JP2018055940A - Microwave device and heat treatment system including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロ波を照射して加熱や化学反応促進などの処理を物質に施すマイクロ波装置に関する。 The present invention relates to a microwave device that irradiates a microwave and performs a treatment such as heating and chemical reaction promotion on a substance.
近年、マイクロ波の有する高周波エネルギーが物質の化学反応を促進することが見出され、バイオケミストリーなどの産業、科学、医療の分野において、マイクロ波を利用した装置(マイクロ波装置)への関心が高まっている。このように高周波エネルギー源として利用するマイクロ波の周波数帯として、ISM帯(Industrial, Scientific & Medical radio bands)が割り当てられている。このISM帯の周波数幅は、狭く、例えば、最も一般的に利用される2,450MHz帯では、中心周波数のおおよそ4%程度である。つまり、マイクロ波装置で利用するマイクロ波の周波数は、狭いISM帯内に収まっていなければならない。 In recent years, it has been found that microwave high-frequency energy promotes chemical reactions of substances, and in the fields of biochemistry and other industries, science, and medicine, there is an interest in devices using microwaves (microwave devices). It is growing. As described above, an ISM band (Industrial, Scientific & Medical radio bands) is allocated as a microwave frequency band used as a high-frequency energy source. The frequency width of the ISM band is narrow, for example, about 4% of the center frequency in the most commonly used 2,450 MHz band. That is, the frequency of the microwave used in the microwave device must be within a narrow ISM band.
このような化学反応促進や加熱等のためのマイクロ波装置として、特許文献1に記載されたものが知られている。この特許文献1に記載されたマイクロ波装置は、空胴共振器を備え、空胴共振器内の空胴にマイクロ波を導入して共振させ、シングルモードの電界を発生させ、空胴内に配設された流通管内を流通する被処理液を加熱処理している。そして、このマイクロ波装置では、空胴共振器の共振時(つまり、発振周波数と空胴共振器の共振周波数との同調が適切になされている場合)に、被処理液を効率的に加熱処理することができる。 As such a microwave device for promoting chemical reaction and heating, the one described in Patent Document 1 is known. The microwave device described in Patent Document 1 includes a cavity resonator, introduces microwaves into the cavity in the cavity resonator, and resonates to generate a single-mode electric field. The to-be-processed liquid which distribute | circulates the inside of the arrange | positioned distribution pipe is heat-processed. In this microwave device, the liquid to be treated is efficiently heat-treated at the time of resonance of the cavity resonator (that is, when the oscillation frequency and the resonance frequency of the cavity resonator are appropriately tuned). can do.
ところで、特許文献1に記載されたマイクロ波装置では、低誘電率の被処理液から高誘電率の被処理液に至る様々な種類の被処理液を処理対象としている。この被処理液の誘電率は、一般的に、複素数で定義され、主として、実数部が共振周波数に係る量であり、虚数部が発熱あるいは損失に係る量である。虚数部は一般的に誘電損率と呼ばれる。以下において、複素数で定義される誘電率の実数部を、便宜上、単に誘電率と呼ぶ。 By the way, in the microwave apparatus described in Patent Document 1, various types of liquids to be processed ranging from liquids having a low dielectric constant to liquids having a high dielectric constant are processed. The dielectric constant of the liquid to be treated is generally defined by a complex number, and the real part is an amount related to the resonance frequency, and the imaginary part is an amount related to heat generation or loss. The imaginary part is generally called a dielectric loss factor. Hereinafter, the real part of the dielectric constant defined by a complex number is simply referred to as a dielectric constant for convenience.
詳しくは、被処理液の誘電率は、空胴共振器の共振周波数に影響を及ぼすと共に、被処理液の温度変化に応じて変化するパラメータである。空胴共振器の共振周波数は、基本的にはその構造や寸法によって定まるが、その空胴内に配設される流通管自体の誘電特性の影響や、流通管を流通する被処理液自体の誘電特性の影響を受ける。したがって、空胴共振器の実際の共振周波数は、その構造や寸法だけでなく被処理液や流通管の誘電特性に基づいて総合的に定まると共に、被処理液の種類や温度変化に応じて変わる流動的なパラメータである。例えば、被処理液の温度が上昇すると、一般的には、被処理液の誘電率が低下し、その結果、空胴共振器の実際の共振周波数は、空胴共振器の構造や寸法によって定まる共振周波数よりも上昇する。
一方、被処理液の誘電損率は、空胴共振器からのマイクロ波の反射に影響を及ぼすと共に、被処理液の温度変化に応じて変化する流動的なパラメータである。誘電損率が適切なレベルであれば、空胴共振器からのマイクロ波の反射を低く抑えるように設計されている。しかし、一般的には、誘電損率が低くなる(つまり、マイクロ波を吸収し難くなくなる)と、空胴共振器からの反射が多くなり、空胴共振器に導入できるマイクロ波電力の割合が低下する。
Specifically, the dielectric constant of the liquid to be treated is a parameter that affects the resonance frequency of the cavity resonator and changes according to the temperature change of the liquid to be treated. The resonance frequency of a cavity resonator is basically determined by its structure and dimensions, but the influence of the dielectric characteristics of the flow pipe itself disposed in the cavity and the liquid to be treated flowing through the flow pipe itself Influenced by dielectric properties. Therefore, the actual resonance frequency of the cavity resonator is determined not only based on the structure and dimensions of the cavity resonator but also on the dielectric properties of the liquid to be treated and the flow pipe, and changes depending on the type of liquid to be treated and the temperature change. It is a fluid parameter. For example, when the temperature of the liquid to be processed rises, the dielectric constant of the liquid to be processed generally decreases, and as a result, the actual resonance frequency of the cavity resonator is determined by the structure and dimensions of the cavity resonator. It rises above the resonance frequency.
On the other hand, the dielectric loss factor of the liquid to be processed is a fluid parameter that affects the reflection of the microwave from the cavity resonator and changes according to the temperature change of the liquid to be processed. If the dielectric loss factor is at an appropriate level, it is designed to suppress the reflection of the microwave from the cavity resonator. However, in general, when the dielectric loss factor decreases (that is, it becomes difficult to absorb microwaves), the reflection from the cavity resonator increases, and the ratio of the microwave power that can be introduced into the cavity resonator becomes smaller. descend.
ここで、特許文献1に記載されたマイクロ波装置において、ISM帯内の周波数のマイクロ波を用いて被処理液を可能な限り効率的に処理するためには、発振周波数と空胴共振器の実際の共振周波数とを適切に同調させると共に、空胴共振器からのマイクロ波の反射を極力少なくする(整合させる)という2つの要件を満足する必要がある。 Here, in the microwave device described in Patent Document 1, in order to treat the liquid to be processed as efficiently as possible using microwaves having a frequency within the ISM band, the oscillation frequency and the cavity resonator are processed. It is necessary to satisfy two requirements of appropriately tuning the actual resonance frequency and minimizing (matching) the reflection of the microwave from the cavity resonator.
しかしながら、特許文献1に記載されたマイクロ波装置では、空胴共振器の実際の共振周波数や反射に係る被処理液の誘電損率は、温度変化に応じて変わる流動的なパラメータであるため、前記2つの要件の内容も温度変化に応じて変化する。そのため、特許文献1に記載されたマイクロ波装置のオペレーターには、装置の運転条件の設定や調整等の際に、過度な負担が強いられることがある。特に、エタノール等のように、温度変化に応じた誘電特性の変化が大きい被処理液を処理対象とする場合等には、オペレーターは、運転条件の調整等を行う際に、試行錯誤で時間をかけて対処しているというのが現状であり、その工夫が求められている。 However, in the microwave device described in Patent Document 1, the actual resonant frequency of the cavity resonator and the dielectric loss factor of the liquid to be treated related to reflection are fluid parameters that change according to temperature changes. The contents of the two requirements also change according to the temperature change. For this reason, an operator of the microwave device described in Patent Document 1 may be forced to place an excessive burden when setting or adjusting the operating conditions of the device. In particular, when treating a liquid to be treated that has a large change in dielectric characteristics in response to changes in temperature, such as ethanol, the operator must spend time by trial and error when adjusting the operating conditions. The current situation is that it is being dealt with over time, and that ingenuity is required.
本発明は上記課題に着目してなされたもので、運転条件の決定の際に有用な情報を取得して出力可能なマイクロ波装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to the above problems, and an object of the present invention is to provide a microwave device that can acquire and output useful information when determining operating conditions.
本発明の一側面によると、マイクロ波装置は、マイクロ波を共振させる空胴共振器と前記マイクロ波を発生すると共にその周波数を所定の掃引範囲内で掃引可能なマイクロ波発生器とを備え、被処理物を前記空胴共振器内にて加熱処理可能である。前記マイクロ波装置は、前記空胴共振器内の電磁界強度を測定する第1測定部、及び、前記空胴共振器から前記マイクロ波発生器へ向かって反射された反射波の電磁界強度を測定する第2測定部の少なくとも一方を含むと共に、前記マイクロ波の周波数掃引に応じてそれぞれ変化する前記第1測定部及び前記第2測定部の少なくとも一方の測定結果を順次記憶し、前記掃引範囲における前記空胴共振器内の電磁界強度の周波数応答特性を示す第1信号、及び、前記掃引範囲における前記反射波の電磁界強度の周波数応答特性を示す第2信号の少なくとも一方を出力する、出力部を含む。 According to one aspect of the present invention, a microwave device includes a cavity resonator that resonates a microwave, and a microwave generator that generates the microwave and can sweep the frequency within a predetermined sweep range, The object to be processed can be heat-treated in the cavity resonator. The microwave device includes a first measurement unit that measures an electromagnetic field intensity in the cavity resonator, and an electromagnetic field intensity of a reflected wave reflected from the cavity resonator toward the microwave generator. Including at least one of the second measurement units to be measured, and sequentially storing measurement results of at least one of the first measurement unit and the second measurement unit respectively changing according to the frequency sweep of the microwave, and the sweep range At least one of a first signal indicating a frequency response characteristic of the electromagnetic field intensity in the cavity resonator and a second signal indicating a frequency response characteristic of the electromagnetic field intensity of the reflected wave in the sweep range; Includes output.
前記一側面による前記マイクロ波装置によれば、出力部により、マイクロ波の周波数掃引に応じてそれぞれ変化する第1測定部及び第2測定部の少なくとも一方の測定結果を順次記憶し、掃引範囲における空胴共振器内の電磁界強度の周波数応答特性を示す第1信号、及び、掃引範囲における反射波の電磁界強度の周波数応答特性を示す第2信号の少なくとも一方を出力することができる。そして、マイクロ波の周波数掃引は極めて短時間に行うことができるため、オペレーターは、例えば、マイクロ波発生器によって昇温させながら或いはいったん昇温させた後にマイクロ波発生器を停止させて次第に降温させながら所定の温度に達した際に第1信号のデータ及び第2信号のデータの少なくとも一方を得ることができる。また、被処理物の温度が変化する場合には、変化に対応する温度毎に、第1信号のデータ及び第2信号のデータの少なくとも一方を得ることができる。したがって、例えば、温度変化に応じた誘電特性の変化が大きい被処理液を処理対象とする場合であっても、オペレーターは、取得した温度毎のデータ群を用いて、前記2つの要件(つまり、同調と整合に関する要件)のうちの少なくとも一方に対して装置が温度毎にどのような状態にあるのかについて的確に認識(モニタリング)することができ、得られた情報に基づいて運転条件を適切に調整等することができる。
このようにして、前記マイクロ波装置によれば、運転条件の決定の際に有用な情報を取得して出力することができる。
According to the microwave device according to the one aspect, the output unit sequentially stores at least one measurement result of the first measurement unit and the second measurement unit that change in accordance with the frequency sweep of the microwave, and in the sweep range. At least one of the first signal indicating the frequency response characteristic of the electromagnetic field intensity in the cavity resonator and the second signal indicating the frequency response characteristic of the electromagnetic field intensity of the reflected wave in the sweep range can be output. Since the frequency sweep of the microwave can be performed in a very short time, the operator can, for example, stop the microwave generator while gradually raising the temperature while raising the temperature with the microwave generator or gradually lower the temperature. However, when the predetermined temperature is reached, at least one of the first signal data and the second signal data can be obtained. When the temperature of the object to be processed changes, at least one of the first signal data and the second signal data can be obtained for each temperature corresponding to the change. Therefore, for example, even when a liquid to be processed having a large change in dielectric characteristics in response to a temperature change is a processing target, the operator uses the acquired data group for each temperature to obtain the above two requirements (that is, It is possible to accurately recognize (monitor) the state of the device at each temperature with respect to at least one of the requirements on tuning and matching), and appropriately determine the operating conditions based on the obtained information. Can be adjusted.
In this way, according to the microwave device, it is possible to acquire and output useful information when determining operating conditions.
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1に、本発明に係るマイクロ波装置の一実施形態の概略構成図を示す。
図1において、このマイクロ波装置100は、マイクロ波発生器10と、導波管20と、空胴共振器30と、流通管40と、第1パワーモニター50と、第2パワーモニター60と、制御部70と、表示部80とを備え、適宜の被処理物としての被処理液を空胴共振器30内にて加熱処理可能なフロー式の装置である。マイクロ波装置100は、マイクロ波発生器10を同軸ケーブル等を介して導波管20に接続し、この導波管20を空胴共振器30に組み付け、制御部70で制御するように構成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In FIG. 1, the schematic block diagram of one Embodiment of the microwave apparatus based on this invention is shown.
In FIG. 1, the microwave device 100 includes a microwave generator 10, a waveguide 20, a cavity resonator 30, a flow tube 40, a first power monitor 50, a second power monitor 60, This is a flow type apparatus that includes a control unit 70 and a display unit 80 and is capable of heat-treating a liquid to be processed as an appropriate object to be processed in the cavity resonator 30. The microwave device 100 is configured such that the microwave generator 10 is connected to the waveguide 20 via a coaxial cable or the like, the waveguide 20 is assembled to the cavity resonator 30, and is controlled by the control unit 70. ing.
前記マイクロ波発生器10は、マイクロ波を発生すると共にその周波数(発振周波数f)を所定の掃引範囲内で掃引可能に構成されたものである。マイクロ波発生器10は、例えば、可変周波数発振器11と、可変減衰器12と、増幅器13とを備えて構成される。可変周波数発振器11は、マイクロ波を出力するものであり、例えば、電圧制御発振素子(VCO)からなるものである。可変周波数発振器11は、印加電圧を変えることにより、ISM周波数帯である2.4GHz〜2.5GHzの掃引範囲内で発振周波数fを掃引可能に構成されている。可変減衰器12は、可変周波数発振器11から入力されたマイクロ波のパワーを可変減衰するものである。増幅器13は、可変減衰器12から入力されたマイクロ波のパワーを増幅するものである。可変周波数発振器11で発振するマイクロ波の発振周波数fとパワー、及び、可変減衰器12の減衰率は、制御部70によって制御される。また、マイクロ波発生器10は、通常、ISM周波数帯で掃引可能に構成されているが、必要に応じてISM周波数帯より少し広い範囲で掃引可能に構成してもよい。 The microwave generator 10 is configured to generate a microwave and to sweep the frequency (oscillation frequency f) within a predetermined sweep range. The microwave generator 10 includes, for example, a variable frequency oscillator 11, a variable attenuator 12, and an amplifier 13. The variable frequency oscillator 11 outputs microwaves, and includes, for example, a voltage controlled oscillator (VCO). The variable frequency oscillator 11 is configured to be able to sweep the oscillation frequency f within a sweep range of 2.4 GHz to 2.5 GHz which is an ISM frequency band by changing an applied voltage. The variable attenuator 12 variably attenuates the microwave power input from the variable frequency oscillator 11. The amplifier 13 amplifies the microwave power input from the variable attenuator 12. The control unit 70 controls the oscillation frequency f and power of the microwave oscillated by the variable frequency oscillator 11 and the attenuation factor of the variable attenuator 12. Moreover, although the microwave generator 10 is normally configured to be able to sweep in the ISM frequency band, it may be configured to be able to sweep in a slightly wider range than the ISM frequency band as necessary.
前記導波管20は、マイクロ波発生器10から出力されたマイクロ波を導波させて空胴共振器30へ導入するものである。具体的には、マイクロ波発生器10からのマイクロ波は、同軸ケーブルでつながったアイソレータ14、整合器15及び方向性結合器16を介して同軸導波管変換器21に送られる。そして、同軸導波管変換器21を経て導波管20により導波されたマイクロ波は、後述するアイリス31を通って、空胴共振器30内へ導入される。ここで、例えば、空胴共振器30内を流通する被処理液の誘電損率が不適切であり、整合がとれていないときには、空胴共振器30からのマイクロ波の反射が多くなる。この反射波は、マイクロ波発生器10に戻るとマイクロ波発生器10を破損する可能性があるため、整合器15によって、極力小さくなるように抑えられる。本実施形態では、反射波はアイソレータ14の作用により無反射終端器17で吸収されるようになっている。 The waveguide 20 guides the microwave output from the microwave generator 10 and introduces it to the cavity resonator 30. Specifically, the microwave from the microwave generator 10 is sent to the coaxial waveguide converter 21 via the isolator 14, the matching unit 15, and the directional coupler 16 connected by a coaxial cable. Then, the microwave guided by the waveguide 20 through the coaxial waveguide converter 21 is introduced into the cavity resonator 30 through an iris 31 described later. Here, for example, when the dielectric loss rate of the liquid to be processed flowing through the cavity resonator 30 is inappropriate and the matching is not achieved, the reflection of the microwave from the cavity resonator 30 increases. Since this reflected wave may break the microwave generator 10 when returning to the microwave generator 10, it is suppressed by the matching unit 15 to be as small as possible. In this embodiment, the reflected wave is absorbed by the non-reflection terminator 17 by the action of the isolator 14.
前記空胴共振器30は、マイクロ波発生器10からのマイクロ波を導入するためのアイリス31と、導入されたマイクロ波を共振させる空胴としての照射室32とを有し、マイクロ波の共振により照射室32内にシングルモードの電界を発生させるものである。具体的には、空胴共振器30は、図2(A)〜図2(C)に示すように、上壁33、底壁34及び側壁35,36,37,38を含んで構成される。この上壁33及び底壁34は互いに対向しそれぞれ正方形である。側壁35,36,37,38はそれぞれ長方形であり、その短辺側が上壁33及び底壁34の各辺にボルト等(図示省略)で固定される。このようにして上壁33、底壁34及び側壁35,36,37,38を組み立てて形成された筐体内に四角柱状(正四角柱状)の空胴の照射室32が形成される。本実施形態の場合、導波管20側の側壁35は、図2(B)及び図2(C)に示すように、導波管20を接続するために、導波管20のフランジ22に対応させて面積が広げられている。 The cavity resonator 30 includes an iris 31 for introducing the microwave from the microwave generator 10 and an irradiation chamber 32 as a cavity for resonating the introduced microwave, and resonance of the microwave. This generates a single-mode electric field in the irradiation chamber 32. Specifically, as shown in FIGS. 2A to 2C, the cavity resonator 30 includes an upper wall 33, a bottom wall 34, and side walls 35, 36, 37, and 38. . The upper wall 33 and the bottom wall 34 face each other and are square. The side walls 35, 36, 37, and 38 are each rectangular, and the short sides thereof are fixed to the sides of the upper wall 33 and the bottom wall 34 with bolts or the like (not shown). In this way, a rectangular columnar (regular quadratic columnar) cavity irradiation chamber 32 is formed in the casing formed by assembling the upper wall 33, the bottom wall 34, and the side walls 35, 36, 37, 38. In the case of the present embodiment, the side wall 35 on the waveguide 20 side is connected to the flange 22 of the waveguide 20 to connect the waveguide 20 as shown in FIGS. 2 (B) and 2 (C). The area has been expanded in correspondence.
前記アイリス31は、照射室32にマイクロ波を導入する結合スリットであり、図2(B)に示すように、照射室側面を形成する側壁35の中央部位に、矩形開口として開けられる。この矩形開口は、長方形で、その長軸が、照射室32の上面及び底面の中心どうし、すなわち上壁33及び底壁34の中心どうしを結んだ照射室32の中心軸Cと平行に伸延する。 The iris 31 is a coupling slit for introducing a microwave into the irradiation chamber 32, and is opened as a rectangular opening at the central portion of the side wall 35 that forms the side surface of the irradiation chamber, as shown in FIG. This rectangular opening is rectangular, and its long axis extends parallel to the center axis C of the irradiation chamber 32 that connects the centers of the upper surface and the bottom surface of the irradiation chamber 32, that is, the centers of the upper wall 33 and the bottom wall 34. .
前記四角柱状空胴の照射室32にアイリス31を介して導入されたマイクロ波は、共振時、中心軸Cと平行な方向にシングルモードの電界を発生する。厳密に言えば、空胴共振器30内に何も入っていなければ、TM110モードの電磁界が励起される。したがって、おおよそTM110モードの電磁界分布に従った分布の電磁界が照射室32に発生することになる。例えば、加熱等において一般的に用いられる周波数2.45GHzのマイクロ波の場合において、照射室32内に何も無いときにシングルモードの電界を発生させるには、側壁35と側壁37との間の距離L、側壁36と側壁38との間の距離L(図2(C)参照)は、それぞれ、86.5mmで設計する。しかし、実際には、照射室32内には誘電体となる被処理液やこの被処理液を流通させる流通管40が存在するので、その影響を受けて空胴共振器30の共振周波数f0は下がる。そこで、側壁間の前記距離Lは、空のときの寸法(本例では86.5m)より小さくなるように設定され、共振周波数f0が照射室32内の被処理液及び流通管40の影響を受けて下がったときに概ね狙いの共振周波数になるように設計されている。また、照射室32において上壁33と底壁34との間の距離H(図2(A)参照)、つまり四角柱の高さは、適宜、必要な長さで設計すればよい。 The microwave introduced into the irradiation chamber 32 of the rectangular columnar cavity through the iris 31 generates a single mode electric field in a direction parallel to the central axis C at the time of resonance. Strictly speaking, if nothing is contained in the cavity resonator 30, the electromagnetic field of the TM110 mode is excited. Therefore, an electromagnetic field having a distribution approximately in accordance with the TM110 mode electromagnetic field distribution is generated in the irradiation chamber 32. For example, in the case of a microwave having a frequency of 2.45 GHz that is generally used in heating or the like, a single mode electric field can be generated between the side wall 35 and the side wall 37 when there is nothing in the irradiation chamber 32. The distance L and the distance L between the side wall 36 and the side wall 38 (see FIG. 2C) are each designed to be 86.5 mm. However, in reality, since there is a liquid to be processed as a dielectric and a flow pipe 40 through which the liquid to be processed flows in the irradiation chamber 32, the resonance frequency f0 of the cavity resonator 30 is affected by the influence. Go down. Therefore, the distance L between the side walls is set to be smaller than the dimension when empty (86.5 m in this example), and the resonance frequency f0 is affected by the liquid to be processed in the irradiation chamber 32 and the flow pipe 40. It is designed to have a generally targeted resonance frequency when it is received and lowered. Further, the distance H (see FIG. 2A) between the upper wall 33 and the bottom wall 34 in the irradiation chamber 32, that is, the height of the quadrangular prism may be designed with a necessary length as appropriate.
アイリス31は、照射室32に励起される電磁界を、予定したシングルモード(TM110)のみとすることに関与する。図2(B)に示すアイリス31においては、その長辺(側縁)においてマイクロ波による電流が中心軸Cと平行な方向に流れ、この電流に起因して、中心軸Cを囲繞する磁界と中心軸Cに平行な電界が発生する。アイリス31の幅(中心軸Cと直交する方向)は、シミュレーション及び実験により最適値を求めることができる。 The iris 31 is involved in setting the electromagnetic field excited in the irradiation chamber 32 only to the scheduled single mode (TM110). In the iris 31 shown in FIG. 2B, a microwave current flows in the long side (side edge) in a direction parallel to the central axis C, and the magnetic field surrounding the central axis C due to this current An electric field parallel to the central axis C is generated. An optimum value of the width of the iris 31 (direction orthogonal to the central axis C) can be obtained by simulation and experiment.
また、上壁33及び底壁34の中央部位には、照射室32内に導入されたマイクロ波を外部へ逃がすことなく流通管40の両端を支持する有底の筒状部材39,39’がそれぞれ配置されている。筒状部材39,39’は、照射室32の中心軸Cと、流通管40の軸線とがほぼ一致するように、流通管40を位置決めして、流通管40の両端を支持すると共に、照射室32から外部へのマイクロ波漏洩を防止する。 In addition, at the central portion of the upper wall 33 and the bottom wall 34, bottomed cylindrical members 39 and 39 ′ that support both ends of the flow pipe 40 without letting the microwave introduced into the irradiation chamber 32 escape to the outside. Each is arranged. The cylindrical members 39, 39 ′ support the both ends of the flow pipe 40 by positioning the flow pipe 40 so that the central axis C of the irradiation chamber 32 and the axis line of the flow pipe 40 substantially coincide with each other, and the irradiation. Microwave leakage from the chamber 32 to the outside is prevented.
前記流通管40は、空胴共振器30を貫通するように配設され、被処理物としての被処理液を流通させるための配管である。本実施形態では、流通管40は、例えば、螺旋状に伸延する石英ガラス製の蛇管からなるものである。この流通管40は、その螺旋中心が照射室32の中心軸Cと一致するように配置されている。また、この流通管40の両端部位は、照射室32の中心軸Cに沿って直線状に延伸している。被処理液を圧送する圧送ポンプ(図示省略)により圧送された被処理液は、流通管40の一端側(図中下側)から他端側(図中上側)に向かって流通し、この流通途中においてマイクロ波により加熱処理される。 The distribution pipe 40 is a pipe that is disposed so as to penetrate the cavity resonator 30 and distributes a liquid to be processed as an object to be processed. In the present embodiment, the flow pipe 40 is made of, for example, a quartz glass snake pipe extending spirally. The circulation pipe 40 is arranged so that the spiral center thereof coincides with the central axis C of the irradiation chamber 32. Further, both end portions of the flow tube 40 extend linearly along the central axis C of the irradiation chamber 32. The liquid to be processed, which is pumped by a pump (not shown) that pumps the liquid to be processed, flows from one end side (the lower side in the figure) to the other end side (the upper side in the figure) of the flow pipe 40. In the middle, heat treatment is performed by microwaves.
前記第1パワーモニター50は、空胴共振器30内の電磁界強度(電界又は磁界の強度)を測定するものであり、例えば、空胴共振器30の側壁37に取り付けられている。第1パワーモニター50により測定された電磁界強度の測定結果を示す信号S1は、制御部70に入力される。なお、本実施形態において、前記第1パワーモニター50が、本発明に係る「第1測定部」に相当する。 The first power monitor 50 measures the electromagnetic field strength (electric field or magnetic field strength) in the cavity resonator 30, and is attached to the side wall 37 of the cavity resonator 30, for example. A signal S 1 indicating the measurement result of the electromagnetic field intensity measured by the first power monitor 50 is input to the control unit 70. In the present embodiment, the first power monitor 50 corresponds to a “first measurement unit” according to the present invention.
前記第2パワーモニター60は、空胴共振器30からマイクロ波発生器10へ向かって反射された反射波の電磁界強度を測定するものであり、方向性結合器16から反射信号を取得している。第2パワーモニター60により測定された電磁界強度の測定結果を示す信号S2は、制御部70に入力される。なお、本実施形態において、前記第2パワーモニター60が、本発明に係る「第2測定部」に相当する。 The second power monitor 60 measures the electromagnetic field intensity of the reflected wave reflected from the cavity resonator 30 toward the microwave generator 10, and obtains a reflected signal from the directional coupler 16. Yes. A signal S 2 indicating the measurement result of the electromagnetic field intensity measured by the second power monitor 60 is input to the control unit 70. In the present embodiment, the second power monitor 60 corresponds to a “second measurement unit” according to the present invention.
ここで、第1パワーモニター50及び第2パワーモニター60による測定結果の一例を、図3を参照して説明する。 Here, an example of a measurement result by the first power monitor 50 and the second power monitor 60 will be described with reference to FIG.
図3は、空胴共振器30内にて所定の被処理液にマイクロ波を照射している際に、発振周波数fを2.4GHz〜2.5GHzの掃引範囲内で掃引させた場合における各パワーモニター50、60の測定結果の変化状況を示しており、下図は、前記掃引範囲における空胴共振器30内の電磁界強度の周波数応答特性の一例を示し、上図は前記掃引範囲における空胴共振器30からの反射波の電磁界強度の周波数応答特性の一例を示している。図3において、横軸はマイクロ波発生器10の発振周波数fを示し、縦軸は各パワーモニター50、60からの電磁界強度の測定結果(信号S1、S2)を示す。発振周波数fの前記掃引範囲での掃引は瞬時に完了させることができるため、図3は、前記所定の被処理液の温度が特定の値(例えば常温)の場合における周波数応答特性を示している。この所定の被処理液の場合、例えば、常温において、空胴共振器30内の電磁界強度(信号S1)は所定の周波数位置で極大化し、反射波の電磁界強度(信号S2)は所定の周波数位置で極小化している。つまり、信号S1は明確な極大値を有し、信号S2は明確な極小値を有するように変化している。信号S1の極大値(つまり、山の頂点)の周波数fが、空胴共振器30の共振周波数f0である。したがって、この共振周波数f0と一致する発振周波数fのマイクロ波を空胴共振器30に導入して同調を図ることにより、被処理液を効率的に処理することができる。また、図3に示すように、一般的に、信号S2の極小値(つまり、谷底)の周波数fと信号S1の山の頂点の周波数fは概ね一致する。したがって、信号S2の谷底の周波数fが空胴共振器30の共振周波数f0であるともいえる。そのため、発振周波数fと共振周波数f0との同調が適切に行われていれば、被処理液を効率的に処理することができる。このように、明確な極大値を有する信号S1及び明確な極小値を有する信号S2が得られている状態においては、発振周波数fと共振周波数f0との同調は、制御部70により後述するように容易に行うことができる。一般的に、被処理液の温度が上昇すると、被処理液の誘電率は低下し、その結果、空胴共振器30の実際の共振周波数f0は上昇するが、図3のように、信号S1が明確な極大値を有し、信号S2が明確な極小値を有していれば、制御部70により変化する実際の共振周波数f0に追従して加熱処理を行うことができる。 FIG. 3 shows each case where the oscillation frequency f is swept within a sweep range of 2.4 GHz to 2.5 GHz when a predetermined treatment liquid is irradiated with microwaves in the cavity resonator 30. The change state of the measurement results of the power monitors 50 and 60 is shown. The lower diagram shows an example of the frequency response characteristic of the electromagnetic field intensity in the cavity resonator 30 in the sweep range, and the upper diagram shows the sky response in the sweep range. An example of the frequency response characteristic of the electromagnetic field intensity of the reflected wave from the trunk resonator 30 is shown. In FIG. 3, the horizontal axis represents the oscillation frequency f of the microwave generator 10, and the vertical axis represents the measurement results (signals S1, S2) of the electromagnetic field strength from the power monitors 50, 60. Since sweeping of the oscillation frequency f in the sweep range can be completed instantaneously, FIG. 3 shows frequency response characteristics when the temperature of the predetermined liquid to be treated is a specific value (for example, room temperature). . In the case of this predetermined liquid to be treated, for example, at room temperature, the electromagnetic field strength (signal S1) in the cavity resonator 30 is maximized at a predetermined frequency position, and the electromagnetic field strength (signal S2) of the reflected wave is predetermined. Minimized in frequency position. That is, the signal S1 changes so as to have a clear maximum value, and the signal S2 changes so as to have a clear minimum value. The frequency f of the maximum value (that is, the peak of the mountain) of the signal S1 is the resonance frequency f0 of the cavity resonator 30. Therefore, the liquid to be treated can be processed efficiently by introducing a microwave having an oscillation frequency f that matches the resonance frequency f0 into the cavity resonator 30 for tuning. Also, as shown in FIG. 3, generally, the frequency f of the minimum value (that is, the valley bottom) of the signal S2 and the frequency f of the peak of the signal S1 are substantially the same. Therefore, it can be said that the frequency f of the valley bottom of the signal S2 is the resonance frequency f0 of the cavity resonator 30. Therefore, if the oscillation frequency f and the resonance frequency f0 are appropriately tuned, the liquid to be treated can be processed efficiently. As described above, in the state where the signal S1 having the clear maximum value and the signal S2 having the clear minimum value are obtained, the tuning of the oscillation frequency f and the resonance frequency f0 is performed by the control unit 70 as described later. It can be done easily. In general, when the temperature of the liquid to be processed increases, the dielectric constant of the liquid to be processed decreases, and as a result, the actual resonance frequency f0 of the cavity resonator 30 increases. However, as shown in FIG. If the signal has a clear maximum value and the signal S2 has a clear minimum value, the heating process can be performed following the actual resonance frequency f0 changed by the control unit.
図1に戻って、前記制御部70は、例えば、マイクロ波発生器10の動作を制御するものである。制御部70には、例えば、第1パワーモニター50からの信号S1が入力されると共に、図示省略した温度センサーにより計測された被処理液の温度の計測結果が入力され、最適の加熱処理が行われるようにマイクロ波発生器10の動作を制御する。流通管40内を流通する被処理液の温度は、マイクロ波の照射により上流から下流に向かうにしたがって徐々に上昇する分布を示す。そして、マイクロ波照射開始直後の初期動作段階等においては、流通管40内全体の被処理液の平均温度や下流側の被処理液の温度が徐々に上昇する。本実施形態では、前記温度センサーは空胴共振器30内における流通管40の下流側部位(図1では上側部位)を流通する被処理液の温度を代表温度として計測可能に配置されているものとする。 Returning to FIG. 1, the control unit 70 controls the operation of the microwave generator 10, for example. For example, a signal S1 from the first power monitor 50 is input to the control unit 70, and a measurement result of the temperature of the liquid to be processed measured by a temperature sensor (not shown) is input to perform an optimal heating process. The operation of the microwave generator 10 is controlled as shown in FIG. The temperature of the liquid to be treated that circulates in the circulation pipe 40 shows a distribution that gradually increases from upstream to downstream due to microwave irradiation. In the initial operation stage immediately after the start of microwave irradiation, the average temperature of the liquid to be processed in the entire flow pipe 40 and the temperature of the liquid to be processed on the downstream side gradually increase. In the present embodiment, the temperature sensor is disposed so as to be able to measure the temperature of the liquid to be processed flowing through the downstream portion (the upper portion in FIG. 1) of the flow pipe 40 in the cavity resonator 30 as a representative temperature. And
制御部70は、より具体的には、オペレーターによりマイクロ波照射開始の操作が行われると、マイクロ波発生器10によりマイクロ波出力を開始させ、周波数制御過程を実行する。周波数制御過程は、例えば、上側の第1パワーモニター50からの信号S1に基づいて、マイクロ波発生器10から出力されるマイクロ波の発振周波数fを、空胴共振器30の共振周波数f0に同調させる制御過程である。制御部70は、可変周波数発振器11に印加する電圧を所定の刻み幅で変化させることにより発振周波数fを前記掃引範囲において所定の刻み幅で瞬時に掃引する。電圧の刻み幅は適宜に変更可能に構成されている。したがって、発振周波数fの刻み幅も電圧の刻み幅に応じて変更可能である。そして、制御部70は、前記掃引範囲内において信号S1の強度が一番大きいところの発振周波数fを空胴共振器30の実際の共振周波数f0として検出し、その共振周波数f0を発振するように可変周波数発振器11の印加電圧を制御することにより、発振周波数fと共振周波数f0の同調制御を行う。このとき、制御部70は、第1パワーモニター50による測定に支障のない範囲で最低限の微弱パワーでマイクロ波を出力するとよい。照射室32へ導入するマイクロ波の出力パワーを弱くすることで、周波数制御過程の実行中に被処理液へ与え得る影響を抑制することができる。 More specifically, when an operation for starting microwave irradiation is performed by the operator, the control unit 70 starts microwave output by the microwave generator 10 and executes a frequency control process. In the frequency control process, for example, the microwave oscillation frequency f output from the microwave generator 10 is tuned to the resonance frequency f0 of the cavity resonator 30 based on the signal S1 from the first power monitor 50 on the upper side. This is a control process. The controller 70 instantaneously sweeps the oscillation frequency f at a predetermined step size in the sweep range by changing the voltage applied to the variable frequency oscillator 11 at a predetermined step size. The voltage step size can be changed as appropriate. Therefore, the step size of the oscillation frequency f can be changed according to the step size of the voltage. Then, the control unit 70 detects the oscillation frequency f where the intensity of the signal S1 is the highest in the sweep range as the actual resonance frequency f0 of the cavity resonator 30, and oscillates the resonance frequency f0. By controlling the voltage applied to the variable frequency oscillator 11, tuning control of the oscillation frequency f and the resonance frequency f0 is performed. At this time, the control unit 70 may output a microwave with a minimum weak power within a range in which measurement by the first power monitor 50 is not hindered. By weakening the output power of the microwave introduced into the irradiation chamber 32, it is possible to suppress the influence that can be given to the liquid to be treated during the execution of the frequency control process.
制御部70は、前記周波数制御過程による同調に続いて、マイクロ波のパワーを制御するパワー制御過程を実行する。パワー制御過程は、マイクロ波照射開始前にオペレーターにより被処理液の種類や加熱目標温度等に基づいて初期設定された条件に従ってマイクロ波発生器10の可変減衰器12等を制御し、マイクロ波のパワーを制御する過程である。パワー制御過程において、制御部70は、例えば、マイクロ波発生器10内に組み込まれたパワーモニター(図示省略)の測定結果等にしたがって、可変減衰器12の減衰率を調整することにより、マイクロ波発生器10から出力されるマイクロ波のパワーを調整する。 The controller 70 executes a power control process for controlling the power of the microwave following the tuning by the frequency control process. The power control process controls the variable attenuator 12 of the microwave generator 10 according to the conditions initially set by the operator based on the type of liquid to be processed, the heating target temperature, and the like before starting the microwave irradiation. This is the process of controlling power. In the power control process, the control unit 70 adjusts the attenuation rate of the variable attenuator 12 according to, for example, a measurement result of a power monitor (not shown) incorporated in the microwave generator 10 to thereby generate a microwave. The power of the microwave output from the generator 10 is adjusted.
制御部70は、例えば、マイクロ波照射開始の操作が行われると、最初に前記周波数制御過程を実行した後、前記パワー制御過程を実行し、このパワー制御過程実行中に一定の間隔で周波数制御過程を割り込ませて実行することにより、被処理液に対する加熱処理の動作を実行する。そして、その周波数制御過程において制御部70は、可変減衰器12を制御して上述の微弱パワーでマイクロ波を出力させつつ、可変周波数発振器11を制御して周波数の同調を図る。つまり、本実施形態では、前記周波数制御過程及び前記パワー制御過程が、本発明に係る「被処理液物を加熱処理する処理モード」に相当する。なお、本実施形態では、前記処理モードにおける発振周波数fをオペレーターにより適宜に固定値に設定することも可能なように構成されている。また、前記処理モードのうちのパワー制御過程用に初期設定された条件をオペレーターにより適宜に調整可能に構成されている。つまり、オペレーターにより調整された運転条件に基づいて、前記処理モードを実行することができるように構成されている。 For example, when an operation to start microwave irradiation is performed, the control unit 70 first executes the frequency control process, then executes the power control process, and performs frequency control at regular intervals during the execution of the power control process. By interrupting and executing the process, the operation of the heat treatment for the liquid to be processed is performed. In the frequency control process, the control unit 70 controls the variable attenuator 12 to output a microwave with the above-described weak power, and controls the variable frequency oscillator 11 to achieve frequency tuning. That is, in the present embodiment, the frequency control process and the power control process correspond to a “processing mode for heat-treating a liquid to be processed” according to the present invention. In the present embodiment, the oscillation frequency f in the processing mode can be appropriately set to a fixed value by the operator. Further, it is configured such that an operator can appropriately adjust conditions initially set for the power control process in the processing mode. In other words, the processing mode can be executed based on the operating conditions adjusted by the operator.
また、本実施形態において、制御部70は、マイクロ波の周波数掃引に応じてそれぞれ変化する第1パワーモニター50及び第2パワーモニター60の測定結果(信号S1及び信号S2)のデータを順次記憶するメモリを内蔵している。そして、制御部70は、発振周波数fの前記掃引範囲における空胴共振器30内の電磁界強度の周波数応答特性を示す第1信号S10を出力すると共に、前記掃引範囲における空胴共振器30からの反射波の電磁界強度の周波数応答特性を示す第2信号S20を出力可能に構成されている。このように、制御部70は、マイクロ波の発振周波数fを前記掃引範囲内で掃引すると共に第1信号S10及び第2信号S20を取得して出力する測定モードを実行可能に構成されている。 Further, in the present embodiment, the control unit 70 sequentially stores data of measurement results (signal S1 and signal S2) of the first power monitor 50 and the second power monitor 60 that change according to the frequency sweep of the microwave, respectively. Built-in memory. Then, the control unit 70 outputs the first signal S10 indicating the frequency response characteristic of the electromagnetic field intensity in the cavity resonator 30 in the sweep range of the oscillation frequency f, and from the cavity resonator 30 in the sweep range. The second signal S20 indicating the frequency response characteristic of the electromagnetic field intensity of the reflected wave can be output. Thus, the control unit 70 is configured to execute a measurement mode in which the microwave oscillation frequency f is swept within the sweep range, and the first signal S10 and the second signal S20 are acquired and output.
具体的には、制御部70の前記メモリには、例えば、信号S1及び信号S2の各データが、信号S1及び信号S2が得られたときの発振周波数fと対応させて、発振周波数f毎に記憶されている。前記第1信号S10は、信号S1と発振周波数fが発振周波数f毎に対応して前記メモリに記憶されたデータデーブルからなるものである。同様に、前記第2信号S20は、信号S2と発振周波数fが発振周波数f毎に対応して前記メモリに記憶されたデータテーブルからなるものである。本実施形態では、制御部70は、第1信号S10及び第2信号S20を表示部80に出力する。なお、本実施形態において、前記制御部70が、本発明に係る「出力部」に相当し、マイクロ波発生器10の動作を制御する機能に加えて「出力部」の機能を兼ね備えている。 Specifically, in the memory of the control unit 70, for example, each data of the signal S1 and the signal S2 is associated with the oscillation frequency f when the signal S1 and the signal S2 are obtained, for each oscillation frequency f. It is remembered. The first signal S10 is composed of a data table in which the signal S1 and the oscillation frequency f are stored in the memory corresponding to each oscillation frequency f. Similarly, the second signal S20 is composed of a data table in which the signal S2 and the oscillation frequency f are stored in the memory corresponding to each oscillation frequency f. In the present embodiment, the control unit 70 outputs the first signal S10 and the second signal S20 to the display unit 80. In the present embodiment, the control unit 70 corresponds to an “output unit” according to the present invention, and has a function of an “output unit” in addition to a function of controlling the operation of the microwave generator 10.
本実施形態では、制御部70は、被処理液を加熱処理する前記処理モードと、マイクロ波の発振周波数fを前記掃引範囲内で掃引すると共に第1信号S10及び第2信号S20を取得して出力する前記測定モードとの間で、装置の動作モードを切替えるための切替スイッチ(図示省略)を備えている。制御部70は、例えば、前記処理モード時において、オペレーターにより前記切替スイッチが操作されると、装置の動作モードを瞬時に前記測定モードに切替え、前記測定モードの動作を実行させる。この測定モードの動作は瞬時に完了させることができる。測定モードの動作完了後、切替スイッチが再び操作されると、動作モードが処理モードに切替えられて、処理モードが実行される。 In the present embodiment, the control unit 70 acquires the first signal S10 and the second signal S20 while sweeping the processing mode for heating the liquid to be processed and the oscillation frequency f of the microwave within the sweep range. A changeover switch (not shown) for switching the operation mode of the apparatus between the measurement mode to be output is provided. For example, when the changeover switch is operated by an operator in the processing mode, the control unit 70 instantaneously switches the operation mode of the apparatus to the measurement mode and causes the measurement mode operation to be executed. This measurement mode operation can be completed instantaneously. When the changeover switch is operated again after the measurement mode operation is completed, the operation mode is switched to the processing mode, and the processing mode is executed.
前記表示部80は、第1信号S10及び第2信号S20に基づいて、空胴共振器30の電磁界強度の周波数応答特性及び反射波の電磁界強度の周波数応答特性を表示するものであり、例えば、装置に組み込まれたパソコンからなるものである。 The display unit 80 displays the frequency response characteristic of the electromagnetic field intensity of the cavity resonator 30 and the frequency response characteristic of the electromagnetic field intensity of the reflected wave based on the first signal S10 and the second signal S20. For example, it consists of a personal computer incorporated in the apparatus.
ここで、例えば、被処理液の種類が変わると、共振周波数f0が変化すると共に、第1信号S10の山の形状及び高さや、第2信号S20の谷の形状及び深さが変化する。特に被処理液のマイクロ波の吸収が大きい場合等には、第1信号S10の山は緩やかな丘のようになって、その高さが低くなり、第2信号S20の谷の落ち込みは緩やかになって、その深さが浅くなる傾向を示す。時には、山や谷が殆ど見えなくなる場合がある。この吸収が大きい場合を、空胴共振器30のQ値が低いと表現される。このQ値は、例えば、第1信号S10に基づいて簡易的に算出することができる。具体的には、図4に示すように、Q値は、次式により算出することができる。
Q=f0/BW
つまり、信号S1の強度が最大値Pmaxとなる発振周波数f(=共振周波数f0)と、信号S1の強度が最大値Pmaxの半分になる周波数幅BW(いわゆる半値幅)との比により、Q値を算出することができる。制御部70によりQ値を算出し、その算出結果を表示部80に出力して表示可能に構成してもよいし、表示部80によりQ値を算出して表示可能に構成してもよい。また、表示部80は、Q値が予め定めた下限値より低い場合には、加熱処理が困難又は不能である旨のコメントや、Q値が予め定めた上限値より高い場合には、周波数掃引の刻み幅を小さくする必要がある旨のコメント等のオペレーターに有用なコメントを表示するように構成されている。
Here, for example, when the type of the liquid to be treated changes, the resonance frequency f0 changes, and the shape and height of the peak of the first signal S10 and the shape and depth of the valley of the second signal S20 change. In particular, when the microwave of the liquid to be processed is largely absorbed, the mountain of the first signal S10 becomes a gentle hill, its height decreases, and the valley of the second signal S20 gradually falls. It shows a tendency that the depth becomes shallow. Sometimes mountains and valleys are almost invisible. When this absorption is large, it is expressed that the Q value of the cavity resonator 30 is low. This Q value can be easily calculated based on the first signal S10, for example. Specifically, as shown in FIG. 4, the Q value can be calculated by the following equation.
Q = f0 / BW
That is, the Q value is determined by the ratio between the oscillation frequency f (= resonance frequency f0) at which the intensity of the signal S1 is the maximum value Pmax and the frequency width BW (so-called half width) at which the intensity of the signal S1 is half of the maximum value Pmax. Can be calculated. The control unit 70 may calculate the Q value and output the calculation result to the display unit 80 so that the display unit 80 can display the Q value. Alternatively, the display unit 80 may calculate the Q value and display the Q value. In addition, the display unit 80 displays a comment that the heat treatment is difficult or impossible when the Q value is lower than a predetermined lower limit value, and a frequency sweep when the Q value is higher than the predetermined upper limit value. A comment useful for the operator, such as a comment indicating that it is necessary to reduce the step size, is displayed.
次に、本実施形態のマイクロ波装置100において、表示部80に表示される空胴共振器30の電磁界強度の周波数応答特性及び反射波の電磁界強度の周波数応答特性について、図5〜図7を参照して説明すると共に、この表示内容に応じたオペレーターの作業等について説明する。なお、以下では、エタノールを被処理液とし、常温(例えば30℃)のエタノールを所定の温度まで昇温させる場合について説明する。 Next, in the microwave device 100 of the present embodiment, the frequency response characteristic of the electromagnetic field strength and the frequency response characteristic of the electromagnetic field intensity of the reflected wave displayed on the display unit 80 are shown in FIGS. 7 and the operator's work according to the display content will be described. In the following, a case will be described in which ethanol is used as a liquid to be processed and ethanol at room temperature (for example, 30 ° C.) is heated to a predetermined temperature.
オペレーターは、例えば、エタノールの昇温前に、制御部70により前記測定モードを実行させる。この状態では、エタノールは常温(30℃)で流通している。制御部70により測定モードを実行させると、表示部80には制御部70から第1信号S10及び第2信号S20の各データが入力される。パソコンからなる表示部80は、入力された各データに基づいてそのディスプレイに空胴共振器30の電磁界強度の周波数応答特性の曲線と反射波の電磁界強度の周波数応答特性の曲線をそれぞれ描画して表示する。この測定モードは瞬時に完了する。マイクロ波装置100は、その後、オペレーターによる切替スイッチの操作が行われるまでは、待機状態になる。 For example, the operator causes the control unit 70 to execute the measurement mode before raising the temperature of ethanol. In this state, ethanol is circulating at room temperature (30 ° C.). When the measurement mode is executed by the control unit 70, each data of the first signal S10 and the second signal S20 is input to the display unit 80 from the control unit 70. The display unit 80 composed of a personal computer draws a frequency response characteristic curve of the electromagnetic field intensity of the cavity resonator 30 and a frequency response characteristic curve of the electromagnetic field intensity of the reflected wave on the display based on each input data. And display. This measurement mode is completed instantly. Thereafter, the microwave device 100 is in a standby state until the operator operates the changeover switch.
図5は、エタノールの温度が30℃のときの表示内容を示している。エタノールの場合、30℃においては、第1信号S10及び第2信号S20のいずれについても、山や谷が殆ど現れていない。オペレーターは、この温度において、Q値が極めて低いこと、共振周波数f0を特定することが困難なこと、掃引範囲全域に亘って反射波の強度が高いことなどを把握することができる。そして、オペレーターは、表示部80から得られた情報に基づいて、例えば、処理モードにおける発振周波数fをISM周波数帯内の所定の周波数に設定したり、処理モードにおけるマイクロ波の出力パワーを初期設定値よりも大きくしたり、エタノールの流量を初期設定値よりも小さく設定する等、各種の運転条件の調整を適切に行うことができる。その後、動作モードが測定モードから処理モードに切替えられると、制御部70は、調整後の運転条件に基づく処理モードを実行させる(つまり、加熱処理を開始する)。 FIG. 5 shows the display contents when the temperature of ethanol is 30 ° C. In the case of ethanol, at 30 ° C., there are almost no peaks or valleys in both the first signal S10 and the second signal S20. At this temperature, the operator can grasp that the Q value is extremely low, it is difficult to specify the resonance frequency f0, and the intensity of the reflected wave is high over the entire sweep range. Then, based on the information obtained from the display unit 80, for example, the operator sets the oscillation frequency f in the processing mode to a predetermined frequency in the ISM frequency band, or initializes the microwave output power in the processing mode. Various operating conditions can be appropriately adjusted, for example, by making the value larger than the value or setting the ethanol flow rate to be smaller than the initial set value. Thereafter, when the operation mode is switched from the measurement mode to the processing mode, the control unit 70 causes the processing mode based on the adjusted operating condition to be executed (that is, starts the heating process).
図6は、処理モードによる30℃からの昇温途上において、温度が69.5℃になった時に、測定モードに切替えられ、表示部80に表示された内容の一例を示している。図6に示すように、温度が変化すると、その温度変化に応じて第1信号S10及び第2信号S20の形状(つまり周波数応答特性)も変化する。表示部80は、前回の表示内容も重ねて表示可能に構成されている。オペレーターは、周波数応答特性が変化しているものの、その変化量が少ないことを把握することができる。そして、オペレーターは、例えば、動作モードを処理モードに戻し、前回の運転条件と同じ条件で加熱処理を再開させることができる。 FIG. 6 shows an example of the contents displayed on the display unit 80 when the temperature reaches 69.5 ° C. during the temperature rising from 30 ° C. in the processing mode and is switched to the measurement mode. As shown in FIG. 6, when the temperature changes, the shapes of the first signal S10 and the second signal S20 (that is, frequency response characteristics) change according to the temperature change. The display unit 80 is configured to be able to display the previous display contents in an overlapping manner. The operator can grasp that although the frequency response characteristic has changed, the amount of change is small. And an operator can return an operation mode to processing mode, for example, and can restart heat processing on the same conditions as the last operating conditions.
図7は、30℃から150.8℃までの昇温途上(つまり、処理モード実行中)において、適宜に測定モードに切替えて得られた表示内容をそれぞれ重ねて表示部80に表示させた状態を示している。オペレーターは、69.5℃より高くなると、第1信号S10及び第2信号S20の山谷が徐々に現れること、Q値が徐々に高くなること、共振周波数f0が徐々に高くなることなどを把握することができる。そして、温度変化に応じた周波数応答特性の変化状態を低温領域から高温領域の全体に亘って把握することができる。その結果、オペレーターは、少なくとも中温領域から高温領域において、共振周波数f0がISM周波数帯内に収まっていることを把握することができる。より詳しくは、オペレーターは、低温領域においては、共振状態は略得られないこと、Q値が極めて低いこと等を把握することができる。また、オペレーターは、中温領域においては、共振状態が得られるもののその共振周波数f0を正確に特定することが困難であること等を把握することができる。そして、オペレーターは、高温領域においては、良好な共振状態が得られると共に良好な整合が得られこと、共振周波数f0を正確に特定することができること、特に150.8℃近辺ではQ値が高いこと等を把握することができる。したがって、オペレーターは、温度領域毎に得られた情報を最大限利用して、温度領域毎に最適な運転条件を都度設定することができる。 FIG. 7 shows a state in which display contents obtained by appropriately switching to the measurement mode are displayed on the display unit 80 while being heated from 30 ° C. to 150.8 ° C. (that is, during execution of the processing mode). Is shown. When the temperature is higher than 69.5 ° C., the operator grasps that the peaks and valleys of the first signal S10 and the second signal S20 gradually appear, the Q value gradually increases, the resonance frequency f0 gradually increases, and the like. be able to. And the change state of the frequency response characteristic according to a temperature change can be grasped from the low temperature region to the entire high temperature region. As a result, the operator can grasp that the resonance frequency f0 is within the ISM frequency band at least from the middle temperature region to the high temperature region. More specifically, the operator can grasp that the resonance state is hardly obtained in the low temperature region, the Q value is extremely low, and the like. In addition, although the operator can obtain a resonance state in the intermediate temperature region, the operator can grasp that it is difficult to accurately specify the resonance frequency f0. The operator can obtain a good resonance state and a good matching in the high temperature region, can accurately specify the resonance frequency f0, and particularly has a high Q value in the vicinity of 150.8 ° C. Etc. can be grasped. Therefore, the operator can set the optimum operating condition for each temperature region by making maximum use of the information obtained for each temperature region.
上記のように温度領域毎の運転条件を特定した後に、再度、同じ種類の被処理液を加熱処理する場合は、測定モードを実行する必要はなく、得られた運転条件に基づいて加熱処理を行えばよい。また、上記説明では、低温領域において、適宜の運転条件で加熱処理を行う場合を一例に挙げて説明したが、例えば、低温領域における昇温時間が長くなってしまった場合等には、図示を省略するが、次回の加熱処理においては、エタノールを別に設けたヒータ等の予熱機構により予め中温領域の温度まで加熱し、中温領域の状態から加熱処理を開始(つまり、処理モードを実行)するようにしてもよい。つまり、被処理液を予熱して、マイクロ波装置100に供給する予熱機構と、マイクロ波装置100とを備えた加熱処理システムを構成してもよい。また、中温領域及び高温領域においては、処理モードにおける周波数制御過程により、共振周波数f0を制御部70により検出して、発振周波数fを共振周波数f0に同調させることが可能であるため、この中温領域の状態から加熱処理をする場合には、オペレーターにより運転条件を調整することなく、処理モードを実行させてもよい。 After specifying the operating conditions for each temperature region as described above, when the same type of liquid to be processed is heat-treated again, it is not necessary to execute the measurement mode, and the heat treatment is performed based on the obtained operating conditions. Just do it. In the above description, the case where the heat treatment is performed in an appropriate operating condition in the low temperature region is described as an example. For example, when the temperature rise time in the low temperature region becomes long, the illustration is performed. Although omitted, in the next heat treatment, it is preheated to a temperature in the middle temperature region by a preheating mechanism such as a heater separately provided with ethanol, and the heat treatment is started from the state in the middle temperature region (that is, the processing mode is executed). It may be. That is, you may comprise the heat processing system provided with the preheating mechanism which preheats to-be-processed liquid and supplies to the microwave apparatus 100, and the microwave apparatus 100. FIG. In the intermediate temperature region and the high temperature region, the resonance frequency f0 can be detected by the control unit 70 and the oscillation frequency f can be tuned to the resonance frequency f0 by the frequency control process in the processing mode. In the case of performing the heat treatment from the state, the processing mode may be executed without adjusting the operation conditions by the operator.
図7に示す高温領域のように、Q値が高い場合においては、発振周波数fが実際の共振周波数f0から少しでもずれると空胴共振器30からの反射が増加し、空胴共振器30内の電界強度が低下する。そのため、Q値が高い温度領域が存在することが事前に把握されている場合には、オペレーターは周波数掃引の刻み幅の設定値を小さくすればよい。このように、温度領域毎の周波数応答特性の情報を得ることができれば、その後、同じ種類の被処理液を加熱処理する場合に、オペレーターは、被処理液の加熱処理をどのように行えばよいのかについて、様々な方策を検討することができる。つまり、温度毎の周波数応答特性の情報は極めて有用な情報となる。 When the Q value is high as in the high temperature region shown in FIG. 7, the reflection from the cavity resonator 30 increases when the oscillation frequency f slightly deviates from the actual resonance frequency f 0, and the cavity resonator 30 has an internal reflection. The electric field strength is reduced. Therefore, when it is known in advance that a temperature region having a high Q value exists, the operator may reduce the set value of the frequency sweep step size. As described above, if information on the frequency response characteristics for each temperature region can be obtained, then, when the same type of liquid to be processed is heat-treated, the operator can perform how to heat the liquid to be processed. Various measures can be considered. That is, the frequency response characteristic information for each temperature is extremely useful information.
本実施形態によるマイクロ波装置によれば、制御部(出力部)70により、マイクロ波の周波数掃引に応じてそれぞれ変化する第1パワーモニター(第1測定部)50及び第2パワーモニター(第2測定部)60の測定結果を順次記憶し、掃引範囲における空胴共振器30内の電磁界強度の周波数応答特性を示す第1信号S10を出力すると共に、掃引範囲における反射波の電磁界強度の周波数応答特性を示す第2信号S20を出力することができる。そして、マイクロ波の周波数掃引は極めて短時間に行うことができるため、オペレーターは、例えば、所定の温度における第1信号S10のデータと第2信号S20のデータを、それぞれ得ることができる。また、被処理液(被処理物)の温度が変化した場合には、その変化した温度毎に、第1信号S10のデータと第2信号S20のデータをそれぞれ得ることができる。したがって、例えば、温度変化に応じた誘電特性の変化が大きいエタノール等の被処理液を処理対象とする場合であっても、オペレーターは、取得した温度毎のデータ群を用いて、同調と整合に関する要件に対して装置が温度毎にどのような状態にあるのかについて的確に認識することができ、得られた情報に基づいて運転条件を適切に調整等することができる。
このようにして、マイクロ波装置100によれば、運転条件の決定の際に有用な情報を取得して出力することができる。
According to the microwave apparatus according to the present embodiment, the control unit (output unit) 70 changes the first power monitor (first measurement unit) 50 and the second power monitor (second unit) that change according to the frequency sweep of the microwave. (Measurement unit) 60 sequentially stores the measurement results, outputs a first signal S10 indicating the frequency response characteristics of the electromagnetic field intensity in the cavity resonator 30 in the sweep range, and the electromagnetic field intensity of the reflected wave in the sweep range. The second signal S20 indicating the frequency response characteristic can be output. Since the frequency sweep of the microwave can be performed in a very short time, the operator can obtain the data of the first signal S10 and the data of the second signal S20 at a predetermined temperature, for example. In addition, when the temperature of the liquid to be processed (object to be processed) changes, the data of the first signal S10 and the data of the second signal S20 can be obtained for each changed temperature. Therefore, for example, even when a liquid to be processed such as ethanol having a large change in dielectric characteristics in response to a temperature change is a processing target, the operator uses the acquired data group for each temperature to perform tuning and matching. It is possible to accurately recognize the state of the apparatus for each temperature with respect to the requirements, and it is possible to appropriately adjust the operating conditions based on the obtained information.
In this way, according to the microwave device 100, it is possible to acquire and output useful information when determining the operating conditions.
また、本実施形態では、前記処理モードと前記測定モードとの間で、装置の動作モードを瞬時に切替え可能に構成されている。これにより、装置の動作モードを、処理モードから測定モード、又は、測定モードから処理モードに、瞬時に切替えることができる。したがって、例えば、処理モードにより、被処理液を昇温している昇温途上において、適宜、測定モードに切替えて、昇温中における周波数応答特性の変化を把握することができる。なお、昇温時に限らず、昇温前や除冷中であっても周波数応答特性を把握することができる。詳しくは、処理モード若しくは別に設けたヒータ等により被処理液を一旦高温領域まで昇温させた後、被処理液の温度が低下して把握したい温度になったときに、測定モードを実行させて、除冷中における周波数応答特性の変化を把握することができる。 In the present embodiment, the operation mode of the apparatus can be instantaneously switched between the processing mode and the measurement mode. Thereby, the operation mode of the apparatus can be instantaneously switched from the processing mode to the measurement mode or from the measurement mode to the processing mode. Therefore, for example, in the process of raising the temperature of the liquid to be treated in the treatment mode, it is possible to appropriately switch to the measurement mode and grasp the change in the frequency response characteristics during the temperature rise. The frequency response characteristic can be grasped not only at the time of temperature rise but also before the temperature rise or during the cooling. Specifically, after the temperature of the liquid to be processed is once raised to a high temperature region by using a processing mode or a separately provided heater, the measurement mode is executed when the temperature of the liquid to be processed drops to a desired temperature. The change of the frequency response characteristic during the cooling can be grasped.
また、本実施形態では、第1信号S10及び第2信号S20に基づいて、周波数応答特性を表示する表示部80を備えている。これにより、オペレーターは、装置の周波数応答特性を視覚的に容易に認識することができる。 In the present embodiment, the display unit 80 that displays the frequency response characteristics based on the first signal S10 and the second signal S20 is provided. Thus, the operator can easily visually recognize the frequency response characteristic of the apparatus.
また、本実施形態では、発振周波数fを調整して発振周波数fと共振周波数f0との同調を図る場合を一例に挙げて説明したが、これに限らず、空胴共振器30内の誘電特性を調整することにより、共振周波数f0を調整して同調を図るようにしてもよい。
例えば、キシレンやトルエンや一般の非極性溶媒等の誘電率の低い液体を被処理液とする場合、共振周波数f0がISM周波数帯の上限値よりも高くなることがある。その結果、ISM周波数帯内で発振周波数fを共振周波数f0に同調させることができなくなるため、空胴共振器30の利点を生かした加熱を行うことが不能になる場合がある。このようなケースを想定したオペレーターの調整作業を、図8を参照して説明する。
In the present embodiment, the case where the oscillation frequency f is adjusted to tune the oscillation frequency f and the resonance frequency f0 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the dielectric characteristics in the cavity resonator 30 are also described. May be adjusted to adjust the resonance frequency f0 to achieve tuning.
For example, when a liquid having a low dielectric constant, such as xylene, toluene, or a general nonpolar solvent, is used as the liquid to be processed, the resonance frequency f0 may be higher than the upper limit value of the ISM frequency band. As a result, the oscillation frequency f cannot be tuned to the resonance frequency f0 within the ISM frequency band, and thus heating that makes use of the advantages of the cavity resonator 30 may not be possible. The operator's adjustment work assuming such a case will be described with reference to FIG.
例えば、ISM周波数帯での周波数掃引により得られた第1信号S10の形状により、オペレーターが、共振周波数f0がISM周波数帯の上限値より高いことを把握したとする。この場合、オペレーターは、図8に示すように、例えば、円筒状に形成されて一方向に延伸し所定の誘電率を有する誘電体片90を照射室32内で流通管40を覆うように配置するとよい。このように、被処理液の近傍に所定の誘電率を有する誘電体片90を配置することにより、実際の共振周波数f0を低下させることができる。その結果、実際の共振周波数f0をISM周波数帯内に収めることができる場合がある。 For example, it is assumed that the operator grasps that the resonance frequency f0 is higher than the upper limit value of the ISM frequency band by the shape of the first signal S10 obtained by the frequency sweep in the ISM frequency band. In this case, as shown in FIG. 8, for example, the operator arranges a dielectric piece 90 formed in a cylindrical shape and extending in one direction and having a predetermined dielectric constant so as to cover the flow tube 40 in the irradiation chamber 32. Good. Thus, by arranging the dielectric piece 90 having a predetermined dielectric constant in the vicinity of the liquid to be treated, the actual resonance frequency f0 can be lowered. As a result, the actual resonance frequency f0 may be within the ISM frequency band.
図9は、空胴共振器30の実際の共振周波数f0を調整するための誘電体片90の変形例を説明するための図であり、図9(A)は誘電体片の縦断面図、図9(B)は図9(A)に示すX1−X1矢視断面図である。この変形例に係る誘電体片90は、円筒状に形成され一方向に延伸しその延伸方向についての誘電特性が異なるように形成されている。詳しくは、この誘電体片90には、その延伸方向及び周方向に間隔をあけて複数の貫通孔90aが開口されている。また、この貫通孔90aの大きさは延伸方向の一端側に向うほど大きくなるように開口されている。このように、誘電体片90を、その延伸方向についての誘電特性が異なるように形成することにより、空胴共振器30内における誘電特性を適宜に微調整することができる。 FIG. 9 is a diagram for explaining a modification of the dielectric piece 90 for adjusting the actual resonance frequency f0 of the cavity resonator 30, and FIG. 9A is a longitudinal sectional view of the dielectric piece. FIG. 9B is a cross-sectional view taken along arrow X1-X1 shown in FIG. The dielectric piece 90 according to this modification is formed in a cylindrical shape so as to extend in one direction and have different dielectric characteristics in the extending direction. Specifically, the dielectric piece 90 has a plurality of through holes 90a opened at intervals in the extending direction and the circumferential direction. Further, the size of the through hole 90a is opened so as to increase toward one end side in the extending direction. Thus, by forming the dielectric piece 90 so that the dielectric characteristics in the extending direction are different, the dielectric characteristics in the cavity resonator 30 can be finely adjusted as appropriate.
図10は、誘電体片90が、空胴共振器30内における位置を調整可能に配置される場合について説明するための図である。例えば、誘電体片90は、図10に示すように、照射室32の中心軸Cの延伸方向に移動可能に支持されている。例えば、オペレーターが誘電体片90を移動させて、誘電体片90が照射室32内に入っている量を調整することにより、共振周波数f0を調整可能に構成されている。例えば、図10の状態で、共振周波数f0を低下させたい場合には、オペレーターは、誘電体片90を上方に移動させればよい。一方、図10の状態で、共振周波数f0を高くしたい場合には、オペレーターは、誘電体片90を下方に移動させればよい。ここで、被処理液や誘電体片90は、一般的に、温度が上昇するほど誘電損率が低下する。しかし、例えば、ポリマー(例えばPTFE)等の一部の誘電材料は、その軟化点付近においては、温度が上昇して軟化点に近づくほど誘電率が上昇する特性を有している。したがって、例えば、加熱目標温度がポリマー等の軟化点の近傍の温度である場合には、温度上昇による被処理液の誘電損率の低下による共振周波数f0の変化量を小さくするために、誘電体片90の材料として上記特性を有するポリマー等の誘電材料を用いるとよい。なお、図9に示す誘電体片90を図10に示すように位置調整可能に配置してもよい。 FIG. 10 is a diagram for explaining a case where the dielectric piece 90 is arranged so that the position in the cavity resonator 30 can be adjusted. For example, the dielectric piece 90 is supported so as to be movable in the extending direction of the central axis C of the irradiation chamber 32 as shown in FIG. For example, the operator moves the dielectric piece 90 and adjusts the amount of the dielectric piece 90 in the irradiation chamber 32 so that the resonance frequency f0 can be adjusted. For example, in the state shown in FIG. 10, when the operator wants to lower the resonance frequency f0, the operator may move the dielectric piece 90 upward. On the other hand, when it is desired to increase the resonance frequency f0 in the state shown in FIG. 10, the operator may move the dielectric piece 90 downward. Here, the dielectric loss factor of the liquid to be treated and the dielectric piece 90 generally decreases as the temperature increases. However, for example, some dielectric materials such as a polymer (for example, PTFE) have a characteristic that in the vicinity of the softening point, the dielectric constant increases as the temperature rises and approaches the softening point. Therefore, for example, when the heating target temperature is a temperature in the vicinity of the softening point of a polymer or the like, in order to reduce the amount of change in the resonance frequency f0 due to the decrease in the dielectric loss factor of the liquid to be processed due to the temperature increase, A dielectric material such as a polymer having the above characteristics may be used as the material of the piece 90. Note that the dielectric piece 90 shown in FIG. 9 may be arranged so that its position can be adjusted as shown in FIG.
また、本実施形態では、図1、図2に示したように、石英ガラス製の蛇管からなる流通管40の両端部位は、照射室32の中心軸Cに沿って直線状に延伸するものとして説明したが、これに限らない。例えば、流通管40の変形例を説明するための概念図である図11に示すように、中心軸Cからずらした位置で延伸するように構成してもよい。この場合、蛇管からなる流通管40の螺旋中心、つまり中心軸Cに沿って、ロッド状の誘電体片90を中心軸Cに沿って移動可能に配置するとよい。このように、誘電体片90を電磁界強度の一番強い領域に挿入された状態で、オペレーターは、その挿入量を調整することができるため、共振周波数f0を効果的に調整することができる。この場合、図12に示すように、円筒状の短い誘電体片90’を流通管40の一端部を覆うように更に配置すると共に、この誘電体片90’の位置を調整可能に構成してもよい。つまり、誘電体片は一つに限らず、複数配置し、それぞれの位置を調整可能に構成してもよい。これにより、オペレーターは、より細かく共振周波数f0を調整することができる。 Further, in this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, both end portions of the flow tube 40 made of a quartz glass snake tube are assumed to extend linearly along the central axis C of the irradiation chamber 32. Although explained, it is not limited to this. For example, you may comprise so that it may extend | stretch in the position shifted from the central axis C, as shown in FIG. In this case, the rod-shaped dielectric piece 90 may be disposed so as to be movable along the central axis C along the spiral center of the flow pipe 40 made of a serpentine tube, that is, along the central axis C. As described above, the operator can adjust the insertion amount in a state where the dielectric piece 90 is inserted in the region where the electromagnetic field strength is the strongest, so that the resonance frequency f0 can be adjusted effectively. . In this case, as shown in FIG. 12, a short cylindrical dielectric piece 90 ′ is further arranged so as to cover one end of the flow pipe 40, and the position of the dielectric piece 90 ′ is adjustable. Also good. That is, the number of dielectric pieces is not limited to one, and a plurality of pieces may be arranged so that their positions can be adjusted. Thereby, the operator can adjust the resonance frequency f0 more finely.
図13及び図14は、流通管40の別の変形例を説明するための概念図である。流通管40は、蛇管に限らず、図13及び図14に示すように、L字状に形成されるL字管からなるものであってもよい。このL字状の流通管40は、例えば、その一端部が空胴共振器30の上壁33を貫通し、その他端部が空胴共振器30の側壁(36〜38のいずれかの側壁)に中心軸C方向に延伸するように形成されたスリット30’を貫通するように、配置されている。そして、このL字状の流通管40は、中心軸C方向に移動可能に構成されている。このように、流通管40の位置を調整可能に構成することにより、オペレーターは、空胴共振器30内の誘電特性を変化させて、共振周波数f0等を調整することができる。なお、図示省略するが、流通管40は、蛇管やL字管に限らず、適宜の形状を有した配管を用いることができる。 13 and 14 are conceptual diagrams for explaining another modified example of the flow pipe 40. FIG. The flow pipe 40 is not limited to a snake pipe but may be an L-shaped pipe formed in an L-shape as shown in FIGS. 13 and 14. For example, one end of the L-shaped flow pipe 40 passes through the upper wall 33 of the cavity resonator 30, and the other end is the side wall of the cavity resonator 30 (any one of the side walls 36 to 38). The slit 30 'is formed so as to extend in the direction of the central axis C. The L-shaped flow pipe 40 is configured to be movable in the direction of the central axis C. Thus, by configuring the position of the flow pipe 40 so as to be adjustable, the operator can adjust the resonance frequency f0 and the like by changing the dielectric characteristics in the cavity resonator 30. In addition, although illustration is abbreviate | omitted, the distribution | circulation pipe | tube 40 can use piping which has not only a serpentine tube and an L-shaped tube but a suitable shape.
また、上記各変形例では、誘電体片90を配置したり、流通管40の位置を調整したりすることにより、空胴共振器30内の誘電特性を調整可能に構成した場合を説明したが、これに限らず、許容される範囲内において、被処理液の誘電特性を調整可能に構成してもよい。
例えば、被処理液が溶媒と基質とからなる場合、図示省略するが、被処理液の溶媒の流量と被処理液の基質の流量とをそれぞれ調整可能に構成するとよい。これにより、オペレーターは、表示部80により得られた情報に基づいて、溶媒と基質の流量を微調整して、被処理液の誘電特性を適宜に調整することができる。また、図示省略するが、流通管40に接続される補助流通管であって、イオン性液体を流通させて被処理液に添加するための補助流通管を更に備えて構成してもよい。この補助流通管は、流通管40の上流側に接続されている。これにより、オペレーターは、表示部80により得られた情報に基づいて、適宜の量のイオン性流体を被処理液に添加させて、被処理液の誘電特性を適宜に調整することができる。
Moreover, although each said modification demonstrated the case where it was comprised so that the dielectric property in the cavity resonator 30 could be adjusted by arrange | positioning the dielectric piece 90 or adjusting the position of the flow pipe 40. However, the present invention is not limited to this, and the dielectric properties of the liquid to be processed may be adjustable within an allowable range.
For example, when the liquid to be processed is composed of a solvent and a substrate, although not shown in the figure, it is preferable that the flow rate of the solvent of the liquid to be processed and the flow rate of the substrate of the liquid to be processed can be adjusted. Accordingly, the operator can finely adjust the flow rates of the solvent and the substrate based on the information obtained by the display unit 80, and can appropriately adjust the dielectric characteristics of the liquid to be processed. Further, although not shown in the drawings, an auxiliary flow pipe connected to the flow pipe 40 may be further provided, which further includes an auxiliary flow pipe for circulating the ionic liquid and adding it to the liquid to be treated. The auxiliary flow pipe is connected to the upstream side of the flow pipe 40. Thus, the operator can adjust the dielectric characteristics of the liquid to be processed by adding an appropriate amount of ionic fluid to the liquid to be processed based on the information obtained by the display unit 80.
なお、本実施形態では、空胴共振器30の電磁界強度の周波数応答特性と反射波の電磁界強度の周波数応答特性は、それぞれ、横軸を発振周波数fとし、縦軸を電磁界強度の強度としたグラブ上に描画した場合で説明したが、これに限らず、例えば、スミスチャートとして描画するように表示部80を構成してもよい。また、適宜に、周波数応答特性の表示形式を切替え可能に構成してもよい。 In the present embodiment, the frequency response characteristic of the electromagnetic field strength of the cavity resonator 30 and the frequency response characteristic of the electromagnetic field intensity of the reflected wave are respectively set such that the horizontal axis is the oscillation frequency f and the vertical axis is the electromagnetic field strength. Although the description has been given of the case where the drawing is performed on the grab having the strength, the present invention is not limited thereto, and the display unit 80 may be configured to draw as a Smith chart, for example. Further, the display format of the frequency response characteristics may be appropriately switched.
また、本実施形態では、マイクロ波装置100は、表示部80を備えるものとしたが、これに限らず、表示部80を備えなくてもよい。この場合、マイクロ波装置100は、第1信号S10及び第2信号S20を、外部の表示部や記憶装置等に出力可能であればよい。オペレーターは、その外部に出力された第1信号S10及び第2信号S20に基づいて、適宜に周波数応答特性を把握すればよい。 In the present embodiment, the microwave device 100 includes the display unit 80. However, the present invention is not limited thereto, and the display unit 80 may not be included. In this case, the microwave device 100 only needs to be able to output the first signal S10 and the second signal S20 to an external display unit, a storage device, or the like. The operator may ascertain the frequency response characteristics as appropriate based on the first signal S10 and the second signal S20 output to the outside.
また、本実施形態では、表示部80に表示された周波数応答特性に関する各種情報に基づいて、オペレーターが、空胴共振器30内の誘電特性調整(誘電体片90、90’の位置調整、流通管40の位置調整)や、被処理液の誘電特性調整(溶媒と基質の流量調整、イオン性流体の添加)を行う場合を一例に挙げて、説明したが、これに限らない。マイクロ波装置100は、第1信号S10及び第2信号S20に基づいて、例えば、制御部70により、空胴共振器30内の誘電特性調整や、被処理液の誘電特性調整を実行可能に構成してもよい。また、本実施形態では、共振周波数f0の検出やQ値の算出は、第1パワーモニター50の測定結果に基づいて行い、発振周波数fと共振周波数f0との同調を行うことにより、反射波の極小化を図る場合を一例に挙げて説明したが、これに限らない。例えば、共振周波数f0の検出やQ値の算出を、第2パワーモニター60の測定結果に基づいて行い、同調と反射波の極小化を図る構成としてもよい。したがって、マイクロ波装置100は、第1パワーモニター50及び第2パワーモニター60の少なくとも一方を備えていればよい。マイクロ波装置100が第1パワーモニター50のみを備える場合は、制御部(出力部)70は第1信号のみを出力し、表示部80は第1信号に基づいて掃引範囲における空胴共振器30内の電磁界強度の周波数応答特性を表示すればよく。マイクロ波装置100が第2パワーモニター60のみを備える場合は、制御部70は第2信号のみを出力し、表示部80は第2信号に基づいて掃引範囲における反射波の電磁界強度の周波数応答特性を表示すればよい。
このように、マイクロ波装置100は、空胴共振器30とマイクロ波発生器10とを備え、被処理物を空胴共振器30内にて加熱処理可能であり、第1パワーモニター(第1測定部)50及び第2パワーモニター(第2測定部)60の少なくとも一方を含むと共に、マイクロ波の周波数掃引に応じてそれぞれ変化する第1パワーモニター50及び第2パワーモニター60の少なくとも一方の測定結果を順次記憶し、前記掃引範囲における第1信号S10及び第2信号S20の少なくとも一方を出力する制御部(出力部)70を含んでいればよい。
In the present embodiment, the operator adjusts the dielectric characteristics in the cavity resonator 30 (position adjustment and distribution of the dielectric pieces 90 and 90 ′) based on various information related to the frequency response characteristics displayed on the display unit 80. The case of adjusting the position of the tube 40) and adjusting the dielectric characteristics of the liquid to be treated (adjusting the flow rate of the solvent and the substrate and adding the ionic fluid) have been described as examples, but the present invention is not limited thereto. The microwave device 100 is configured such that, for example, the control unit 70 can adjust the dielectric characteristics in the cavity resonator 30 and the dielectric characteristics of the liquid to be processed based on the first signal S10 and the second signal S20. May be. In the present embodiment, the detection of the resonance frequency f0 and the calculation of the Q value are performed based on the measurement result of the first power monitor 50, and by tuning the oscillation frequency f and the resonance frequency f0, The case of minimization has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, the configuration may be such that the detection of the resonance frequency f0 and the calculation of the Q value are performed based on the measurement result of the second power monitor 60, and the tuning and the reflected wave are minimized. Therefore, the microwave device 100 only needs to include at least one of the first power monitor 50 and the second power monitor 60. When the microwave device 100 includes only the first power monitor 50, the control unit (output unit) 70 outputs only the first signal, and the display unit 80 based on the first signal causes the cavity resonator 30 in the sweep range. It is only necessary to display the frequency response characteristics of the electromagnetic field strength. When the microwave device 100 includes only the second power monitor 60, the control unit 70 outputs only the second signal, and the display unit 80 performs frequency response of the electromagnetic field intensity of the reflected wave in the sweep range based on the second signal. What is necessary is just to display a characteristic.
As described above, the microwave device 100 includes the cavity resonator 30 and the microwave generator 10, and can heat-treat the object to be processed in the cavity resonator 30. Measurement unit) 50 and at least one of second power monitor (second measurement unit) 60 and measurement of at least one of first power monitor 50 and second power monitor 60 that change according to the frequency sweep of the microwave, respectively. It is only necessary to include a control unit (output unit) 70 that sequentially stores the results and outputs at least one of the first signal S10 and the second signal S20 in the sweep range.
また、本実施形態では、マイクロ波装置100は被処理液を流通させつつ加熱処理するフロー式である場合を一例に挙げて説明したが、これに限らず、静止状態で加熱処理するバッチ式でもよい。また、本実施形態では、被処理物は液体(つまり被処理液)であるものとしたが、これに限らず、固体でもよい。また、本実施形態では、空胴共振器30は、四角柱状空胴の照射室32を備える場合で説明したが、これに限らず、円柱状空胴の照射室を備えて構成してもよい。この場合、空胴共振器30内に何も入っていなければTM010モードの電磁界が励起される。 In the present embodiment, the microwave apparatus 100 is described as an example of a flow type in which heat treatment is performed while circulating the liquid to be treated. However, the present invention is not limited to this, and a batch type in which heat treatment is performed in a stationary state is also possible. Good. Moreover, in this embodiment, although the to-be-processed object shall be a liquid (namely, to-be-processed liquid), not only this but solid may be sufficient. Further, in the present embodiment, the cavity resonator 30 has been described as including the irradiation chamber 32 of a square columnar cavity. However, the present invention is not limited thereto, and may be configured to include an irradiation chamber of a cylindrical cavity. . In this case, if nothing is contained in the cavity resonator 30, the electromagnetic field in the TM010 mode is excited.
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態及び上記変形例に制限されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形及び変更が可能である。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not restrict | limited to the said embodiment and the said modification, A various deformation | transformation and change are possible based on the technical idea of this invention.
10・・・マイクロ波発生器
30・・・空胴共振器
40・・・流通管
41・・・補助流通管
50・・・第1パワーモニター(第1測定部)
60・・・第2パワーモニター(第2測定部)
70・・・制御部(出力部)
80・・・表示部
90・・・誘電体片
100・・・マイクロ波装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Microwave generator 30 ... Cavity resonator 40 ... Flow pipe 41 ... Auxiliary flow pipe 50 ... 1st power monitor (1st measurement part)
60 ... 2nd power monitor (2nd measurement part)
70: Control unit (output unit)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 80 ... Display part 90 ... Dielectric piece 100 ... Microwave apparatus
Claims (9)
前記空胴共振器内の電磁界強度を測定する第1測定部、及び、前記空胴共振器から前記マイクロ波発生器へ向かって反射された反射波の電磁界強度を測定する第2測定部の少なくとも一方を含むと共に、
前記マイクロ波の周波数掃引に応じてそれぞれ変化する前記第1測定部及び前記第2測定部の少なくとも一方の測定結果を順次記憶し、前記掃引範囲における前記空胴共振器内の電磁界強度の周波数応答特性を示す第1信号、及び、前記掃引範囲における前記反射波の電磁界強度の周波数応答特性を示す第2信号の少なくとも一方を出力する、出力部を含む、マイクロ波装置。 A cavity resonator for resonating a microwave and a microwave generator capable of generating the microwave and sweeping the frequency within a predetermined sweep range are provided, and the object to be processed is heated in the cavity resonator. A microwave device capable of processing,
A first measuring unit for measuring the electromagnetic field strength in the cavity, and a second measuring unit for measuring the electromagnetic field strength of the reflected wave reflected from the cavity resonator toward the microwave generator. Including at least one of
The measurement result of at least one of the first measurement unit and the second measurement unit, which respectively change according to the frequency sweep of the microwave, is sequentially stored, and the frequency of the electromagnetic field intensity in the cavity resonator in the sweep range A microwave device including an output unit that outputs at least one of a first signal indicating response characteristics and a second signal indicating frequency response characteristics of electromagnetic field intensity of the reflected wave in the sweep range.
前記被処理液の溶媒の流量と前記被処理液の基質の流量とをそれぞれ調整可能に構成した、請求項6に記載のマイクロ波装置。 The liquid to be treated consists of a solvent and a substrate,
The microwave device according to claim 6, wherein the flow rate of the solvent of the liquid to be treated and the flow rate of the substrate of the liquid to be treated can be adjusted.
前記被処理液を予熱して、前記マイクロ波装置に供給する予熱機構と、
を備えた加熱処理システム。 The microwave device according to any one of claims 6 to 8,
A preheating mechanism for preheating the liquid to be treated and supplying the liquid to the microwave device;
Heat treatment system equipped with.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020090812A1 (en) * | 2018-10-30 | 2020-05-07 | 株式会社Pmt | Microwave device |
| JP2021163760A (en) * | 2020-03-30 | 2021-10-11 | 株式会社富士通ゼネラル | Air treatment device and air treatment method |
| JP2022132968A (en) * | 2021-03-01 | 2022-09-13 | 株式会社サイダ・Fds | heat treatment equipment |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62195892A (en) * | 1986-02-21 | 1987-08-28 | 株式会社豊田中央研究所 | Ceramics heating control device |
| JPH05254855A (en) * | 1991-12-09 | 1993-10-05 | Philips Gloeilampenfab:Nv | Molding method and apparatus used therefor |
| JPH05507811A (en) * | 1990-06-14 | 1993-11-04 | ラブウエル エイビー | microwave treatment |
| WO2005102510A1 (en) * | 2004-04-20 | 2005-11-03 | Sanko Chemical Industry Co., Ltd. | Chemical reaction apparatus utilizing microwave |
| JP2014182930A (en) * | 2013-03-19 | 2014-09-29 | Saida Fds Inc | Circulation tube and microwave device having the same |
| 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 synthesis apparatus and chemical substance synthesis method |
| JP2016164847A (en) * | 2015-03-06 | 2016-09-08 | 株式会社アドバンテスト | Temperature control device, temperature control method, program, and recording medium |
-
2016
- 2016-09-28 JP JP2016190074A patent/JP6813175B2/en active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62195892A (en) * | 1986-02-21 | 1987-08-28 | 株式会社豊田中央研究所 | Ceramics heating control device |
| JPH05507811A (en) * | 1990-06-14 | 1993-11-04 | ラブウエル エイビー | microwave treatment |
| JPH05254855A (en) * | 1991-12-09 | 1993-10-05 | Philips Gloeilampenfab:Nv | Molding method and apparatus used therefor |
| WO2005102510A1 (en) * | 2004-04-20 | 2005-11-03 | Sanko Chemical Industry Co., Ltd. | Chemical reaction apparatus utilizing microwave |
| JP2014182930A (en) * | 2013-03-19 | 2014-09-29 | Saida Fds Inc | Circulation tube and microwave device having the same |
| 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 synthesis apparatus and chemical substance synthesis method |
| JP2016164847A (en) * | 2015-03-06 | 2016-09-08 | 株式会社アドバンテスト | Temperature control device, temperature control method, program, and recording medium |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020090812A1 (en) * | 2018-10-30 | 2020-05-07 | 株式会社Pmt | Microwave device |
| JP2021163760A (en) * | 2020-03-30 | 2021-10-11 | 株式会社富士通ゼネラル | Air treatment device and air treatment method |
| JP7414033B2 (en) | 2020-03-30 | 2024-01-16 | 株式会社富士通ゼネラル | Air treatment equipment and air treatment method |
| JP2022132968A (en) * | 2021-03-01 | 2022-09-13 | 株式会社サイダ・Fds | heat treatment equipment |
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