WO2006070881A1

WO2006070881A1 - マイクロ波化学反応装置

Info

Publication number: WO2006070881A1
Application number: PCT/JP2005/024111
Authority: WO
Inventors: Tadashi Okamoto; Eiji Matsuo; Masahiro Yasuda
Original assignee: Kabushiki Kaisha Idx
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2006-07-06
Also published as: US20090045891A1; EP1839741B1; DE602005021923D1; EP1839741A4; US8138458B2; EP1839741A1

Abstract

　【課題】マイクロ波を伝送する導波管内の中心軸に沿って反応対象の流路を配置し、反応対象に対するマイクロ波照射の作用により、化学反応等を高効率かつ均一に行わせる新しい手段を提供する。　【解決手段】　マイクロ波化学反応装置は、TE10モードのマイクロ波が伝送される方形導波管又はTM01モード若しくはTE01モードのマイクロ波が伝送される円形導波管と、マイクロ波低損失の隔壁により導波管内の空間と隔絶され、導波管の中心軸に沿ってほぼ同軸的に伸びるように配置された流通路とを具備する。流通路の内部に化学反応を生じさせるべき反応対象を収容し、流通路内の反応対象にマイクロ波が作用せしめられる。マイクロ波の作用は、その伝送方向に沿って長い距離にわたって継続されるから、マイクロ波が有効に利用できる。

Description

マイクロ波化学反応装置

技術分野

[0001] この発明は、化学反応を生じさせるべき対象物にマイクロ波を照射することにより、化学反応を促進する化学反応装置に係り、空胴共振器を用いないで、液体、気体、粉体等の化学反応させるべき対象物を高効率でほぼ均一に加熱できるマイクロ波化学反応装置に関する。

背景技術

[0002] マイクロ波は、電子レンジをはじめ、産業用加熱炉の熱源として広く利用されている。マイクロ波は、物質に含まれる水を加熱するだけでなぐ極性を持った誘電物質に作用してこれを直接、かつ選択的に加熱できるので、従来の加熱手段のように外部から反応対象を加熱する装置に比較して、短時間で効率よく対象物を加熱できる特徴を持っている。

近年、化学反応を行わせたい物質にマイクロ波を照射すると、化学反応を大幅に促進できる現象が見出され、マイクロ波の単なる加熱装置への適用に留まらず、短時間で化学反応を行わせる化学反応装置としての適用の途が注目されている。このため、、くつかの実験装置が開発されて、る。

マイクロ波加熱実験装置には、大別して、終端に整合負荷を接続した整合導波管型、終端を短絡した短絡導波管型、および、空胴共振器を用いる空胴共振器型がある。一般に化学反応は、これらの装置内に反応対象を置いて行われる。

整合導波管型の実験装置は、通常、無調整で使用できるようになつている。しかし、装置の構成上の問題力マイクロ波が反応対象の位置を透過するときしか作用しな V、ことから、伝送されるマイクロ波電力の一部し力利用できな、と、う性質があって、効率があまり高くないという欠点を持っている。そのような問題があっても、化学反応を大幅に早める能力を持つので、使用上の簡便さから、利用が広まっている。

短絡導波管型の実験装置では、反射して戻ってくるマイクロ波も反応に利用する。進行波および反射波の位相を反応対象の位置でちょうど同相になるように調整することにより効率を改善できる特徴を持つが、反応対象の誘電体特性の差やその変化に応じて短絡位置を調整しなければならな、と!、う欠点を持って、る。

これらの導波管型の装置は、いずれも方形導波管を使用するものである（例えば特許文献 1参照)。この方式の大きい問題は、マイクロ波電力の一部し力利用していな V、ので、化学反応プラントで使用する反応装置の重要な要件である高効率性能を満たしていない。

空胴共振器型装置は、マイクロ波を空胴壁で多重反射させて反応対象に何度も照射させるもので、効率が極めて高くなるという利点を持つが、反応対象の特性差やその変化に応じて共振周波数を調整して常に同調を取る必要があるという欠点を持つている。

化学反応装置のもうひとつの重要な要件は反応の均一性である。この要件を満たすには、反応対象に少なくとも平均的、累積的に均一な強さを持つマイクロ波を照射することである。マイクロ波をィ匕学反応に用いることが広まっている力現状は、均一加熱できない装置が実験的に利用されている。

したがって、空胴共振器型の高効率特性を持ち、均一加熱が可能で、整合導波管型のような簡便な方法で調整が可能なマイクロ波化学反応装置の開発要求が高まつている。

特許文献 1 :特開 2002— 079078

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] この発明は、上記のような背景と要求のもとになされたものであり、マイクロ波によつて化学反応を促進する新ヽ手段を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0004] 上記課題は、この発明に基づぐ特定モードのマイクロ波を伝送する方形導波管又は円形導波管と、マイクロ波低損失の隔壁により導波管内の空間と隔絶され、導波管の中心軸に沿って伸びるように配置された流通路とを具備するマイクロ波化学反応装置により解決される。このマイクロ波化学反応装置における流通路の内部に化学反応を生じさせるべき反応対象を収容し、流通路内の反応対象にマイクロ波が作用せしめられる。方形導波管には、 TE10モードのマイクロ波が伝送され、円形導波管には、 TM01モード若しくは TE01モードのマイクロ波が伝送される。マイクロ波の作用は、その伝送方向に沿って長い距離にわたって継続されるから、マイクロ波が有効に利用できる。

[0005] TM01モードのマイクロ波を伝送する円形導波管には、その中心軸に沿って伸びるように円管が配置され、この円管内に断面円形の流通路が形成される。この流通路は、二重円管の一端側において相互に連通する内側流通空間と、この内側流通空間を包囲する環状の外側流通空間とにより形成することもできる。

[0006] TE10モードのマイクロ波を伝送する方形導波管には、その中心軸に沿って伸びるように方形管が配置され、この方形管内に断面方形の流通路が形成される。流通路を形成する方形管は、方形導波管の長辺と平行な短辺と、方形導波管の短辺と平行な長辺を持つ。

[0007] TE10モードのマイクロ波を伝送する方形導波管の一端にモード変換器を介して円形導波管の一端が結合され、方形導波管内の TE10モードのマイクロ波が、モード変により TM01モードのマイクロ波に変換されて円形導波管に伝送される。この円形導波管内に反応対象を収容する流通路が設けられる。方形導波管の下流側の一端部が短絡片により短絡され、この方形導波管における短絡片近くの上流側に、当該方形導波管の管軸と直交方向に円形導波管の一端が結合されことにより、モード変^^が構成される。円形導波管には、 TE10モードのマイクロ波力モード変換された TM01モードのマイクロ波が伝送される。流通路を形成する円管の下流側は、円形導波管の管軸に沿って矩形導波管を貫通し、外部に延出させることができ、あるいは円形導波管と矩形導波管との結合部の近傍で円形導波管の管軸とほぼ直角に曲がつて外部に延出させることができる。円形導波管の他端が、電磁波を殆ど反射するように短絡され、 TM01モードのマイクロ波が円形導波管内を往復する途上で前記反応対象に吸収されるように構成することができる。

[0008] TE10モードのマイクロ波を伝送する第 1の矩形導波管の下流側の一端部が第 1の短絡片により短絡され、この第 1の矩形導波管における短絡片近くの上流側に、当該矩形導波管の管軸と直交方向に円形導波管の一端が結合されることにより、第 1のモード変が構成される。さらにこの円形導波管の他端に、当該円形導波管の管軸と直交方向に第 2の矩形導波管が結合され、この第 2の矩形導波管における円形導波管との結合部付近の一端部が第 2の短絡片によって短絡されることにより、第 2 のモード変換器が構成される。第 2の矩形導波管の他端は、無反射終端により閉塞される。円形導波管には、第 1の矩形導波管の TE10モードのマイクロ波力もモード変換された TM01モードのマイクロ波が伝送され、この円形導波管内に反応対象の流通路が設けられる。第 2の方形導波管には、円形導波管内の TM01モードのマイクロ波力再度モード変換された TE10モードのマイクロ波が伝送されて無反射終端で消費される。

[0009] 方形導波管内に流通路を形成する方形流通路は、導波管内にお、て上方を開放させることができる。導波管には、化学反応によって流通路内の反応対象から気化したガスを外部に排出するための排気装置が付設される。

発明の効果

[0010] 本発明の化学反応装置においては、反応対象に対するマイクロ波の作用が、その伝送方向に沿って同じ向き又は逆向きの長い距離にわたって継続されるから、高い効率で導波管内の電界を利用することができる。流通炉内の反応対象に照射されるマイクロ波はほぼ均一であるから、反応対象に均一にマイクロ波が照射され、化学反応が均一に促進される。

発明を実施するための最良の形態

[0011] 図において、 1は方形導波管、 2は円形導波管である。円形導波管 2は、方形導波管 31に対し管軸が直交するように結合されている。 3は短絡片で、方形導波管 31の下流側端を塞ぐように設けられる。短絡片 3は、方形導波管 31の管軸に直交する平面で導波管を短絡する適切な厚みを持った直方体状をなし、方形導波管 31を電気的に短絡する。方形導波管 31は、管軸直交方向断面における方形の長辺の寸法が aである。円形導波管 2は、方形導波管 31の長辺の寸法 aにほぼ等しい直径 bを持ち、方形導波管の管軸と直交する管軸を持つ。円管 4は円形導波管 2内に同軸的に配管され、化学反応させるべき反応対象 5を収容する。円管 4は、マイクロ波低損失の誘電体素材で構成される。この例では、反応対象 5が管軸に沿って図の上から下、あるいは下から上に向力つて流れるようになって!/、る。図の右力も矢印方向に方形導波管 31内を伝送されてきた TE10モードのマイクロ波は、結合部で、円形導波管 2の TM 01モードに変換されて円形導波管 2を通って図の上方、矢印方向に伝送される。短絡片 3はマイクロ波の整合とモード変換割合を決める働きをする。短絡位置が適切であり、円形導波管 2と円管 4の構造が適切に設計されていれば、 TE10モードのマイク口波は、殆ど 100パーセントの割合で TM01モードに変換される。短絡片 3は、方形導波管 31内で管軸方向に移動調整可能である。不要モードは TE11モードであるが、その発生は無視できる程度に小さい。なお、 TE21モード以上の高次モードは、円形導波管 2の遮断域に入るように設計されている。円形導波管の管軸と短絡片の短絡面との距離 cは、円形導波管の内半径 dより小さく設定されている。これによりモード変換の整合が最適化される。

[0012] TM01モードの電磁波は、反応対象 5に作用して化学反応を促進する。 TM01モードの電磁波は、円形導波管 2内を伝送される過程で、そのエネルギーを反応対象 5〖こ吸収され、次第に減衰する。この吸収の大きさは反応対象内の電界の自乗に比例する。通常、反応対象の比誘電率は 1以上であるが、もし、反応対象の外の電界と反応対象の境界面が互!、に直交する場合は、電界が反応対象内で比誘電率分の 1に弱まって、反応対象 5への作用は小さくなる。しかし、本発明の化学反応装置においては、反応対象の外の電界と反応対象の境界面が軸方向の大部分の距離に渡って互 Vヽに平行と、う境界条件を満足して、るので、反応対象の内外で電界が連続となり強さが等しぐ反応対象 5に効率的に吸収される。円形導波管 2の長さが適切であれば、 TM01モードの電磁波エネルギーの殆どすべてが反応対象 5に吸収される。結果として、きわめて効率のよい加熱、化学反応が行われる。共振器型でないため、同調を取る必要がないにもかかわらず、共振器型と同程度の効率を達成できる。

[0013] TM01モードのマイクロにおける円形導波管 2内の電界の強さは、円周方向に沿つて変化せず、径方向についても変化が比較的少ないので、円管 4内の反応対象 5は、円周に沿って均一加熱される。また、径方向の加熱もかなり均一である。マイクロ波は、軸方向に伝送され、反応対象 5も軸方向に流れる構成となっているので、反応対象 5は、すべてほぼ同じマイクロ波エネルギーを吸収する。したがって、マイクロ波の作用を受けた反応対象 5の反応も全体がほぼ同じになることが期待できる。

[0014] 図 3において、内側管 11を備えた内外 2重の円管 4が、円形導波管 2内に導入されている。円管 4内の内側管 11の外周には、環状の流路 4aが形成される。円管 4内を流れる反応対象 5は、導波管 31, 2の結合部の近傍で向きを変え、同軸的に逆行する。この場合、内側管 11内を下向きに送られる反応対象が、円管 4の閉鎖された端部に到達した後、環状流路 4aへ流出して上方へ送られ、あるいはこれと逆に、環状流路 4a内を下向きに送られる反対象が、閉鎖された端部で内側管 11に流入して上向きに送られる。円形導波管 2内を伝送されるマイクロ波の電界は、反応対象の軸方向に沿う境界面の大部分に渡って、境界面で平行と、う境界条件を満足して、るので電界は連続となって、反応対象は効率よく加熱される。電界の強さは、 TM01モードの分布に従っていて、内側管 11内における方が外側の円管 4内におけるより少し大きくなつているため、反応対象の流れの向きは、所望の加熱スケジュールにしたがつて、適切に選択される。

[0015] 反応対象を収容する円管 4は、図 1では上下方向に向かっていて、方形導波管 31 を貫通している。図 3では、円管 4は、導波管結合部で終結し、内部で反応対象の流路が転向するようになっている。しかしながら、円管 4の構造はこれに限定されるものではなぐ例えば、導波管結合部の近傍で、適切なある角度で曲がって装置外に出る構造でもよい。円管 4は、図 1のように方形導波管 31を貫通する構造になっていても、また図 6に示すように、折れ曲がって装置外に出る構造となっていてもよい。要するに、円管 4は、内部に反応対象を収容できる円筒体であればよい。

[0016] 図 4に示す他の実施形態では、円形導波管 2の図面上の上端に、上部方形導波管 6が、結合されている。図では上部および下部の方形導波管 31, 6の軸が互いに平行になっているが、両導波管の軸がそれぞれ円形導波管の軸と直交するようになつていれば良ぐ両方形導波管の軸が平行でなくても良い。上部方形導波管 6と円形導波管 2の結合構造は、下部の結合構造と同等である。マイクロ波は、下部の方形導波管 31から円形導波管 2を経てその上部に達し、さらに方形導波管 6に導かれる。方形導波管 6の終端には、無反射終端 7が接続される。全体を通して、マイクロ波は、 TE10から TM01に変換され、再び TE10に変換され、加熱に使用されなかった残りのマイクロ波部分は、無反射終端 7で消費されるが、円形導波管 2の長さを適切に定めれば、大部分のマイクロ波エネルギーを反応対象に吸収させることができる。円形導波管 2aの長さは装置に与えられたスペースと許容できる効率の兼ね合いを考慮して決定される。

[0017] 図 5に示す他の実施形態では、円形導波管 2の上端が短絡板 8によって電気的に短絡されている。円形導波管 2内を図面上、上方に向かって伝送されたマイクロ波は、ここで反射され下方に向かう。円管 4内に流れ、あるいは滞留する反応対象により、往復の途上でマイクロ波エネルギーが吸収される。方形導波管 31まで戻るマイクロ波が十分小さくなるように設計すれば、高効率化の目的が達成できる。

なお、図 4でマイクロ波の下流側の方形導波管に無反射終端を接続したが、この部分を短絡導波管とすれば、図 5と同じ効果を期待できる。

[0018] 図 7には、強いマイクロ波が存在する空間 S1と、マイクロ波が殆ど存在しない空間 S 2とを隔てる隔壁 10を示している。すなわち隔壁 10の上は、マイクロ波が微弱になるべき空間 S2である。マイクロ波遮蔽管 9の内径はマイクロ波が遮断領域に入るように決定される。また、この遮蔽管 9の長さは反応対象を収容する円管 4を通すための孔 10aから漏れるマイクロ波を十分減衰できる値に定められる。

[0019] 図 8に示す実施形態において、円形導波管 2の上方力も TE01モードのマイクロ波が下方に向け伝送される。この円形導波管 2内に、これと管軸が一致する中空の同軸円管 4が設けられる。同軸円管 4は、互いに先端部で連通する内外 2つの流通空間 4a、 4bを内部に有する同軸の二重管であり、マイクロ波を低損失で透過させる誘電体で構成される。同軸円管 4の 2つの流通空間 4a、 4bは、 TE01モードの電界が極大となる付近、すなわち、導波管 2の中心とその側壁力適当距離離れた位置に配置される。反応対象 5は、円管 4の流通空間 4a、 4bを流れる過程でマイクロ波を照射される。この例では、反応対象 5は同軸円管 4の流通空間 4a又は 4bの一方を通って先端部に達し、向きを変えて流通空間 4b又は 4aの他方を通って流下する。図の矢印は内側流通空間 4aから外側流通空間 4bに反応対象 5が流れる場合の流れの方向を示している。 TE01モードのマイクロ波の作用を受けて反応対象 5の化学反応が促進される。 [0020] 円形導波管 2と同軸円管 4の長さを調整すれば、電磁波のエネルギーの殆どを反応対象 5に吸収させることができる。円形導波管 2の電界は円周に沿っており、円周方向で強さが一定で径方向では中心軸上でゼロとなり、径が大きくなるにつれて強さが増し、極大値を示した後、導波管壁面でゼロになる。したがって、この極大値に近い部分を反応対象 5が流れるようにしておく。この場合、円形導波管の電界は、反応対象の境界面に沿っているので、反応対象の内外で電界強度が等しくなり、化学反応がこの強い電界の作用により、効率よく進行する-

[0021] TE01モードの電界は、軸方向には管内波長に従って正弦波状に周期的変化をしながら伝播し次第に減衰する力反応対象 5は軸方向に流れているので、累積的にほぼ同じ強さのマイクロ波のエネルギーを経験する。本発明では、円形導波管 2の終端 (図の下端)でマイクロ波強度がゼロ近くなつて、るので、終端部の構造や反応対象 5の配管の形状を細力べ考慮する必要はない。なお、十分減衰しないで終端部に達しても、そこで反射したマイクロ波が同軸円管 4の上端に達したとき無視できる程度に減衰していれば良い。

[0022] 図 11において、方形導波管 31のほぼ中心に方形管状の流通路 32があり、その中に反応対象 5が流れている。流通路 32は、マイクロ波の吸収が少ない誘電体で構成され、方形導波管 31の短辺方向（図 11において左右方向）に長く長辺方向（図 18において上下方向）に短い方形断面を有する。方形導波管 31内に何も挿入しない場合に、その内部に伝送される電磁波モードは TE10であり、このモードの電界は方形導波管 31の短辺方向に向力ぃ、強度は長辺方向に対して正弦波状に変化し、側壁 31c, 31dでゼロ、中心部で極大値をとる。短辺方向に対して強度は変化しない。方形導波管 31内に誘電体等が挿入された場合、通常、電界の分布は若干変化するが、図 11に示される配置では、誘電体である反応対象 5の上下の境界面、すなわち流通路 32の上下面が電界と平行であるから、誘電体内外の電界の大きさは同じである。反応対象 5内の電界分布はほぼ均一であるので、均一な化学反応を期待できる点が重要である。境界条件が不適切な場合は、誘電体内外の電界分布が大きく乱れ、誘電体内の電界の強度も低くなる。

[0023] 反応対象 5内部のマイクロ波電界の強さは、図 9の紙面の直角方向でほぼ均一、上下方向で正弦波状に変化するが、反応対象 5が極大値の近傍である導波管 31のほぼ中央に位置するため、その上下方向の厚さが導波管 31の上下方向寸法に比較して十分小さい場合、ほぼ均一である。

[0024] なお、流通路 32の中心は必ずしも方形導波管 31の中心と幾何学的に一致する必要はなぐ十分な電界強度が得られ、均一性がそれほど阻害されない範囲で実質的に一致すればいい。すなわち、流通路 32の上下の側壁 2c, 2dが電界と平行で、流通路 32の軸方向の大部分力電界が極大となる導波管 31の中心軸付近にあることを要する。

[0025] 流通路 32内を流れる反応対象 5は、図 9, 10の左方向に移動する。マイクロ波もこの方向に伝送されるので両者は互いに並進しながら下流に向力つて流れる。マイクロ波の伝播速度が反応対象 5の移動速度より極めて速、ので、反応対象 5は流れの方向に対して平均的に同じ強さのマイクロ波照射を受け、化学反応は流れの方向に均一に進行する。マイクロ波のエネルギーは、軸方向に進むにつれ反応対象 5に消費され、反応対象 5の流出部に達したときには殆どのエネルギーが消費されるようにする。あるいは流出部の付近に、マイクロ波を遮断し、反射する短絡板を設け、マイクロ波が反射して上流端に戻るまでに殆どのマイクロ波のエネルギーが消費されるようにしてちよい。

以上の説明は、導波管 31と流通路 32が直線状に伸びる場合を想定してなされているが、両者が、幾分、曲がっていても、導波管 31が、流通路 32を内蔵している限り、問題はない。

[0026] 流通路 32の上流端には、流入管 34, 35を介して反応対象 5が流入する。図示の実施形態において、流入管 34, 35は、断面が上下方向に扁平な長円形状をしている。このような形状の流入管だと、流通路 32の上流端で反応対象 5が滞留するおそれがない。しかし、流入管 34, 35の断面形状はこれに限定されない。流入管 34, 35 の導波管 31内に位置する部分は、通常、マイクロ波損失の少ない誘電体で作られ、一方、導波管 31外に位置する部分は金属で作られる力、またはマイクロ波がカットォフの状態になるような形状の管状の金属性部品で覆われる。

[0027] 反応対象 5の流出部の一例を図 13に示す。マイクロ波は反応対象と併進する間に大部分が消費され、終端部では力なり弱くなつている。導波管 31は終端部において平板状の短絡板 36で短絡される。短絡板 36は、中心に流通路 32が貫通する方形の開口 36aを持つ。マイクロ波はカットオフの状態になるので、短絡板 36の厚さが適切であればマイクロ波の漏洩は、安全上まったく問題を起こさないレベルに抑えられる。短絡板 36で反射されたマイクロ波は上流に向力つて伝播する力この過程でもェネルギ一は反応対象に吸収されるので、上流端に達したときは問題なく微弱な値になって、る。すなわち極めて効率の良!、ィ匕学反応装置を提供できることを意味する。流通路 32は、短絡板 36を貫通して導波管 31から導出され、反応を終えた反応対象 5を所要の場所に導く。

[0028] 以上、図 9から図 13までの説明では、またマイクロ波と反応対象が同じ方向に流れる場合について説明しているが、マイクロ波の伝送速度は反応対象の速度に比し極めて大き、ので必ずしも同じ方向に流す必要はなぐ互いに逆の方向であっても力まわないことはいうまでもない。すなわち、同じ方向か逆方向かは反応対象の反応が進む方向の必要性に応じて選択できる。

[0029] また図 9, 10では、直進するマイクロ波に対し、横力反応対象が流れ込み図の左方向に互いに併進する場合を説明したが、流れの向きを右方向にして、横へ流れ出す方式にしても力まわない。さらに、直進する反応対象物に対し、横力もマイクロ波を加えて進路を屈折させ、反応対象物と同じ方向、あるいは逆方向に並進させる構成であってもかまわない。

[0030] 図 14は流通路 32の他の実施形態を示す。この実施形態において、流通路 32は、上部が開放した、深さ寸法より幅寸法が大きい溝型断面を有する。なお、境界条件の関係で底面の大部分が電界と平行になるように配置される。化学反応の過程で、反応水のような不要生成物が生じることが少なくない。生成された反応水は水蒸気となって流通路 32の上部から導波管 31内に放出される。導波管 31内の水蒸気等のガスを排出するために、短絡板 36あるいは、例えば導波管上壁 31cを貫通するように排気管（図示せず)を設け、排気ポンプにつないで吸引する。排気管やその貫通部は、マイクロ波に対して遮断条件を満足するように設計される。

[0031] 化学反応が進むと粘性が増す場合が少なくない。その場合、反応対象の流れに滞留が起きる可能性があるので、強制的に流れを促進、向上させる必要が生じる。導波管 31と流通路 32を傾斜するように配置するのもひとつの選択肢である力それだけでは不十分の場合が多い。

滞留が起きると液面が上昇する。そこで図 15示すように、溝型の流通路 32の上部を蓋 37で覆うようにする。これによつて、流通路 32の下流側（矢印先端側)端部は、上下、左右が閉じた管状になる。下流端で反応対象が一体となって流出するようにポンプで吸引する。うまくバランスをとれば、このような方法で粘性が増した反応対象を滞留なく取り出すことができる。

[0032] 図 16, 17は反応対象 5が本来流れるべき速度で流れるようにする他の実施例である。粘性の増した反応対象 5は、送出装置 38により、へら状の羽根板で機械的に押し流される。図 16では、送出装置 38は、複数の水車 39で構成される。また、図 17では、送出装置 38は、プーリーに掛け回された羽根板付きの無端ベルト 40で構成される。押し出された反応対象 5は、収容槽 41に流入する。無端ベルト 40は、導波管 31 の短絡板 36を貫通する力開口 36aがマイクロ波をカットオフ状態にできる程度の大きさに設定されるので、短絡板 36の厚さを実効的に厚くすれば、電磁波漏洩の問題を生じない。送出装置 38は、少なくとも導波管 31内に位置する大部分はマイクロ波損失が少なく誘電率も小さ!ヽ誘電体で構成される。送出装置 38が付設される導波管 31の下流側端部付近では、マイクロ波がかなり弱くなつているので、例えば、羽根板やその主要支持機構を石英で構成し、軸受けには一部、金属を使用してもカゝまわない。

産業上の利用可能性

[0033] この発明は、比較的大量の流体の化学反応を工業的に効率よく行うための化学反応装置に利用できる。

図面の簡単な説明

[0034] [図 1]この発明に係るマイクロ波化学反応装置の一実施形態の断面図である。

[図 2]この発明に係るマイクロ波化学反応装置の一実施形態の平面図である。

[図 3]反応対象の流路の他の一例を説明する断面図である。

[図 4]無反射終端型のマイクロ波化学反応装置の一実施形態を示す断面図である。 [図 5]短絡型のマイクロ波化学反応装置の一実施形態を示す断面図である。

圆 6]反応対象の流路の他の一例を説明する断面図である。

圆 7]電波漏れ防止構造を示す説明図である。

[図 8]この発明に係るマイクロ波化学反応装置の他の実施形態の基本構造を示す断面図である。

圆 9]本発明に係る化学反応装置の他の実施形態の基本構造を示す側面図である。

[図 10]図 9における X— X断面図である。

[図 11]図 9における XI— XI断面図である。

[図 12]図 9における XII— XII断面図である。

[図 13]図 9における XIII— XIII断面図である。

圆 14]本発明に係る化学反応装置の他の実施形態の基本構造を示す断面図である

[図 15]反応対象の流通路の他の実施形態を示す断面図である。

圆 16]反応対象の送出装置の実施形態を示す説明図である。

圆 17]反応対象の送出装置の他の実施形態を示す説明図である。

Claims

請求の範囲

[1] TE10モードのマイクロ波を伝送する方形導波管又は TM01モード若しくは TE01モードのマイクロ波を伝送する円形導波管から選ばれる一の導波管と;マイクロ波低損失の隔壁により前記導波管内の空間と隔絶され、導波管の中心軸に沿ってほぼ同軸的にマイクロ波の伝送方向に伸びるように配置された流通路とを具備し;この流通路は

、前記導波管より断面積が小さぐ内部に化学反応を生じさせるべき反応対象を収容し;流通路内の反応対象にマイクロ波を作用させることを特徴とするマイクロ波化学反応装置。

[2] 前記導波管の一端が、電磁波を殆ど反射するように短絡され、伝送されたマイクロ波が導波管内を往復する途上で前記反応対象に吸収されるように構成されることを特徴とする請求項 1に記載のマイクロ波化学反応装置。

[3] 前記導波管が、 TM01モードのマイクロ波を伝送する円形導波管であり；前記流通路が、円管内の断面円形の流通空間により形成されることを特徴とする請求項 1又は

2に記載のマイクロ波化学反応装置。

[4] 前記導波管が、 TM01モードのマイクロ波を伝送する円形導波管であり；前記流通路カ二重円管の一端側において相互に連通する内側流通空間と、この内側流通空間を包囲する環状の外側流通空間とにより形成されることを特徴とする請求項 1又は 2に記載のマイクロ波化学反応装置。

[5] 前記導波管が、 TE01モードのマイクロ波を伝送する円形導波管であり；前記流通路力中空の二重円管の一端側において相互に連通する環状の内側流通空間と、この内側流通空間を包囲する環状の外側流通空間とにより形成されることを特徴とする請求項 1又は 2に記載のマイクロ波化学反応装置。

[6] 前記導波管が、 TE10モードのマイクロ波を伝送する方形導波管であり；前記流通路力方形導波管の長辺と平行な短辺と、方形導波管の短辺と平行な長辺を持つ方形管内に形成される断面方形の流通空間により形成されることを特徴とする請求項 1又は 2に記載のマイクロ波化学反応装置。

[7] 前記円形導波管の一端に、 TE10モードのマイクロ波を伝送する方形導波管の一端がモード変 ^^を介して結合され、方形導波管内の TE10モードのマイクロ波力モード変^^により TM01モードのマイクロ波に変換されて円形導波管に伝送されることを特徴とする請求項 3又は 4に記載のマイクロ波化学反応装置。

[8] TE10モードのマイクロ波を伝送する方形導波管と;この方形導波管の下流側の一端部を短絡する短絡片と;前記方形導波管における前記短絡片近くの上流側に、当該方形導波管の管軸と直交方向に一端が結合された円形導波管とを具備し;この円形導波管には、前記 TE10モードのマイクロ波からモード変換された TM01モードのマイク口波が伝送され;この円形導波管内に前記流通路が設けられることを特徴とする請求項 3又は 4に記載のマイクロ波化学反応装置。

[9] 前記流通路を形成する円管の下流側が、前記円形導波管の管軸に沿って前記方形導波管を貫通し、外部に延出していることを特徴とする請求項 8に記載のマイクロ波化学反応装置。

[10] 前記流通路を形成する円管の下流側が、前記円形導波管と前記方形導波管との結合部の近傍で円形導波管の管軸とほぼ直角に曲がって外部に延出していることを特徴とする請求項 8に記載のマイクロ波化学反応装置。

[11] TE10モードのマイクロ波を伝送する第 1の方形導波管と、この第 1の方形導波管の下流側の一端部を短絡する第 1の短絡片と;前記第 1の方形導波管における前記第 1の短絡片近くの上流側に、当該第 1の方形導波管の管軸と直交方向に一端が結合された円形導波管と;この円形導波管の他端に、当該円形導波管の管軸と直交方向に結合された第 2の方形導波管と、この第 2の方形導波管における前記円形導波管との結合部付近の一端部を短絡する第 2の短絡片と;第 2の方形導波管の他端を閉塞する無反射終端とを具備し;前記円形導波管には、前記第 1の方形導波管の TE10 モードのマイクロ波からモード変換された TM01モードのマイクロ波が伝送され；この円形導波管内に前記流通路が設けられ;前記第 2の方形導波管には、前記円形導波管内の TM01モードのマイクロ波から再度モード変換された TE10モードのマイクロ波が伝送されて前記無反射終端で消費されることを特徴とする請求項 3又は 4に記載のマイクロ波化学反応装置。

[12] 前記流通路を形成する方形流通路が、前記導波管内の少なくとも一部において上方に開放しており；前記導波管には、化学反応によって前記流通路内の反応対象から気化したガスを外部に排出するための排気装置が付設されることを特徴とする請求項 6に記載の化学反応装置。