WO2024004429A1 - マイクロ波加熱装置 - Google Patents

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WO2024004429A1
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cavity resonator
loop
magnetic field
microwave
inclination angle
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保 須田
健一朗 浦山
Original Assignee
日本無線株式会社
日清紡ホールディングス株式会社
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/72—Radiators or antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/80—Apparatus for specific applications

Definitions

  • the present disclosure relates to a technique for heating a heating target using microwaves.
  • Patent Document 1 A technique for heating a heating target using microwaves is disclosed in Patent Document 1 and the like.
  • microwaves are used to heat catalysts to generate hydrogen.
  • a microwave electric field is concentrated on the central axis of the cavity resonator using the fundamental mode (TM01 mode, etc.) of the cavity resonator, and a microwave-heated object (dielectric material, etc.) is accommodated on the central axis. contained in a container.
  • the microwave magnetic field is concentrated on the central axis of the cavity resonator by using a higher-order mode (TM11 mode, etc.) of the cavity resonator, and the microwave-heated object (conductor, etc.) is accommodated on the central axis. It may be stored in a container.
  • the microwave heating device M includes a cavity resonator 1, a housing container 2, and an excitation loop 3.
  • the cavity resonator 1 concentrates the microwave magnetic field on the central axis using a higher-order mode (TM11 mode, etc.).
  • the housing container 2 houses a microwave-heated object (such as a conductor) on the central axis of the cavity resonator 1 .
  • the excitation loop 3 is a loop wiring that is installed inside and on the side wall of the cavity resonator 1 and excites higher-order modes (TM11 mode, etc.) of the cavity resonator 1.
  • the excitation loop 3 has an inclination angle ⁇ e with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator 1 so that the input impedance of the microwave heating device M matches the output impedance of the microwave generator (not shown). If it is perpendicular/parallel to the direction, the inclination angle ⁇ e is 0 degrees/90 degrees.) is set. In other words, the inclination angle ⁇ e of the excitation loop 3 with respect to the direction of the magnetic field of the cavity resonator 1 (it is driven by a servo motor (not shown) and is variable) and the loop diameter of the excitation loop 3 (it is fixed) are set appropriately.
  • the resonant frequency of a prior art microwave heating device is shown in FIG.
  • the excitation loop 3 is inclined with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator 1 so that the input impedance of the microwave heating device M matches the output impedance of the microwave generator regardless of the heating state of the microwave heating target.
  • the angle ⁇ e is variably adjusted with an initial value of 45 degrees between 0 degrees and 90 degrees.
  • the resonant frequency of the microwave heating device M becomes closer to the desired resonant frequency (2.45 GHz in FIG. 2).
  • the coupling between the excitation loop 3 and the magnetic field becomes larger/smaller, and the effective The volume becomes larger/smaller. If the resonant frequency of the microwave heating device M deviates from the desired resonant frequency, the input impedance of the microwave heating device M will not match the output impedance of the microwave generator.
  • the microwave heating device M when the cavity resonator 1 concentrates the microwave magnetic field on the central axis, the microwave heating device M This shows that the resonant frequency changes.
  • the resonance frequency of the microwave heating device M is determined according to the inclination angle ⁇ e of the excitation loop 3 with respect to the direction of the magnetic field of the cavity resonator 1. is likely to change.
  • the present disclosure provides for adjusting the resonant frequency of the microwave heating device, regardless of the inclination angle of the excitation loop with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator, when heating a heating target using microwaves.
  • the purpose is to maintain the input impedance of the microwave heating device and the output impedance of the microwave generator reliably.
  • the resonant frequency of the microwave heating device changes depending on the inclination angle of the excitation loop with respect to the direction of the magnetic field of the cavity resonator.
  • the resonant frequency of the microwave heating device is reversely changed.
  • another loop is driven into the excitation loop so that the input impedance of the microwave heating device and the output impedance of the microwave generator are matched regardless of the inclination angle of the other loop with respect to the direction of the magnetic field of the cavity resonator.
  • use a parasitic loop instead, use a parasitic loop.
  • the present disclosure provides a cavity resonator that concentrates a microwave magnetic field or a microwave electric field on a central axis, a housing container that accommodates a microwave heating target on the central axis of the cavity resonator, and It is installed inside and on the side wall of the cavity resonator, and excites the cavity resonator, and adjusts the inclination angle of the cavity resonator to the magnetic field direction so that the input impedance of the device matches the output impedance of the microwave generator.
  • the resonance frequency of the own device is set to a desired value regardless of the excitation loop to be set and the inclination angle of the excitation loop with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator, which is installed inside and on the side wall of the cavity resonator and is not supplied with power.
  • a microwave heating device characterized by comprising: a parasitic loop whose inclination angle with respect to the direction of the magnetic field of the cavity resonator is set so as to maintain a resonant frequency.
  • the resonant frequency of the microwave heating device can be maintained regardless of the inclination angle of the excitation loop with respect to the direction of the magnetic field of the cavity resonator. Then, while maintaining the resonant frequency of the microwave heating device, it is possible to reliably maintain matching between the input impedance of the microwave heating device and the output impedance of the microwave generator.
  • the excitation loop is arranged in the direction of the magnetic field of the cavity resonator so that the input impedance of the device itself matches the output impedance of the microwave generator, regardless of the heating state of the microwave heating target.
  • the parasitic loop adjusts the resonant frequency of its own device to the desired value regardless of the heating state of the microwave-heated object and the inclination angle of the excitation loop with respect to the direction of the magnetic field of the cavity resonator.
  • the microwave heating device is characterized in that the inclination angle of the cavity resonator with respect to the direction of the magnetic field is variably adjusted so as to maintain a resonant frequency.
  • the resonant frequency of the microwave heating device can be maintained regardless of the heating state of the microwave heating target (physical quantity of the heating target and heating temperature/time). Then, while maintaining the resonant frequency of the microwave heating device, it is possible to reliably maintain matching between the input impedance of the microwave heating device and the output impedance of the microwave generator.
  • the excitation loop and the parasitic loop have loop surfaces perpendicular to each other, have the same loop shape and loop area, and integrally drive the inclination angle of the cavity resonator with respect to the magnetic field direction.
  • the microwave heating device is characterized in that both loops are insulated so that the parasitic loop is not supplied with power.
  • the excitation loop and the parasitic loop orthogonal to each other and insulated from each other, no current is induced in the parasitic loop by the excitation loop.
  • the excitation loop and the parasitic loop have the same shape and area, changes in the resonant frequency of the microwave heating device depending on the inclination angle of the excitation and parasitic loops with respect to the direction of the magnetic field of the cavity resonator are reliably canceled out.
  • the excitation loop and the parasitic loop can be integrally driven by one servo motor or the like.
  • a plurality of integrated loops (excitation loops and parasitic loops) are installed inside and on the side walls of the cavity resonator in order to uniformly heat the microwave heating target. Then, by applying the principle of a circularly polarized antenna to a microwave heating device, a plurality of integral loops (excitation loops of the integral loops) are not excited with the same phase but with a predetermined phase difference.
  • the two sets of the excitation loop and the parasitic loop are installed at 90 degree intervals inside and on the side wall of the cavity resonator, and the adjacent excitation loops are excited with a phase difference of 90 degrees
  • n sets of the excitation loop and the parasitic loop (n is 3 or more) are installed inside and on the side wall of the cavity resonator at intervals of 360/n degrees, and adjacent excitation loops have a phase difference of 360/n degrees.
  • the microwave heating device is excited at n degrees, and the microwave magnetic field distribution or the microwave electric field distribution rotates around the central axis of the cavity resonator as time changes.
  • the microwave magnetic field or the microwave electric field can be distributed almost uniformly near the central axis of the cavity resonator at each time. If time averaging is taken, the microwave magnetic field or microwave electric field can be distributed more uniformly near the central axis of the cavity resonator. Therefore, the microwave heating target can be heated uniformly.
  • the present disclosure maintains the resonant frequency of the microwave heating device regardless of the inclination angle of the excitation loop with respect to the direction of the magnetic field of the cavity resonator when heating a heating target using microwaves, and Matching between the input impedance of the heating device and the output impedance of the microwave generator can be reliably maintained.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a conventional microwave heating device.
  • 1 is a diagram showing the resonant frequency of a conventional microwave heating device;
  • FIG. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a microwave heating device according to a first embodiment. It is a figure showing the resonance frequency of the microwave heating device of a 1st embodiment. It is a figure showing the resonance frequency of the microwave heating device of a 1st embodiment. It is a figure showing the composition of the microwave heating device of a 2nd embodiment. It is a figure showing the magnetic field coupling of the microwave heating device of a 2nd embodiment. It is a figure showing the resonance frequency of the microwave heating device of a 2nd embodiment. It is a figure showing the composition of the microwave heating device of a 3rd embodiment. It is a figure showing the resonance frequency of the microwave heating device of a 3rd embodiment.
  • FIG. 3 shows the configuration of the microwave heating device of the first embodiment.
  • the microwave heating device M includes a cavity resonator 1, a container 2, an excitation loop 3, and a parasitic loop 4.
  • the cavity resonator 1 concentrates the microwave magnetic field on the central axis using a higher-order mode (TM11 mode, etc.).
  • the housing container 2 houses a microwave-heated object (such as a conductor) on the central axis of the cavity resonator 1 .
  • the excitation loop 3 is installed inside and on the side wall of the cavity resonator 1, and excites higher-order modes (TM11 mode, etc.) of the cavity resonator 1.
  • the parasitic loop 4 is installed inside and on the side wall of the cavity resonator 1, and is not supplied with power.
  • the excitation loop 3 has an inclination angle ⁇ e (the loop surface is If it is perpendicular/parallel to the magnetic field direction, the inclination angle ⁇ e is set to 0 degrees/90 degrees.
  • the parasitic loop 4 is arranged so that the resonant frequency of the microwave heating device M maintains a desired resonant frequency regardless of the inclination angle ⁇ e of the excitation loop 3 with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator 1.
  • An inclination angle ⁇ p with respect to the magnetic field direction of 1 (if the loop surface is perpendicular/parallel to the magnetic field direction, the inclination angle ⁇ p is 0 degrees/ ⁇ 90 degrees) is set.
  • the excitation loop 3 and the parasitic loop 4 face each other via the central axis of the cavity resonator 1, have the same loop shape and loop area, and have inclination angles ⁇ e and ⁇ with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator 1. p are driven independently, and the parasitic loop 4 is insulated so that it is not supplied with power.
  • FIG. 4 shows the resonance frequency of the microwave heating device of the first embodiment.
  • the excitation loop 3 is inclined with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator 1 so that the input impedance of the microwave heating device M matches the output impedance of the microwave generator regardless of the heating state of the microwave heating target.
  • the angle ⁇ e is variably adjusted with an initial value of 45 degrees between 0 degrees and 90 degrees.
  • the resonant frequency of the microwave heating device M maintains the desired resonant frequency regardless of the heating state of the microwave-heated object and also regardless of the inclination angle ⁇ e of the excitation loop 3 with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator 1.
  • the inclination angle ⁇ p of the parasitic loop 4 with respect to the direction of the magnetic field of the cavity resonator 1 is variably adjusted with an initial value of ⁇ 45 degrees between 0 degrees and ⁇ 90 degrees.
  • the inclination angle ⁇ p of the parasitic loop 4 with respect to the direction of the magnetic field of the cavity resonator 1 is fixed at ⁇ 45 degrees, and the inclination angle ⁇ e of the excitation loop 3 with respect to the direction of the magnetic field of the cavity resonator 1 becomes 0 degrees/90 degrees.
  • the resonant frequency of the microwave heating device M becomes lower/higher than the desired resonant frequency (2.45 GHz in FIG. 4).
  • the inclination angle ⁇ e of the excitation loop 3 with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator 1 is fixed at 45 degrees, and the inclination angle ⁇ p of the parasitic loop 4 with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator 1 is 0 degrees/-
  • the resonant frequency of the microwave heating device M becomes lower/higher than the desired resonant frequency (2.45 GHz in FIG. 4).
  • the inclination angle ⁇ p of the parasitic loop 4 with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator 1 approaches 0 degrees/-90 degrees, the coupling between the parasitic loop 4 and the magnetic field becomes larger/smaller.
  • the effective volume of 1 becomes larger/smaller.
  • the resonant frequency of the microwave heating device M changes depending on the inclination angle ⁇ e of the excitation loop 3 with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator 1.
  • the resonant frequency of the microwave heating device M is reversely changed.
  • the inclination angle ⁇ e of the excitation loop 3 with respect to the direction of the magnetic field of the cavity resonator 1 approaches 0 degrees/90 degrees
  • the inclination angle ⁇ p of the parasitic loop 4 with respect to the direction of the magnetic field of the cavity resonator 1 approaches -90 degrees. degree/0 degree
  • the resonant frequency of the microwave heating device M maintains the desired resonant frequency (2.45 GHz in FIG. 4).
  • the resonant frequency of the microwave heating device M does not deviate from the desired resonant frequency, and the input impedance of the microwave heating device M matches the output impedance of the microwave generator. Furthermore, irrespective of the inclination angle ⁇ p of the parasitic loop 4 with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator 1, matching between the input impedance of the microwave heating device M and the output impedance of the microwave generator is maintained. The power supply loop 4 is prevented from being supplied with power.
  • the resonance frequency of the microwave heating device of the first embodiment is also shown in FIG.
  • one of the inclination angle ⁇ e of the excitation loop 3 with respect to the direction of the magnetic field of the cavity resonator 1 and the inclination angle ⁇ p of the parasitic loop 4 with respect to the direction of the magnetic field of the cavity resonator 1 is fixed, and the other is fixed.
  • both of the inclination angle ⁇ e of the excitation loop 3 with respect to the direction of the magnetic field of the cavity resonator 1 and the inclination angle ⁇ p of the parasitic loop 4 with respect to the direction of the magnetic field of the cavity resonator 1 are driven independently. Ru.
  • the inclination angle ⁇ e of the excitation loop 3 with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator 1 is 40 degrees, 45 degrees, 50 degrees, 55 degrees, and 60 degrees, and the parasitic loop with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator 1.
  • the resonance frequency of the microwave heating device M is calculated by linear interpolation in the upper part of FIG.
  • the microwave The resonant frequency of the heating device M can be maintained. Then, while maintaining the resonant frequency of the microwave heating device M, it is possible to reliably maintain matching between the input impedance of the microwave heating device M and the output impedance of the microwave generator.
  • the excitation loop 3 and the parasitic loop 4 are arranged to face each other (opposing each other across the central axis of the cavity resonator 1) and insulating them, current is not induced in the parasitic loop 4 by the excitation loop 3.
  • microwaves can be generated according to the inclination angles ⁇ e and ⁇ p of the excitation loop 3 and the parasitic loop 4 with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator 1. Changes in the resonant frequency of the heating device M are reliably canceled out.
  • the microwave heating device M when the cavity resonator 1 concentrates the microwave magnetic field on the central axis, the microwave heating device M This shows that the resonant frequency is maintained.
  • the resonance frequency of the microwave heating device M when the cavity resonator 1 concentrates the microwave electric field on the central axis, the resonance frequency of the microwave heating device M is independent of the inclination angle ⁇ e of the excitation loop 3 with respect to the direction of the magnetic field of the cavity resonator 1. It is conceivable that this will be maintained.
  • FIG. 6 shows the configuration of a microwave heating device according to the second embodiment.
  • the microwave heating device M includes a cavity resonator 1, a container 2, and an integral loop 5 (an excitation loop 3 and a parasitic loop 4).
  • the cavity resonator 1 concentrates the microwave magnetic field on the central axis using a higher-order mode (TM11 mode, etc.).
  • the housing container 2 houses a microwave-heated object (such as a conductor) on the central axis of the cavity resonator 1 .
  • the excitation loop 3 is installed inside and on the side wall of the cavity resonator 1, and excites higher-order modes (TM11 mode, etc.) of the cavity resonator 1.
  • the parasitic loop 4 is installed inside and on the side wall of the cavity resonator 1, and is not supplied with power.
  • the excitation loop 3 and the parasitic loop 4 have loop planes that are orthogonal to each other, have the same loop shape and loop area, and have integral inclination angles ⁇ e and ⁇ p with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator 1.
  • the parasitic loop 4 is insulated so that it is not supplied with power.
  • the excitation loop 3 and the parasitic loop 4 have the same loop shape but have loop centers shifted from each other.
  • the excitation loop 3 and the parasitic loop 4 have the same loop center, but have a shape in which one side avoids the other.
  • FIG. 7 shows the magnetic field coupling of the microwave heating device of the second embodiment.
  • (Inclination angle ⁇ e of excitation loop 3 with respect to the magnetic field direction of cavity resonator 1, inclination angle ⁇ p of parasitic loop 4 with respect to the magnetic field direction of cavity resonator 1) (0 degrees, 90 degrees), (30 degrees, 120 degree), (45 degrees, 135 degrees), the coupling between the excitation loop 3 and the magnetic field becomes smaller, the coupling between the parasitic loop 4 and the magnetic field increases, and the coupling between the integrated loop 5 and the magnetic field becomes constant.
  • the effective volume of the cavity resonator 1 becomes constant, and the resonant frequency of the microwave heating device M maintains the desired resonant frequency.
  • FIG. 8 shows the resonance frequency of the microwave heating device of the second embodiment.
  • the inclination angle of the integral loop 5 with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator 1 is driven, the inclination angle ⁇ e of the excitation loop 3 with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator 1 and the inclination angle ⁇ e with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator 1 are changed.
  • the inclination angles ⁇ p of the parasitic loop 4 both are driven integrally while maintaining orthogonality.
  • the inclination angle ⁇ e of the excitation loop 3 with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator 1 is independent of the heating state of the microwave heating target, and the input impedance of the microwave heating device M is determined by the output impedance of the microwave generator (e.g. , 50 ⁇ ).
  • the inclination angle ⁇ p of the parasitic loop 4 with respect to the direction of the magnetic field of the cavity resonator 1 is independent of the heating state of the microwave-heated object, and the inclination angle ⁇ e of the excitation loop 3 with respect to the direction of the magnetic field of the cavity resonator 1 is independent of the heating state of the microwave-heated object .
  • the resonant frequency of the microwave heating device M is variably adjusted so as to maintain the desired resonant frequency (2.45 GHz in FIG. 8) (2.45 GHz ⁇ 0.2 MHz in FIG. 8).
  • the excitation loop 3 and the parasitic loop 4 are integrally driven by the integrated loop 5).
  • FIG. 9 shows the configuration of a microwave heating device according to the third embodiment.
  • the microwave heating device M includes a cavity resonator 1, a container 2, and a plurality of integral loops 5 (three integral loops 5-1, 5-2, and 5-3 in FIG. 9).
  • the cavity resonator 1 concentrates the microwave magnetic field on the central axis using a higher-order mode (TM11 mode, etc.).
  • the housing container 2 houses a microwave-heated object (such as a conductor) on the central axis of the cavity resonator 1 .
  • a plurality of integrated loops 5 (excitation loop 3 and parasitic loop 4) are installed at predetermined intervals inside and on the side wall of the cavity resonator 1, unlike the first and second embodiments.
  • a plurality of integral loops 5 are installed inside the cavity resonator 1 and on the side walls. Then, by applying the principle of a circularly polarized antenna to the microwave heating device M, the plurality of excitation loops 3 are not excited with the same phase but with a predetermined phase difference.
  • the microwave magnetic field distribution of one excitation loop 3 is superimposed by the amount of the plurality of excitation loops 3, and the microwave magnetic field distribution near the central axis of the cavity resonator 1 is superimposed.
  • the microwave magnetic field distribution is broken.
  • the plurality of excitation loops 3 are excited with a predetermined phase difference, a microwave magnetic field distribution with circular polarization is realized using the principle of a circularly polarized antenna, and The microwave magnetic field distribution becomes almost uniform.
  • the two integral loops 5-1 and 5-2 are installed inside the cavity resonator 1 and on the side wall at 90 degree intervals, and adjacent loops are excited with a phase difference of 90 degrees.
  • the n integrated loops 5-1, ..., 5-n (n ⁇ 3) are installed inside the cavity resonator 1 and on the side walls at intervals of 360/n degrees, and adjacent ones have a phase difference. It is excited at 360/n degrees.
  • the microwave magnetic field near the central axis of the cavity resonator 1 is almost smaller than when one integral loop 5 is installed. Evenly distributed.
  • n integrated loops 5-1, ..., 5-n (n ⁇ 3) are installed, compared to the case where two integrated loops 5-1 and 5-2 are installed, , the microwave magnetic field is distributed more uniformly near the central axis of the cavity resonator 1 (the magnetic field distribution is almost the same regardless of n).
  • the microwave magnetic field distribution rotates around the central axis of the cavity resonator 1 as time changes. That is, the direction in which the microwave magnetic field is strong (the microwave magnetic field distribution at each time includes some non-uniformity) rotates around the central axis of the cavity resonator 1 as time changes.
  • the microwave magnetic field can be distributed almost uniformly near the central axis of the cavity resonator 1 at each time. If time averaging is taken, the microwave magnetic field can be distributed more uniformly near the central axis of the cavity resonator 1. Therefore, the microwave heating target can be heated uniformly.
  • the microwave magnetic field when the cavity resonator 1 concentrates the microwave magnetic field on the central axis, the microwave magnetic field is uniformly distributed.
  • the microwave electric field can be uniformly distributed.
  • FIG. 10 shows the resonance frequency of the microwave heating device of the third embodiment.
  • no parasitic loop only three excitation loops 3 are installed.
  • three integral loops 5 excitation loop 3 and parasitic loop 4) are installed.
  • the resonant frequency of the microwave heating device M maintains the desired resonant frequency (approximately 2.45 GHz in FIG. 10).
  • the magnetic field direction of the cavity resonator 1 is Regardless of the inclination angle ⁇ e of the excitation loop 3 with respect to the inclination angle ⁇ e, the resonant frequency of the microwave heating device M can be maintained and the impedance matching of the microwave heating device M can be reliably maintained.
  • the microwave heating device of the present disclosure uses microwaves to heat a catalyst or the like in order to generate hydrogen or the like, regardless of the inclination angle of the excitation loop with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator. Resonant frequency can be maintained along with impedance matching.
  • Microwave heating device 1 Cavity resonator 2: Container container 3: Excitation loop 4: Parasitic loop 5, 5-1, 5-2, 5-3: Integral loop

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)

Abstract

本開示は、マイクロ波を用いて加熱対象を加熱するにあたり、空洞共振器の磁界方向に対する励振ループの傾斜角度によらず、マイクロ波加熱装置の共振周波数を維持するとともに、マイクロ波加熱装置の入力インピーダンスとマイクロ波発生器の出力インピーダンスとの整合を確実に維持することを目的とする。　本開示は、空洞共振器１の内部及び側壁に設置され、空洞共振器１を励振するとともに、自装置Ｍの入力インピーダンスがマイクロ波発生器の出力インピーダンスと整合するように、空洞共振器１の磁界方向に対する傾斜角度を設定される励振ループ３と、空洞共振器１の内部及び側壁に設置され、給電されることなく、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度によらず、自装置Ｍの共振周波数が所望共振周波数を維持するように、空洞共振器１の磁界方向に対する傾斜角度を設定される無給電ループ４と、を備える。

Description

マイクロ波加熱装置
　本開示は、マイクロ波を用いて加熱対象を加熱する技術に関する。
　マイクロ波を用いて加熱対象を加熱する技術が、特許文献１等に開示されている。例えば、水素を発生させるために、マイクロ波を用いて触媒を加熱している。特許文献１では、空洞共振器の基本モード（ＴＭ０１モード等）を用いて、マイクロ波電界を空洞共振器の中心軸上に集中させ、マイクロ波加熱対象（誘電体等）を中心軸上の収容容器に収容している。その一方で、空洞共振器の高次モード（ＴＭ１１モード等）を用いて、マイクロ波磁界を空洞共振器の中心軸上に集中させ、マイクロ波加熱対象（導電体等）を中心軸上の収容容器に収容してもよい。
特開２０２１－０７２２２１号公報
　従来技術のマイクロ波加熱装置の構成を図１に示す。マイクロ波加熱装置Ｍは、空洞共振器１、収容容器２及び励振ループ３を備える。空洞共振器１は、高次モード（ＴＭ１１モード等）を用いてマイクロ波磁界を中心軸上に集中する。収容容器２は、マイクロ波加熱対象（導電体等）を空洞共振器１の中心軸上に収容する。励振ループ３は、空洞共振器１の内部及び側壁に設置され、空洞共振器１の高次モード（ＴＭ１１モード等）を励振するループ配線である。
　そして、励振ループ３は、マイクロ波加熱装置Ｍの入力インピーダンスがマイクロ波発生器（不図示）の出力インピーダンスと整合するように、空洞共振器１の磁界方向に対する傾斜角度θｅ（ループ面が磁界方向と垂直／平行であれば、傾斜角度θｅは０度／９０度である。）を設定される。つまり、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅ（不図示のサーボモータで駆動され可変である。）及び励振ループ３のループ直径（固定である。）が、適切に設定されることにより、励振ループ３での空間インピーダンス（＝励振ループ３での電界強度／励振ループ３での磁界強度）は、マイクロ波発生器の出力インピーダンスと実効的に等しくなる。よって、マイクロ波発生器とマイクロ波加熱装置Ｍとの間に、インピーダンス整合器を不要としたうえで、マイクロ波加熱装置Ｍの電力効率を高くするとともに、マイクロ波加熱装置Ｍの装置寸法を小さくする。
　従来技術のマイクロ波加熱装置の共振周波数を図２に示す。図２では、マイクロ波加熱対象の加熱状態によらず、マイクロ波加熱装置Ｍの入力インピーダンスがマイクロ波発生器の出力インピーダンスと整合するように、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅは、０度と９０度との間の４５度を初期値として可変に調整される。
　すると、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅが、０度／９０度へ近づくほど、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数が、所望共振周波数（図２では、２．４５ＧＨｚ）と比べて低く／高くなる。つまり、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅが、０度／９０度へ近づくほど、励振ループ３と磁界との結合が、大きく／小さくなり、空洞共振器１の実効体積が、大きく／小さくなる。そして、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数が、所望共振周波数と比べてずれると、マイクロ波加熱装置Ｍの入力インピーダンスが、マイクロ波発生器の出力インピーダンスと整合しない。
　図１、２では、空洞共振器１がマイクロ波磁界を中心軸上に集中するときに、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅに応じて、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数が変化することを示している。その一方で、空洞共振器１がマイクロ波電界を中心軸上に集中するときに、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅに応じて、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数が変化することが考えられる。
　そこで、前記課題を解決するために、本開示は、マイクロ波を用いて加熱対象を加熱するにあたり、空洞共振器の磁界方向に対する励振ループの傾斜角度によらず、マイクロ波加熱装置の共振周波数を維持するとともに、マイクロ波加熱装置の入力インピーダンスとマイクロ波発生器の出力インピーダンスとの整合を確実に維持することを目的とする。
　前記課題を解決するために、空洞共振器の磁界方向に対する励振ループの傾斜角度に応じて、マイクロ波加熱装置の共振周波数が変化するが、それを打ち消すように、空洞共振器の磁界方向に対する別のループの傾斜角度に応じて、マイクロ波加熱装置の共振周波数を逆変化させる。そして、空洞共振器の磁界方向に対する別のループの傾斜角度によらず、マイクロ波加熱装置の入力インピーダンスとマイクロ波発生器の出力インピーダンスとの整合が維持されるように、別のループを励振ループではなく無給電ループとする。
　具体的には、本開示は、マイクロ波磁界又はマイクロ波電界を中心軸上に集中する空洞共振器と、マイクロ波加熱対象を前記空洞共振器の前記中心軸上に収容する収容容器と、前記空洞共振器の内部及び側壁に設置され、前記空洞共振器を励振するとともに、自装置の入力インピーダンスがマイクロ波発生器の出力インピーダンスと整合するように、前記空洞共振器の磁界方向に対する傾斜角度を設定される励振ループと、前記空洞共振器の内部及び側壁に設置され、給電されることなく、前記空洞共振器の磁界方向に対する前記励振ループの傾斜角度によらず、自装置の共振周波数が所望共振周波数を維持するように、前記空洞共振器の磁界方向に対する傾斜角度を設定される無給電ループと、を備えることを特徴とするマイクロ波加熱装置である。
　この構成によれば、空洞共振器の磁界方向に対する励振ループの傾斜角度によらず、マイクロ波加熱装置の共振周波数を維持することができる。そして、マイクロ波加熱装置の共振周波数を維持したうえで、マイクロ波加熱装置の入力インピーダンスとマイクロ波発生器の出力インピーダンスとの整合を確実に維持することができる。
　また、本開示は、前記励振ループは、前記マイクロ波加熱対象の加熱状態によらず、自装置の入力インピーダンスが前記マイクロ波発生器の出力インピーダンスと整合するように、前記空洞共振器の磁界方向に対する傾斜角度を可変に調整され、前記無給電ループは、前記マイクロ波加熱対象の加熱状態及び前記空洞共振器の磁界方向に対する前記励振ループの傾斜角度によらず、自装置の共振周波数が前記所望共振周波数を維持するように、前記空洞共振器の磁界方向に対する傾斜角度を可変に調整されることを特徴とするマイクロ波加熱装置である。
　この構成によれば、マイクロ波加熱対象の加熱状態（加熱対象の物理量及び加熱温度・時間）によらず、マイクロ波加熱装置の共振周波数を維持することができる。そして、マイクロ波加熱装置の共振周波数を維持したうえで、マイクロ波加熱装置の入力インピーダンスとマイクロ波発生器の出力インピーダンスとの整合を確実に維持することができる。
　また、本開示は、前記励振ループ及び前記無給電ループは、互いに直交するループ面を有し、同一のループ形状及びループ面積を有し、前記空洞共振器の磁界方向に対する傾斜角度を一体で駆動され、前記無給電ループが給電されないように両者のループを絶縁されていることを特徴とするマイクロ波加熱装置である。
　この構成によれば、励振ループ及び無給電ループを互いに直交・絶縁させることにより、無給電ループが励振ループにより電流誘起されない。そして、励振ループ及び無給電ループを同一形状・面積とすることにより、空洞共振器の磁界方向に対する励振・無給電ループの傾斜角度に応じた、マイクロ波加熱装置の共振周波数の変化が確実に打ち消し合う。さらに、励振ループ及び無給電ループを１個のサーボモータ等により一体駆動できる。
　前記課題と別の課題を解決するために、マイクロ波加熱対象を均一に加熱するために、複数の一体ループ（励振ループ及び無給電ループ）を空洞共振器の内部及び側壁に設置する。そして、円偏波アンテナの原理をマイクロ波加熱装置に適用したうえで、複数の一体ループ（一体ループのうちの励振ループ）を同位相で励振せず所定の位相差で励振する。
　また、本開示は、２組の前記励振ループ及び前記無給電ループは、前記空洞共振器の内部及び側壁に９０度間隔で設置され、隣接する前記励振ループ同士が位相差９０度で励振され、又は、ｎ組の前記励振ループ及び前記無給電ループ（ｎは３以上）は、前記空洞共振器の内部及び側壁に３６０／ｎ度間隔で設置され、隣接する前記励振ループ同士が位相差３６０／ｎ度で励振され、マイクロ波磁界分布又はマイクロ波電界分布は、時間変化につれて前記空洞共振器の前記中心軸まわりに回転することを特徴とするマイクロ波加熱装置である。
　この構成によれば、各時刻において、空洞共振器の中心軸近傍でマイクロ波磁界又はマイクロ波電界をほぼ均一に分布させることができる。そして、時間平均をとれば、空洞共振器の中心軸近傍でマイクロ波磁界又はマイクロ波電界をさらに均一に分布させることができる。よって、マイクロ波加熱対象を均一に加熱することができる。
　このように、本開示は、マイクロ波を用いて加熱対象を加熱するにあたり、空洞共振器の磁界方向に対する励振ループの傾斜角度によらず、マイクロ波加熱装置の共振周波数を維持するとともに、マイクロ波加熱装置の入力インピーダンスとマイクロ波発生器の出力インピーダンスとの整合を確実に維持することができる。
従来技術のマイクロ波加熱装置の構成を示す図である。 従来技術のマイクロ波加熱装置の共振周波数を示す図である。 第１実施形態のマイクロ波加熱装置の構成を示す図である。 第１実施形態のマイクロ波加熱装置の共振周波数を示す図である。 第１実施形態のマイクロ波加熱装置の共振周波数を示す図である。 第２実施形態のマイクロ波加熱装置の構成を示す図である。 第２実施形態のマイクロ波加熱装置の磁界結合を示す図である。 第２実施形態のマイクロ波加熱装置の共振周波数を示す図である。 第３実施形態のマイクロ波加熱装置の構成を示す図である。 第３実施形態のマイクロ波加熱装置の共振周波数を示す図である。
　添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。
（第１実施形態のマイクロ波加熱装置）
　第１実施形態のマイクロ波加熱装置の構成を図３に示す。マイクロ波加熱装置Ｍは、空洞共振器１、収容容器２、励振ループ３及び無給電ループ４を備える。空洞共振器１は、高次モード（ＴＭ１１モード等）を用いてマイクロ波磁界を中心軸上に集中する。収容容器２は、マイクロ波加熱対象（導電体等）を空洞共振器１の中心軸上に収容する。励振ループ３は、空洞共振器１の内部及び側壁に設置され、空洞共振器１の高次モード（ＴＭ１１モード等）を励振する。無給電ループ４は、空洞共振器１の内部及び側壁に設置され、給電されることがない。
　ここで、励振ループ３は、マイクロ波加熱装置Ｍの入力インピーダンスがマイクロ波発生器（不図示）の出力インピーダンスと整合するように、空洞共振器１の磁界方向に対する傾斜角度θｅ（ループ面が磁界方向と垂直／平行であれば、傾斜角度θｅは０度／９０度である。）を設定される。一方で、無給電ループ４は、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅによらず、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数が所望共振周波数を維持するように、空洞共振器１の磁界方向に対する傾斜角度θｐ（ループ面が磁界方向と垂直／平行であれば、傾斜角度θｐは０度／－９０度である。）を設定される。
　そして、励振ループ３及び無給電ループ４は、空洞共振器１の中心軸を介して対向し、同一のループ形状及びループ面積を有し、空洞共振器１の磁界方向に対する傾斜角度θｅ、θｐを独立に駆動され、無給電ループ４が給電されないように絶縁されている。
　第１実施形態のマイクロ波加熱装置の共振周波数を図４に示す。図４では、マイクロ波加熱対象の加熱状態によらず、マイクロ波加熱装置Ｍの入力インピーダンスがマイクロ波発生器の出力インピーダンスと整合するように、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅは、０度と９０度との間の４５度を初期値として可変に調整される。そして、マイクロ波加熱対象の加熱状態によらず、さらに、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅによらず、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数が所望共振周波数を維持するように、空洞共振器１の磁界方向に対する無給電ループ４の傾斜角度θｐは、０度と－９０度との間の－４５度を初期値として可変に調整される。
　すると、空洞共振器１の磁界方向に対する無給電ループ４の傾斜角度θｐが、－４５度に固定され、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅが、０度／９０度へ近づくほど、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数が、所望共振周波数（図４では、２．４５ＧＨｚ）と比べて低く／高くなる。つまり、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅが、０度／９０度へ近づくほど、励振ループ３と磁界との結合が、大きく／小さくなり、空洞共振器１の実効体積が、大きく／小さくなる。
　一方で、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅが、４５度に固定され、空洞共振器１の磁界方向に対する無給電ループ４の傾斜角度θｐが、０度／－９０度へ近づくほど、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数が、所望共振周波数（図４では、２．４５ＧＨｚ）と比べて低く／高くなる。つまり、空洞共振器１の磁界方向に対する無給電ループ４の傾斜角度θｐが、０度／－９０度へ近づくほど、無給電ループ４と磁界との結合が、大きく／小さくなり、空洞共振器１の実効体積が、大きく／小さくなる。
　そこで、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅに応じて、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数が変化するが、それを打ち消すように、空洞共振器１の磁界方向に対する無給電ループ４の傾斜角度θｐに応じて、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数を逆変化させる。つまり、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅが、０度／９０度へ近づくとともに、空洞共振器１の磁界方向に対する無給電ループ４の傾斜角度θｐが、－９０度／０度へ近づくときには、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数が、所望共振周波数（図４では、２．４５ＧＨｚ）を維持する。
　そして、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数が、所望共振周波数と比べてずれず、マイクロ波加熱装置Ｍの入力インピーダンスが、マイクロ波発生器の出力インピーダンスと整合する。さらに、空洞共振器１の磁界方向に対する無給電ループ４の傾斜角度θｐによらず、マイクロ波加熱装置Ｍの入力インピーダンスとマイクロ波発生器の出力インピーダンスとの整合が維持されるように、無給電ループ４を給電されないようにする。
　第１実施形態のマイクロ波加熱装置の共振周波数を図５にも示す。図４では、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅと、空洞共振器１の磁界方向に対する無給電ループ４の傾斜角度θｐと、のうち、一方が固定され他方が駆動される。図５では、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅと、空洞共振器１の磁界方向に対する無給電ループ４の傾斜角度θｐと、のうち、両方が独立に駆動される。
　図５の上段では、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅ＝４０度、４５度、５０度、５５度、６０度と、空洞共振器１の磁界方向に対する無給電ループ４の傾斜角度θｐ＝７０度、７５度、８０度、８５度と、の組み合わせにおいて、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数をシミュレーションにより算出している。図５の下段では、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の他の傾斜角度θｅと、空洞共振器１の磁界方向に対する無給電ループ４の他の傾斜角度θｐと、の組み合わせにおいて、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数を図５の上段の直線補間により算出している。
　すると、（空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅ、空洞共振器１の磁界方向に対する無給電ループ４の傾斜角度θｐ）＝（５６度、７０度）、（５０度、８５度）を結ぶ、傾斜角度の２次元空間内の直線上において、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数が、所望共振周波数（図５では、２．４５ＧＨｚ）を維持している。
　このように、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅによらず、そして、マイクロ波加熱対象の加熱状態（加熱対象の物理量及び加熱温度・時間）によらず、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数を維持することができる。そして、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数を維持したうえで、マイクロ波加熱装置Ｍの入力インピーダンスとマイクロ波発生器の出力インピーダンスとの整合を確実に維持することができる。
　ここで、励振ループ３及び無給電ループ４を互いに対向（空洞共振器１の中心軸を介して対向）・絶縁させることにより、無給電ループ４が励振ループ３により電流誘起されない。そして、励振ループ３及び無給電ループ４を同一形状・面積とすることにより、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３及び無給電ループ４の傾斜角度θｅ、θｐに応じた、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数の変化が確実に打ち消し合う。
　図３～５では、空洞共振器１がマイクロ波磁界を中心軸上に集中するときに、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅによらず、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数が維持されることを示している。その一方で、空洞共振器１がマイクロ波電界を中心軸上に集中するときに、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅによらず、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数が維持されることが考えられる。
（第２実施形態のマイクロ波加熱装置）
　第２実施形態のマイクロ波加熱装置の構成を図６に示す。マイクロ波加熱装置Ｍは、空洞共振器１、収容容器２及び一体ループ５（励振ループ３及び無給電ループ４）を備える。空洞共振器１は、高次モード（ＴＭ１１モード等）を用いてマイクロ波磁界を中心軸上に集中する。収容容器２は、マイクロ波加熱対象（導電体等）を空洞共振器１の中心軸上に収容する。励振ループ３は、空洞共振器１の内部及び側壁に設置され、空洞共振器１の高次モード（ＴＭ１１モード等）を励振する。無給電ループ４は、空洞共振器１の内部及び側壁に設置され、給電されることがない。
　ここで、励振ループ３及び無給電ループ４は、互いに直交するループ面を有し、同一のループ形状及びループ面積を有し、空洞共振器１の磁界方向に対する傾斜角度θｅ、θｐを一体で駆動され、無給電ループ４が給電されないように絶縁されている。第１の絶縁方法として、励振ループ３及び無給電ループ４は、同一のループ形状を有しながら、互いにずれたループ中心を有する。第２の絶縁方法として、励振ループ３及び無給電ループ４は、同一のループ中心を有しながら、一方が他方を回避する形状を有している。
　第２実施形態のマイクロ波加熱装置の磁界結合を図７に示す。（空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅ、空洞共振器１の磁界方向に対する無給電ループ４の傾斜角度θｐ）＝（０度、９０度）、（３０度、１２０度）、（４５度、１３５度）と移るにつれて、励振ループ３と磁界との結合が小さくなり、無給電ループ４と磁界との結合が大きくなり、一体ループ５と磁界との結合が一定となり、空洞共振器１の実効体積が一定となり、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数が、所望共振周波数を維持する。
　第２実施形態のマイクロ波加熱装置の共振周波数を図８に示す。図８では、空洞共振器１の磁界方向に対する一体ループ５の傾斜角度が駆動されるため、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅと、空洞共振器１の磁界方向に対する無給電ループ４の傾斜角度θｐと、のうち、両方が直交を保持しながら一体で駆動される。
　ここで、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅは、マイクロ波加熱対象の加熱状態によらず、マイクロ波加熱装置Ｍの入力インピーダンスがマイクロ波発生器の出力インピーダンス（例えば、５０Ω）と整合するように、可変に調整される。そして、空洞共振器１の磁界方向に対する無給電ループ４の傾斜角度θｐは、マイクロ波加熱対象の加熱状態によらず、そして、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅによらず、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数が所望共振周波数（図８では、２．４５ＧＨｚ）を維持する（図８では、２．４５ＧＨｚ±０．２ＭＨｚ）ように、可変に調整される（励振ループ３と無給電ループ４とは、一体ループ５により一体駆動）。
　このように、励振ループ３及び無給電ループ４を互いに直交・絶縁（図６の右欄に示した方法により両立）させることにより、無給電ループ４が励振ループ３により電流誘起されない。そして、励振ループ３及び無給電ループ４を同一形状・面積とすることにより、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３及び無給電ループ４の傾斜角度θｅ、θｐに応じた、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数の変化が確実に打ち消し合う。さらに、励振ループ３及び無給電ループ４を１個のサーボモータ等により一体駆動できる。
（第３実施形態のマイクロ波加熱装置）
　第３実施形態のマイクロ波加熱装置の構成を図９に示す。マイクロ波加熱装置Ｍは、空洞共振器１、収容容器２及び複数の一体ループ５（図９では、３個の一体ループ５－１、５－２、５－３）を備える。空洞共振器１は、高次モード（ＴＭ１１モード等）を用いてマイクロ波磁界を中心軸上に集中する。収容容器２は、マイクロ波加熱対象（導電体等）を空洞共振器１の中心軸上に収容する。複数の一体ループ５（励振ループ３及び無給電ループ４）は、空洞共振器１の内部及び側壁に、第１、２実施形態と異なり、所定の間隔で設置される。
　つまり、マイクロ波加熱対象を均一に加熱するために、複数の一体ループ５を空洞共振器１の内部及び側壁に設置する。そして、円偏波アンテナの原理をマイクロ波加熱装置Ｍに適用したうえで、複数の励振ループ３を同位相で励振せず所定の位相差で励振する。
　ここで、複数の励振ループ３が同位相で励振されるときには、１個の励振ループ３のマイクロ波磁界分布が複数の励振ループ３の分だけ重畳され、空洞共振器１の中心軸近傍でのマイクロ波磁界分布が割れてしまう。一方で、複数の励振ループ３が所定の位相差で励振されるときには、円偏波を有するマイクロ波磁界分布が円偏波アンテナの原理を用いて実現され、空洞共振器１の中心軸近傍でのマイクロ波磁界分布がほぼ均一になる。
　例えば、２個の一体ループ５－１、５－２は、空洞共振器１の内部及び側壁に９０度間隔で設置され、隣接するもの同士が位相差９０度で励振される。或いは、ｎ個の一体ループ５－１、・・・、５－ｎ（ｎ≧３）は、空洞共振器１の内部及び側壁に３６０／ｎ度間隔で設置され、隣接するもの同士が位相差３６０／ｎ度で励振される。
　すると、２個の一体ループ５－１、５－２が設置される場合では、１個の一体ループ５が設置される場合と比べて、空洞共振器１の中心軸近傍でマイクロ波磁界がほぼ均一に分布する。そして、ｎ個の一体ループ５－１、・・・、５－ｎ（ｎ≧３）が設置される場合では、２個の一体ループ５－１、５－２が設置される場合と比べて、空洞共振器１の中心軸近傍でマイクロ波磁界がさらに均一に分布する（ｎによらず、ほぼ同様な磁界分布）。
　さらに、円偏波アンテナの原理が、マイクロ波加熱装置Ｍに適用されている。よって、マイクロ波磁界分布は、時間変化につれて空洞共振器１の中心軸まわりに回転する。つまり、マイクロ波磁界が強い方向（各時刻のマイクロ波磁界分布は、若干の不均一性も含む。）は、時間変化につれて空洞共振器１の中心軸まわりに回転する。
　このように、各時刻において、空洞共振器１の中心軸近傍でマイクロ波磁界をほぼ均一に分布させることができる。そして、時間平均をとれば、空洞共振器１の中心軸近傍でマイクロ波磁界をさらに均一に分布させることができる。よって、マイクロ波加熱対象を均一に加熱することができる。第３実施形態では、空洞共振器１がマイクロ波磁界を中心軸上に集中するときに、マイクロ波磁界を均一に分布させる。その一方で、空洞共振器１がマイクロ波電界を中心軸上に集中するときに、マイクロ波電界を均一に分布できる。
　第３実施形態のマイクロ波加熱装置の共振周波数を図１０に示す。「無給電ループなし」の場合は、３個の励振ループ３のみが設置される場合である。「無給電ループあり」の場合は、３個の一体ループ５（励振ループ３及び無給電ループ４）が設置される場合である。
　すると、「無給電ループなし」の場合では、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅが、０度／９０度へ近づくほど、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数が、所望共振周波数（図１０では、２．４５ＧＨｚ）と比べて低く／高くなる。
　一方で、「無給電ループあり」の場合では、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅが、０度～９０度で変化しても、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数が、所望共振周波数（図１０では、ほぼ２．４５ＧＨｚ）を維持する。
　このように、複数の一体ループ５が設置される場合（図９を参照）において、１個の一体ループ５が設置される場合（図６を参照）と同様に、空洞共振器１の磁界方向に対する励振ループ３の傾斜角度θｅによらず、マイクロ波加熱装置Ｍの共振周波数を維持するとともに、マイクロ波加熱装置Ｍのインピーダンス整合を確実に維持することができる。
　本開示のマイクロ波加熱装置は、水素等を発生させるために、マイクロ波を用いて触媒等を加熱するにあたり、空洞共振器の磁界方向に対する励振ループの傾斜角度によらず、マイクロ波加熱装置の共振周波数をインピーダンス整合とともに維持することができる。
Ｍ：マイクロ波加熱装置
１：空洞共振器
２：収容容器
３：励振ループ
４：無給電ループ
５、５－１、５－２、５－３：一体ループ

Claims (4)

  1. 　マイクロ波磁界又はマイクロ波電界を中心軸上に集中する空洞共振器と、
    　マイクロ波加熱対象を前記空洞共振器の前記中心軸上に収容する収容容器と、
    　前記空洞共振器の内部及び側壁に設置され、前記空洞共振器を励振するとともに、自装置の入力インピーダンスがマイクロ波発生器の出力インピーダンスと整合するように、前記空洞共振器の磁界方向に対する傾斜角度を設定される励振ループと、
    　前記空洞共振器の内部及び側壁に設置され、給電されることなく、前記空洞共振器の磁界方向に対する前記励振ループの傾斜角度によらず、自装置の共振周波数が所望共振周波数を維持するように、前記空洞共振器の磁界方向に対する傾斜角度を設定される無給電ループと、
    　を備えることを特徴とするマイクロ波加熱装置。
  2. 　前記励振ループは、前記マイクロ波加熱対象の加熱状態によらず、自装置の入力インピーダンスが前記マイクロ波発生器の出力インピーダンスと整合するように、前記空洞共振器の磁界方向に対する傾斜角度を可変に調整され、
    　前記無給電ループは、前記マイクロ波加熱対象の加熱状態及び前記空洞共振器の磁界方向に対する前記励振ループの傾斜角度によらず、自装置の共振周波数が前記所望共振周波数を維持するように、前記空洞共振器の磁界方向に対する傾斜角度を可変に調整される
    　ことを特徴とする、請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
  3. 　前記励振ループ及び前記無給電ループは、互いに直交するループ面を有し、同一のループ形状及びループ面積を有し、前記空洞共振器の磁界方向に対する傾斜角度を一体で駆動され、前記無給電ループが給電されないように両者のループを絶縁されている
    　ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のマイクロ波加熱装置。
  4. 　２組の前記励振ループ及び前記無給電ループは、前記空洞共振器の内部及び側壁に９０度間隔で設置され、隣接する前記励振ループ同士が位相差９０度で励振され、又は、ｎ組の前記励振ループ及び前記無給電ループ（ｎは３以上）は、前記空洞共振器の内部及び側壁に３６０／ｎ度間隔で設置され、隣接する前記励振ループ同士が位相差３６０／ｎ度で励振され、
    　マイクロ波磁界分布又はマイクロ波電界分布は、時間変化につれて前記空洞共振器の前記中心軸まわりに回転することを特徴とする、請求項３に記載のマイクロ波加熱装置。
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