TWM623418U - 一種微波萃取裝置 - Google Patents

Abstract

一種微波萃取裝置包含同軸共振腔及同軸微波源。同軸微波源之磁控管所產生之微波係經由與其輸出天線直接相接之同軸設置之中央金屬棒導入同軸共振腔之反應腔中，藉以加熱反應腔中的待加熱物。此微波萃取裝置係激發微波TEM模式。相較於過去使用石英、陶瓷或是鐵氟龍等介電容器的技術，本創作可以使用金屬容器做為反應腔，故安全性高。而且，本創作於同軸微波源與反應腔之間設置尺寸緩變管可降低反應腔和同軸微波源的直徑不同所造成之微波反射，故可方便地更換不同尺寸的反應腔以増加處理量。

Description

一種微波萃取裝置

本創作是有關於一種萃取裝置，特別是有關於一種具有多用途之微波萃取裝置。

傳統上，水蒸餾和蒸汽蒸餾是從芳香植物中萃取精油最廣泛使用的方法。在蒸餾過程中，需要將待加熱物(例如植物)浸泡於水中，再藉由供熱使水沸騰。因此，需要供應相對大量的能源。同時萃取精油的效率較低，精油若殘留在待加熱物中將形成浪費。尤其這些方法需要較長的萃取時間，因而會導致對熱敏感的化合物降解(Ferhat 等, 2007；Schaneberg 和 Khan, 2002)。因此，目前己有多項提升效率以降低操作時間的萃取方法被提出。其中，使用微波能量進行萃取的技術已成為重要的發展方向，其主要特點是通過微波輻射加熱生物材料，使得植物細胞中的水份蒸發，造成細胞結構破裂，以令植物中的精油成份得以釋放。微波加熱原理是基於微波與極性材料/溶劑的直接作用，産生離子傳導和偶極旋轉。離子傳導是指在變化的電場作用下離子的遷移。溶液對離子遷移的阻力產生摩擦，最終使溶液升溫。偶極子旋轉意味著分子的偶極子隨著快速變化的電場重新排列，進行能量交換而提升溫度。具體而言，微波萃取具有許多優點，例如快速傳熱和傳能、降低熱梯度、節省時間和低蒸餾水消耗等均有助於減少對環境的影響和成本。

現行微波萃取系統使用的微波處理腔有兩種型式：單一模式微波萃取系統及多模式微波萃取系統。單一模式微波萃取系統在設計上採用特殊的電磁波偶合機構及處理腔尺寸使得在操作頻率下，處理腔中只有單一的共振模式能夠激發(如圖1之(A)圖所示)。單一模式微波萃取系統主要優點在於能掌握加熱區的電磁波分佈，透過適當的機構設計可以避免在待加熱物上產生過熱區。另一的優點則是因為處理腔空間較小，電磁波較強加熱效率高。缺點則是處理腔空間小，因而處理量少。同時更無法依設計放大處理腔以增加處理量，其原因在於處理腔之腔體放大後其他共振模式會激發，使得加熱反應完全不同。

多模式微波萃取系統則使用較大體積的處理腔，其中不同共振模式間的頻率差很小，因此單一頻率的微波可以同時激發數個不同的共振模式，尤其加入待加熱物後，共振模式間的偶合更好。多模式微波萃取系統之結構以一長方型為主，類似家用微波爐。因處理腔空間較大，可處理量變大。但多模式微波萃取系統比較大的缺點是微波能量的分佈比較不均勻，需使用攪拌器才能有所改善。另一方面因為體積較大微波能量密度下降，需使用較大功率才能達成製程要求(如圖1之(B)圖所示)。

另一方面，一般微波萃取系統操作需要先將待加熱物置於微波可穿透且作為反應腔使用的容器中，再置於上述單一模式或多模式微波處理腔中，始能進行微波萃取處理。一般採用鐵氟龍(Teflon)或石英等材料製作反應腔之容器。但因為容器內的壓力及溫度會因製程需要而提高，故其安全性則需要注意。例如美國專利案第5,443,795號中特別提出防爆裝置以確保微波萃取設備的安全性。

有鑑於上述習知技藝之問題，本創作之一目的就是在提供一種具有同軸微波結構的單一模式微波萃取系統，其係激發微波TEM模式。除了具備單一模式能量使用效率高之優點外，還可以使用金屬容器做為反應腔，故安全性高。而且，在使用上亦可以方便的更換不同尺寸的反應腔以増加處理量。此外，本創作的反應腔可採用不同組合以進行不同萃取方法，例如：微波輔助水蒸餾(Microwave-assisted hydrodistillation)、無溶劑微波萃取 (Solvent-free microwave extraction, SFME)及/或微波蒸汽蒸餾 (Microwave steam distillation, MSD)等方法。

為達前述目的，本創作提出一種微波萃取裝置包含一同軸共振腔及一同軸微波源。同軸共振腔包含一反應腔，其中該反應腔係作為單一模式微波共振腔且係用以放置一待加熱物。同軸微波源包含同軸設置之一磁控管(2.45 GHz)、一中央金屬棒及一尺寸緩變管，該中央金屬棒之一端連接該磁控管之一輸出天線，該中央金屬棒之另一端同軸式伸入該反應腔中，藉以將該磁控管所產生之一微波經由直接連接該輸出天線之該中央金屬棒導入該反應腔中，其中該尺寸緩變管係設於該磁控管之該輸出天線與該反應腔之間以減少該微波之反射，該尺寸緩變管之一長度大於該微波之1/2波長(12.24 cm, 2.45 GHz)。

其中，在該同軸微波源及該同軸反應腔之間亦加入微波匹配元件，用以減少微波反射且使得該微波進入該同軸共振腔之該反應腔。

其中，該同軸微波源更包含一圓柱形外管設於該反應腔與該磁控管之間，且該中央金屬棒係同軸式設於該圓柱形外管之中央。

其中，該微波匹配元件包含兩支金屬同軸管橫向設於該圓柱形外管上，該兩支金屬同軸管相距為3/8 微波波長 (12.24 cm, 2.45 GHz)。各該兩支金屬同軸管具有同軸設置之一橫向管、一金屬板及一橫桿，該橫向管橫向設於該圓柱形外管上，該橫桿之一端連接該中央金屬棒，該橫桿之另一端延伸入該橫向管中，且該金屬板設於該橫桿之該另一端上。

其中，該微波匹元件係改變該金屬同軸管之該金屬板位於該橫向管中之位置，藉以對應地調整該微波之反射量，使得該微波進入該同軸共振腔之該反應腔中。

其中，該尺寸緩變管之管徑係從靠近該同軸微波源之一第一側朝向靠近該同軸共振腔之一第二側逐漸增加。

其中，該同軸共振腔更包含一石英管，且該中央金屬棒係設於該石英管之中央，用以對應於該反應腔所增加之長度均勻化沿著該中央金屬棒分佈之該微波。

其中，更包含一溫度量測元件設於該反應腔上用以提供一溫度數據以及/或者一液面高度顯示元件設於該反應腔上用以提供一液面高度數據，藉以供一系統控制元件依據該溫度數據及/或該液面高度數據調整該同軸微波源之該磁控管產生該微波的輸入功率及時間。

其中，該中央金屬棒之該另一端係同軸式伸入該反應腔中。

其中，該待加熱物係於該單一模式微波共振腔中進行微波輔助水蒸餾(Microwave-assisted hydrodistillation)、無溶劑微波萃取(Solvent-free microwave extraction, SFME)及/或微波蒸汽蒸餾 (Microwave steam distillation, MSD)萃取法。

其中，該待加熱物係與一水溶液混合放置於該反應腔中，該微波係作用於混合之該待加熱物與該水溶液以使得該待加熱物經過該微波作用後所釋放出之一標的成份及該水溶液經過該微波作用後所產生之水蒸氣混合形成一含有標的成份之水蒸氣。

其中，該待加熱物係部分或完全沉浸於該水溶液中。

其中，該同軸共振腔更包含具有複數個孔洞之至少一圓片設於該反應腔上，且該些孔洞係用以供該含有標的成份之水蒸氣穿過。

其中，該待加熱物係與一水溶液獨立放置於該反應腔中，該微波係先分別作用於該待加熱物與該水溶液以釋放出一標的成份與形成一水蒸氣，再使得該水蒸氣混合該標的成份而產生一含有標的成份之水蒸氣。

其中，該同軸共振腔更包含具有複數個孔洞之至少一圓片設於該反應腔上，該待加熱物設於該圓片上以獨立於該水溶液，且該水蒸氣係先穿過該些孔洞再混合該標的成份以形成該含有標的成份之水蒸氣。

其中，更包含一冷凝裝置連通該反應腔，用以冷卻該待加熱物利用該微波加熱所釋放出之一標的成份。

其中，該冷凝裝置包含一冷凝室及一冷卻元件，該冷凝室係經由一蒸氣導管連通該反應腔，該冷卻元件設於該冷凝室上以冷卻該標的成份，使得該標的成份冷凝成液滴且流至該冷凝室之一底部。

其中，該冷凝室之該底部為傾斜狀且具有一輸出埠設於該底部上，且更包含一收集槽對應於該輸出埠用以收集該標的成份冷凝後之該液滴。

其中，該冷卻元件包含一致冷元件及/或一冷卻風扇。

其中，該反應腔為金屬材質。

其中，該微波係TEM模式，且該微波之波長約為12.24cm，頻率約為2.45 GHz。

其中，該待加熱物為含有一標的成份之一物料，該標的成份為微波吸收物質、微波吸收物質、藥性成份或精油成分。

承上所述，本創作之微波萃取裝置具有以下優點：(1)具有同軸共振腔可大幅提高電磁波的強度提升處理效率。(2)具有金屬同軸管可藉由調整金屬板位置以改善微波反射量，使得微波能有效傳入同軸共振腔中。(3)具有尺寸緩變管提供直徑緩變區可降低反應腔和同軸微波源的直徑不同所造成之微波反射。(4)具有同軸設置之石英管可降低微波在橫向的吸收量，以均勻化微波的縱向分佈，可適用於長度較長的反應腔。(5)提供單一模式微波共振腔，微波使用效率高。(6)反應腔可以使用金屬容器，安全性高。(7)在使用上可以方便地更換不同尺寸的反應腔，以增加處理量。(8)反應腔可以不同組合進行不同萃取方法，如微波輔助水蒸餾、無溶劑微波萃取及微波蒸汽蒸餾等方法。(9)依據所採用之物料不同而有不同用途，故用途種類廣泛。

茲為使鈞審對本創作的技術特徵及所能達到的技術功效有更進一步的瞭解與認識，謹佐以較佳的實施例及配合詳細的說明如後。

為利瞭解本創作之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本創作配合圖式，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本創作實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本創作於實際實施上的權利範圍。此外，為使便於理解，下述實施例中的相同元件係以相同的符號標示來說明。

另外，在全篇說明書與申請專利範圍所使用的用詞，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露的內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本創作的用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本創作的描述上額外的引導。

關於本文中如使用“第一”、“第二”等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本創作，其僅僅是為了區別以相同技術用語描述的組件或操作而已。

其次，在本文中如使用用詞“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等，其均為開放性的用語，即意指包含但不限於。

請參閱圖2至圖5，圖2為本創作之微波萃取裝置之結構示意圖。本創作之微波萃取裝置10係包含同軸共振腔20以及同軸微波源30，其可產生TEM模式微波且可以單一模式微波萃取待加熱物。在本創作之微波萃取裝置10中，同軸共振腔20至少包含反應腔22，其中反應腔22係單一模式共振腔且係用以放置待加熱物100。反應腔22可例如為金屬材質，反應腔22之外形例如呈中空圓柱狀。

本創作所採用之待加熱物100可例如為任何可供進行加熱處理之物料。而且，此待加熱物100例如為但不限於含有標的成份110之物料。其中，該物料所含之標的成份110係為該物料經微波加熱處理後可被釋出之成份或者是該物料可利用微波進行作用之成份。因此，本創作能夠依據所採用之物料不同而有廣泛用途。以常見之精油萃取用途為例，上述之待加熱物100可為植物等物料，例如花、葉、莖、根及/或果實等植物部位，上述之標的成份110為此植物所含的精油成份。以中藥炮製等製藥用途為例，上述之待加熱物100可為中藥材等物料，例如植物性中藥材、動物性中藥材及/或礦物性中藥材等，上述之標的成份110為此中藥材所含的藥性成份。以冶金渣資源再利用之用途為例，本創作所產生之微波可應用於微波煅燒、微波氧化、微波乾燥及微波助磨等流程。以微波乾燥為例，上述之待加熱物100可例如為待處理之礦物或資源再利用物等，例如爐渣等，上述之標的成份110則例如為該待加熱物100中所含之水份等微波吸收物質，藉由微波可降低或去除其所含水份。或者是，本創作之標的成份110也可例如為碳粉或金屬顆粒等微波吸收物質。此外，應當理解的是，由於本創作可應用之用途相當廣泛，因此本創作之實施例縱使以萃取含有精油成份或藥性成份之植物為例，惟其僅舉例說明以便於瞭解本創作之微波萃取裝置10之運作方式，並非用以限定本創作。

在本創作之微波萃取裝置10中，同軸微波源30至少包含同軸設置之磁控管34及中央金屬棒24。中央金屬棒24之一端直接且同軸式連接磁控管34之輸出天線32，中央金屬棒24之另一端同軸式伸入反應腔22中。磁控管34所產生之微波係從輸出天線32輸出且經由中央金屬棒24導入反應腔22中，藉以利用微波加熱此待加熱物100。本創作之磁控管34所產生之微波之波長及頻率係例如為12.24 cm及2.45 GHz，但不限於此。

此外，本創作之微波萃取裝置10之同軸微波源30可選擇性包含圓柱形外管36設於反應腔22與磁控管34之間，且中央金屬棒24係同軸式設於圓柱形外管36之中央。其中，圓柱形外管36係環繞於輸出天線32及中央金屬棒24之外側。

本創作之微波萃取裝置採用同軸微波源30的設計，使得反應腔22的設計更具靈活性，可以視製程的需求進行不同長度及直徑的設計。本創作之同軸微波源30屬於TEM模式， 因此若欲增加反應腔22之直徑則可以透過直徑緩變的方式由同軸微波源30的直徑的大小逐漸擴大至所需的尺寸，如此便能減少因直徑不連續造成的微波反射太大無法進入反應腔22的問題。亦即，即便反應腔22的直徑和同軸微波源30的直徑不同，本創作經加上一段直徑緩增區，即可以降低微波反射。

換言之，本創作之同軸微波源30亦可選擇性具有尺寸緩變管39，其係作為上述之直徑緩增區，尺寸緩變管39的第一側係連接同軸微波源30，例如連接同軸微波源30之圓柱形外管36，尺寸緩變管39的第二側係連接同軸共振腔20之反應腔22，其中尺寸緩變管39之管徑係從靠近同軸微波源30之第一側朝向靠近反應腔22之第二側逐漸增加，藉此可降低同軸微波源30及反應腔22之直徑差異所產生之反射量。尺寸緩變管39之長度較佳為大於磁控管34所產生之微波(12.24 cm, 2.45 GHz)之1/2波長，但不限於此。尺寸緩變管39之材質例如為相同於圓柱形外管36，且例如為金屬，但不限於此。其中，尺寸緩變管39之管壁傾斜度(即，管徑相對於管長之增加率)係可對應於實際之同軸微波源30(例如圓柱形外管36)及反應腔22之管徑差異而改變，藉以降低管徑差異所產生之反射量。因此，本創作之尺寸緩變管39不限於特定之管徑增加率及材質，只要可達到可降低直徑(管徑)差異所產生之反射量之效果，均可適用於本創作且屬於本創作請求保護之範疇。

本創作之微波萃取裝置之同軸微波源30與同軸共振腔20之間亦可選擇加入微波匹配元件37，其設於圓柱形外管36上，用以減少微波反射且使得同軸微波源30所產生之微波可進入同軸共振腔20之反應腔22中。詳言之，微波匹配元件37例如包含兩支金屬同軸管38橫向設於圓柱形外管36上，這兩支金屬同軸管38相距為3/8 微波波長(12.24 cm, 2.45 GHz)。每支金屬同軸管38具有同軸設置之一橫向管38a、一金屬板38b及一橫桿38c，橫向管38a橫向設於圓柱形外管36上，金屬板38b設於橫桿38c上，橫桿38c之一端連接中央金屬棒24，橫桿38c之另一端延伸入橫向管38a中，且金屬板38b設於橫桿38c之該另一端上。其中，橫桿38c之材質例如為相同於中央金屬棒24。橫向管38a之材質例如為相同於圓柱形外管36。本創作之微波匹配元件37能夠調整反射微波之反射量。舉例而言，微波匹配元件37可例如藉由改變金屬同軸管38之金屬板38b位於橫向管38a中之位置，藉以對應地降低微波之反射量，使得微波能夠有效進入同軸共振腔20之反應腔22中。上述之金屬同軸管38之長度約為使用微波之一個波長(12.24 cm, 2.45 GHz)，其直徑並無特別限定，其可例如為短金屬同軸管，只要能夠減少微波之反射量，使得微波能夠進入同軸共振腔20之反應腔22中，即可適用於本創作且屬於本創作請求保護之範疇。

本創作之微波萃取裝置10之反應腔22係用以放置待加熱物100且係同時作為單一模式微波共振腔，其可以不同組合進行不同萃取方法，例如微波輔助水蒸餾(Microwave-assisted hydrodistillation)、無溶劑微波萃取(Solvent-free microwave extraction, SFME)及/或微波蒸汽蒸餾 (Microwave steam distillation, MSD)等萃取法。

以微波輔助水蒸餾之萃取法為例，如圖3(A)所示，待加熱物100係與水溶液200混合放置於反應腔22中，且視製程需要使得待加熱物100部分或完全沉浸於水溶液200中。同軸微波源30所產生之微波係經由中央金屬棒24導入反應腔22中，且作用於混合之待加熱物100與水溶液200，藉以使得待加熱物100經過微波作用後所釋放出之標的成份110及水溶液200經過微波作用後所產生之水蒸氣210混合而形成含有標的成份之水蒸氣300。舉例而言，本創作之同軸共振腔20可選擇性更包含具有複數個孔洞42之圓片40設於反應腔22上，其中圓片40可防止待加熱物100因水溶液200沸騰後衝到反應腔22之腔頂而阻塞蒸氣導管66，孔洞42則可供上述標的成份110及水蒸氣210混合所形成之含有標的成份之水蒸氣300穿過並進入蒸氣導管66中。其中，圓片40之尺寸及數量以及孔洞42之孔徑及數量並無特別限定，只要可阻擋待加熱物100往上衝且可允許含有標的成份之水蒸氣300穿過其中，即可適用於本創作且屬於本創作請求保護之範疇。另外，前述之圓片40也可以是其他形狀之片體，例如是對應於反應腔22之內部截面之形狀。

此外，本創作可選擇性更包含量測元件28設於反應腔22上用以提供量測數據，其中量測元件28例如為溫度量測元件28a設於反應腔22上用以提供溫度數據以及/或者為液面高度顯示元件28b設於反應腔22上用以提供液面高度數據，藉以供本創作之微波萃取裝置10之系統控制元件(未繪示)依據上述之溫度數據及/或液面高度數據調整上述之同軸微波源30之磁控管34產生微波的輸入功率及時間。溫度量測元件28a可例如，但不限於熱偶計。液面高度顯示元件28b可例如，但不限於連通管式液高顯示元件。

以微波蒸汽蒸餾之萃取法為例，如圖3(B)所示，待加熱物100係與水溶液200獨立放置於反應腔22中。而且，同軸微波源30所產生之微波係先分別作用於待加熱物100與水溶液200，其中水溶液200受到微波加熱而形成水蒸氣210，而待加熱物100則受到微波加熱造成細胞結構破裂，使得植物中的標的成分得以釋放以形成上述標的成份110。然後，再使得水蒸氣210混合上述標的成份110，即可產生含有標的成份之水蒸氣300。舉例而言，本創作之同軸共振腔20可選擇性更包含具有複數個孔洞42之圓片40設於反應腔22上，藉以將反應腔22分隔出獨立之蒸氣產生區及被處理物區，其中待加熱物100設於圓片40上方之被處理物區中，水溶液200則位於圓片40下方之蒸氣產生區中，藉此水溶液200經過微波作用所產生之水蒸氣210可先穿過孔洞42再混合上述標的成份110以形成上述含有標的成份之水蒸氣300。

除此之外，如圖4所示，本創作之微波萃取裝置100更選擇性包含冷凝裝置60連通同軸共振腔20之反應腔22，用以依據萃取類型而冷卻上述標的成份110或者上述含有標的成份之水蒸氣300等熱蒸氣。舉例而言，冷凝裝置60例如包含冷凝室62及冷卻元件，其中冷凝室62係例如經由蒸氣導管66連通同軸共振腔20之反應腔22。冷凝室62例如為金屬材質。冷卻元件設於冷凝室62上以冷卻上述之熱蒸氣並使其冷凝成液滴且流至冷凝室62之底部。

此外，冷卻元件例如包含致冷元件64a及/或冷卻風扇64b，其中致冷元件64a例如為致冷晶片模組，且較佳為位於冷凝室62之頂部或腔壁上，藉此可使冷凝室62之腔壁溫度降低，以便使得上述之熱蒸氣傳入由金屬構成的冷凝室62和低溫的金屬腔壁做熱能交換，進而冷凝成液滴並流至冷凝室62之底部67而聚集。其中，依據實際萃取類型，上述冷凝後所收集之液滴400可例如包含標的成份或者是標的成份混合水溶液。冷卻風扇64b則例如設於冷凝室62之頂部或腔壁上，用以將冷凝室62及致冷元件64a所吸收之熱量帶走，維持穩定運作。

此外，冷凝室62之底部67可例如為傾斜狀，以便聚集流至底部67之液滴400，且冷凝室62例如具有輸出埠68位於底部67上。因此，冷凝室62還可選擇性包含收集槽50放置於對應於輸出埠68之位置，藉此上述熱蒸氣經冷凝後之液滴400可經由輸出埠68進入收集槽50中，以便進行後續之分離程序。其中，冷凝裝置60可例如藉由承載架52而使其高度高於收集槽50，且藉由重力使得冷凝後之液滴400自動集中於收集槽50中。此外，冷凝室62之底部67之輸出埠68可例如為輸出口或輸出管等型態。

如果要增加反應腔22的長度，如圖5所示，本創作可以在同軸共振腔20之中央金屬棒24外再加一支石英管26，藉此能夠降低微波在橫向被待加熱物100吸收的吸收量，使得微波沿中央金屬棒24的分佈會更加均勻，因而可適用於長度較長的反應腔22的結構。其中，中央金屬棒24較佳為同軸設置於石英管26之中央，亦即石英管26也是同軸設置於同軸共振腔20中，藉此可對應於反應腔22所增加之長度均勻化沿著中央金屬棒24分佈(即，縱向)之微波。其中，石英管26係用以降低微波在橫方向被待加熱物100吸收的吸收量，使得微波沿著中央金屬棒24的分佈更加均勻化。因此，本創作之石英管26不限於特定之管徑，只要可達到降低微波的橫向被吸收量且使得微波的縱向分佈更加均勻，均可適用於本創作且屬於本創作請求保護之範疇。

綜上所述，本創作之微波萃取裝置具有以下優點：(1)具有同軸共振腔可大幅提高電磁波的強度提升處理效率。(2)具有金屬同軸管可藉由調整金屬板位置以改善微波反射量，使得微波能有效傳入同軸共振腔中。(3)具有尺寸緩變管提供直徑緩變區可降低反應腔和同軸微波源的直徑不同所造成之微波反射。(4)具有同軸設置之石英管可降低微波在橫向的吸收量，以均勻化微波的縱向分佈，可適用於長度較長的反應腔。(5)提供單一模式微波共振腔，微波使用效率高。(6)反應腔可以使用金屬容器，安全性高。(7)在使用上可以方便地更換不同尺寸的反應腔，以增加處理量。(8)反應腔可以不同組合進行不同萃取方法，如微波輔助水蒸餾、無溶劑微波萃取及微波蒸汽蒸餾等方法。(9)依據所採用之物料不同而有不同用途，故用途種類廣泛。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本創作之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

圖1為傳統之單一模式及多模式微波處理裝置之結構示意圖，其中圖1(A)為單一模式，圖1(B)為多模式。

圖2為本創作之微波處理裝置之結構示意圖。

圖3為本創作之微波處理裝置分別應用於微波輔助水蒸餾法及微波蒸汽蒸餾法之結構示意圖，其中圖3(A)為微波輔助水蒸餾法，圖3(B)為微波蒸汽蒸餾法。

圖4為本創作之微波處理裝置之冷凝裝置之結構示意圖。

圖5為本創作之微波處理裝置增設石英管以增加反應腔長度之示意圖。

10:微波萃取裝置

20:同軸共振腔

22:反應腔

24:中央金屬棒

28:量測元件

28a:溫度量測元件

28b:液面高度顯示元件

30:同軸微波源

32:輸出天線

34:磁控管

36:圓柱形外管

37:微波匹配元件

38b:金屬板

38c:橫桿

39:尺寸緩變管

50:收集槽

52:承載架

60:冷凝裝置

62:冷凝室

66:蒸氣導管

67:底部

68:輸出埠

100:待加熱物

200:水溶液

38:金屬同軸管

38a:橫向管

400:液滴

Claims (22)

1. 一種微波萃取裝置，包含： 一同軸共振腔，包含一反應腔，其中該反應腔係作為單一模式微波共振腔且係用以放置一待加熱物；以及 一同軸微波源，包含同軸設置之一磁控管、一中央金屬棒及一尺寸緩變管，該中央金屬棒之一端同軸式連接該磁控管之一輸出天線，該中央金屬棒之另一端伸入該反應腔中，藉以將該磁控管所產生之一微波經由直接連接該輸出天線之該中央金屬棒導入該反應腔中，其中該尺寸緩變管係設於該磁控管之該輸出天線與該反應腔之間以減少該微波之反射。
2. 如請求項1所述之微波萃取裝置，更包含一微波匹配元件設於該同軸微波源及該同軸共振腔之間，用以減少該微波之反射且使得該微波進入該同軸共振腔之該反應腔。
3. 如請求項2所述之微波萃取裝置，其中同軸微波源更包含一圓柱形外管設於該反應腔與該磁控管之間，且該中央金屬棒係同軸式設於該圓柱形外管之中央。
4. 如請求項3所述之微波萃取裝置，其中該微波匹配元件包含兩支金屬同軸管橫向設於該圓柱形外管上，該兩支金屬同軸管相距之一距離為該微波之3/8波長，其中各該兩支金屬同軸管具有同軸設置之一橫向管、一金屬板及一橫桿，該橫向管橫向設於該圓柱形外管上，該橫桿之一端連接該中央金屬棒，該橫桿之另一端延伸入該橫向管中，且該金屬板設於該橫桿之該另一端上。
5. 如請求項4所述之微波萃取裝置，其中該微波匹配元件係改變該金屬同軸管之該金屬板位於該橫向管中之位置，藉以對應地調整該微波之反射量，使得該微波進入該同軸共振腔之該反應腔中。
6. 如請求項1所述之微波萃取裝置，其中該尺寸緩變管之管徑係從靠近該同軸微波源之一第一側朝向靠近該同軸共振腔之一第二側逐漸增加，該尺寸緩變管之一長度大於該微波之1/2波長。
7. 如請求項1所述之微波萃取裝置，其中該同軸共振腔更包含一石英管，且該中央金屬棒係設於該石英管之中央，用以對應於該反應腔所增加之長度均勻化沿著該中央金屬棒分佈之該微波。
8. 如請求項1所述之微波萃取裝置，更包含一溫度量測元件設於該反應腔上用以提供一溫度數據以及/或者一液面高度顯示元件設於該反應腔上用以提供一液面高度數據，藉以供一系統控制元件依據該溫度數據及/或該液面高度數據調整該同軸微波源之該磁控管產生該微波的輸入功率及時間。
9. 如請求項1所述之微波萃取裝置，其中該待加熱物係於該單一模式微波共振腔中進行微波輔助水蒸餾(Microwave-assisted hydrodistillation)、無溶劑微波萃取(Solvent-free microwave extraction, SFME)及/或微波蒸汽蒸餾 (Microwave steam distillation, MSD)萃取法。
10. 如請求項1所述之微波萃取裝置，其中該中央金屬棒之該另一端係同軸式伸入該反應腔中。
11. 如請求項1所述之微波萃取裝置，其中該待加熱物係與一水溶液混合放置於該反應腔中，該微波係作用於混合之該待加熱物與該水溶液以使得該待加熱物經過該微波作用後所釋放出之一標的成份及該水溶液經過該微波作用後所產生之水蒸氣混合形成一含有標的成份之水蒸氣。
12. 如請求項11所述之微波萃取裝置，其中該待加熱物係部分或完全沉浸於該水溶液中。
13. 如請求項11所述之微波萃取裝置，其中該同軸共振腔更包含具有複數個孔洞之一圓片設於該反應腔上，且該些孔洞係用以供該含有標的成份之水蒸氣穿過。
14. 如請求項1所述之微波萃取裝置，其中該待加熱物係與一水溶液獨立放置於該反應腔中，該微波係先分別作用於該待加熱物與該水溶液以釋放出一標的成份與形成一水蒸氣，再使得該水蒸氣混合該標的成份而產生一含有標的成份之水蒸氣。
15. 如請求項14所述之微波萃取裝置，其中該同軸共振腔更包含具有複數個孔洞之一圓片設於該反應腔上，該待加熱物設於該圓片上以獨立於該水溶液，且該水蒸氣係先穿過該些孔洞再混合該標的成份以形成該含有標的成份之水蒸氣。
16. 如請求項1所述之微波萃取裝置，更包含一冷凝裝置連通該反應腔，用以冷卻該待加熱物利用該微波加熱所釋放出之一標的成份。
17. 如請求項16所述之微波萃取裝置，其中該冷凝裝置包含一冷凝室及一冷卻元件，該冷凝室係經由一蒸氣導管連通該反應腔，該冷卻元件設於該冷凝室上以冷卻該標的成份，使得該標的成份冷凝成液滴且流至該冷凝室之一底部。
18. 如請求項17所述之微波萃取裝置，其中該冷凝室之該底部為傾斜狀且具有一輸出埠設於該底部上，且更包含一收集槽對應於該輸出埠用以收集該標的成份冷凝後之該液滴。
19. 如請求項17所述之微波萃取裝置，其中該冷卻元件包含一致冷元件及/或一冷卻風扇。
20. 如請求項1所述之微波萃取裝置，其中該反應腔為金屬材質。
21. 如請求項1所述之微波萃取裝置，其中該微波係TEM模式，且該微波之波長為12.24cm，頻率為2.45 GHz。
22. 如請求項1所述之微波萃取裝置，其中該待加熱物為含有一標的成份之一物料，該標的成份為微波吸收物質、藥性成份或精油成分。

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