WO2019107401A1 - Microwave treatment device, microwave treatment method, heating treatment method and chemical reaction method - Google Patents

Microwave treatment device, microwave treatment method, heating treatment method and chemical reaction method Download PDF

Info

Publication number
WO2019107401A1
WO2019107401A1 PCT/JP2018/043757 JP2018043757W WO2019107401A1 WO 2019107401 A1 WO2019107401 A1 WO 2019107401A1 JP 2018043757 W JP2018043757 W JP 2018043757W WO 2019107401 A1 WO2019107401 A1 WO 2019107401A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
microwave
ceramic structure
standing wave
treated
processing apparatus
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/043757
Other languages
French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
西岡 将輝
正人 宮川
麻子 鈴木
優一 橋本
Original Assignee
国立研究開発法人産業技術総合研究所
アダマンド並木精密宝石株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 国立研究開発法人産業技術総合研究所, アダマンド並木精密宝石株式会社 filed Critical 国立研究開発法人産業技術総合研究所
Publication of WO2019107401A1 publication Critical patent/WO2019107401A1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64Heating using microwaves
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64Heating using microwaves
    • H05B6/72Radiators or antennas
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64Heating using microwaves
    • H05B6/74Mode transformers or mode stirrers
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64Heating using microwaves
    • H05B6/76Prevention of microwave leakage, e.g. door sealings
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64Heating using microwaves
    • H05B6/80Apparatus for specific applications

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

The present invention provides a microwave treatment device having: a ceramic structure comprising a sintered compact of a laminated ceramic layer; a through hole in the ceramic structure and in which is arranged an object to be treated; and a conductor part that enables propagation of microwaves in the ceramic structure. The microwave treatment device subjects the object to be treated that is arranged in the through hole to a microwave treatment using microwaves supplied to the ceramic structure.

Description

マイクロ波処理装置、マイクロ波処理方法、加熱処理方法及び化学反応方法Microwave treatment apparatus, microwave treatment method, heat treatment method and chemical reaction method
 本発明は、マイクロ波処理装置、マイクロ波処理方法、加熱処理方法及び化学反応方法に関する。 The present invention relates to a microwave processing apparatus, a microwave processing method, a heat processing method, and a chemical reaction method.
 マイクロ波は、電子レンジのような家庭用から利用が広まり、その後、産業用の加熱システムとして、実用的な開発、利用が研究されている。マイクロ波照射により、被処理対象物が直接発熱するため短時間に加熱でき、また熱伝導に起因する温度ムラを少なくできる利点がある。また、非接触で加熱できる、マイクロ波吸収の良いものだけを選択的に加熱できるなどの利点がある。 Microwaves are widely used from household use such as microwave ovens, and then practical development and utilization are being studied as industrial heating systems. By the microwave irradiation, since the object to be treated directly generates heat, it can be heated in a short time, and there is an advantage that temperature unevenness due to heat conduction can be reduced. In addition, there are advantages such as being able to heat without contact and selectively heating only those with good microwave absorption.
 電磁波であるマイクロ波は、波長周期でエネルギー強度が変化するため、加熱ムラが発生しやすい。このため、被処理対象物の位置を時間的に移動させることによって、電磁波を乱反射するなど対策が行われることが多い。
 この加熱ムラの問題に対処するため、マイクロ波の定在波を利用することも検討されている。例えば、特許文献1には、空胴共振器を用いたマイクロ波処理装置が記載されている。この技術では、円筒型の空胴共振器内に、中心軸に平行な軸対象マイクロ波電界を発生させ、電界強度が集中する部分に配した円管内で化学反応を進行させる。また特許文献2には、空胴共振器内に形成されるシングルモード定在波の電界強度が極大となる部分に沿って流通管を配し、流通管内に流体を流通させることにより当該流体を迅速かつ均一に加熱する流通型のマイクロ波利用化学反応装置が記載されている。また特許文献3には、マイクロ波発生器の発振周波数を空胴共振器の現在の共振周波数に一致させるように制御する帰還制御手段を用いることが記載されている。これによって、TM010の共振状態を常に維持し、高精度の熱処理が可能になる。
 このように空胴共振器を用いることにより、内部に定在波を形成して被処理対象物を均一に、高効率に加熱することができる。
Since the energy intensity of the microwave, which is an electromagnetic wave, changes with the wavelength period, heating unevenness easily occurs. For this reason, measures such as irregular reflection of an electromagnetic wave are often performed by moving the position of the object to be processed temporally.
In order to cope with the problem of the uneven heating, it is also considered to use a standing wave of microwaves. For example, Patent Document 1 describes a microwave processing apparatus using a cavity resonator. In this technique, an axisymmetric microwave electric field parallel to the central axis is generated in a cylindrical cavity resonator, and a chemical reaction proceeds in a circular tube disposed in a portion where the electric field strength is concentrated. Further, in Patent Document 2, a flow pipe is disposed along a portion where the electric field strength of the single mode standing wave formed in the cavity resonator is maximized, and the fluid is made to flow by flowing the fluid in the flow pipe. A flow type microwave based chemical reactor that heats rapidly and uniformly is described. Patent Document 3 describes the use of feedback control means for controlling the oscillation frequency of the microwave generator to match the current resonance frequency of the cavity resonator. By this, the resonance state of TM 010 is always maintained, and high-precision heat treatment becomes possible.
By using the cavity resonator as described above, a standing wave can be formed inside, and the object to be treated can be heated uniformly and efficiently.
特開2005-322582号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-322582 特開2010-207735号公報JP, 2010-207735, A 特開2009-80997号公報JP, 2009-80997, A
 しかし、上記各特許文献記載の技術では、マイクロ波の定在波を形成させるために、空胴共振器には一定の大きさが必要となる。これは、供給されるマイクロ波の波長に応じた定在波を形成するためのマイクロ波照射領域が必要となるためである。空胴共振器が大きいと、当然、マイクロ波処理装置のコンパクト化が実現できない。その結果、マイクロ波処理装置の応用範囲には制約が生じる。ここで空胴共振器とは共振器内部に固体充填物が存在していない空間を有している共振器を指すものとする。 However, in the techniques described in the above-mentioned patent documents, in order to form a standing wave of microwaves, the cavity resonator needs to have a certain size. This is because a microwave irradiation area for forming a standing wave according to the wavelength of the supplied microwave is required. If the size of the cavity resonator is large, naturally, miniaturization of the microwave processing apparatus can not be realized. As a result, the application range of the microwave processing apparatus is limited. Here, a cavity resonator refers to a resonator having a space in which no solid filling is present inside the resonator.
 本発明は、定在波を利用したマイクロ波処理装置の小型化・軽量化を図ることを課題とする。 An object of the present invention is to reduce the size and weight of a microwave processing apparatus using standing waves.
 本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討を重ねた結果、空胴共振器に代えてセラミック構造体共振器を得ること、これにより、定在波の形成に必要なマイクロ波の波長を十分に短くできる。その結果、共振器の小型化をしても所望の定在波の形成が可能となることを見出した。また、これまで定在波を形成させるため金属容器製の空胴共振器にかわり、セラミック構造体内に導電性パターンを形成することで空胴共振器の機能を発現させることを見出した。これは、金属容器削減による軽量化の効果がある。
 本発明はこれらの知見に基づきさらに検討を重ね、完成されるに至ったものである。
As a result of intensive investigations in view of the above problems, the present inventors obtained ceramic structure resonators instead of cavity resonators, whereby the wavelength of the microwave necessary for forming a standing wave is sufficient. Can be shortened. As a result, it has been found that the desired standing wave can be formed even if the resonator is miniaturized. Also, it has been found that the function of the cavity resonator can be expressed by forming a conductive pattern in the ceramic structure instead of the cavity made of a metal container in order to form a standing wave. This has the effect of reducing the weight by reducing the metal container.
The present invention has been further studied based on these findings and has been completed.
 すなわち、本発明の上記課題は下記の手段により解決される。
[1]
 積層されたセラミック層の焼結体からなるセラミック構造体と、
 前記セラミック構造体内に、被処理対象物が配される貫通孔と、該セラミック構造体にマイクロ波の伝搬を可能とする導電体部とを有し、
 前記セラミック構造体に供給したマイクロ波により、前記貫通孔内に配された前記被処理対象物をマイクロ波処理するマイクロ波処理装置。
[2]
 前記セラミック構造体は、その内部に定在波を形成する前記導電体部の一部を有するセラミック構造体共振器であり、
 前記セラミック構造体内に形成される定在波の電界若しくは磁界が極大となる位置に前記貫通孔が配され、前記定在波により前記被処理対象物をマイクロ波処理する[1]記載のマイクロ波処理装置。
[3]
 前記マイクロ波処理により前記被処理対象物の温度制御を行う[1]又は[2]に記載のマイクロ波処理装置。
[4]
 前記マイクロ波処理により前記被処理対象物を加熱する[1]~[3]のいずれかに記載のマイクロ波処理装置。
[5]
 前記貫通孔は前記セラミック構造体の上下面に通じ、
 前記導電体部は前記セラミック構造体内にマイクロ波の定在波の形成を可能とし、
 前記定在波により前記被処理対象物を加熱する[1]~[4]のいずれかに記載のマイクロ波処理装置。
[6]
 前記導電体部は、マイクロ波を導入するためのアンテナ機能と、前記セラミック構造体の外部へマイクロ波が散逸することを防ぐための電磁波遮蔽機能とを有する、[1]~[5]のいずれかに記載のマイクロ波処理装置。
[7]
 前記アンテナ機能を有する導電体部は、前記セラミック構造体の外部から内部に配されたアンテナ線及び該アンテナ線に接続するアンテナである[6]に記載のマイクロ波処理装置。
[8]
 前記電磁波遮蔽機能を有する導電体部により定在波形成領域が画定される[6]又は[7]に記載のマイクロ波処理装置。
[9]
 前記定在波はTM0n0モードであり、
 前記導電体部は、前記貫通孔の周囲の前記セラミック構造体に、円筒状若しくは角筒状に間隔を置いて複数本が配置されている[1]~[8]のいずれかに記載のマイクロ波処理装置。但し、nは正の整数とする。
[10]
 前記マイクロ波処理装置が、前記被処理対象物をマイクロ波の定在波により加熱して、化学反応を生じさせる化学反応装置である、[1]~[9]のいずれかに記載のマイクロ波処理装置。
[11]
 前記被処理対象物が流体である、[1]~[10]のいずれかに記載のマイクロ波処理装置。
[12]
 [1]~[11]のいずれかに記載のマイクロ波処理装置を用いて、前記貫通孔内の前記被処理対象物をマイクロ波により処理することを含む、マイクロ波処理方法。
[13]
 [1]~[11]のいずれかに記載のマイクロ波処理装置を用いて、前記貫通孔内の前記被処理対象物をマイクロ波により加熱することを含む、加熱処理方法。
[14]
 前記被処理対象物が流体であり、
 前記加熱によって、前記流体の状態変化及び化学反応のいずれか一方又は両方を引き起こすことを含む、[13]に記載の加熱処理方法。
[15]
 前記状態変化が、前記流体の温度変化又は相変化である[14]に記載の加熱処理方法。
[16]
 [1]~[11]のいずれかに記載のマイクロ波処理装置を用いて、前記貫通孔内の前記被処理対象物をマイクロ波処理することにより化学反応を生じさせることを含む、化学反応方法。
That is, the above-mentioned subject of the present invention is solved by the following means.
[1]
A ceramic structure comprising a sintered body of laminated ceramic layers;
The ceramic structure includes a through hole in which the object to be treated is disposed, and a conductor portion which enables the microwave to propagate through the ceramic structure.
The microwave processing apparatus which carries out the microwave processing of the said to-be-processed target object arrange | positioned in the said through-hole by the microwave supplied to the said ceramic structure.
[2]
The ceramic structure is a ceramic structure resonator having a portion of the conductor portion that forms a standing wave in its inside,
The microwave according to [1], wherein the through hole is disposed at a position where an electric field or a magnetic field of a standing wave formed in the ceramic structure becomes maximum, and the object to be treated is subjected to microwave treatment by the standing wave Processing unit.
[3]
The microwave processing apparatus according to [1] or [2], wherein the temperature control of the object to be processed is performed by the microwave processing.
[4]
The microwave processing apparatus according to any one of [1] to [3], wherein the object to be treated is heated by the microwave treatment.
[5]
The through holes communicate with the upper and lower surfaces of the ceramic structure,
The conductor portion enables the formation of a standing wave of microwaves in the ceramic structure,
The microwave processing apparatus according to any one of [1] to [4], wherein the object to be treated is heated by the standing wave.
[6]
The conductor portion has an antenna function for introducing microwaves, and an electromagnetic wave shielding function for preventing the microwaves from being dissipated to the outside of the ceramic structure. The microwave processing apparatus described in.
[7]
The microwave processing apparatus according to [6], wherein the conductor portion having the antenna function is an antenna wire disposed inside from outside the ceramic structure and an antenna connected to the antenna wire.
[8]
The microwave processing apparatus according to [6] or [7], wherein a standing wave forming region is defined by the conductor having the electromagnetic wave shielding function.
[9]
The standing wave is in TM 0 n 0 mode,
The micro-circuit according to any one of [1] to [8], wherein a plurality of the conductor portions are arranged at intervals in a cylindrical shape or a square cylinder shape on the ceramic structure around the through hole. Wave processing equipment. However, n is a positive integer.
[10]
The microwave according to any one of [1] to [9], wherein the microwave processing apparatus is a chemical reaction apparatus that heats the object to be treated by a standing wave of microwaves to generate a chemical reaction. Processing unit.
[11]
The microwave processing apparatus according to any one of [1] to [10], wherein the object to be treated is a fluid.
[12]
A microwave treatment method comprising treating the object to be treated in the through hole with a microwave using the microwave treatment device according to any one of [1] to [11].
[13]
A heat treatment method comprising heating the object to be treated in the through hole with a microwave using the microwave treatment apparatus according to any one of [1] to [11].
[14]
The object to be treated is a fluid,
[13] The heat treatment method according to [13], including causing one or both of state change of the fluid and a chemical reaction by the heating.
[15]
[14] The heat treatment method according to [14], wherein the state change is a temperature change or a phase change of the fluid.
[16]
A chemical reaction method comprising causing a chemical reaction by microwave treatment of the object to be treated in the through hole using the microwave treatment device according to any one of [1] to [11]. .
 本発明のマイクロ波処理装置は、小型化が可能で応用範囲が広く、また軽量化も可能とする。 The microwave processing apparatus of the present invention can be miniaturized, has a wide range of application, and can be reduced in weight.
 本発明の上記及び他の特徴及び利点は、適宜添付の図面を参照して、下記の記載からより明らかになるであろう。 The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description with reference to the accompanying drawings as appropriate.
本発明のマイクロ波処理装置の好ましい一実施形態を模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed typically one preferable embodiment of the microwave processing apparatus of this invention. 図1に示したマイクロ波処理装置のabcd面概略断面図である。It is an abcd surface schematic sectional drawing of the microwave processing apparatus shown in FIG. 図1に示したマイクロ波処理装置の上面図である。It is a top view of the microwave processing apparatus shown in FIG. マイクロ波照射有無における流通管出口の水温の変化を測定した結果を示した温度変化図である。It is the temperature change figure which showed the result of having measured the change of the water temperature of the distribution pipe exit in the presence or absence of microwave irradiation. 純水の送液速度をパラメータとして、マイクロ波投入電力に対する、純水の温度変化を計測した結果を示した温度変化図である。It is a temperature change figure showing the result of having measured the temperature change of pure water to microwave input electric power by making the sending speed of pure water into a parameter. 上面電極と下面電極とを試験体の側壁に設けた導電性パターンにより接続した試験体1を用いて、純水の温度変化を計測した結果を示した温度変化図である。It is a temperature change figure showing the result of having measured the temperature change of pure water using the specimen 1 which connected the conductive pattern which provided the upper surface electrode and the lower surface electrode in the side wall of the specimen.
 以下に本発明のマイクロ波処理装置の好ましい一実施形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment of a microwave processing apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
[マイクロ波処理装置]
 本発明のマイクロ波処理装置の好ましい一実施形態を、図1~3を参照して説明する。
 図1~3に示すように、マイクロ波処理装置1は、セラミック構造体11と、セラミック構造体11に配された貫通孔21と、貫通孔21の一部若しくは全部にマイクロ波を照射するための導電体部31とを有する。
[Microwave processor]
A preferred embodiment of the microwave processing device of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 to 3, the microwave processing apparatus 1 applies a microwave to the ceramic structure 11, the through holes 21 disposed in the ceramic structure 11, and part or all of the through holes 21. And the conductor portion 31 of FIG.
 セラミック構造体11は、積層されたセラミック層12の焼結体からなる。セラミック層12には、例えば、低温焼成セラミック(LTCC:Low Temperature Co-fired Ceramics)を用いることができる。このLTCCには、種々のものがあるが、例えば、酸化アルミニウム(アルミナ)にガラス成分(例えば、ホウ珪酸ガラス)を混ぜたものがある。上記「低温」とは、配線や接続部に用いる金属(例えば、銀、銅、等)が変形、変質、溶融しない温度であり、例えば、850~1000℃である。本明細書においては、「セラミック層」とは、シート状、板状、等を含む。また、「焼結体」とは、積層したセラミック層を加熱して一体化したものも含むとする。このように、一般的なセラミックの焼成温度(例えば1500℃)よりもかなり低い温度で焼結(焼成)ができる。このため、配線等に銀、銅、等を用いることができる。例えば、ペースト状にした金属(銀ペースト、銅ペースト、等)を用いることができる。 The ceramic structure 11 is made of a sintered body of the laminated ceramic layers 12. For the ceramic layer 12, for example, Low Temperature Co-fired Ceramics (LTCC) can be used. There are various types of LTCC, for example, one obtained by mixing a glass component (for example, borosilicate glass) with aluminum oxide (alumina). The “low temperature” is a temperature at which the metal (eg, silver, copper, etc.) used for the wiring and the connection portion is not deformed, deteriorated, or melted, and is, for example, 850 to 1000 ° C. As used herein, the term "ceramic layer" includes sheet, plate and the like. The term "sintered body" also includes those obtained by heating and integrating the laminated ceramic layers. Thus, sintering (firing) can be performed at a temperature considerably lower than the firing temperature (for example, 1500 ° C.) of a general ceramic. Therefore, silver, copper, or the like can be used for the wiring and the like. For example, a paste-like metal (silver paste, copper paste, etc.) can be used.
 セラミック構造体11では、定在波形成領域13にマイクロ波を供給した際に、空胴よりも誘電率が高いセラミック構造体11内に形成される定在波の波長が、空胴共振器の空胴に形成される定在波の波長よりも短くなる。定在波を形成するのに必要な定在波形成領域13を狭くすることができ、セラミック構造体11の小型化が可能となる。このように、セラミック構造体11は、該セラミック構造体11内に定在波を形成する導電体部31の一部を有する共振器(セラミック構造体共振器ともいう)2を構成する。
 この共振器2の小型化を実現するには、セラミック構造体11の誘電率を好ましくは2以上、より好ましくは4以上、さらに好ましくは7以上とする。またセラミック構造体11はマイクロ波の吸収による発熱が生じる。この発熱の影響を少なくするには、セラミック構造体11の誘電正接を、好ましくは0.005以下、より好ましくは0.002以下、さらに好ましくは0.001以下とする。
In the ceramic structure 11, when microwaves are supplied to the standing wave formation region 13, the wavelength of the standing wave formed in the ceramic structure 11 having a dielectric constant higher than that of the cavity is the same as that of the cavity resonator. It becomes shorter than the wavelength of the standing wave formed in the cavity. The standing wave forming region 13 required to form the standing wave can be narrowed, and the ceramic structure 11 can be miniaturized. Thus, the ceramic structure 11 constitutes a resonator (also referred to as a ceramic structure resonator) 2 having a part of the conductor portion 31 that forms a standing wave in the ceramic structure 11.
In order to realize the miniaturization of the resonator 2, the dielectric constant of the ceramic structure 11 is preferably 2 or more, more preferably 4 or more, and still more preferably 7 or more. The ceramic structure 11 also generates heat due to the absorption of microwaves. In order to reduce the influence of the heat generation, the dielectric loss tangent of the ceramic structure 11 is preferably 0.005 or less, more preferably 0.002 or less, and still more preferably 0.001 or less.
 従来の金属製の空胴共振器は、一例として密度の軽いアルミニウムを用いて形成される。アルミニウムの密度とアルミナセラミックの密度とを比較すると大差はない。このため、共振器の大きさが同等の場合には、アルミニウムに代えてアルミナセラミックを用いても、大幅な軽量化にはならない。しかし、本発明のように小型化が実現できれば、大幅な軽量化が可能となり、適用の範囲が広がる。 Conventional metal cavity resonators are formed using light density aluminum as an example. There is not much difference between the density of aluminum and the density of alumina ceramic. For this reason, when the size of the resonator is equal, the use of alumina ceramic instead of aluminum does not result in significant weight reduction. However, if miniaturization can be realized as in the present invention, significant weight reduction becomes possible, and the range of application is expanded.
 貫通孔21は、被処理対象物(図示せず)が通る孔であり、セラミック構造体11の、上下面に通じるようにその内部に配されている。図示例では、貫通孔21は直線状に形成されているが、曲線状、例えばらせん状等に形成されているものであってもよい。この貫通孔21には、被処理対象物を通す流通管6が配される場合がある。この場合、貫通孔21は、貫通孔21が配される方向に対して直角方向において電界強度が強く、流通管6が配される方向に電界強度が均一になっていることが好ましい。このような貫通孔21が配されることによって、例えば、貫通孔21内に配される流通管6を電界強度が極大となる部分に合わせることにより、被処理対象物を効率よく、急速加熱することができる。また、流通管6を配さず、貫通孔21内に直接に被処理対象物を配し、若しくは流通させても、流通管6内を通した場合と同様に、被処理対象物を効率よく、急速加熱することができる。 The through hole 21 is a hole through which an object to be treated (not shown) passes, and is disposed inside the ceramic structure 11 so as to communicate with the upper and lower surfaces thereof. In the illustrated example, the through holes 21 are formed in a linear shape, but may be formed in a curved shape, for example, a spiral shape or the like. The through hole 21 may be provided with a flow pipe 6 through which an object to be treated is passed. In this case, it is preferable that the through holes 21 have high electric field strength in the direction perpendicular to the direction in which the through holes 21 are arranged, and the electric field strength be uniform in the direction in which the flow pipe 6 is arranged. By arranging such a through hole 21, for example, by matching the flow pipe 6 arranged in the through hole 21 to a portion where the electric field strength is maximized, the object to be treated can be efficiently and rapidly heated. be able to. Further, even if the object to be treated is disposed directly in the through hole 21 without distributing the flow pipe 6 or is circulated, the object to be treated can be efficiently done as in the case of passing the inside of the flow pipe 6 , Can be heated rapidly.
 セラミック構造体11は、上面導電体、下面導電体および上面電極(図示せず)と下面電極(図示せず)に接続したポスト壁導電体によって囲まれた内部が共振器として作用するよう、設計されている。上面導電体は、a-b線側の面の導電体部31Bであり、下面導電体は、c-d線側の面の導電体部31Bである。ポスト壁導電体は、上面電極(図示せず)と下面電極(図示せず)とに接続した、間隔を置いて環状に配された複数の導電体部31Bである。これら導電体部分すべて含めたものを導電体部31と呼称する。また、共振器として作用するセラミック構造体11の部分をセラミック構造体共振器2と称す。
 導電体部31は、マイクロ波を導入するためのアンテナ機能と、セラミック構造体共振器2の外部へマイクロ波が散逸することを防ぐための電磁波遮蔽機能とを有する。
 アンテナ機能を有する導電体部31(31A)は、セラミック構造体11の外側壁側から内部側に配されたアンテナ線41と、マイクロ波供給口となるアンテナ43と、アンテナ43の接地線44とを有する。したがって、アンテナ43は後述する定在波形成領域13内でその外周側に配されている。このアンテナ43から供給されたマイクロ波によって、定在波形成領域13内に定在波が形成される。
 電磁波遮蔽機能を有する導電体部31(31B)は、貫通孔21の周囲のセラミック構造体共振器2に、環状に、間隔を置いて複数本が配される。「環状」とは、円筒状又は角筒状を含む意味に用いる。「間隔を置いて」とは、間隔を開けて導電体部31が配されていればよく、例えば、等間隔又は任意に規定された間隔、等を意味する。この導電体部31Bは、セラミック構造体共振器2の上下面に通じるように、棒状体に形成されている。図示例では、間隔を置いて円筒状に配された複数の導電体部31Bによって囲まれた部分が定在波形成領域13となり、導電体部31を含めて共振器となる。また、マイクロ波が供給される定在波形成領域13を外界から隔てるために、定在波形成領域13を囲むように導電体部31Bを設けることで、定在波形成領域13の電磁シールドが成される。各導電体部の隣接する導電体部との間隔は狭いほうがよいがセラミック内部に形成される電磁波の波長より十分短ければ特に制限はなく、定在波形成領域13に所望の定在波を形成できるように、セラミックの種類とマイクロ波周波数を考慮して、適宜に設定される。
 導電体部31Bにより画されるセラミック構造体共振器2の体積は、0.5~30cm以下が好ましく、1.0~8.0cmがより好ましく、例えば、1.0~3.0cmとすることができる。通常の空胴共振器(マイクロ波周波数が2.45GHz)の場合、定在波を形成するためにおよそ12cmの長さが必要であり、共振器の体積は、180cm以上である。
The ceramic structure 11 is designed such that the inside surrounded by the upper surface conductor, the lower surface conductor and the post wall conductor connected to the upper surface electrode (not shown) and the lower surface electrode (not shown) acts as a resonator It is done. The upper surface conductor is the conductor portion 31B on the surface on the ab line side, and the lower surface conductor is the conductor portion 31B on the surface on the cd line side. The post wall conductors are a plurality of spaced apart annular conductive portions 31 B connected to the upper surface electrode (not shown) and the lower surface electrode (not shown). A portion including all of these conductor portions is referred to as a conductor portion 31. Further, a portion of the ceramic structure 11 acting as a resonator is referred to as a ceramic structure resonator 2.
The conductor portion 31 has an antenna function for introducing microwaves, and an electromagnetic wave shielding function for preventing the microwaves from being dissipated to the outside of the ceramic structure resonator 2.
The conductor portion 31 (31A) having the antenna function includes the antenna wire 41 disposed on the inner side from the outer wall side of the ceramic structure 11, the antenna 43 serving as a microwave supply port, and the ground wire 44 of the antenna 43. Have. Therefore, the antenna 43 is disposed on the outer peripheral side in the standing wave forming area 13 described later. A standing wave is formed in the standing wave formation region 13 by the microwave supplied from the antenna 43.
A plurality of conductor portions 31 (31 B) having an electromagnetic wave shielding function are disposed annularly at intervals in the ceramic structure resonator 2 around the through holes 21. The term "annular" is used to mean including a cylindrical or square cylinder. The “spaced” means that the conductor portions 31 are spaced apart, and means, for example, equally spaced or arbitrarily defined intervals. The conductor portion 31 B is formed in a rod-like body so as to be in communication with the upper and lower surfaces of the ceramic structure resonator 2. In the illustrated example, the portion surrounded by the plurality of conductor portions 31B arranged in a cylindrical shape at intervals is the standing wave forming region 13, and the portion including the conductor portion 31 is a resonator. Moreover, in order to separate the standing wave formation area 13 to which microwaves are supplied from the external world, the electromagnetic shield of the standing wave formation area 13 is provided by providing the conductor portion 31B so as to surround the standing wave formation area 13. Is made. The distance between each conductor portion and the adjacent conductor portion is preferably narrow, but is not particularly limited as long as it is sufficiently shorter than the wavelength of the electromagnetic wave formed inside the ceramic, and the desired standing wave is formed in the standing wave forming region 13 It can be set appropriately in consideration of the type of ceramic and the microwave frequency so as to be able to.
Volume ceramic structure resonator 2 is that bounded by the conductor portion 31B, preferably 0.5 ~ 30 cm 3 or less, more preferably 1.0 ~ 8.0 cm 3, for example, 1.0 ~ 3.0 cm 3 It can be done. In the case of a conventional cavity resonator (microwave frequency is 2.45 GHz), a length of approximately 12 cm is required to form a standing wave, and the volume of the resonator is 180 cm 3 or more.
 上記導電体部31の構成によって、貫通孔21の一部若しくは全部にマイクロ波(定在波)が照射されるようになる。その際、間隔を置いて環状に配した導電体部31Bによって定在波形成領域13が画定する。例えば、円筒状に導電体部31Bが配される場合、円筒状の径方向に対向する導電体部31B同士の間隔は、例えば、定在波が形成されるマイクロ波の波長に設定することが好ましい。 By the configuration of the conductor portion 31, a microwave (a standing wave) is irradiated to a part or the whole of the through hole 21. At this time, the standing wave forming area 13 is defined by the conductor portions 31B arranged in a ring shape spaced apart from each other. For example, when the conductor portion 31B is disposed in a cylindrical shape, the distance between the cylindrical conductor portions 31B facing in the radial direction may be set to, for example, the wavelength of the microwave in which the standing wave is formed. preferable.
 上記セラミック構造体共振器2は、貫通孔21方向(中心軸C方向ともいう)に、共振器内に形成される定在波のエネルギーが極大となり、中心軸C方向に定在波のエネルギーが均一となる。このような貫通孔21に、貫通孔21を貫通する流通管6を配することができる。この場合、流通管6内に被処理対象物が配される。例えば、TM0n0モード(nは1以上の整数)の定在波が発生するように間隔を置いて円筒形に導電体部31Bが配されたセラミック構造体共振器2の場合、円筒形の中心軸Cの電界強度が極大となり中心軸Cに沿っては電界強度が均一になる。このため、貫通孔21ないし流通管6は円筒形の中心軸Cに配されることが好ましい。 In the ceramic structure resonator 2, the energy of the standing wave formed in the resonator is maximal in the direction of the through hole 21 (also referred to as the central axis C direction), and the energy of the standing wave is in the central axis C direction It becomes uniform. In such a through hole 21, the flow pipe 6 penetrating the through hole 21 can be disposed. In this case, the object to be treated is disposed in the flow pipe 6. For example, in the case of the ceramic structure resonator 2 in which the conductor portion 31B is disposed in a cylindrical shape at intervals so as to generate a standing wave of TM 0 n 0 mode (n is an integer of 1 or more), the cylindrical center The electric field intensity of the axis C becomes maximum, and the electric field intensity becomes uniform along the central axis C. For this reason, it is preferable that the through holes 21 through the flow pipe 6 be disposed on the central axis C of the cylindrical shape.
 セラミック構造体共振器2には、マイクロ波発生器5(図1参照)が設けられ、マイクロ波発生器5から、ケーブル45、アンテナ線41及びアンテナ43を介してセラミック構造体共振器2の定在波形成領域13内にマイクロ波が供給される。一般にマイクロ波周波数は2.45GHzを中心としたSバンドが用いられる。 The ceramic structure resonator 2 is provided with the microwave generator 5 (see FIG. 1), and the microwave generator 5 is connected to the ceramic structure resonator 2 through the cable 45, the antenna wire 41 and the antenna 43. Microwaves are supplied into the standing wave forming region 13. In general, an S band centered on 2.45 GHz is used as the microwave frequency.
 上記のマイクロ波処理装置1では、貫通孔21の内部に必要により流通管6が配される。その貫通孔21又は流通管6の内部に、被処理対象物(図示せず)が存在する又は被処理対象物が流通する、セラミック構造体共振器2に対して、マイクロ波発生器5からマイクロ波を供給し、共振器内の定在波形成領域13に定在波を形成する。その定在波の電界強度が極大となる部分に沿って貫通孔を設けておけば、貫通孔21又は流通管6内の被処理対象物を効率的に、迅速に加熱することができる。上記マイクロ波処理装置1では、セラミック構造体共振器2に設けられたアンテナ43から定在波を形成するマイクロ波が共振器内に供給される。 In the microwave processing apparatus 1 described above, the flow pipe 6 is disposed inside the through hole 21 as necessary. An object to be treated (not shown) is present in the through hole 21 or the flow pipe 6, or the object to be treated flows through the ceramic structure resonator 2. A wave is supplied to form a standing wave in the standing wave forming region 13 in the resonator. If the through hole is provided along the portion where the electric field strength of the standing wave is maximized, the object to be treated in the through hole 21 or the flow pipe 6 can be efficiently and rapidly heated. In the microwave processing apparatus 1, microwaves forming a standing wave are supplied from the antenna 43 provided in the ceramic structure resonator 2 into the resonator.
 上記マイクロ波処理装置1において、マイクロ波発生器5から供給されるマイクロ波は、周波数を調整して供給される。周波数の調整により、セラミック構造体共振器2内に形成される定在波の電界強度分布を所望の分布状態に制御し、またマイクロ波の出力によって定在波の強度を調整することができる。つまり、被処理対象物の加熱状態を制御することが可能になる。
 なお、アンテナ43から供給されるマイクロ波の周波数は、共振器内に特定のシングルモード定在波を形成することができるものである。
 本発明のマイクロ波処理装置1の構成について、順に説明する。
In the microwave processing apparatus 1, the microwaves supplied from the microwave generator 5 are adjusted in frequency and supplied. By adjusting the frequency, the electric field strength distribution of the standing wave formed in the ceramic structure resonator 2 can be controlled to a desired distribution state, and the strength of the standing wave can be adjusted by the output of the microwave. That is, it is possible to control the heating state of the object to be treated.
In addition, the frequency of the microwave supplied from the antenna 43 can form a specific single mode standing wave in a resonator.
The structure of the microwave processing apparatus 1 of this invention is demonstrated in order.
<共振器(セラミック構造体共振器)>
 マイクロ波処理装置1に用いるセラミック構造体共振器(キャビティー)2の形状は、一つのマイクロ波供給アンテナ43を有し、マイクロ波を供給した際にシングルモードの定在波が形成されるものであれば特に制限はない。例えば、導電体部31を円筒形又は角筒形に間隔を置いて配置したセラミック構造体共振器2を用いることができる。本明細書において円筒形とは、該共振器の中心軸Cに直角な断面形状が円形であるものの他、当該断面形状が楕円形若しくは長円形であるものを含む意味に用いる。また、角筒形とは、中心軸Cに直角な断面形状が多角形であるものを意味し、当該断面形状が4~10角形であることが好ましい。また、多角形の角が、丸みを帯びた形状であってもよい。多角形の場合、さらに角が多い場合には円筒形に近似できる。
 セラミック構造体共振器2の大きさも定在波が形成できる大きさであれば小さいほうが望ましいが、目的に応じて適宜に設計することができる。共振器は誘電率の高いものが望ましく、セラミック製が好ましい。一例として、LTCCを用いることができる。LTCCは、酸化アルミニウム(アルミナ)にガラス成分(例えば、ホウ珪酸ガラス)を混ぜたものである。また、導電体部31(31A、31B)には、前述した金属ペーストを用いることができる。さらに、セラミック構造体共振器2の表面に電気抵抗率の小さい物質をめっき、蒸着などによりコーティングしてもよい。コーティングには銀、銅、金、スズ、ロジウムを含む材を用いることが好ましい。
<Resonator (Ceramic Structure Resonator)>
The shape of the ceramic structure resonator (cavity) 2 used in the microwave processing apparatus 1 has one microwave supply antenna 43, and when a microwave is supplied, a single mode standing wave is formed There is no particular limitation as long as For example, it is possible to use the ceramic structure resonator 2 in which the conductor portions 31 are arranged at intervals in a cylindrical or rectangular shape. In the present specification, the term “cylindrical” is used to mean one having a circular cross-sectional shape perpendicular to the central axis C of the resonator, as well as one having an elliptical or oval cross-sectional shape. In addition, the term “square cylinder” means that the cross-sectional shape perpendicular to the central axis C is a polygon, and the cross-sectional shape is preferably a quadrilateral to a dodecagonal shape. Also, the corners of the polygon may have a rounded shape. In the case of a polygon, if there are more corners, it can be approximated to a cylindrical shape.
It is desirable that the size of the ceramic structure resonator 2 is also small as long as a standing wave can be formed, but the size can be appropriately designed according to the purpose. The resonator preferably has a high dielectric constant, and is preferably made of ceramic. As an example, LTCC can be used. The LTCC is a mixture of aluminum oxide (alumina) and a glass component (for example, borosilicate glass). Moreover, the metal paste mentioned above can be used for the conductor part 31 (31A, 31B). Furthermore, the surface of the ceramic structure resonator 2 may be coated with a substance having a low electrical resistivity by plating, vapor deposition or the like. It is preferable to use a material containing silver, copper, gold, tin and rhodium for the coating.
<マイクロ波の供給>
 本発明のマイクロ波処理装置1は、上述した加熱制御を実施するのに好適な装置である。マイクロ波処理装置1は、マイクロ波を供給するアンテナ43を備えたセラミック構造体共振器2と、該共振器に対し、該共振器内に定在波を形成できる周波数のマイクロ波を供給するマイクロ波発生器5とを有する。マイクロ波発生器5は、マイクロ波増幅器(図示せず)を含む構成としても好ましい。
 本発明のマイクロ波処理装置1を構成する共振器の構成は、上述の「共振器」で説明したものと同じである。
<Supply of microwaves>
The microwave processing apparatus 1 of the present invention is an apparatus suitable for performing the above-described heating control. A microwave processing apparatus 1 comprises a ceramic structure resonator 2 having an antenna 43 for supplying microwaves, and a micro-wave for supplying microwaves of a frequency at which a standing wave can be formed in the resonator. And a wave generator 5. The microwave generator 5 is also preferable as a configuration including a microwave amplifier (not shown).
The structure of the resonator which comprises the microwave processing apparatus 1 of this invention is the same as what was demonstrated by the above-mentioned "resonator."
 上記マイクロ波発生器5としては、例えば、マグネトロン等のマイクロ波発生器や、半導体固体素子を用いたマイクロ波発生器を用いることができる。小型かつマイクロ波の周波数を微調整できるという観点から、半導体固体素子を用いたマイクロ波発生器を用いることが好ましい。 As the microwave generator 5, for example, a microwave generator such as a magnetron or a microwave generator using a solid semiconductor element can be used. It is preferable to use a microwave generator using a solid semiconductor device from the viewpoint of compactness and fine adjustment of the frequency of the microwave.
 図1~3に示したように、マイクロ波処理装置1では、セラミック構造体11内に、共振器を区画する円筒形の側壁にそって、複数の導電体部31Bを等間隔に配したセラミック構造体共振器2を用いることができる。この円筒形の内側が定在波形成領域13となる。その共振器の中心軸Cに平行な面(上記円筒形の内面)又はその近傍には、マイクロ波供給アンテナ(単にアンテナともいう)43が設けられている。一実施形態において、アンテナ43は、高周波を印加することができるアンテナであり、磁界励起アンテナ、例えばループアンテナを用いることが好ましい。アンテナ43は、セラミック構造体共振器2に設けたアンテナ線41が接続され、更にアンテナ線41に電気的に接続されたケーブル45を介してマイクロ波発生器5と接続されている。ケーブル45には、例えば同軸ケーブルが用いられる。この構成では、マイクロ波発生器5から発せられたマイクロ波を、ケーブル45及びアンテナ線41を介してアンテナ43から共振器の定在波形成領域13内に供給する。マイクロ波発生器5とアンテナ43の間には、反射波を抑制するための整合装置(図示せず)やマイクロ波発生器を保護するためのアイソレータ(図示せず)を設置してもよい。
 上記アンテナ43の他方の端部は接地線44を介して共振器壁面などの接地電位と接続している。このアンテナ43にマイクロ波(高周波)を印加することで、ループ内に磁界が励振され共振器内の定在波形成領域13に定在波を形成する形態とすることができる。
 例えば、上記の円筒形の定在波形成領域13を有する共振器において、TM010のシングルモード定在波を形成させた場合、中心軸Cにおいて、電界強度が最大になり、中心軸C方向に電界強度が均一になる。したがって、貫通孔21ないし流通管6において、その内部に存在し、又は流通する被処理対象物を、均一に、高効率にマイクロ波加熱することが可能になる。
As shown in FIGS. 1 to 3, in the microwave processing apparatus 1, in the ceramic structure 11, a ceramic in which a plurality of conductor portions 31 </ b> B are arranged at equal intervals along the cylindrical side wall defining the resonator. The structure resonator 2 can be used. The inside of this cylindrical shape is the standing wave forming area 13. A microwave supply antenna (also referred to simply as an antenna) 43 is provided in a plane parallel to the central axis C of the resonator (the inner surface of the cylindrical shape) or in the vicinity thereof. In one embodiment, the antenna 43 is an antenna to which a high frequency can be applied, and a magnetic field excitation antenna, for example, a loop antenna is preferably used. The antenna 43 is connected to the antenna wire 41 provided in the ceramic structure resonator 2, and is further connected to the microwave generator 5 through the cable 45 electrically connected to the antenna wire 41. As the cable 45, for example, a coaxial cable is used. In this configuration, the microwaves emitted from the microwave generator 5 are supplied from the antenna 43 into the standing wave forming region 13 of the resonator via the cable 45 and the antenna wire 41. Between the microwave generator 5 and the antenna 43, a matching device (not shown) for suppressing a reflected wave or an isolator (not shown) for protecting the microwave generator may be installed.
The other end of the antenna 43 is connected to a ground potential such as a resonator wall through a ground line 44. By applying a microwave (high frequency) to the antenna 43, a magnetic field is excited in the loop to form a standing wave in the standing wave forming region 13 in the resonator.
For example, in the resonator having the above-mentioned cylindrical standing wave forming region 13, when forming a single mode standing wave of TM 010 , the electric field strength becomes maximum at the central axis C, and in the central axis C direction The electric field strength becomes uniform. Therefore, in the through holes 21 to the flow pipe 6, it is possible to perform microwave heating uniformly and efficiently on the object to be treated which exists or flows inside.
<被処理対象物の加熱>
 本発明のマイクロ波処理装置では、被処理対象物(例えば、流通管6の内部に存在し又は流通する被処理対象物)は、セラミック構造体共振器2内部にてマイクロ波処理される。すなわち、被処理対象物は、共振器内の電界強度に対応させて電界強度が強い位置に配される。特に、共振器内に形成された定在波の電界強度が極大になる部分に沿って、被処理対象物を配せば、より効率的な加熱が可能になる。
 または、被処理対象物は、セラミック構造体共振器2の内部の磁界強度に対応させて、磁界強度の強い部分に配してもよい。特に、共振器内に形成された磁界強度が極大になる位置に配せば、より効率的な加熱が可能になる。たとえば、被処理対象物が磁性を有する物質の場合は磁界エネルギーを吸収することで、より効率的な加熱となる。被処理対象物が金属やイオンを含む物質などで電気伝導性を有する場合、磁界により物質内に励起された電流によるジュール熱で発熱させることができ、より効率的な加熱が可能になる。
 また、セラミック構造体共振器2の厚さが薄い場合には、複数の共振器を中心軸方向に直列に接続することも可能である。接続される共振器は、2個以上数千個程度まで積層することも可能である。
<Heating of the object to be treated>
In the microwave processing apparatus of the present invention, the object to be treated (for example, the object to be treated that is present or circulates in the flow pipe 6) is subjected to microwave treatment in the ceramic structure resonator 2. That is, the object to be processed is disposed at a position where the electric field strength is high corresponding to the electric field strength in the resonator. In particular, if the object to be processed is disposed along the portion where the electric field strength of the standing wave formed in the resonator is maximum, more efficient heating is possible.
Alternatively, the object to be treated may be disposed in a portion where the magnetic field strength is high in correspondence with the magnetic field strength inside the ceramic structure resonator 2. In particular, if the magnetic field strength formed in the resonator is located at a maximum position, more efficient heating is possible. For example, in the case where the object to be treated is a magnetic substance, the absorption of magnetic field energy results in more efficient heating. In the case where the object to be treated is a substance containing metal, ion, or the like and has electrical conductivity, heat can be generated by Joule heat generated by a current excited in the substance by a magnetic field, which enables more efficient heating.
Moreover, when the thickness of the ceramic structure resonator 2 is thin, it is also possible to connect a plurality of resonators in series in the central axis direction. It is also possible to stack two or more and several thousand or so resonators to be connected.
 図1~3に示したマイクロ波処理装置1においては、流通管6内に配される被処理対象物に特に制限はなく、液体、固体、粉末およびそれらの混合物を挙げることができる。若しくは、流通管内にあらかじめ設置したハニカム構造体、触媒等を挙げることができる。
 被処理対象物が流体の場合、マイクロ波照射による被処理対象物の加熱によって、流体の状態変化及び化学反応のいずれか一方又は両方を引き起こすことに用いてもよい。状態変化には、流体の温度変化又は相変化がある。
 また被処理対象物を液体、固体、粉末とした場合は、流通管内にポンプ等で搬送することで、加熱処理された被処理対象物を連続的に取り出すことができる。多くの化学反応は温度により反応の進行を制御することができるため、本発明のマイクロ波処理装置は化学反応の制御に用いることができる。
 被処理対象物をハニカム構造体とした場合には、マイクロ波処理装置は、例えば、ハニカム構造体を通過するガス状物質の温度制御をするために用いることができる。また、被処理対象物を触媒とした場合には、後述するように、触媒の作用による化学反応を生じさせるために用いることができる。触媒は、ハニカム構造体に担持させた形態とすることも好ましい。
 上記化学反応としては、転移反応、置換反応、付加反応、環化反応、還元反応、酸化反応、選択的触媒還元反応、選択的酸化反応、ラセミ化反応、開裂反応、接触分解反応(クラッキング)等が例示されるが、これらに限定されず種々の化学反応が挙げられる。
 化学反応の具体例を挙げると、揮発性有機物質を酸化分解する反応、窒素酸化物を窒素と酸素に還元する反応、硫黄酸化物をカルシウムに固定化する反応、重油を軽質化する反応等を挙げることができる。
In the microwave processing apparatus 1 shown in FIGS. 1 to 3, the object to be treated disposed in the flow pipe 6 is not particularly limited, and examples thereof include liquids, solids, powders and mixtures thereof. Or the honeycomb structure, the catalyst, etc. which were beforehand installed in the distribution pipe can be mentioned.
When the object to be treated is a fluid, heating of the object to be treated by microwave irradiation may be used to cause one or both of a change in state of the fluid and a chemical reaction. State change includes temperature change or phase change of fluid.
When the object to be treated is liquid, solid, or powder, the object to be treated which has been subjected to the heat treatment can be continuously taken out by conveying it into the flow pipe with a pump or the like. The microwave processing apparatus of the present invention can be used to control chemical reactions because many chemical reactions can control the progress of the reaction by temperature.
When the object to be treated is a honeycomb structure, the microwave processing apparatus can be used, for example, to control the temperature of the gaseous substance passing through the honeycomb structure. Moreover, when using a to-be-processed target object as a catalyst, it can be used in order to produce the chemical reaction by the effect | action of a catalyst so that it may mention later. The catalyst is also preferably supported on a honeycomb structure.
As the chemical reaction, transfer reaction, substitution reaction, addition reaction, cyclization reaction, reduction reaction, oxidation reaction, selective catalytic reduction reaction, selective oxidation reaction, racemization reaction, cleavage reaction, catalytic decomposition reaction (cracking), etc. Are exemplified, but not limited thereto, various chemical reactions may be mentioned.
Specific examples of the chemical reaction include a reaction of oxidizing and decomposing volatile organic substances, a reaction of reducing nitrogen oxides to nitrogen and oxygen, a reaction of fixing sulfur oxides on calcium, a reaction of lightening heavy oil, etc. It can be mentioned.
 本発明の化学反応方法において、反応時間、反応温度、反応基質、反応媒体等の条件は、目的の化学反応に応じて適宜に設定すればよい。例えば、化学ハンドブック(鈴木周一・向山光昭編、朝倉書店、2005年)、マイクロ波化学プロセス技術II(竹内和彦、和田雄二監修、シーエムシー出版、2013年)、特開2010-215677号公報等を参照し、化学反応条件を適宜に設定できる。 In the chemical reaction method of the present invention, conditions such as reaction time, reaction temperature, reaction substrate, reaction medium and the like may be appropriately set according to the target chemical reaction. For example, Handbook of Chemistry (Shuichi Suzuki, Mitsuaki Mukayama, Asakura Shoten, 2005), Microwave Chemistry Process Technology II (Kazuhiko Takeuchi, Yuji Wada, CMC Publishing, 2013), JP 2010-215677, etc. The chemical reaction conditions can be set appropriately, referring to.
 図1に示した形態において、定在波の周波数は、共振器内に定在波を形成できれば特に制限はない。例えば、マイクロ波を供給するためのアンテナ43からマイクロ波を供給した場合に、セラミック構造体共振器2内にTM0n0モードやTE10nモードの定在波が形成される周波数とすることができる。ただし、nは正の整数である。
 上記TM0n0モードの定在波は、例えばTM010、TM020、TM030のモードが挙げられ、なかでもTM010の定在波であることが好ましい。
In the embodiment shown in FIG. 1, the frequency of the standing wave is not particularly limited as long as the standing wave can be formed in the resonator. For example, it can be a frequency from the antenna 43 when supplying microwaves, which the ceramic structure in the resonator 2 standing waves TM 0n0 mode or TE 10n mode is formed for supplying microwaves. However, n is a positive integer.
Standing wave of the TM 0n0 mode, for example TM 010, TM 020, include mode TM 030, it is preferably a standing wave of inter alia TM 010.
 次に、上記セラミック構造体共振器の製造方法の一例について、以下に説明する。
 セラミック構造体共振器のセラミック構造体の大きさにLTCCをシート状に成形する。この成形数は、セラミック構造体を形成するセラミック層の積層数とする。セラミック層の1層は、0.01mm~0.3mmの厚さを有し、好ましくは0.035mm~0.13mmの厚さであり、より好ましくは0.1mm~0.13mmの厚さを有する。
 成形したシートにレーザ光による打ち抜き加工を施すことによって、貫通孔及び導電体部を形成する導電体用の孔を形成する。貫通孔は、定在波形成領域の中央に形成し、貫通孔の周囲に、円筒状かつ等間隔に、TM010用キャビティーパターンとなる複数の導電体用の孔を形成する。また、アンテナを形成する層には、マイクロ波照射用の、アンテナ線形成用の溝、アンテナ形成用の溝を形成する。更に必要とするセラミック層にはアンテナから接地する接地線用孔を形成する。
 次に、各孔及び各溝の内部には導電性材料を充填する。例えば、銀ペースト、銅ペースト等を充填することが好ましい。
 なお、アンテナやアンテナ線は導電性パターンの印刷によって形成することも好ましい。その場合、上記充填後に行うことが好ましい。それは、孔内に充填した導電性材料と印刷によって形成した導電性パターンとを確実に接続をするためである。
 次に、セラミック構造体をなすように、セラミック層を積層する。その際、孔等に形成した導電体部が互いに接続するように、位置合わせして積層する。例えば厚さ5mmのマイクロ波処理装置を形成する場合には、30枚~50枚のセラミック層を積層する。
 また必要に応じて、積層体の表面を導電性材料によって被覆することも好ましい。
 その後、積層したセラミック層を焼結して接合する。なお、本明細書では、セラミックシート等のセラミック層を積層して熱によって接合することも焼結の範ちゅうとする。
 焼結の温度は850℃~1000℃であり、配線や接続部に用いる金属の銀、銅等が変質、溶融することはない。したがって、配線や接続部の形状を維持した状態で焼結が可能になる。また、必要に応じて、焼結体を切断、研削等により、セラミック構造体11の大きさに形成する。または、セラミック構造体11のサイズに形成してから焼結してもよい。
 さらに必要に応じて、焼結したセラミック構造体の表面に、定在波を検出用の検波器のための導電性パターンを印刷する。また、めっき処理を行うことも好ましい。このようにして、セラミック構造体が形成され、セラミック構造体共振器として機能させることができる。
 上記製造方法に基づいて、セラミック構造体共振器を試作した。本セラミック構造体共振器に、マイクロ波を供給したところ、貫通孔内を通過する液体を加熱制御できた。本セラミック構造体共振器は従来の金属製の空胴共振器より質量、容積とも1/10以下であった。
Next, an example of a method of manufacturing the ceramic structure resonator will be described below.
The LTCC is formed into a sheet to the size of the ceramic structure of the ceramic structure resonator. The number of moldings is the number of laminated ceramic layers forming the ceramic structure. One of the ceramic layers has a thickness of 0.01 mm to 0.3 mm, preferably 0.035 mm to 0.13 mm, more preferably 0.1 mm to 0.13 mm. Have.
By subjecting the formed sheet to a punching process using a laser beam, a through hole and a hole for a conductor forming the conductor portion are formed. The through holes are formed in the center of the standing wave formation region, and cylindrical and equidistantly spaced holes for conductor for the cavity pattern for TM 010 are formed around the through holes. Further, in a layer for forming an antenna, a groove for forming an antenna line and a groove for forming an antenna for microwave irradiation are formed. Further, in the required ceramic layer, a grounding wire hole grounded from the antenna is formed.
Next, the inside of each hole and each groove is filled with a conductive material. For example, it is preferable to fill with silver paste, copper paste or the like.
In addition, it is also preferable to form an antenna and an antenna wire by printing of a conductive pattern. In that case, it is preferable to carry out after the above-mentioned filling. That is to ensure connection between the conductive material filled in the holes and the conductive pattern formed by printing.
Next, a ceramic layer is laminated so as to form a ceramic structure. At that time, they are aligned and stacked so that the conductor portions formed in the holes and the like are connected to each other. For example, in the case of forming a microwave processing apparatus having a thickness of 5 mm, 30 to 50 ceramic layers are laminated.
Moreover, it is also preferable to coat the surface of the laminate with a conductive material, if necessary.
Thereafter, the laminated ceramic layers are sintered and joined. In the present specification, laminating ceramic layers such as ceramic sheets and bonding them by heat is also a category of sintering.
The sintering temperature is 850 ° C. to 1000 ° C., and silver, copper and the like of the metal used for the wiring and the connection portion do not deteriorate or melt. Therefore, sintering can be performed while maintaining the shapes of the wiring and the connection portion. In addition, the sintered body is formed into the size of the ceramic structure 11 by cutting, grinding or the like, as necessary. Alternatively, it may be formed to the size of the ceramic structure 11 and then sintered.
In addition, if necessary, a conductive pattern for a detector for detecting standing waves is printed on the surface of the sintered ceramic structure. Moreover, it is also preferable to perform a plating process. In this way, a ceramic structure is formed and can function as a ceramic structure resonator.
Based on the above-mentioned manufacturing method, a ceramic structure resonator was made on a trial basis. When microwaves were supplied to this ceramic structure resonator, it was possible to control the heating of the liquid passing through the through hole. The present ceramic structure resonator has a mass and volume less than 1/10 that of the conventional metal cavity resonator.
 また、上記マイクロ波処理装置1は、貫通孔を通す被処理対象物や流通管内を通す被処理対象物を加熱し、若しくは化学反応を起こさせることができる。又は、流通管内に気体を通し、プラズマを発生させることができる。 In addition, the microwave processing apparatus 1 can heat an object to be treated through the through hole or an object to be treated through the flow pipe, or cause a chemical reaction. Alternatively, gas can be passed through the flow tube to generate plasma.
 マイクロ波処理装置1は、セラミック構造体共振器2の共振周波数が工業的に利用できるISMバンド内に収まるよう設計することが好ましい。また、共振周波数は被処理対象物の温度変化や組成変化により変動するため、その変動域を考慮したうえでISMバンドに収まることが好ましい。「ISM」は、Industry Science Medicalの略であり、ISMバンドは、産業、科学、医療分野で汎用的に使うために割り当てられた周波数の帯域のことである。 The microwave processing apparatus 1 is preferably designed such that the resonance frequency of the ceramic structure resonator 2 falls within the industrially available ISM band. In addition, since the resonance frequency fluctuates due to the temperature change and the composition change of the object to be treated, it is preferable that the resonance frequency falls within the ISM band in consideration of the fluctuation range. “ISM” is an abbreviation of Industry Science Medical, and the ISM band is a band of frequencies assigned for general use in the industrial, scientific and medical fields.
 セラミック構造体共振器2をセラミック層で構成する場合、セラミック層は、誘電損失が小さいものを用いることが好ましい。誘電損失が小さいセラミック層を用いた場合、マイクロ波がセラミック層により吸収されにくくなり、セラミック構造体共振器2の発熱を抑制することができる。これにより、被処理対象物の加熱効率が低下を抑えることができる。また、誘電体の熱変成や発火などトラブルを誘発する危険性を抑えることができる。 When the ceramic structure resonator 2 is formed of a ceramic layer, it is preferable to use a ceramic layer having a small dielectric loss. When a ceramic layer having a small dielectric loss is used, microwaves are less likely to be absorbed by the ceramic layer, and the heat generation of the ceramic structure resonator 2 can be suppressed. Thereby, the heating efficiency of a to-be-processed target object can suppress a fall. In addition, it is possible to suppress the risk of inducing troubles such as thermal transformation or ignition of the dielectric.
 上記マイクロ波処理装置1のセラミック構造体共振器2は、従来の空胴共振器に対して、大幅の小型化、軽量化を実現できる。
 このように、小型化、軽量化が実現できるため、マイクロ波処理装置を他の装置と一体に形成することも可能になる。例えば、医療分野の薬液温度制御などの使い捨て用途にも利用可能性が広がる。
The ceramic structure resonator 2 of the microwave processing apparatus 1 can realize a significant reduction in size and weight as compared with the conventional cavity resonator.
As described above, since miniaturization and weight reduction can be realized, the microwave processing apparatus can be integrally formed with another apparatus. For example, the applicability to disposable applications such as medical fluid temperature control in the medical field is broadened.
 さらに上記のマイクロ波処理装置においては、以下のような効果も挙げられる。
(1)小型であることによりエネルギー密度が高められ、より迅速に高温加熱が可能となる。したがって、化学材料の合成を含め、種々の化学反応へと適用範囲が広がる。
(2)比較的安価な低出力マイクロ波発生器を利用しても被処理対象物に十分なマイクロ波エネルギーを供給できる。したがって、装置価格も低減できる。
(3)生産規模の増減に応じて、マイクロ波発生器及びセラミック構造体共振器を段階的に増減することができるため、種々の生産形態に柔軟に対応できる。
(4)セラミック構造体共振器に検波器を設置するなど、所望の機能を組み込むことができる。したがって、例えば、該共振器におけるマイクロ波照射状況や加熱状況を、検波器による定在波の検出、マイクロ波発生器によるマイクロ波の周波数の調整が可能になるので、共振器を制御することができる。その結果、流通管内の被処理対象物のきめ細かい温度管理が可能となる。
Furthermore, in the above-mentioned microwave processing apparatus, the following effects can also be mentioned.
(1) The small size increases the energy density and enables high-temperature heating more quickly. Therefore, the scope of application extends to various chemical reactions, including the synthesis of chemical materials.
(2) It is possible to supply sufficient microwave energy to the object to be treated even by using a relatively inexpensive low-power microwave generator. Therefore, the device price can also be reduced.
(3) The number of microwave generators and ceramic structure resonators can be increased or decreased stepwise according to the increase or decrease of production scale, so that various production modes can be flexibly coped with.
(4) It is possible to incorporate a desired function such as installing a detector in the ceramic structure resonator. Therefore, for example, since it becomes possible to detect the standing wave by the detector and adjust the frequency of the microwave by the microwave generator, the resonator can be controlled, for example, the microwave irradiation condition and the heating condition in the resonator. it can. As a result, fine temperature control of the object to be treated in the distribution pipe is possible.
 以下に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not construed as being limited thereto.
[実施例1]
 試験体Aとして、図1~3に示したマイクロ波処理装置1を、上記製造方法に基づいて作製した。セラミック構造体共振器2には、LTCCからなるセラミック層12を積層(35~40層)し、焼結して、TM010共振器(キャビティー)を構築したセラミック構造体を用いた。LTCCには、誘電率が7.8、誘電正接が0.002のセラミック層12を用いた。またセラミック層12には、予め、直径0.1~0.3mmの導電体部31Bを、直径3mmの貫通孔21の周囲に、円筒状に、等間隔に16個を配した。また、セラミック構造体共振器2の作製に際し、セラミック層12に、予め、マイクロ波供給用のアンテナ43、アンテナ線41、接地線44、及び図示はしていない検波器のアンテナやアンテナ線等を同時に作製した。その結果、体積が8cm(4cm×4cm×0.5cm)、質量が25gの小型化されたセラミック構造体共振器2を得ることができた。一方、従来の空胴共振器は、体積が200cm(10cm×10cm×2cm)であり、その質量が1.3kgであった。このように、本発明のマイクロ波処理装置1は小型化、軽量化を達成することができた。
 上記作製した試験体Aのマイクロ波(電力)供給側アンテナ43と、検波器側アンテナ(図示せず)それぞれに、SMA端子を取り付け、ネットワークアナライザー(アジレント社製 E5071C(商品名))にて、S21信号の測定を行った。なお、ネットワークアナライザのポート1は電力供給側アンテナ、ポート2は検波器側アンテナとした。
 上記試験体AのS21信号のスペクトルを調べると、2.40825GHzの周波数において、S21信号が-29.2dBとなっておりTM010モードの定在波が形成できることがわかった。
Example 1
As a test body A, the microwave processing apparatus 1 shown in FIGS. 1 to 3 was manufactured based on the above-described manufacturing method. The ceramic structure resonator 2 is a ceramic structure in which ceramic layers 12 made of LTCC are laminated (35 to 40 layers) and sintered to construct a TM 010 resonator (cavity). The ceramic layer 12 having a dielectric constant of 7.8 and a dielectric loss tangent of 0.002 was used for the LTCC. Further, in the ceramic layer 12, 16 conductor portions 31B having a diameter of 0.1 to 0.3 mm were previously arranged at equal intervals cylindrically around the through holes 21 having a diameter of 3 mm. In addition, when the ceramic structure resonator 2 is manufactured, the antenna 43 for supplying microwaves, the antenna wire 41, the ground wire 44, and the antenna or antenna wire of a detector not shown are provided in advance on the ceramic layer 12. It produced simultaneously. As a result, a miniaturized ceramic structure resonator 2 having a volume of 8 cm 3 (4 cm × 4 cm × 0.5 cm) and a mass of 25 g was obtained. On the other hand, the conventional cavity resonator had a volume of 200 cm 3 (10 cm × 10 cm × 2 cm) and a mass of 1.3 kg. As described above, the microwave processing apparatus 1 of the present invention can achieve size reduction and weight reduction.
An SMA terminal is attached to each of the microwave (power) supply antenna 43 and the detector antenna (not shown) of the test body A prepared above, and a network analyzer (E5071C (trade name) manufactured by Agilent Co., Ltd.) is used. The S21 signal was measured. The port 1 of the network analyzer is a power supply antenna, and the port 2 is a detector antenna.
When the spectrum of the S21 signal of the test body A was examined, it was found that the S21 signal was -29.2 dB at a frequency of 2.40825 GHz, and a TM 010 mode standing wave could be formed.
 次に上記の試験体Aにおいて、試験体Aの貫通孔21の中心軸Cを貫通する状態に外径2mm、内径1mmの流通管6としてテトラフルオロエチレン(例えば、テフロン(登録商標))チューブ製の流通管を挿入した。その結果、S21信号の共振周波数は2.407438GHzと低周波側シフトした。このことから、形成された定在波(電磁波)は貫通孔21部分に供給するものと相互作用を及ぼすことが確認された。2.407438GHzの周波数において、S21信号が-29.2dBとなっていることがわかった。S21信号はチューブ挿入前後では変化していないが、これはテフロン(登録商標)の誘電損失が小さいためマイクロ波吸収がほとんどないことを示している。さらに、上記流通管6内に水を送液したところ、S21信号の共振周波数はさらに低周波側にシフトし、2.391188GHzとなった。この周波数において、S21信号が-30.5dBとなっていることがわかった。送液された水が、形成された定在波(電磁波)を吸収していることが明らかになり、この吸収分が水の発熱作用を引き起こし温度制御が可能となる。 Next, in the test body A described above, a tetrafluoroethylene (for example, Teflon (registered trademark)) tube is used as the flow pipe 6 having an outer diameter of 2 mm and an inner diameter of 1 mm in a state of penetrating the central axis C of the through hole 21 of the test body A I inserted the flow tube of. As a result, the resonant frequency of the S21 signal shifted to the lower side of 2.407438 GHz. From this, it was confirmed that the formed standing wave (electromagnetic wave) interacts with that supplied to the through hole 21 portion. It was found that the S21 signal was -29.2 dB at a frequency of 2.407438 GHz. The S21 signal does not change before and after tube insertion, which indicates that there is little microwave absorption due to the low dielectric loss of Teflon. Furthermore, when water was fed into the flow pipe 6, the resonance frequency of the S21 signal was further shifted to a lower frequency side, and became 2.391188 GHz. At this frequency, it was found that the S21 signal was -30.5 dB. It becomes clear that the water sent out absorbs the formed standing wave (electromagnetic wave), and this absorbed component causes the heat generation of the water and enables temperature control.
 次に、上記の試験体Aの貫通孔21に流通管6としてシリコンチューブ(外径2mm、内径1mm)を挿入し、試験体Bとした。このシリコンチューブに送液ポンプ(図示せず)にて純水を1mL/hから60mL/hの範囲で供給しながら共振周波数に一致したマイクロ波を、電力供給側のアンテナ43から、0Wから90Wの範囲で入射した。共振周波数は、検波器側アンテナ(図示せず)の信号が最大になるよう、照射する周波数を微調整することで調べた。これらの制御を自動で行うためのフィードバック制御を行い、常に共振周波数に一致した所定電力のマイクロ波を供給できるよう、システムを構築した。供給した純水の温度は、シリコンチューブ内部に取り付けた、太さ0.5mmの極細熱電対(坂口電熱製 T-35型 K0.5φ×100)にて計測した。熱電対の先端測温部はシリコンチューブの流通管6の出口から1mm離れた位置に配置した。温度上昇ΔTは、マイクロ波印加前の液体温度と、マイクロ波照射後10秒経過したときの温度とした。また、マイクロ波投入電力ΔPは、電力供給側のアンテナ43の入射波電力から反射波電力を差し引いた実効電力とした。 Next, a silicon tube (outer diameter 2 mm, inner diameter 1 mm) was inserted into the through hole 21 of the above test body A as a flow pipe 6 to obtain a test body B. While supplying pure water in the range of 1 mL / h to 60 mL / h with a liquid feed pump (not shown) to this silicon tube, microwaves matching the resonance frequency are supplied from the antenna 43 on the power supply side to 0 W to 90 W In the range of The resonance frequency was investigated by finely adjusting the irradiation frequency so that the signal of the detector antenna (not shown) becomes maximum. We performed feedback control to perform these controls automatically, and built a system to be able to supply microwaves of a predetermined power that always matches the resonance frequency. The temperature of the supplied pure water was measured with a 0.5 mm-thick ultrafine thermocouple (Taka 35 T-35, K 0.5 φ × 100) attached inside a silicon tube. The tip temperature measuring unit of the thermocouple was disposed at a position 1 mm away from the outlet of the flow tube 6 of the silicon tube. The temperature rise ΔT was the liquid temperature before microwave application and the temperature after 10 seconds after microwave irradiation. The microwave input power ΔP is an effective power obtained by subtracting the reflected wave power from the incident wave power of the antenna 43 on the power supply side.
 試験体Cのポスト壁導電体(導電体部31B)として、貫通孔21の周囲に、円筒状に32個を等間隔に導電体部31Bを配した試験体を用いた。純水の送液速度は6mL/hとした。試験体Cへの投入電力として17W供給したときの温度の時間変化を図4に示す。マイクロ波供給前は19.8℃であったが、0秒のタイミングでマイクロ波を照射したところ直ちに温度上昇し、15秒後には23.8℃となった。また、120秒後にマイクロ波照射を止めたところ、温度低下が認められた。このことからマイクロ波照射時間内の温度上昇は、純水のマイクロ波吸収による発熱に起因していることが確認できた。 As a post wall conductor (conductor portion 31B) of the test body C, a test body in which 32 conductor portions 31B were arranged at equal intervals in a cylindrical shape around the through hole 21 was used. The feed rate of pure water was 6 mL / h. The time change of the temperature when 17 W is supplied as the input power to the test body C is shown in FIG. The temperature was 19.8 ° C. before the supply of the microwave, but when the microwave was irradiated at the timing of 0 seconds, the temperature rose immediately and became 15 ° C. after 15 seconds. In addition, when the microwave irradiation was stopped after 120 seconds, a temperature drop was observed. From this, it was confirmed that the temperature rise within the microwave irradiation time was due to the heat generation due to the microwave absorption of pure water.
 マイクロ波照射による温度上昇をΔTとして、純水の送液速度を1mL/hから60mL/h、マイクロ波投入電力を0W~17Wの範囲で変化させたときのΔTの値を調べた。その結果を図5に示す。純水の流速に応じてマイクロ波投入電力を調整することで、純水の温度調整が可能となることがわかった。 Assuming that the temperature rise due to the microwave irradiation is ΔT, the value of ΔT when the feed rate of pure water was changed in the range of 1 mL / h to 60 mL / h and the microwave input power in the range of 0 W to 17 W was examined. The results are shown in FIG. It was found that by adjusting the microwave input power according to the flow rate of pure water, it is possible to adjust the temperature of pure water.
 試験体Dとして、別のセラミック構造体共振器を用いた実施例を示す。すなわち上面電極と下面電極の導電性を高めるため、試験体Cの側壁にも導電性パターン(図示せず)を形成した試験体を用いた。ただし、マイクロ波供給用アンテナ43の周囲および、検波器側アンテナ(図示せず)の周囲については、導電性パターンは形成せず電気的な絶縁を保ってある。この試験体に対して、同じくシリコンチューブ(外径2mm内径1mm)を流通する純水の温度上昇を測定した結果を図6に示す。この場合も同様にマイクロ波投入電力により純水の温度調整が可能であることを確認できた。 An example using another ceramic structure resonator as the test body D is shown. That is, in order to enhance the conductivity of the upper surface electrode and the lower surface electrode, a test body having a conductive pattern (not shown) formed on the side wall of the test body C was used. However, the conductive pattern is not formed around the microwave supplying antenna 43 and the detector antenna (not shown), and electrical insulation is maintained. The result of measuring the temperature rise of the pure water similarly flowing through the silicon tube (outside diameter 2 mm and inside diameter 1 mm) of this test body is shown in FIG. In this case as well, it was confirmed that the temperature control of pure water was possible by the microwave input power.
 本発明をその実施形態および実施例とともに説明したが、我々は特に指定しない限り我々の発明を説明のどの細部においても限定しようとするものではなく、添付の請求の範囲に示した発明の精神と範囲に反することなく幅広く解釈されるべきであると考える。 While the present invention has been described in conjunction with its embodiments and examples, it is not intended to limit our invention in any detail of the description unless otherwise specified, and the spirit of the invention as set forth in the appended claims. We believe that it should be interpreted broadly without violating the scope.
 本願は、2017年11月28日に日本国で特許出願された特願2017-228475に基づく優先権を主張するものであり、これらはここに参照してその内容を本明細書の記載の一部として取り込む。 The present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2017-228475 filed in Japan on November 28, 2017, which is incorporated herein by reference in its entirety. Capture as part.
  1 マイクロ波処理装置
  2 共振器(セラミック構造体共振器)
  5 マイクロ波発生器
  6 流通管
 10 マイクロ波照射装置
 11 セラミック構造体
 12 セラミック層
 21 貫通孔
 31、31A,31B 導電体部
 41 アンテナ線
 43 アンテナ
 44 接地線
 45 ケーブル
1 microwave processing apparatus 2 resonator (ceramic structure resonator)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Microwave generator 6 Distribution pipe 10 Microwave irradiation apparatus 11 Ceramic structure 12 Ceramic layer 21 Through- hole 31, 31A, 31B Conductor part 41 Antenna wire 43 Antenna 44 Ground wire 45 Cable

Claims (16)

  1.  積層されたセラミック層の焼結体からなるセラミック構造体と、
     前記セラミック構造体内に、被処理対象物が配される貫通孔と、該セラミック構造体にマイクロ波の伝搬を可能とする導電体部とを有し、
     前記セラミック構造体に供給したマイクロ波により、前記貫通孔内に配された前記被処理対象物をマイクロ波処理するマイクロ波処理装置。
    A ceramic structure comprising a sintered body of laminated ceramic layers;
    The ceramic structure includes a through hole in which the object to be treated is disposed, and a conductor portion which enables the microwave to propagate through the ceramic structure.
    The microwave processing apparatus which carries out the microwave processing of the said to-be-processed target object arrange | positioned in the said through-hole by the microwave supplied to the said ceramic structure.
  2.  前記セラミック構造体は、その内部に定在波を形成する前記導電体部の一部を有するセラミック構造体共振器であり、
     前記セラミック構造体内に形成される定在波の電界若しくは磁界が極大となる位置に前記貫通孔が配され、前記定在波により前記被処理対象物をマイクロ波処理する請求項1記載のマイクロ波処理装置。
    The ceramic structure is a ceramic structure resonator having a portion of the conductor portion that forms a standing wave in its inside,
    The microwave according to claim 1, wherein the through hole is disposed at a position where an electric field or a magnetic field of a standing wave formed in the ceramic structure is maximized, and the object to be treated is subjected to a microwave treatment by the standing wave. Processing unit.
  3.  前記マイクロ波処理により前記被処理対象物の温度制御を行う請求項1又は2に記載のマイクロ波処理装置 The microwave processing apparatus according to claim 1, wherein the temperature control of the object to be processed is performed by the microwave processing.
  4.  前記マイクロ波処理により前記被処理対象物を加熱する請求項1~3のいずれか1項に記載のマイクロ波処理装置。 The microwave processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the object to be treated is heated by the microwave treatment.
  5.  前記貫通孔は前記セラミック構造体の上下面に通じ、
     前記導電体部は前記セラミック構造体内にマイクロ波の定在波の形成を可能とし、
     前記定在波により前記被処理対象物を加熱する請求項1~4のいずれか1項に記載のマイクロ波処理装置。
    The through holes communicate with the upper and lower surfaces of the ceramic structure,
    The conductor portion enables the formation of a standing wave of microwaves in the ceramic structure,
    The microwave processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the object to be treated is heated by the standing wave.
  6.  前記導電体部は、マイクロ波を導入するためのアンテナ機能と、前記セラミック構造体の外部へマイクロ波が散逸することを防ぐための電磁波遮蔽機能とを有する、請求項1~5のいずれか1項に記載のマイクロ波処理装置。 The said conductor part has an antenna function for introduce | transducing a microwave, and an electromagnetic wave shielding function for preventing that a microwave is dissipated to the exterior of the said ceramic structure. The microwave processing apparatus as described in a term.
  7.  前記アンテナ機能を有する導電体部は、前記セラミック構造体の外部から内部に配されたアンテナ線及び該アンテナ線に接続するアンテナである請求項6に記載のマイクロ波処理装置。 7. The microwave processing apparatus according to claim 6, wherein the conductor portion having the antenna function is an antenna wire disposed inside the ceramic structure from the outside and an antenna connected to the antenna wire.
  8.  前記電磁波遮蔽機能を有する導電体部により定在波形成領域が画定される請求項6又は7に記載のマイクロ波処理装置。 The microwave processing apparatus according to claim 6, wherein a standing wave forming region is defined by the conductor portion having the electromagnetic wave shielding function.
  9.  前記定在波はTM0n0モードであり、
     前記導電体部は、前記貫通孔の周囲の前記セラミック構造体に、円筒状若しくは角筒状に間隔を置いて複数本が配置されている請求項1~8のいずれか1項に記載のマイクロ波処理装置。但し、nは正の整数とする。
    The standing wave is in TM 0 n 0 mode,
    The micro tube according to any one of claims 1 to 8, wherein a plurality of the conductor portions are arranged in a cylindrical shape or a rectangular tube shape at intervals in the ceramic structure around the through hole. Wave processing equipment. However, n is a positive integer.
  10.  前記マイクロ波処理装置が、前記被処理対象物をマイクロ波の定在波により加熱して、化学反応を生じさせる化学反応装置である、請求項1~9のいずれか1項に記載のマイクロ波処理装置。 The microwave according to any one of claims 1 to 9, wherein the microwave processing apparatus is a chemical reaction apparatus that heats the object to be processed by a standing wave of microwaves to generate a chemical reaction. Processing unit.
  11.  前記被処理対象物が流体である、請求項1~10のいずれか1項に記載のマイクロ波処理装置。 The microwave processing apparatus according to any one of claims 1 to 10, wherein the object to be treated is a fluid.
  12.  請求項1~11のいずれか1項に記載のマイクロ波処理装置を用いて、前記貫通孔内の前記被処理対象物をマイクロ波により処理することを含む、マイクロ波処理方法。 A microwave treatment method comprising treating the object to be treated in the through hole with a microwave using the microwave treatment device according to any one of claims 1 to 11.
  13.  請求項1~11のいずれか1項に記載のマイクロ波処理装置を用いて、前記貫通孔内の前記被処理対象物をマイクロ波により加熱することを含む、加熱処理方法。 A heat treatment method comprising heating the object to be treated in the through hole by microwave using the microwave treatment apparatus according to any one of claims 1 to 11.
  14.  前記被処理対象物が流体であり、
     前記加熱によって、前記流体の状態変化及び化学反応のいずれか一方又は両方を引き起こすことを含む、請求項13記載の加熱処理方法。
    The object to be treated is a fluid,
    The heat treatment method according to claim 13, comprising causing one or both of a state change of the fluid and a chemical reaction by the heating.
  15.  前記状態変化が、前記流体の温度変化又は相変化である請求項14に記載の加熱処理方法。 The heat treatment method according to claim 14, wherein the state change is a temperature change or a phase change of the fluid.
  16.  請求項1~11のいずれか1項に記載のマイクロ波処理装置を用いて、前記貫通孔内の前記被処理対象物をマイクロ波処理することにより化学反応を生じさせることを含む、化学反応方法。 A chemical reaction method comprising causing a chemical reaction by microwave treatment of the object to be treated in the through hole using the microwave treatment device according to any one of claims 1 to 11. .
PCT/JP2018/043757 2017-11-28 2018-11-28 Microwave treatment device, microwave treatment method, heating treatment method and chemical reaction method WO2019107401A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-228475 2017-11-28
JP2017228475A JP6971812B2 (en) 2017-11-28 2017-11-28 Microwave processing equipment, microwave processing method, heat treatment method and chemical reaction method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019107401A1 true WO2019107401A1 (en) 2019-06-06

Family

ID=66664986

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/043757 WO2019107401A1 (en) 2017-11-28 2018-11-28 Microwave treatment device, microwave treatment method, heating treatment method and chemical reaction method

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6971812B2 (en)
WO (1) WO2019107401A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002527254A (en) * 1998-10-09 2002-08-27 モトローラ・インコーポレイテッド Integrated multilayer microfluidic device and method of fabricating the same
JP2005505907A (en) * 2001-10-19 2005-02-24 パーソナル・ケミストリー・イー・ウプサラ・アクチボラゲット Microwave heating device
JP2009105054A (en) * 2001-10-19 2009-05-14 Biotage Ab Microwave heating device, microwave heating system, and method of using microwave heating device or microwave heating system
JP2015047535A (en) * 2013-08-30 2015-03-16 独立行政法人産業技術総合研究所 Chemical substance synthesizing device and method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002527254A (en) * 1998-10-09 2002-08-27 モトローラ・インコーポレイテッド Integrated multilayer microfluidic device and method of fabricating the same
JP2005505907A (en) * 2001-10-19 2005-02-24 パーソナル・ケミストリー・イー・ウプサラ・アクチボラゲット Microwave heating device
JP2009105054A (en) * 2001-10-19 2009-05-14 Biotage Ab Microwave heating device, microwave heating system, and method of using microwave heating device or microwave heating system
JP2015047535A (en) * 2013-08-30 2015-03-16 独立行政法人産業技術総合研究所 Chemical substance synthesizing device and method

Also Published As

Publication number Publication date
JP6971812B2 (en) 2021-11-24
JP2019102142A (en) 2019-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105122951B (en) Use the plasma generator of dielectric resonator
TWI235404B (en) Plasma processing apparatus
JP6338462B2 (en) Plasma processing equipment
EP0874386B1 (en) Apparatus and process for remote microwave plasma generation
TWI584340B (en) Microwave radiation mechanism, microwave plasma source and surface wave plasma processing device
JP6624833B2 (en) Microwave plasma source and plasma processing apparatus
CN111602465B (en) Microwave heating method, microwave heating apparatus, and chemical reaction method
JP2011034795A (en) Microwave irradiation system
JP6967776B2 (en) Microwave heating device and chemical reaction method
JP2010539669A (en) Microwave plasma generator and plasma torch
JP2018006718A (en) Microwave plasma processing device
WO2019107402A1 (en) Microwave treatment device, microwave treatment method, and chemical reaction method
WO2011099247A1 (en) Electrode for plasma in liquid, plasma in liquid generator device, and plasma generation method
JP7145500B2 (en) Microwave treatment device, microwave treatment method, heat treatment method and chemical reaction method
WO2019107401A1 (en) Microwave treatment device, microwave treatment method, heating treatment method and chemical reaction method
JP7268854B2 (en) Microwave processing device, microwave processing method and chemical reaction method
JP2020173958A (en) Microwave heating device and microwave heating method
JP6986264B2 (en) Thin film pattern firing method and microwave firing device
WO2013145916A1 (en) Microwave irradiating antenna, microwave plasma source, and plasma processing device
WO2007129520A1 (en) Apparatus and method for generating atmospheric-pressure plasma
JP2019140103A (en) Microwave-heating device, heating method and chemical reaction method
JP2010040493A (en) Plasma treatment device
CN117356175A (en) Method for mounting electronic component and local shielding substrate for mounting electronic component
WO2013058379A1 (en) Microwave heating device and microwave heating method
JP2018006256A (en) Microwave plasma processing device

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18882330

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18882330

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1