微波加热照射装置的制作方法

本发明涉及对试料照射微波来进行加热的微波加热照射装置。

背景技术：

在微波传输技术的领域中，进行了各种各样的研究开发，例如，以太阳能发电卫星(SPS：Solar Power Satellite)的实现为目的，研究开发了高效率传输技术、使用有源相控阵天线(APAA：Active Phased Array Antenna)的射束控制技术等。

此外，也能观察到将这些微波传输技术应用到工业用应用的动向。例如，专利文献1、2公开了一种通过对原料照射微波来进行加热从而制造熔融生铁的制铁系统。此外，在非专利文献1、2中，公开了在使用微波的制铁系统中，利用相控阵天线来构成微波辐射源的技术。并且，近年来，通过将微波应用于化学反应来缩短化学反应时间的技术也受到关注。

当前状况下，微波传输技术应用于小规模装置的示例较多。但是，也要求进行例如像制铁系统那样的大规模且大功率的装置的开发。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2010/087464号“竖型微波制铁炉”

专利文献2：日本专利特开2013-11384号公报“微波加热炉”

非专利文献

非专利文献1

佐藤、永田、篠原、三谷、樫村，“フェーズドアレーアンテナを使った工業用マイクロ波アプリケーターの概念設計(使用相控阵天线的工业用微波辐射器的概念设计)”，第5次日本电磁波能量应用学会讨论会，论文集2B07(2011)

非专利文献2

泷川、本间、佐佐木、稻沢、小西，“マイクロ波製鉄システムへのマイクロ波伝送技術の応用に関する一検討(关于将微波传输技术应用于微波制铁系统的一项探讨)”，2013年电子信息通信学会大会，论文集B-1-13(2013)

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

专利文献1、2及非专利文献1、2中所公开的现有的微波加热系统中，在反应炉的周围将微波辐射源排列成圆周状。因此，特定的微波辐射源(以下，称为“第1微波辐射源”)所辐射出的微波中，没有被加热对象的试料吸收的微波被该试料反射，并经由反应炉照射到与第1微波辐射源相对设置的微波辐射源(以下，称为“第2微波辐射源”)。由此，存在第2微波辐射源发生故障的问题。此外，由于投入的试料的状态会根据生成物的不同而成为固体、液体、气体、粉末状，因此，在反应炉没有盖的状态下，存在试料会从反应炉泄漏出的问题。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种能将微波和试料封闭在反应炉内的微波加热照射装置。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明所涉及的微波加热照射装置包括：反应炉，该反应炉通过照射微波来对内部所收纳的试料进行加热；盖，该盖设置于反应炉，并具有一个孔；一个微波照射源，该一个微波照射源配置于反应炉的外侧，照射微波；以及旋转二次曲面镜，该旋转二次曲面镜配置在反应炉的上方，将微波照射源照射来的微波经由盖的孔反射到反应炉。

发明效果

根据本发明，由于具有上述结构，因此能够将微波和试料封闭在反应炉内。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的微波加热照射装置的结构的图，(a)为俯视图，(b)为侧剖视图。

图2是表示本发明的实施方式1中盖的结构的俯视图。

图3是表示本发明的实施方式2所涉及的微波加热照射装置的结构的图，(a)为俯视图，(b)为侧剖视图。

图4是表示本发明的实施方式3所涉及的微波加热照射装置的结构的图，(a)为俯视图，(b)为侧剖视图。

图5是表示本发明的实施方式3中盖的结构的俯视图。

图6是表示本发明的实施方式4所涉及的微波加热照射装置的结构的侧剖视图。

图7是表示本发明的实施方式5所涉及的微波加热照射装置的结构的侧剖视图。

图8是表示本发明的实施方式6所涉及的微波加热照射装置的结构的侧剖视图。

图9是表示本发明的实施方式7所涉及的微波加热照射装置的结构的侧剖视图。

图10是表示本发明的实施方式7中盖的结构的俯视图。

图11是表示本发明的实施方式8所涉及的微波加热照射装置的结构的侧剖视图。

图12是表示本发明的实施方式9所涉及的微波加热照射装置的结构的侧剖视图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。

实施方式1.

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的微波加热照射装置的结构的图。

微波加热照射装置如图1所示，由反应炉1、盖2、微波辐射源3以及旋转二次曲面镜4构成。

反应炉1通过照射微波使内部所收纳的试料50反应并对其进行加热，是在上方(旋转二次曲面镜4一侧)具有开口的壳体。另外，关于反应炉1的形状，根据要进行反应的试料50的形态、特性来适当进行选择即可。此外，在图1所示的示例中，反应炉1的形状呈矩形，但并不限于此，也可以是例如圆形等任意的形状。

盖2设置于反应炉1，其具有孔21。在实施方式1中，如图1、2所示，示出了在盖2开有一个孔21的情况。图1中，以几何光学的方式示出了微波的辐射路径，但由于实际的微波具有波动效果，因此即使在焦点附近，也具有波动的被称为束腰的波的扩展。由此，对于设置于盖2的孔21的形状、大小，由于束腰根据旋转二次曲面镜4的形状、配置的不同而不同，因此，适当地进行选择即可。此外，在图1所示的示例中，孔21的形状呈圆形，但并不限于此，也可以是例如矩形等任意的形状。

微波辐射源3配置在反应炉1的外侧，照射用于使试料50反应的微波。图1所示的实施方式1中，示出了具备一个微波照射源的情况。另外，对于微波辐射源3的种类、照射的微波的频率等，适当地进行选择即可。此外，微波辐射源3的辐射方向是旋转二次曲面镜4的方向。

旋转二次曲面镜4配置在反应炉1的上方，将微波辐射源3照射来的微波经由盖2的孔21反射到反应炉1。这里，从微波辐射源3(第1焦点101)辐射出的微波如入射波102那样入射到旋转二次曲面镜4。然后，被旋转二次曲面镜4反射的微波如入射波103那样会聚到盖2的孔21(第2焦点104)。即，旋转二次曲面镜4在微波辐射源3和盖2的孔21的位置分别具有第1、第2焦点101、104。另外，图1中，对旋转二次曲面镜4设为旋转椭圆镜的情况进行了图示。

另外，对于反应炉1、盖2及旋转二次曲面镜4的构成材料，适当地进行选择即可。

接着，对按上述方式构成的微波加热照射装置的动作进行说明。

若从微波辐射源3照射微波，则该微波经由旋转二次曲面镜4暂时会聚到盖2的孔21的位置，向反应炉1内的试料50发散并照射。接着，照射到试料50的微波中的一部分因试料50中的反应而变为热被吸收。另一方面，没有被吸收的微波则成为反射波105，向朝向试料50的入射方向的相反方向反射。

这里，本发明中，由于盖2配置在反应炉1的上方，因此利用该盖2使微波反射，从而再次照射到试料50。由此，能够有效地对试料50进行加热。另外，从盖2的孔21泄漏出的微波非常少，并且假设即使有泄漏出，但若从装置内的传送损耗来考虑，则该泄漏出的量也很小，并不会损坏微波辐射源3。并且，通过将盖2设置于反应炉1，从而无需担心试料50从反应炉1泄漏到外部。

如上所述，根据该实施方式1，由于使用旋转二次曲面镜4，并将开有孔21的盖2设置于反应炉1，因此，能够将微波和试料50封闭在反应炉1内。其结果是，能够防止微波辐射源3的故障且能够防止试料50的泄漏。并且，由于能够将微波封闭在反应炉1内，从而能够在反应炉1内有效地利用从试料50被反射得到的微波，能够使其再次向试料50照射，从而获得能量的高效化的效果。

实施方式2.

图3是表示本发明的实施方式2所涉及的微波加热照射装置的结构的图。图3所示的实施方式2所涉及的微波加热照射装置具有两个系统，各系统中设置有图1所示的实施方式1所涉及的微波加热照射装置的微波辐射源3和旋转二次曲面镜4，并将各系统的第2焦点104设定在盖2的一个孔21的位置。另外，在图中，为了区分各系统，在各结构的符号上标注后缀标号(a、b)来表示。其他结构相同，标注相同标号并省略其说明。

这里，对微波辐射源3和旋转二次曲面镜4进行配置，以使得第1焦点101设定在各系统的微波辐射源3的位置，第2焦点104设定在盖2的一个孔21的位置。图3所示的示例中，示出了设置两个系统的微波辐射源3和旋转二次曲面镜4的情况，但也可以设置三个系统以上，对于其数量并无限制。

如上所述，根据该实施方式2，即使构成为设置多个系统的微波辐射源3和旋转二次曲面镜4，并将各系统的第2焦点104设定在盖2的一个孔21的位置，也能够获得与实施方式1相同的效果。

实施方式3.

图4是表示本发明的实施方式3所涉及的微波加热照射装置的结构的图，图5是表示盖10的结构的俯视图。图4、图5所示的实施方式3所涉及的微波加热照射装置具有四个系统，各系统中设置有图1所示的实施方式1所涉及的微波加热照射装置的微波辐射源3和旋转二次曲面镜4，在盖2设置有4个孔21，并将各系统的第2焦点104设定在互不相同的孔21的位置。另外，在图中，为了区分各系统，在各结构的符号上标注后缀标号(a～d)来表示。其他结构相同，标注相同标号并省略其说明。

这里，对微波辐射源3和旋转二次曲面镜4进行配置，以使得第1焦点101设定在各系统的微波辐射源3的位置，第2焦点104设定在盖2中不同的孔21的位置。图4所示的示例中，示出了设置四个系统的微波辐射源3和旋转二次曲面镜4，且在盖2设有四个孔21的情况，但至少设置两个系统以上，且在盖2设有相应数量的孔21即可，对于其数量并无限制。

如上所述，根据该实施方式3，即使构成为设置多个系统的微波辐射源3和旋转二次曲面镜4，在盖2设置相应数量的孔21，并将各系统的第2焦点104设定在盖2中互不相同的孔21的位置，也能够获得与实施方式1、2相同的效果。

实施方式4.

图6是表示本发明的实施方式4所涉及的微波加热照射装置的结构的图。

图6所示的实施方式4所涉及的微波加热照射装置采用下述结构，即：在图1所示的实施方式1所涉及的微波加热照射装置的盖2的背面(与反应炉1的内侧相对的面)设有凹凸部22。其他结构相同，标注相同标号并省略其说明。

凹凸部22设置于盖2的背面，使在反应炉1内反射的微波进行漫反射。对于该凹凸部22的材料、形状、种类，适当进行选择即可。通过设置该凹凸部22，与图1所示的实施方式1的结构相比，能够获得下述效果，即：来自试料50的微波的反射波105以更为复杂的方式在反应炉1内进行多重反射，从而使从盖2的孔21泄漏出的微波减少。

如上所述，根据该实施方式4，通过在盖2的背面设置凹凸部22，相比于实施方式1的效果，可获得更为有效地对试料50加热的效果，以及进一步减少微波从孔21泄漏的效果。

另外，上述说明中，示出了对图1所示的实施方式1的结构应用了凹凸部22的情况，然而对图3～图5所示的实施方式2、3的结构也可同样地应用，能够获得相同的效果。

实施方式5.

图7是表示本发明的实施方式5所涉及的微波加热照射装置的结构的图。

图7所示的实施方式5所涉及的微波加热照射装置采用下述结构，即：在图1所示的实施方式1所涉及的微波加热照射装置的反应炉1的内侧的侧壁设有凹凸部11。其他结构相同，标注相同标号并省略其说明。

凹凸部11设置于反应炉1的内侧的侧壁，使在反应炉1内反射的微波进行漫反射。对于该凹凸部11的材料、形状、种类，适当进行选择即可。通过设置该凹凸部11，与图1所示的实施方式1的结构相比，能够获得下述效果，即：来自试料50的微波的反射波105以更为复杂的方式在反应炉1内进行多重反射，从而使从盖2的孔21泄漏出的微波减少。

如上所述，根据该实施方式5，通过在反应炉1的内侧的侧壁设置凹凸部11，相比于实施方式1的效果，可获得更为有效地对试料50加热的效果，以及进一步减少微波从孔21泄漏的效果。

另外，上述说明中，示出了对图1所示的实施方式1的结构应用了凹凸部11的情况，然而对图3～图5所示的实施方式2、3的结构也可同样地应用，能够获得相同的效果。

实施方式6.

图8是表示本发明的实施方式6所涉及的微波加热照射装置的结构的图。

图8所示的实施方式6所涉及的微波加热照射装置采用下述结构，即：在图1所示的实施方式1所涉及的微波加热照射装置的盖2的背面(与反应炉1的内侧相对的面)设有凹凸部22，在反应炉1的内侧的侧壁设有凹凸部11。其他结构相同，标注相同标号并省略其说明。

凹凸部22设置于盖2的背面，使在反应炉1内反射的微波进行漫反射。此外，凹凸部11设置于反应炉1的内侧的侧壁，使在反应炉1内反射的微波进行漫反射。对于该凹凸部11、22的材料、形状、种类，适当进行选择即可。通过设置该凹凸部11、22，与图1所示的实施方式1的结构相比，能够获得下述效果，即：来自试料50的微波的反射波105以更为复杂的方式在反应炉1内进行多重反射，从而使从盖2的孔21泄漏出的微波减少。

如上所述，根据该实施方式6，通过在盖2的背面设置凹凸部22，在反应炉1的内侧的侧壁设置凹凸部11，相比于实施方式1的效果，可获得更为有效地对试料50加热的效果，以及进一步减少微波从孔21泄漏的效果。

另外，上述说明中，示出了对图1所示的实施方式1的结构应用了凹凸部11、22的情况，然而对图3～图5所示的实施方式2、3的结构也可同样地应用，能够获得相同的效果。

此外，在实施方式4～6中，凹凸部11、22例如可以是排列有三棱柱那样的面的形状，也可以是排列有三棱锥、四棱锥、半球那样的面的形状(即，只要是可获得扩散反射的效果的形状即可)。

实施方式7.

图9是表示本发明的实施方式7所涉及的微波加热照射装置的结构的图，图10是表示盖10的结构的俯视图。图9、10所示的实施方式7所涉及的微波加热照射装置采用下述结构，即：在图1所示的实施方式1所涉及的微波加热照射装置的盖2的孔21设置有盖板5。其他结构相同，标注相同标号并省略其说明。

盖板5设置于盖2的孔21，使微波通过。该盖板5只要能够使微波通过即可，其材料的种类可适当进行选择。由此，通过利用盖板5堵住盖2的孔21，从而能够将试料50封闭在反应炉1内。

如上所述，根据该实施方式7，通过在盖2的孔21的部分设置盖板5，从而在实施方式1的效果的基础上，还可获得进一步减少试料50从孔21泄漏的效果。

另外，上述说明中，示出了对图1所示的实施方式1的结构应用了盖板5的情况，然而对图3～图8所示的实施方式2～6的结构也可同样地应用，能够获得相同的效果。

实施方式8.

图11是表示本发明的实施方式8所涉及的微波加热照射装置的结构的图。

图11所示的实施方式8所涉及的微波加热照射装置采用下述结构，即：在图1所示的实施方式1所涉及的微波加热照射装置设有加热部6。其他结构相同，标注相同标号并省略其说明。

加热部6设置于反应炉1的外部，对该反应炉1进行加热。对于该加热部6的方法、装置的种类，适当地进行选择即可。由此，在利用微波对试料50进行加热的基础上，通过利用加热部6对反应炉1本身进行加热，从而反应炉1内的温度上升，能够提高试料50的反应速度。

如上所述，根据该实施方式8，通过在反应炉1内设置施加热的加热部6，从而相比于实施方式1的效果，可获得更为有效地对试料50进行加热的效果。

另外，上述说明中，示出了对图1所示的实施方式1的结构应用了加热部6的情况，然而对图3～图9所示的实施方式2～7的结构也可同样地应用，能够获得相同的效果。

实施方式9.

图12是表示本发明的实施方式9所涉及的微波加热照射装置的结构的图。

图12所示的实施方式9所涉及的微波加热照射装置采用下述结构，即：将图1所示的实施方式1所涉及的微波加热照射装置的微波辐射源3设为有源相控阵天线7。其他结构相同，标注相同标号并省略其说明。

有源相控阵天线7中，每个天线元件、或者由多个天线元件构成的每一个子阵天线都具备放大器和相位器。于是，通过对各个放大量和相位量进行最优化，从而能够灵活地控制照射到试料50的微波的照射分布。另外，为了获得目标照射分布，可以适当地选择放大量和相位量的调整。

如上所述，根据该实施方式9，由于使用可自由调整辐射的微波的振幅和相位的有源相控阵天线7来作为微波辐射源3，因此，相比于实施方式1的效果，可获得能够灵活地控制对试料50进行照射的照射分布的效果。

另外，上述说明中，示出了对图1所示的实施方式1的结构应用了有源相控阵天线7的情况，然而对图3～图11所示的实施方式2～8的结构也可同样地应用，能够获得相同的效果。

此外，在实施方式1～9中，可以不使第2焦点104的位置与盖2的孔21的位置完全一致。即，即使第2焦点104的位置处于盖2的孔21的上方位置或下方位置，加热效果也不会有大幅改变。但是，若使第2焦点104与盖2的孔21的位置完全一致，则(即使考虑到束腰，)能够减小孔21的直径(大小)，可有效抑制试料50的泄漏(该效果因试料50的量的不同而不同，但若焦点位于试料50的表面，则可期待获得更好的加热效果)。

此外，在实施方式1～9中，示出了将盖2设为平面的情况，但并不限于此，例如也可以是曲面。

另外，本申请发明可以在其发明的范围内对各实施方式进行自由组合，或对各实施方式的任意构成要素进行变形、或省略各实施方式中的任意的构成要素。

工业上的实用性

本发明所涉及的微波加热照射装置包括：反应炉，该反应炉通过照射微波来对内部所收纳的试料进行加热；盖，该盖设置于反应炉，并具有一个孔；一个微波照射源，该一个微波照射源配置于反应炉的外侧，照射微波；以及旋转二次曲面镜，该旋转二次曲面镜配置在反应炉的上方，将微波照射源照射来的微波经由盖的孔反射到反应炉，由此，能够将微波和试料封闭在反应炉内，适用于试料的加热。

标号说明

1反应炉，2盖，3、3a～3d微波辐射源，4、4a～4d旋转二次曲面镜，5盖板，6加热部，7有源相控阵天线，11凹凸部，21、21a～21d孔，22凹凸部，50试料，101、101a、101b第1焦点，102、102a、102b入射波，103、103a、103b入射波，104、104a、104b第2焦点，105反射波。