微波加热照射装置的制作方法

本发明涉及对样品照射微波以进行加热的微波加热照射装置。

背景技术：

在微波传输技术领域中，例如为了实现太阳能发电卫星(SPS：So lar Power Satellite)，对利用高效率传输技术或有源相控阵天线(APAA：Active Phased Array Antenn a)来实现的射束控制技术等进行了各种相关研究开发。

另外，还趋向于将上述微波传输技术适用于工业用应用。例如，在专利文献1、2中公开了通过对原料照射微波以进行加热从而制造熔融生铁的制铁系统。另外，非专利文献1、2中公开了在使用微波的制铁系统中由相控阵天线来构成微波辐射源的技术。此外，最近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注目。

现状下，微波传输技术大多应用于小规模装置。然而，像例如制铁系统那样，大规模且大功率装置的开发也需要微波传输技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1

国际公开第2010/087464号“立式微波制铁炉”

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、筱原、三谷、樫村、“使用相控阵天线的工业用微波应用器的概念设计”、第五届日本电磁波能源应用学会研讨会、演讲要旨集2B07 (2011)(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」、第5回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム，講演要旨集2B07(2011))。

非专利文献2

瀧川、本间、佐佐木、稻泽、小西、“微波传输技术在微波制铁系统中的应用的相关研究”、2013年电子信息通信学会综合大会、演讲要旨集B-1-13 (2013)(瀧川、本間、佐々木、稲沢、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」、2013年電子情報通信学会総合大会、講演要旨集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所公开的现有的微波加热系统将微波辐射源以圆周状排列在反应炉周围。因此，特定的微波辐射源(以下称作“第 1微波辐射源”)所辐射出的微波中、未被加热对象的试料吸收的微波被该试料反射，照射到隔着反应炉与第1微波辐射源相对的微波辐射源(以下称作“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。另外，所投入的试料的状态因生成物的不同而形成为固体、液体、气体、粉末状，因此在反应炉没有盖部的状态下，存在试料从反应炉漏出的问题。

本发明为了解决上述问题而得以完成，其目的在于，提供一种能够将微波及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而对收纳在内部的试料进行加热；极化波格栅，该极化波格栅设置于反应炉；一个微波辐射源，该一个微波辐射源配置于反应炉外侧，照射出直线极化波的微波；以及反射镜，该反射镜配置于反应炉上方，将微波辐射源所照射出的微波经由极化波格栅反射到反应炉，微波辐射源配置成射入该极化波格栅的微波的极化方向与极化波格栅的朝向相垂直。

发明效果

根据本发明，由于采用上述结构，因此能将微波及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，图1(a)是俯视图，图1(b)是侧面剖视图。

图2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2 (a)是俯视图，图2 (b)是侧面剖视图。

图3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侧面剖视图。

图4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面剖视图。

图5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面剖视图。

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。

如图1所示，微波加热照射装置由反应炉1、极化波格栅2、微波辐射源 3以及反射镜4构成。

反应炉1是在上方(反射镜4一侧)具有开口的框体，通过照射微波来使收纳于内部的试料50反应并加热。此外，反应炉1的形状可以根据进行反应的试料50的形态、特性来适当选择。另外，在图1所示的示例中，将反应炉1的形状设为矩形，但并不局限于此，也可以是例如圆形等任意形状。另外，将试料50送入送出反应炉1的方法等也可以适当选择。

极化波格栅2配置于反应炉1的开口。此外，极化波格栅2例如使用铜、铝等导电性介质。在直线极化波的微波射入该极化波格栅2的边界面的情况下，与极化波格栅2平行的方向的极化波被反射，正交方向的极化波透过。此外，图1中，极化波格栅2腾空地配置于反应炉1，但并不局限于此，只要配置于透过微波的介质内即可。

微波辐射源3配置于反应炉1的外侧，照射用于使试料50反应的直线极化波的微波。图1所示的实施方式1中，示出了具备一个微波辐射源的情况。此外，微波辐射源3的种类、照射的微波的频率等可以适当选择。另外，微波辐射源3的辐射方向为反射镜4的方向。另外，微波辐射源3配置成射入该极化波格栅2的微波的极化方向(图1中为标号104)与极化波格栅 2的朝向相垂直。

反射镜4配置于反应炉1的上方，将微波辐射源3所照射出的直线极化波的微波经由极化波格栅2反射到反应炉1。此处，从微波辐射源3辐射出的直线极化波的微波像入射波101那样射入反射镜4。之后，被反射镜4反射的直线极化波的微波像入射波102那样，经由反应炉1的上部的极化波格栅2 而射入至试料50。此外，图1中图示了旋转椭圆镜作为反射镜4，但并不局限于此，只要能反射微波即可。

接下来，对如上那样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照射出直线极化波的微波，则该微波经由反射镜4射入极化波格栅2。本发明中微波的极化方向与极化波格栅2的方向正交，因此射入试料50的入射波102全部透过极化波格栅2，在朝向反应炉1内的试料 50扩散的同时进行照射。然后，照射到试料50的微波中的一部分与试料50 进行反应从而产生热量，并被吸收。另一方面，未被吸收的微波变成反射波 103，向与射入试料50的入射方向相反的方向进行反射。此时，微波的电场分量的朝向因试料50的配置方式或散射特性而发生旋转。此外，本发明中在反应炉1配置有极化波格栅2，因此微波被该极化波格栅2反射，再次照射到试料50。由此，能够高效地加热试料50。此外，从极化波格栅2泄露出的微波非常少，另外，即使泄露出微波，从装置内的传输损耗来考虑，其量较少，因而不会破坏微波辐射源3。

如上所述，根据本实施方式1，将极化波格栅2设于反应炉1，将微波辐射源3配置成使得微波的极化方向与极化波格栅2的方向正交，因此能够将微波与试料50封闭于反应炉1内。其结果是，能够防止微波辐射源3发生故障且能防止试料50的泄漏。此外，由于能够将微波封闭于反应炉1内，因此能够在反应炉1内有效利用从试料50反射出的微波，从而能再次照射至试料 50，获得有效利用能源的效果。

实施方式2

图2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2所示的实施方式2所涉及的微波加热照射装置以两个系统的方式设置图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及反射镜4。此外，图中为了区分各系统，在各结构的标号后添加后缀标记(a、b) 来表示。其它结构相同，标注相同标号并省略说明。

此处，各系统的微波辐射源3配置成射入该极化波格栅2的微波的极化方向与极化波格栅2的方向相垂直。

此外，图2所示的示例中，示出了以两个系统的方式设置微波辐射源3 及反射镜4的情况，但也可以以三个系统以上的方式设置，其数量没有限定。

如上所述，根据本实施方式2，即使以多个系统的方式设置微波辐射源3 及反射镜4，也能获得与实施方式1相同的效果。

实施方式3

图3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3所示的实施方式3所涉及的微波加热照射装置在图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内侧的侧壁设置凹凸部11。其它结构相同，标注相同标号并省略说明。

凹凸部11设置于反应炉1内侧的侧壁，使得在反应炉1内反射的微波产生漫反射。该凹凸部11的材料、形状、种类可以适当选择。通过设置该凹凸部11，相对于图1所示的实施方式1的结构能获得如下效果：使从试料50反射出的微波的反射波103更为复杂地在反应炉1内进行多重反射，减少从极化波格栅2漏出的微波。

此外，凹凸部11例如可以是将圆锥形进行排列而成的面的形状，也可以是将三方锥、四方锥、半球形进行排列而成的面的形状(即、只要是能获得扩散反射效果的形状即可)。

如上所述，根据本实施方式3，通过在反应炉1内侧的侧壁设置凹凸部 11，相对于实施方式1的效果，能获得更有效地加热试料50的加热效果、以及进一步减少从极化波格栅2泄露出微波的效果。

此外，上述内容中示出了对图1所示的实施方式1的结构适用凹凸部11 的情况，但对于图2所示的实施方式2的结构也能同样适用，能够获得相同的效果。

实施方式4

图4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4所示的实施方式4所涉及的微波加热照射装置在图1所示的实施方式1所涉及的微波加热照射装置设置有加热部5。其它结构相同，标注相同标号并省略说明。

加热器5设置在反应炉1的外部，对该反应炉1进行加热。该加热部5 的方法或装置的种类可以适当选择。由此，除了利用微波对试料50进行加热之外，还通过利用加热部5对反应炉1本身进行加热，从而能使得反应炉1 内的温度上升，提高试料50的反应速度。

如上所述，根据本实施方式4，通过设置向反应炉1提供热量的加热部 5，从而相对于实施方式1的效果，还能获得更有效地加热试料50的加热效果。

此外，上述内容中示出了对图1所示的实施方式1的结构适用加热部5 的情况，但对于图2、3所示的实施方式2、3的结构也能同样适用，能够获得相同的效果。

实施方式5

图5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5所示的实施方式5所涉及的微波加热照射装置将图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设置为源相控阵天线6。其它结构相同，标注相同标号并省略说明。

有源相控阵天线6在每个天线元件或每个由多个天线元件构成的子阵天线中具备放大器及移相器。此外，通过使各个放大量及移相量最优化，能够灵活地控制照射至试料50的微波的照射分布。此外，为了达成作为目标的照射分布，可以适当调整放大量及移相量。

如上所述，根据本实施方式5，通过将能够自由调整辐射的微波的振幅及相位的有源相控阵天线6来作为微波辐射源3，因此相对于实施方式1的效果，还能获得能够灵活地控制照射至试料50的照射分布的效果。

此外，上述内容中示出了对图1所示的实施方式1的结构适用有源相控阵天线6的情况，但对于图2～4所示的实施方式2、4的结构也能同样适用，能够获得相同的效果。

此外，本申请发明可以在该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、或在各实施方式中省略任意的构成要素。

工业上的实用性

本发明所涉及的微波加热照射装置包括：通过照射微波而对收纳在内部的试料进行加热的反应炉；设置于反应炉的极化波格栅；配置于反应炉的外侧，照射直线极化波的微波的微波辐射源；配置于反应炉的上方，使微波经由极化波格栅反射到反应炉的反射镜，由于将微波辐射源配置成射入该极化波格栅的微波的极化方向与极化波格栅的朝向相垂直，因此能够将微波及试料封闭于反应炉内，适用于试料的加热。

标号说明

1反应炉、2极化波格栅、3，3a，3b微波辐射源、4，4a，4 b反射镜、5加热部、6有源相控阵天线、11凹凸部、50试料、10 1，101a，101b入射波、102，102a，102b入射波、1 03反射波、104微波的极化方向。