專利名稱：微波裝置及其流通管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
以下公開一種照射微波而用于對物質(zhì)實施加熱、促進化學反應等處理的裝置所相關(guān)的技術(shù)。
背景技術(shù)：
近些年，發(fā)現(xiàn)了微波能促進物質(zhì)的化學反應，因而在生物化學等領(lǐng)域中，對利用了微波的化學反應裝置的興趣不斷升高。此種促進化學反應或加熱用的微波裝置中，在試管或燒瓶等中收容被處理液而進行處理的所謂電子爐灶(電子> > ^ )類型的批式裝置當前成為主流。然而，在批式中，處理能力存在界限，因此正在研究形成流通路，一邊使被處理液在該流通路中流動一邊照射微波而進行處理的流動式的裝置(參照專利文獻1)。專禾丨J 文獻 1 (Patent Literature 1) Japanese Laid-open (Kokai)PatentApplication Publication No. 2006-272055(日本已公開專利申請期刊第2006-272055 號)專利文獻1的微波裝置在方形導波管內(nèi)配設(shè)有流通路，使用了空腔諧振器的情況下微波的吸收效率升高，結(jié)果是處理的效率良好。尤其是，若做成在單模的空腔諧振器形成有流通路的裝置，則反應的再現(xiàn)性優(yōu)良，而且，諧振時在空腔諧振器內(nèi)產(chǎn)生的電磁場強，因此能夠縮短處理時間。但是，在使用了空腔諧振器的微波裝置的情況下，取得空腔諧振器與微波的調(diào)諧的結(jié)構(gòu)變得困難。在單模的空腔諧振器中，電磁場強反而會成為災難，被處理液吸收的微波過大會成為難以調(diào)諧的原因。即，相對于蓄積在空腔諧振器中的微波能量，由被處理液吸收的每單位時間的能量過大，這兩個量的比(所述微波能量/所述每單位時間的能量)乘以角頻率而得到的式子定義的諧振的“Q”降低。Q降低時，不僅失去作為諧振器的特長，而且對于為了維持諧振所需的諧振頻率而取得調(diào)諧(同調(diào))這種情況本身也變得困難?，F(xiàn)實情況是，利用如下的應對方法來避免上述情況的發(fā)生，S卩，盡可能地減小流通路的截面積，與空腔容積相比，極力減小空腔諧振器內(nèi)存在的被處理液的容積，減少由被處理液吸收的每單位時間的能量。即，通常的應對方法是極力減小圓筒直管即流通路的直徑，抑制在流通路中流動的被處理液的每段時間的液量，即，抑制在空腔諧振器內(nèi)存在的被處理液的容積。在該應對方法中，為了將Q保持為適當?shù)闹担诋斍巴ǔ５奈⒉ǖ念l率2450MHz下進行動作的空腔諧振器的情況下，流通路不得不將直徑形成為1. Omm以下。這樣的話，難以說是面向?qū)嵱没哂谐浞值奶幚砟芰Α?br>
發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述那樣的背景，本發(fā)明涉及一種使用了單模的空腔諧振器的微波裝置，其目的在于能夠增多被處理液的流量而實現(xiàn)均勻且高效的處理。本發(fā)明的第一方式的微波裝置具備單模的空腔諧振器，其具有形成為四棱柱狀空腔或圓柱狀空腔的照射室；
流通管，其以使軸線沿著所述照射室內(nèi)產(chǎn)生的電場方向的方式設(shè)置于所述照射室；障礙機構(gòu)，其具有與穿過所述流通管而流動的被處理液不同的介電常數(shù)，且收容在所述流通管內(nèi)而擾亂所述被處理液的流動。本發(fā)明的第二方式的微波裝置具備單模的空腔諧振器，其具有形成為四棱柱狀空腔或圓柱狀空腔的照射室；流通管，其形成為以包圍中心軸的方式延伸的螺旋狀而設(shè)置于所述照射室，其中該中心軸將所述照射室底面的中心彼此連結(jié)。本發(fā)明的第三方式的流通管能夠在包含單模的空腔諧振器而構(gòu)成的微波裝置中使用，該單模的空腔諧振器具有形成為四棱柱狀空腔或圓柱狀空腔的照射室，其中，所述流通管收容有障礙機構(gòu)，該障礙機構(gòu)具有與穿過該流通管而流動的被處理液不同的介電常數(shù)，并擾亂所述被處理液的流動，所述流通管以使軸線沿著所述照射室內(nèi)產(chǎn)生的電場方向的方式設(shè)置于所述照射室。本發(fā)明的第四方式的流通管能夠在包含單模的空腔諧振器而構(gòu)成的微波裝置中使用，該單模的空腔諧振器具有形成為四棱柱狀空腔或圓柱狀空腔的照射室，其中，在設(shè)置于所述照射室時，所述流通管形成為以包圍中心軸的方式延伸的螺旋狀，其中該中心軸將所述照射室底面的中心彼此連結(jié)。


圖1是表示微波裝置的整體結(jié)構(gòu)的第一例的框圖。圖2表示空腔諧振器的第一實施方式，圖2A是從與圖1相同的側(cè)面觀察而得到的主視圖，圖邪是左側(cè)視圖，圖2C是俯視圖。圖3表示圖2的空腔諧振器中的流通管配置狀態(tài)，圖3A是取下側(cè)面壁而使照射室內(nèi)可見的主視圖，圖3B是取下上側(cè)的底面壁而使照射室內(nèi)可見的俯視圖，圖3C是取下下側(cè)的底面壁而使照射室內(nèi)可見的仰視圖。圖4是表示流通管的第一實施方式的圖。圖5是表示流通管的第二實施方式的圖。圖6表示流通管及支撐棒的夾具，圖6A是主視圖，圖6B是左側(cè)視圖，圖6C是右側(cè)視圖，圖6D是俯視圖，圖6E是仰視圖。圖7表示空腔諧振器的第二實施方式，圖7A是從與圖1相同的側(cè)面觀察而得到的主視圖，圖7B是左側(cè)視圖，圖7C是俯視圖。圖8是與第一實施方式的空腔諧振器內(nèi)的電場相關(guān)而表示繞中心軸的圓周方向電場變化模擬(* S - > — * 3 > )結(jié)果的圖。圖9是說明被處理液的流動方向與電場的關(guān)系的圖。圖10是與第二實施方式(或第一實施方式)的空腔諧振器內(nèi)的電場相關(guān)而表示中心軸方向的模擬結(jié)果的圖。圖11是表示使被處理液向流通管流動的流動機構(gòu)的第一例的圖。圖12是表示微波裝置的整體結(jié)構(gòu)的第二例的框圖。
圖13表示空腔諧振器的第三實施方式，圖13A是從與圖12相同的側(cè)面觀察而得到的主視圖，圖13B是左側(cè)視圖，圖13C是俯視圖。圖14表示空腔諧振器的第四實施方式，圖14A是從與圖12相同的側(cè)面觀察而得到的主視圖，圖14B是左側(cè)視圖，圖14C是俯視圖。圖15是表示流通管的第三實施方式的圖。圖16是說明第三實施方式的流通管的放大圖。圖17是表示放入了障礙機構(gòu)的流通管中的電場模擬結(jié)果的圖。圖18是表示第一實施方式的流通管的實驗結(jié)果的圖。圖19是表示流通管的第四實施方式的與圖16相當?shù)膱D。圖20是表示流通管的第五實施方式的與圖16相當?shù)膱D。圖21是表示流通管的第六實施方式的圖。圖22是表示流通管的第七實施方式的圖。圖23是表示使被處理液向流通管流動的流動機構(gòu)的第二例的圖。圖中10、10，空腔諧振器lull'光闌(7 4 1J 7 )12、12，照射室20 導波管60流通路61、61，支撐棒C、C，中心軸IlOUlO'空腔諧振器112、112’ 照射室119 圓筒構(gòu)件119a 凸緣160、170、180、190 流通管161 蓋構(gòu)件161a鼓出(膨出)部162位置保持構(gòu)件163、173、181 障礙機構(gòu)164、174、182 過濾體171內(nèi)側(cè)流路172外側(cè)流路Cl 軸線
具體實施例方式本發(fā)明的一方式的流通管具有與被處理液的介電常數(shù)不同的介電常數(shù)，收容有使被處理液的流動紊亂的障礙機構(gòu)。將該流通管設(shè)置于微波裝置的照射室(諧振空腔)時，在被處理液所流動的流通管內(nèi)，電場分布不再一樣，產(chǎn)生減少平均的電場強度的作用，結(jié)果是，抑制被處理液對微波的吸收。其結(jié)果是，即使流通管的直徑比以往變粗，而照射室內(nèi)存在的被處理液的容積增多，也能抑制諧振頻率的減少率，因此容易將對于各種被處理液的諧振頻率收納在規(guī)定的頻帶、例如ISMandustry-Science-Medical)頻帶內(nèi)，進而容易抑制Q的下降而取得調(diào)諧，從而能夠增大照射室內(nèi)存在的被處理液的容積而提高處理效率。另外，本發(fā)明的另一方式的微波裝置在空腔諧振器的照射室(諧振空腔)中產(chǎn)生與中心軸平行的電場。并且，在該照射室內(nèi)，流通管設(shè)置成卷繞在照射室的中心軸上的螺旋狀，因此在該流通管中流動的被處理液沿著橫切電場的方向流動。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，被處理液、即電介質(zhì)的邊界成為橫切電場的方向，因此每單位時間由被處理液吸收的能量減少，能抑制Q的下降。因此，即使使用比以往粗的流通管而增多被處理液的流量，Q的下降也格外平緩而能夠保持為適當值。而且，通過將流通管形成為螺旋狀，與直管式流通管的情況相比，照射室內(nèi)的被處理液流動距離變長，被處理液的接受的微波的強度保持為恒定且能夠獲得照射室內(nèi)滯留時間。以上的結(jié)果是，能夠進行基于單?？涨恢C振器的均勻且高效的處理。以下，參照附圖，說明本發(fā)明的實施方式。首先，圖1表示與微波裝置的整體結(jié)構(gòu)相關(guān)的第一例。圖示的微波裝置是在空腔諧振器10安裝導波管20及微波產(chǎn)生器30，并利用個人計算機等的控制器40進行控制的結(jié)構(gòu)。微波產(chǎn)生器30包括可變頻率振蕩器31及可變放大器32。通過可變頻率振蕩器31輸出頻率可變(例如2. 4GHz 2. 5GHz)的微波，并通過可變放大器32對該微波的功率進行可變放大?？勺冾l率振蕩器31的頻率和可變放大器32的功率由控制器40控制。從微波產(chǎn)生器30輸出的微波經(jīng)由利用同軸電纜連接的隔離器33、方向性耦合器34等而向同軸導波管轉(zhuǎn)換器21輸送。經(jīng)由同軸導波管轉(zhuǎn)換器21被導波管20導波的微波穿過圖2所示的光闌(7 4 U ^ ) 11，向在空腔諧振器10內(nèi)形成的照射室12導入。向照射室12導入微波時，通過向中心軸方向分離設(shè)置的兩根天線50 (例如環(huán)形的天線)來檢測磁場的強度，并將該檢測結(jié)果向控制器40輸入。而且，如后述的圖11所示，對被處理液的溫度進行了測量后的結(jié)果也向控制器40輸入?？刂破?0根據(jù)這些輸入而控制微波產(chǎn)生器30。進行微波照射開始的操作時，控制器40通過微波產(chǎn)生器30而開始微波輸出，執(zhí)行頻率控制過程。頻率控制過程是根據(jù)天線50產(chǎn)生的檢測結(jié)果將從微波產(chǎn)生器30輸出的微波的頻率調(diào)諧成照射室12的諧振頻率的控制。執(zhí)行頻率控制過程的控制器40掃描可變頻率振蕩器31的頻率并根據(jù)天線50產(chǎn)生的檢測結(jié)果來判斷調(diào)諧頻率。此時，控制器40優(yōu)選將可變放大器32產(chǎn)生的功率在不對天線50的檢測造成妨礙的范圍內(nèi)形成為最低限度的微弱功率。通過減弱向照射室12導入的微波的輸出功率，而能夠在頻率控制過程的執(zhí)行中抑制對被處理液帶來的影響。這種情況的微弱功率例如成為如下的值。可變放大器32通常由可變減衰部+放大部的組合構(gòu)成，因此能夠?qū)⒃摽勺儨p衰部的減衰率為最大值(99%等)時的可變放大器32的輸出功率形成為微弱功率。作為一例，微弱功率可以為IOOmW以下?？刂破?0接著頻率控制過程的調(diào)諧，而執(zhí)行控制微波的功率的功率控制過程。功率控制過程是在微波照射開始前按照操作者所設(shè)定的條件而控制微波產(chǎn)生器30的可變放大器32，并控制微波的功率的過程。在功率控制過程中，控制器40按照天線50產(chǎn)生的檢測結(jié)果(或被處理液的溫度測量結(jié)果)，而調(diào)整從微波產(chǎn)生器30輸出的微波的功率。若追求準確性，則可以使用天線50的檢測結(jié)果及溫度測量結(jié)果這雙方。作為一例，控制器40在微波的照射開始的最初執(zhí)行頻率控制過程，之后，執(zhí)行功率控制過程，在該功率控制過程的執(zhí)行中以恒定的間隔插入并執(zhí)行頻率控制過程。然后，在該頻率控制過程中，控制器40控制可變放大器北而以上述的微弱功率輸出微波，并控制可變頻率振蕩器31而實現(xiàn)頻率的調(diào)諧。以上的微波裝置中的空腔諧振器10的第一實施方式如圖2所示。圖中的上下所示的兩張對置的底面壁13、14大致為正方形，在該大致正方形的底面壁13、14的各邊通過螺栓等固定長方形的側(cè)面壁15、16、17、18，從而構(gòu)成第一實施方式的空腔諧振器10。在第一實施方式的情況下，四個側(cè)面壁15、16、17、18中的圖2B所示的一個側(cè)面壁15為了將導波管20連接而與導波管20的凸緣22對應地擴大面積，該擴張部分從底面壁13、14的端部露出。而且，四個側(cè)面壁15、16、17、18中的圖2A所示的一個側(cè)面壁18，具有在向底面壁13、14抵接的端部開設(shè)的流通管插通口 18a、18b。在將這些底面壁13、14及側(cè)面壁15、16、17、18組裝而形成的長方體的空腔諧振器10中，形成有正四棱柱狀空腔的照射室12，該照射室12具有基于底面壁13、14的大致正方形的底面及基于側(cè)面壁15、16、17、18的長方形的側(cè)面。向該照射室12導入微波的光闌11在形成照射室側(cè)面的側(cè)面壁15的中央部位開設(shè)矩形開口。第一實施方式的光闌11為長方形，其長軸與中心軸C平行地延伸，該中心軸C將照射室底面的中心彼此、即第一實施方式中的底面壁13、14的中心彼此連結(jié)。從導波管20穿過耦合狹縫即光闌11而向正四棱柱狀空腔的照射室12導入的微波在諧振時產(chǎn)生沿著中心軸C的方向的單模的電場。嚴格來說，若空腔諧振器10內(nèi)什么也未進入，則激勵出TMllO模式的電磁場。因此，在照射室12產(chǎn)生大致與TMllO模式的電磁場分布對應的分布的電磁場。關(guān)于照射室12，作為其底面的大致正方形的1邊的長度為L。另外，可容許對于L的正負百分之幾(士數(shù)％ )左右的尺寸差。在加熱等通常的微波的頻率為M50MHZ的的情況下，照射室12內(nèi)什么也沒有時的L為86. 5mm。然而實際上由于照射室12存在作為電介質(zhì)的被處理液，因此受其影響而照射室12的諧振頻率下降。因此，照射室12的L設(shè)計成比空時的尺寸小，優(yōu)選設(shè)計為在照射室12內(nèi)具有被處理液而諧振頻率下降時能夠進行諧振的值。而且，延長L時，會發(fā)生除了預定的單模下的諧振之外還在其附近的頻率中以高次模式進行諧振的模式競爭那樣的不良情況?？紤]了這些條件而反復嘗試了模擬等的結(jié)果是，在照射室12中作為底面的大致正方形的1邊的長度L優(yōu)選設(shè)計為向照射室12導入的微波的波長的75%以下。另外，在照射室12中作為各側(cè)面的長方形的長邊的長度H(正四棱柱的高度)只要是根據(jù)電場沿中心軸C的方向產(chǎn)生的情況而適當設(shè)計所需的長度即可。從導波管20向空腔諧振器10耦合微波的光闌11將在照射室12激勵的電磁場僅形成為預定的單模(TM110或后述的TM010)。在圖2B所示的光闌11中，在其長邊(側(cè)緣)中，微波產(chǎn)生的電流向中心軸C的方向流動，由該電流引起，從而產(chǎn)生圍繞中心軸C的磁場和與中心軸C平行的電場。光闌11的寬度(與中心軸C正交的方向)可以通過模擬及實驗來求出最佳值?？涨恢C振器10有可能會產(chǎn)生TE模式，但產(chǎn)生TE模式時會引起設(shè)想外的現(xiàn)象，因此需要極力抑制TE模式。在圖2的導波管20及光闌11的關(guān)系中，關(guān)于中心軸C，
8只要確保結(jié)構(gòu)上的對稱性，圖中的橫向的電場就不會存在，從而能夠抑制TE模式。圖3表示在這樣的照射室12設(shè)置的流通管60的配置狀態(tài)。圖3A是將正面的側(cè)面壁18取下而表示照射室12的內(nèi)部的圖，圖是將上側(cè)的底面壁13取下而表示照射室12的內(nèi)部的圖，并且，圖3C是將下側(cè)的底面壁14取下而表示照射室12的內(nèi)部的圖。流通管60將一根柔性管卷繞成螺旋狀而形成，其材料使用微波的吸收少且相對介電常數(shù)(實數(shù)部)小的材料，例如PTFE或PP。卷繞成螺旋狀的流通管60的卷繞直徑的中心與照射室12的中心軸C大體一致(也可以是看起來一致的程度，例如容許幾mm左右的誤差)。因此，供被處理液流動的流通管60設(shè)置成圍繞中心軸C而延伸的螺旋狀。卷繞成螺旋狀的流通管60從圖2所示的流通管插通口 18a、18b露出兩端，而與被處理液的流動機構(gòu)連接。該流通管60及為了將該流通管60設(shè)置成螺旋狀而使用的支撐棒61的第一實施方式如圖4所示。第一實施方式的支撐棒61是利用與流通管60相同的PTFE或PP等不易吸收微波的原料構(gòu)成的圓柱，其軸沿著中心軸C而配置在照射室12內(nèi)。在圖3的情況下，以支撐棒61的中心軸與照射室12的中心軸C大體一致的方式配置。螺旋槽61a呈一條狀地跨度整個長度地凹陷設(shè)置在該支撐棒61的周面上，流通管60以該螺旋槽61a為引導而卷繞在支撐棒61的周圍。通過形成螺旋槽61a，而能夠以恒定的間距ρ來卷繞流通管60且能防止卷繞的流通管60的錯位。圖5表示流通管60及支撐棒61’的第二實施方式。第二實施方式的支撐棒61’也與第一實施方式同樣地是由PTFE或PP構(gòu)成的圓柱，與第一實施方式同樣地配置在照射室12內(nèi)，但在其周面形成的螺旋槽61a’的間距比第一實施方式大，流通管60的間距ρ比第一實施方式寬。若流通管60的間距ρ不同，則被處理液留在照射室12內(nèi)的時間改變，因此微波的照射時間改變。而且，由于間距P的不同，如圖中右側(cè)所示，流通管60的螺旋的斜率發(fā)生變化，相對于照射室12內(nèi)的軸向的電場的、被處理液流動方向的軸向分量增減。即，微波中的電介質(zhì)即被處理液的電介質(zhì)邊界的方向相對于電場的方向在正交與平行之間變化。由此，能夠使被處理液的微波能量吸收發(fā)生變化(后述)。支撐棒61、61’可以利用微波損失少且導熱特性優(yōu)異的氧化鋁(酸化7 > S 二々K )來形成。在形成為氧化鋁制的支撐棒61、61’的情況下，由于其導熱良好，因此能夠?qū)⒘魍ü?0下游的被處理液的熱量向上游的被處理液傳遞，從而能夠提高在流通管60中流動的被處理液的均溫性。在伴隨著微波照射的加熱的作用下，被處理液的溫度越朝向下游越升高，但通過將該熱量經(jīng)由支撐棒61、61’向上游側(cè)傳導，而能夠改善化學反應所要求的均溫性。在第二實施方式的支撐棒61’的情況下，還在內(nèi)部形成有沿軸向貫通的流路61b’，在此作為制冷劑能夠流動氣體或液體。作為微波吸收少的制冷劑，例如列舉有氟利昂(7 口'J t 一卜)(氟系非活性液體)。制冷劑向與被處理液的流動方向相反的方向流動，例如，在圖5中被處理液從下向上流動時，制冷劑從上向下(箭頭所示)流動。由此，能進一步提高均溫性。而且，在基于微波的熱反應處理中，有時存在要求照射強微波并同時將被處理液的溫度抑制在容許水平內(nèi)的情況。這種情況下，在以往的裝置中，當被處理液的溫度上升時，通過降低微波輸出來應對，但若利用支撐棒61、61’的導熱或制冷劑作用，則不用像以往那樣降低微波輸出即可。
用于將這樣的卷繞在支撐棒61、61’上的螺旋狀流通管60配置在照射室12內(nèi)的固定位置的夾具(治具)62如圖6所示。夾具62還是由PTEF或PP形成，包括相當于照射室12底面的大致正方形(1邊大致為L)且彼此為相同形狀的兩張底面板6 及相當于照射室12側(cè)面長邊的長度(大致為H)的四根支柱62b，在對置的底面板6 的四角固定支柱62b而組裝。支柱62b的固定例如通過工程塑料制的螺釘形成的螺紋緊固(Λ I；止力)來進行。底面板62a的板厚為5mm左右，在正方形的中心部位開設(shè)有用于供支撐棒61、61’的端部61b、61c，嵌入的嵌合孔62c。在此，通過嵌入并固定支撐棒61、61，，而在將夾具62向照射室12插入時，沿著中心軸C配置支撐棒61、61’，且繞中心軸C配置螺旋狀流通管60。在底面板6 上的兩個部位還開設(shè)有在相對于照射室12取出/放入夾具62時作為把手的把持孔62d。而且，在底面板6 上的與在空腔諧振器10的側(cè)面壁18開設(shè)的流通管插通口 18a、18b對應的部位形成有用于引出流通孔60的切口 62e。在將支撐棒61(或支撐棒61’)的端部61b嵌入并固定于嵌合孔62c，并在該支撐棒61卷繞流通管60而將流通管60的端部經(jīng)由切口 6 引出的狀態(tài)下，將這樣的夾具62插入到照射室12。通過形成為使用夾具62將卷繞有流通管60的支撐棒61向照射室12插入的方式，而能夠在照射室12內(nèi)將流通管60始終配置在固定位置，處理的再現(xiàn)性優(yōu)異。而且，通過更換夾具62，能夠容易地更換流通管60。圖7表示空腔諧振器的第二實施方式。第二實施方式的空腔諧振器10’具有圓柱狀空腔的照射室12’，照射室12’的直徑為L。通過將正四棱柱狀的主體構(gòu)件挖通(< >9 & t )(削出)成圓形，并在其兩端螺栓緊固正方形的底面壁13’、14’而形成圓柱狀空腔的照射室12’。并且，在照射室12’的形成側(cè)面(即主體構(gòu)件內(nèi)周面)的側(cè)面壁的一個部位，第二實施方式的情況下，在主體構(gòu)件的外側(cè)面15M6M7M8'中的外側(cè)面15，上開設(shè)有與第一實施方式同樣的光闌11，。即，該光闌11’也是長軸與中心軸C’平行地延伸的矩形開口，該中心軸C’將照射室12’的兩底面的中心彼此連結(jié)。而且，外側(cè)面15’、16’、17’、18，中，圖7A所示的一個外側(cè)面18，具有在向底面壁13’、14’抵接的端部上開設(shè)的流通管插通口 18a’、18b’。而且，為了對經(jīng)由光闌11’將微波耦合的導波管20的凸緣22進行固定，相對于外側(cè)面15’擴張形成鍔部(鍔部)lfe，。在這樣的圓柱狀空腔的照射室12’中配置有與上述同樣的流通管60及支撐棒61 (61’)。與第一實施方式的空腔諧振器10同樣地，卷繞成螺旋狀的流通管60的卷繞直徑的中心與照射室12’的中心軸C’大體一致，因此流通管60設(shè)置成包圍中心軸C’而延伸的螺旋狀。而且，支撐棒61也使其軸沿著中心軸C而配置在照射室12’內(nèi)。從導波管20穿過光闌11’而被導入照射室12’的微波在諧振時產(chǎn)生沿著中心軸C’的方向的單模的電場。照射室12’成為圓柱狀空腔，因此在第二實施方式的情況下，即使空腔諧振器10’內(nèi)什么也未進入，也激勵出TM010模式的電磁場。在諧振的微波的頻率為2450MHz的情況下，照射室12’內(nèi)什么也沒有時的直徑L為93. 7mm。另外，與第一實施方式的空腔諧振器10同樣地，能夠容許L的正負百分之幾左右的尺寸差。與第一實施方式的空腔諧振器10同樣地，由于照射室12’中存在作為電介質(zhì)的被處理液，因此受到其影響而照射室12’的諧振頻率下降。因此，照射室12’的L也設(shè)計成比空時的尺寸小。而且，如上所述，延長L時會產(chǎn)生以高次模式進行諧振的模式競爭( 一 F競合)那樣的不良情況，因此考慮到這些條件，而在照射室12’中作為底面的圓形的直徑L優(yōu)選設(shè)計成向照射室12’導入的微波的波長的80%以下。另外，照射室12’的側(cè)面的軸向長度Η(圓柱的高度)只要根據(jù)電場沿中心軸C’的方向產(chǎn)生這一情況而適當設(shè)計成所需的長度即可。對第一實施方式的空腔諧振器10和第二實施方式的空腔諧振器10’進行比較時，第一實施方式僅通過將六張板材相互組裝就能夠制作，導波管20的安裝更容易，因此具有容易制作這樣的優(yōu)點。在所有的實施方式的空腔諧振器10、10’中，支撐棒61 (61’)的截面直徑都是決定流通管60的螺旋卷繞直徑dl的要素，但該dl如下設(shè)定。在第一實施方式的空腔諧振器10的情況下，照射室12的橫截面大致為正方形，因此電場在以中心軸C為中心圍繞的圓周方向上根據(jù)場所不同而進行變化。即，電場沿著流通管60的流動的方向進行變化。圖8模擬了該情況。圖8的圖形是沿著橫軸取得圓周方向的角度而表示的電場變化的圖形，參照該圖可知，dl相對于L越大，S卩，從中心軸C到流通管60的中心(內(nèi)徑中心)的距離(dl/幻越長，沿著流通管60的電場的變化越大。因此，考慮到處理的均勻性時，優(yōu)選為將dl抑制到不受該變化的影響的程度的大小。從模擬結(jié)果考慮時，若dl/L ^ 0. 5，則能夠?qū)㈦妶隹醋鞔笾潞愣?，因此dl設(shè)定為照射室12的作為底面的大致正方形的1邊L的50%以下，即，從中心軸C到流通管60的中心的距離即dl/2優(yōu)選設(shè)定為25%以下。參照圖9及圖10，說明電場對于在照射室12(12’)內(nèi)流動的被處理液的方向。圖9A表示流通管的流動方向與照射室12的中心軸C平行的情況，如本實施方式那樣，圖9B表示流通管60的流動方向是橫切中心軸C的方向的情況。如上所述，電場的方向在照射室12中與中心軸C平行。由于在流通管中流動的被處理液被看作電介質(zhì)，因此在圖9A的情況下，電介質(zhì)邊界與電場平行，在圖9B的情況下，電介質(zhì)邊界橫切電場。電場與電介質(zhì)邊界平行時，電場的強度在電介質(zhì)的內(nèi)外變得相同。另一方面，在電介質(zhì)邊界橫切電場時，電場的強度在電介質(zhì)中減弱為相對介電常數(shù)分之1(嚴格來說是1/er')。即，在被處理液內(nèi)，電場根據(jù)被處理液的流動方向進行變化。電介質(zhì)吸收的微波電力(每單位時間的能量)由下式給出。
權(quán)利要求
1.一種微波裝置，其特征在于，具備單模的空腔諧振器，其具有形成為四棱柱狀空腔或圓柱狀空腔的照射室；流通管，其以使軸線沿著所述照射室內(nèi)產(chǎn)生的電場方向的方式設(shè)置于所述照射室；障礙機構(gòu)，其具有與穿過所述流通管而流動的被處理液不同的介電常數(shù)，且收容在所述流通管內(nèi)而擾亂所述被處理液的流動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波裝置，其特征在于，所述空腔諧振器的所述照射室是底面為大致正方形且側(cè)面為長方形的正四棱柱狀空腔，具有該照射室的所述空腔諧振器，具有設(shè)置在形成所述照射室側(cè)面的側(cè)面壁中的一個側(cè)面壁上且長軸與中心軸平行地延伸的矩形開口的光闌，從該光闌向所述照射室內(nèi)導入微波，其中該中心軸將所述照射室底面的中心彼此連結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波裝置，其特征在于，所述照射室底面的大致正方形的1邊設(shè)計成向該照射室導入的微波的波長的75%以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波裝置，其特征在于，所述空腔諧振器的所述照射室是圓柱狀空腔，具有該照射室的所述空腔諧振器，具有設(shè)置在形成所述照射室側(cè)面的側(cè)面壁中的一個部位且長軸與中心軸平行地延伸的矩形開口的光闌，從該光闌向所述照射室內(nèi)導入微波，其中該中心軸將所述照射室的兩底面的中心彼此連結(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波裝置，其特征在于，所述流通管能夠更換。
6.一種微波裝置，其特征在于，具備單模的空腔諧振器，其具有形成為四棱柱狀空腔或圓柱狀空腔的照射室；流通管，其形成為以包圍中心軸的方式延伸的螺旋狀并設(shè)置于所述照射室，其中該中心軸將所述照射室底面的中心彼此連結(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微波裝置，其特征在于，所述空腔諧振器的所述照射室是底面為大致正方形且側(cè)面為長方形的正四棱柱狀空腔，具有該照射室的所述空腔諧振器，具有設(shè)置在形成所述照射室側(cè)面的側(cè)面壁中的一個側(cè)面壁上且長軸與中心軸平行地延伸的矩形開口的光闌，從該光闌向所述照射室內(nèi)導入微波，其中該中心軸將所述照射室底面的中心彼此連結(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微波裝置，其特征在于，所述照射室底面的大致正方形的1邊設(shè)計成向該照射室導入的微波的波長的75%以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微波裝置，其特征在于，從所述中心軸到所述流通管的中心的距離設(shè)定成所述照射室底面的大致正方形的1邊的25%以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微波裝置，其特征在于，所述空腔諧振器的所述照射室是圓柱狀空腔，具有該照射室的所述空腔諧振器具有設(shè)置在形成所述照射室側(cè)面的側(cè)面壁的一個部位且長軸與中心軸平行地延伸的矩形開口的光闌，從該光闌向所述照射室內(nèi)導入微波，其中該中心軸將所述照射室的兩底面的中心彼此連結(jié)。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微波裝置，其特征在于，所述流通管能夠更換。
12.一種流通管，其能夠在包含單模的空腔諧振器而構(gòu)成的微波裝置中使用，該單模的空腔諧振器具有形成為四棱柱狀空腔或圓柱狀空腔的照射室，其特征在于，所述流通管收容有障礙機構(gòu)，該障礙機構(gòu)具有與穿過該流通管而流動的被處理液不同的介電常數(shù)，并擾亂所述被處理液的流動，所述流通管以使軸線沿著所述照射室內(nèi)產(chǎn)生的電場方向的方式設(shè)置于所述照射室。
13.—種流通管，其能夠在包含單模的空腔諧振器而構(gòu)成的微波裝置中使用，該單模的空腔諧振器具有形成為四棱柱狀空腔或圓柱狀空腔的照射室，其特征在于，在設(shè)置于所述照射室時，所述流通管形成為以包圍中心軸的方式延伸的螺旋狀，其中該中心軸將所述照射室底面的中心彼此連結(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種使用了單模的空腔諧振器的微波裝置，能夠增多被處理液的流量而實現(xiàn)均勻且高效的處理。本發(fā)明的一方式的微波裝置具備單模的空腔諧振器，其具有形成為四棱柱狀空腔或圓柱狀空腔的照射室；流通管，其以使軸線沿著所述照射室內(nèi)產(chǎn)生的電場方向的方式設(shè)置于所述照射室；障礙機構(gòu)，其具有與穿過所述流通管而流動的被處理液不同的介電常數(shù)，且收容在所述流通管內(nèi)而擾亂所述被處理液的流動。
文檔編號H05B6/80GK102573161SQ201110303418
公開日2012年7月11日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者大根田訓之, 小田島博道, 齋田久人, 橫澤早織 申請人:株式會社齋田Fds