of the
そして、一定時間放置又は乾燥炉に入れることで乾燥させ、担体の通気孔を閉塞することがないように、釉薬を塗布し、乾燥させ焼成することで担体端面への塗布を完了する。 Then, it is allowed to stand for a certain period of time or put in a drying furnace to be dried, and the glaze is applied so as not to block the air holes of the carrier, and the coating on the carrier end face is completed by drying and baking.
また、セラミック系のバインダーと、マイクロコイルとを混合したスラリー溶液から構成され、これを担体60端面の表面に塗布し、ハニカム構造体とともに焼成することによって形成することもできる。
Alternatively, it may be formed of a slurry solution in which a ceramic binder and a microcoil are mixed, applied to the surface of the end face of the
カーボンマイクロコイルは、電磁波を吸収して発熱する特性を持つ。本実施形態では、この特性を利用して電磁波放射装置9から電磁波吸収体70としてのマイクロコイルに電磁波(マイクロ波)を吸収させて、マイクロコイルを発熱させる。そして、マイクロコイルで発生した熱により、担体60の端面が加熱される。
Carbon microcoils have the property of absorbing electromagnetic waves and generating heat. In this embodiment, electromagnetic waves (microwaves) are absorbed from the electromagnetic
担体60の端面に塗布する電磁波吸収体70は、端面全体に塗布することもできるが、図2に示すように端面中心部分61のみ、中心より外側の環状部62(担体60の端面半径を3Rとした場合、Rから2Rの範囲)のみ、さらに外側の環状部63(担体60の端面半径を3Rとした場合、2Rから3Rの範囲)のみに塗布するように構成することもできる。本発明者等の実験によれば、環状部63に塗布することが好ましい。また、端面中心部分61に塗布する場合も効果的であることが判った。
The
そして、本実施形態の排気浄化装置10は、内燃機関22及び電磁波照射アンテナ7に電磁波を供給する電磁波発振器3及び電磁波発振器3を制御する制御手段5を備えている。この制御手段5は、実施形態1と同様の制御を行い、電磁波発振を効果的に行うとともに、反射波により半導体デバイスの破損を効果的に防止する。そして、制御手段5は排気浄化装置10の運転制御として、内燃機関22を始動するクラッキング運転前(アイドリング運転前)に、電磁波(マイクロ波)を照射し、担体60端面を一定温度まで昇温した後に、内燃機関22を低速回転で始動し(具体的には、通常のアイドリング用モータよりも低速で回転可能な駆動装置21(例えば駆動モータ)によって、内燃機関22を低速で回転させる。この際の回転数は特に限定するものではないが、例えば10rpm〜100rpm程度の低速回転で運転する。)、排気通路51に微量の気体を送り出すようにしている。また、通常のクラッキング運転から開始しても、電磁波吸収体70としてのCMCが照射される電磁波(マイクロ波)によって短時間で加熱され触媒の昇温を可能とする。
The exhaust
<電磁波照射アンテナ>
電磁波を照射する電磁波照射アンテナ7は、図6に示すように、アンテナ本体を構成する導体71と、導体71を覆う絶縁体72(セラミック)とが同軸構造となっており、導体71が絶縁体72から露出する導体71の照射部が、照射する電磁波の波長をλとした場合、(λ/4)×n(nは自然数)となるようにすることが好ましい。この場合、電磁波照射アンテナ7の導体71は、電磁波吸収体70が塗布された箇所の近傍に位置するように配設することが好ましい(本実施形態においては、端面中心部分61に塗布した例を示す)。なお、導体71は図6(b)に示すように、直線上としたり、図6(c)に示すように、円状にしたりすることができる。円状にした場合、端部を絶縁体72の近傍で接続し、円環状とすることもできる。<Electromagnetic radiation antenna>
As shown in FIG. 6, the electromagnetic wave irradiation antenna 7 for irradiating electromagnetic waves has a coaxial structure in which a
本実施形態においては、排気浄化装置10の電磁波放射装置9の電磁波によって電磁波吸収体70が昇温することで担体60が加熱されるが、この加熱温度としては、触媒が活性化する温度、例えば、摂氏300〜400度まで触媒を加熱するように構成されている。そして、活性温度に到達した触媒により、排ガス中に含まれる炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)が分解される。クリーンとなった排ガスは、下流側に配置した排気通路(図示省略)を流通して大気へと放出される。
In the present embodiment, the
以上説明したように、本発明の電磁波発振装置は、電磁波照射アンテナの電磁波発振源として利用するときは電子レンジに代表される誘電加熱を利用した加熱装置に好適に用いることができる。また、自動車エンジン等の内燃機関の点火プラグによるプラズマに電磁波を照射する電磁波照射アンテナの電磁波発振源として利用するときは、点火プラグによるプラズマを維持拡大する用途に用いることもできる。また、電磁波波吸収体を利用した加熱装置や排気浄化装置にマイクロ波を供給する装置に使用する場合や、電磁波を利用した生ゴミ処理機等にも好適に用いることができる。 As described above, the electromagnetic wave oscillation device of the present invention can be suitably used for a heating device using dielectric heating typified by a microwave oven when used as an electromagnetic wave oscillation source of an electromagnetic wave irradiation antenna. Further, when used as an electromagnetic wave oscillation source of an electromagnetic wave irradiation antenna that irradiates plasma by an ignition plug of an internal combustion engine such as an automobile engine, it can also be used for maintaining and expanding the plasma by the ignition plug. Further, it can be suitably used for a heating device using an electromagnetic wave absorber or a device for supplying microwaves to an exhaust purification device, a garbage disposal machine using electromagnetic waves, or the like.
1 電磁波発振装置
2 コンバータ
3 電磁波発振器
4 増幅器
5 制御装置
8 検出器
P 電源
DESCRIPTION OF
Claims (2)
該電磁波発振器からの電磁波エネルギの供給を受けるキャビティと電磁波発振器との間で電磁波発振器から発振される電磁波の進行波及び反射波を検出する検出器と、
該検出器からの検出信号が印加されるとともに前記電磁波発振器を制御する制御装置とを備え、
該制御装置は、本運転前に前記電磁波発振器が発振可能な帯域全般の周波数を掃引しながらキャビティに電磁波を発振し、反射係数が−3dBを下回った発振周波数より、該発振周波数の直後に反射係数が−3dBを上回った発振周波数が10MHz以上大きくなった両周波数間をエネルギ送出周波数帯域と定義して、本運転時にエネルギ送出周波数帯域のみを使用して電磁波を発振するようにした電磁波発信装置。An electromagnetic wave oscillator that oscillates an electromagnetic wave by a voltage applied from a power supply;
A detector that detects a traveling wave and a reflected wave of an electromagnetic wave oscillated from the electromagnetic wave oscillator between the electromagnetic wave oscillator and a cavity that receives supply of electromagnetic wave energy from the electromagnetic wave oscillator;
A control device for applying a detection signal from the detector and controlling the electromagnetic wave oscillator;
The control device oscillates an electromagnetic wave in the cavity while sweeping the frequency of the entire band in which the electromagnetic wave oscillator can oscillate before the main operation, and reflects immediately after the oscillation frequency from the oscillation frequency whose reflection coefficient is less than −3 dB. An electromagnetic wave transmission device in which an energy transmission frequency band is defined as an energy transmission frequency band between both frequencies where the oscillation frequency with a coefficient exceeding −3 dB is increased by 10 MHz or more, and only the energy transmission frequency band is oscillated during the actual operation. .
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