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公開番号2025029635
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-07
出願番号2023134358
出願日2023-08-22
発明の名称マイクロ波加熱装置
出願人学校法人金沢工業大学
代理人個人
主分類H05B 6/64 20060101AFI20250228BHJP(他に分類されない電気技術)
要約【課題】マイクロ波を被加熱物に照射して効率よく加熱するマイクロ波加熱装置を提供する。
【解決手段】マイクロ波を被加熱物100に照射して加熱するマイクロ波加熱装置1において、楕円柱形状の空洞部11を備える導体製の本体部10と、楕円柱の一方の焦線F上に配置されるマイクロ波の放射アンテナ20と、他方の焦線F’上に配置されて内部に被加熱物を格納する格納部30と、マイクロ波を整合するスタブチューナー40を空洞部内に備える。直接波及び反射波が格納部において同位相とならない場合であってもスタブチューナーを操作して両者を同位相となるように整合させることができ、格納部内の被加熱物に対してマイクロ波の吸収効率を高めることができる。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
マイクロ波を被加熱物に照射して加熱するマイクロ波加熱装置において、
楕円柱形状の空洞部を備える導体製の本体部と、
前記楕円柱の一方の焦線上に配置される前記マイクロ波の放射アンテナと、他方の焦線上に配置されて内部に前記被加熱物を格納する格納部と、
前記マイクロ波を整合するスタブチューナーを前記空洞部内に備えることを特徴とするマイクロ波加熱装置。
続きを表示（約 300 文字）【請求項２】
前記放射アンテナから放射される前記マイクロ波のうち、直接前記格納部に至るまでにマイクロ波が進む距離をA、前記空洞部の壁面に至るまでにマイクロ波が進む距離をB、前記空洞部の壁面で反射したマイクロ波が前記格納部に至るまでに進む距離をCとした場合に前記空洞部の楕円形状が以下の式を満たすことを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波加熱装置。
TIFF
2025029635000004.tif
25
87
【請求項３】
複数の前記被加熱物が前記格納部の内部を移動しながら順次加熱されていくことを特徴とする請求項1又は2に記載のマイクロ波加熱装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を被加熱物に照射して効率よく加熱するマイクロ波加熱装置に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
マイクロ波加熱装置として楕円状の空洞を備える金属製の本体と、楕円の一方の焦線の位置に固定された放射アンテナと、他方の焦線の位置に被加熱物を静止又は通過させる機構とを備えており、マイクロ波を被加熱物に対して同位相で集中照射できるようにする技術が開示されている（特許文献1）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開2006－173069号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献1の技術には以下のような問題がある。
段落番号[0008]に「一般に、楕円柱の一焦線から放射されたマイクロ波または電磁波が、その楕円柱壁で反射された場合、その楕円柱の他方の焦線に同位相で集中して到達することが知られている。」と記載されている。しかし、両焦線に同じ形状の線状アンテナを設置した場合のみそのような結果が得られるものの、被加熱物は線状ではなく、一定の体積があるため、結果としてマイクロ波を重畳させることはできない。
また、直接波及び反射波が楕円柱の他方の焦線において同位相とならない場合に、両者が同位相となるように整合させるための手段についても記載されていない。
また、全ての楕円の他方の焦線位置でマイクロ波を重畳させることができるわけではなく楕円の形状とマイクロ波の波長には一定の関係式があることが記載されていない。
【０００５】
本発明は、上記のような問題を考慮して、マイクロ波を被加熱物に照射して効率よく加熱するマイクロ波加熱装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を被加熱物に照射して加熱するマイクロ波加熱装置において、楕円柱形状の空洞部を備える導体製の本体部と、前記楕円柱の一方の焦線上に配置される前記マイクロ波の放射アンテナと、他方の焦線上に配置されて内部に前記被加熱物を格納する格納部と、前記マイクロ波を整合するスタブチューナーを前記空洞部内に備えることを特徴とする。
また、前記放射アンテナから放射される前記マイクロ波のうち、直接前記格納部に至るまでにマイクロ波が進む距離をA、前記空洞部の壁面に至るまでにマイクロ波が進む距離をB、前記空洞部の壁面で反射したマイクロ波が前記格納部に至るまでに進む距離をCとした場合に前記空洞部の楕円形状が以下の式を満たすことを特徴とする。
TIFF
2025029635000002.tif
25
87
また、複数の前記被加熱物が前記格納部の内部を移動しながら順次加熱されていくことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では直接波及び反射波が格納部において同位相とならない場合であってもスタブチューナーを操作して両者を同位相となるように整合させることができ、格納部内の被加熱物に対してマイクロ波の吸収効率を高めることができる。
また、本発明はマイクロ波を空洞部に閉じ込めて被加熱物に効率よく吸収させる加熱装置であり、マイクロ波の空間への放射（漏洩）がなく，マイクロ波加熱装置が従来必要とする大がかりな遮蔽装置を必要としない。
また、空洞部の楕円形状が上記式を満たすように設計することで、直接波と反射波が格納部において同位相となり強め合うことになり、格納部内の被加熱物に対してマイクロ波の吸収効率を高めることができる。
また、複数の被加熱物を格納部の内部を移動させながら順次加熱していくことで加熱作業を効率化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
マイクロ波加熱装置のA-A線断面図(a)及び平面図(b)
2次元直交座標系における一般的な楕円を示す図(a)及び空洞部の楕円柱の水平面に沿った断面を模式的に表した図(b)
マイクロ波照射による殺菌効果を示すグラフ
マイクロ波加熱装置による加熱条件を示す表(a)及び加熱後の各サンプルの評価(b)
牡蠣を50W出力でマイクロ波加熱装置と電子レンジで加熱したときの温度変化のグラフ(a)及び500W出力で牡蠣を電子レンジで加熱したときの温度変化のグラフ(b)
シミュレーションソフトによる電磁界及び伝熱の連成解析の結果と実験結果を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明のマイクロ波加熱装置の実施の形態について説明する。
図1に示すようにマイクロ波加熱装置1はマイクロ波を被加熱物100に照射して加熱する装置であり、本体部10、放射アンテナ20、格納部30及びスタブチューナー40を供える。
本体部10は導体製であり、楕円柱形状の空洞部11を備える。空洞部11の壁面、上部及び下部を導体で囲むことによりマイクロ波が空洞部11外に漏洩しないように遮蔽している。なお、図1(b)では空洞部11の上部の図示を省略して空洞部11内が見えるようにしてある。
【００１０】
放射アンテナ20はマイクロ波を照射するためのアンテナであり、楕円柱の一方の焦線F上に配置される。放射アンテナ20は空洞部11の上部を突き抜けてマイクロ波発信器(図示略)に接続されている。
格納部30はその内部に被加熱物100を格納するための部材であり、楕円柱の他方の焦線F’上に配置される。格納部30はマイクロ波を通過させることができる材料から成り、例えばガラス、PTFE樹脂、シリコーンゴム等が挙げられる。本体部10から外へ出ている部分は金属材料31で覆われている。格納部30が空洞部11の上部及び下部を貫通する構造にすれば、図1中に矢印で示すように複数の被加熱物100を格納部30の上方から下方に、又は下方から上方に順次移動させながら加熱することができる。
スタブチューナー40は本体部10内のマイクロ波を整合するために導体棒41を空洞部11内の任意の高さに挿入できる装置である。スタブチューナー40の位置は限定されないが、放射アンテナ20と格納部30の間に配置するのが好ましい。
（【００１１】以降は省略されています）

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