JP2021072221A - Microwave heating device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、空洞共振器を用いるマイクロ波加熱技術に関する。 The present disclosure relates to a microwave heating technique using a cavity resonator.
空洞共振器を用いるマイクロ波加熱技術は、マイクロ波加熱した触媒を用いて、エタノールを反応させ水素を発生させ、水素を燃料電池に供給し、入力電力より大きい出力電力を取得する用途等に適用されている(例えば、特許文献1等を参照。)。
Microwave heating technology using a cavity resonator is applied to applications such as using a microwave-heated catalyst to react ethanol to generate hydrogen, supply hydrogen to a fuel cell, and obtain output power larger than the input power. (See, for example,
従来技術のマイクロ波加熱システムの構成を図1に示す。従来技術のマイクロ波加熱システムMは、マイクロ波発生器1、整合器2及びマイクロ波加熱装置3から構成される。従来技術のマイクロ波加熱装置の構成を図2に示す。従来技術のマイクロ波加熱装置3は、マイクロ波加熱用の空洞共振器31、マイクロ波加熱対象の収容容器32、空洞共振器31の励振器33及び励振器33の給電線34から構成される。
The configuration of the conventional microwave heating system is shown in FIG. The conventional microwave heating system M is composed of a
空洞共振器31は、TM010モード空洞共振器である。収容容器32は、空洞共振器31の中心軸上に配置され、反応物質を流入され生成物質を流出する。よって、空洞共振器31の電界強度は、収容容器32の配置位置で最大となり、収容容器32での反応効率は、マイクロ波発生器1での供給電力に対して最大となる。そして、共振器モードの電磁界強度分布は、単調に変化する単純な分布となる(図3を参照。)。
The
従来技術では、励振器33は、空洞共振器31の側壁に配置される。ここで、空洞共振器31の中心軸に垂直な面内のうち、収容容器32と励振器33とを結ぶ方向に垂直な方向をX軸方向とし、収容容器32と励振器33とを結ぶ方向に平行な方向をY軸方向とする。そして、空洞共振器31の中心軸に平行な方向をZ軸方向とする。
In the prior art, the
従来技術のマイクロ波加熱装置のインピーダンス整合特性を図3に示す。ここで、空洞共振器31の電界強度Eは、空洞共振器31の側壁に近づくほど低くなり、空洞共振器31の中心軸に近づくほど高くなる。一方で、空洞共振器31の磁界強度Hは、空洞共振器31の側壁に近づくほど高くなり、空洞共振器31の中心軸に近づくほど低くなる。なお、空洞共振器31のTM010モードは、励振器33から1mm程度以内にある位置では乱れているが、励振器33から1mm程度以上離れた位置では乱れていない。
The impedance matching characteristics of the conventional microwave heating device are shown in FIG. Here, the electric field strength E of the
よって、空洞共振器31の側壁に配置される励振器33での空間インピーダンスZ0=E/H=√(μ/ε)は、マイクロ波発生器1の出力インピーダンス50Ωと等しくすることが難しい。つまり、マイクロ波加熱装置3の入力インピーダンスは、マイクロ波発生器1の出力インピーダンス50Ωと整合することが難しい。そこで、マイクロ波発生器1とマイクロ波加熱装置3との間に、整合器2が必要となる。すると、マイクロ波加熱システムMは、電力効率を高くすることができず、装置寸法を小さくすることができない。
Therefore, it is difficult for the spatial impedance Z 0 = E / H = √ (μ / ε) of the
そこで、前記課題を解決するために、本開示は、マイクロ波発生器とマイクロ波加熱装置との間に、整合器を不要とすることにより、マイクロ波加熱システムにおいて、電力効率を高くするとともに、装置寸法を小さくすることを目的とする。 Therefore, in order to solve the above problems, the present disclosure improves the power efficiency in the microwave heating system by eliminating the need for a matching device between the microwave generator and the microwave heating device. The purpose is to reduce the device dimensions.
前記課題を解決するために、励振器が、空洞共振器の側壁から離れた内部に固定される。そして、空洞共振器の磁界方向に対する励振器の傾斜角度が、適切な角度に調整される。よって、励振器での実効的な空間インピーダンスは、マイクロ波発生器の出力インピーダンスと等しくすることができる。つまり、マイクロ波加熱装置の入力インピーダンスは、マイクロ波発生器の出力インピーダンスと整合することができる。 To solve the above problems, the exciter is fixed inside away from the side wall of the cavity resonator. Then, the inclination angle of the exciter with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator is adjusted to an appropriate angle. Therefore, the effective spatial impedance of the exciter can be equal to the output impedance of the microwave generator. That is, the input impedance of the microwave heating device can be matched with the output impedance of the microwave generator.
具体的には、本開示は、マイクロ波加熱用の空洞共振器と、マイクロ波加熱対象の収容容器と、前記空洞共振器の励振器と、前記励振器の給電線と、を備えるマイクロ波加熱装置であって、前記励振器は前記空洞共振器の側壁から離れた内部に固定され、前記マイクロ波加熱装置の入力インピーダンスがマイクロ波発生器の出力インピーダンスと整合するように、前記空洞共振器の磁界方向に対する前記励振器の傾斜角度が調整されることを特徴とするマイクロ波加熱装置である。 Specifically, the present disclosure comprises a cavity heating device for microwave heating, a storage container for microwave heating, an exciter for the cavity resonator, and a feeding line for the exciter. In the device, the exciter is fixed inside the cavity resonator away from the side wall of the cavity resonator so that the input impedance of the microwave heater matches the output impedance of the microwave generator. It is a microwave heating device characterized in that the inclination angle of the exciter with respect to the magnetic field direction is adjusted.
この構成によれば、空洞共振器の内部で、励振器の傾斜を調整する一方で、マイクロ波発生器とマイクロ波加熱装置との間に、整合器を不要とすることにより、マイクロ波加熱システムにおいて、電力効率を高くするとともに、装置寸法を小さくすることができる。 According to this configuration, the microwave heating system by adjusting the tilt of the exciter inside the cavity resonator, while eliminating the need for a matcher between the microwave generator and the microwave heating device. In, the power efficiency can be increased and the device size can be reduced.
また、本開示は、前記マイクロ波加熱対象の誘電正接の温度変化に応じて、前記空洞共振器の磁界方向に対する前記励振器の傾斜角度が調整されることにより、前記マイクロ波加熱対象の誘電正接の温度変化によらず、前記マイクロ波加熱装置の入力インピーダンスが前記マイクロ波発生器の出力インピーダンスと整合するように調整されることを特徴とするマイクロ波加熱装置である。 Further, in the present disclosure, the tilt angle of the exciter with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator is adjusted according to the temperature change of the dielectric positive contact of the microwave heating target, so that the dielectric positive contact of the microwave heating target is adjusted. The microwave heating device is characterized in that the input impedance of the microwave heating device is adjusted to match the output impedance of the microwave generator regardless of the temperature change of the above.
マイクロ波加熱対象の誘電正接の温度変化に応じて、共振器モードの電磁界強度分布が変化し、マイクロ波加熱装置の入力インピーダンスがマイクロ波発生器の出力インピーダンスと整合しなくなる。この構成によれば、空洞共振器の磁界方向に対する励振器の傾斜角度を調整することにより、励振器での空間インピーダンスを実効的に調整し、マイクロ波加熱対象の誘電正接の温度変化によらず、マイクロ波加熱装置の入力インピーダンスをマイクロ波発生器の出力インピーダンスと整合させることができる。 The electromagnetic field intensity distribution in the resonator mode changes according to the temperature change of the dielectric loss tangent of the microwave heating target, and the input impedance of the microwave heating device does not match the output impedance of the microwave generator. According to this configuration, the spatial impedance of the exciter is effectively adjusted by adjusting the inclination angle of the exciter with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator, regardless of the temperature change of the dielectric positive contact of the microwave heating target. , The input impedance of the microwave heating device can be matched with the output impedance of the microwave generator.
また、本開示は、前記空洞共振器は、TM010モード空洞共振器であり、前記収容容器は、前記TM010モード空洞共振器の中心軸上に配置されることを特徴とするマイクロ波加熱装置である。 Further, the present disclosure is a microwave heating device, wherein the cavity resonator is a TM010 mode cavity resonator, and the storage container is arranged on the central axis of the TM010 mode cavity resonator. ..
この構成によれば、空洞共振器の電界強度を収容容器の配置位置で最大とし、収容容器での反応効率をマイクロ波発生器での供給電力に対して最大とすることができる。そして、共振器モードの電磁界強度分布を単調に変化する単純な分布とすることができる。 According to this configuration, the electric field strength of the cavity resonator can be maximized at the arrangement position of the accommodating vessel, and the reaction efficiency in the accommodating vessel can be maximized with respect to the power supplied by the microwave generator. Then, the electromagnetic field intensity distribution in the resonator mode can be a simple distribution that changes monotonically.
このように、本開示は、マイクロ波発生器とマイクロ波加熱装置との間に、整合器を不要とすることにより、マイクロ波加熱システムにおいて、電力効率を高くするとともに、装置寸法を小さくすることができる。 As described above, in the present disclosure, by eliminating the need for a matching device between the microwave generator and the microwave heating device, the power efficiency is increased and the device size is reduced in the microwave heating system. Can be done.
添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。 Embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the embodiments of the present disclosure, and the present disclosure is not limited to the following embodiments.
(本開示のマイクロ波加熱装置のインピーダンス整合)
本開示のマイクロ波加熱システムの構成を図4に示す。本開示のマイクロ波加熱システムMは、マイクロ波発生器1及びマイクロ波加熱装置3から構成されるが、整合器2を必要としない。本開示のマイクロ波加熱装置の構成を図5に示す。本開示のマイクロ波加熱装置3は、マイクロ波加熱用の空洞共振器31、マイクロ波加熱対象の収容容器32、空洞共振器31の励振器33及び励振器33の給電線34から構成される。
(Impedance matching of the microwave heating device of the present disclosure)
The configuration of the microwave heating system of the present disclosure is shown in FIG. The microwave heating system M of the present disclosure includes a
空洞共振器31は、TM010モード空洞共振器である。収容容器32は、空洞共振器31の中心軸上に配置され、反応物質を流入され生成物質を流出する。よって、空洞共振器31の電界強度は、収容容器32の配置位置で最大となり、収容容器32での反応効率は、マイクロ波発生器1での供給電力に対して最大となる。そして、共振器モードの電磁界強度分布は、単調に変化する単純な分布となる(図6を参照。)。
The
本開示では、励振器33は、空洞共振器31の側壁から離れた内部に固定される。そして、空洞共振器31の磁界方向に対する励振器33の傾斜角度は、適切な角度に調整される。ここで、空洞共振器31の中心軸に垂直な面内のうち、収容容器32と励振器33とを結ぶ方向に垂直な方向をX軸方向とし、収容容器32と励振器33とを結ぶ方向に平行な方向をY軸方向とする。そして、空洞共振器31の中心軸に平行な方向をZ軸方向とする。なお、励振器33は、励振ループ等であり、マイクロ波加熱装置3のインピーダンス整合特性(図6を参照。)を充足するような半径及び/又は巻数を有する。また、給電線34は、セミリジッドケーブル等であり、その先端にバラン(平衡−不平衡変換器)を有する。
In the present disclosure, the
本開示のマイクロ波加熱装置のインピーダンス整合特性を図6に示す。ここで、空洞共振器31の電界強度Eは、空洞共振器31の側壁に近づくほど低くなり、空洞共振器31の中心軸に近づくほど高くなる。一方で、空洞共振器31の磁界強度Hは、空洞共振器31の側壁に近づくほど高くなり、空洞共振器31の中心軸に近づくほど低くなる。なお、空洞共振器31のTM010モードは、励振器33から1mm程度以内にある位置では乱れているが、励振器33から1mm程度以上離れた位置では乱れていない。
The impedance matching characteristics of the microwave heating device of the present disclosure are shown in FIG. Here, the electric field strength E of the
よって、空洞共振器31の側壁から離れた内部に固定される励振器33での空間インピーダンスZ0=E/H=√(μ/ε)は、空洞共振器31の側壁近傍での空間インピーダンスEmin/Hmaxより大きく、空洞共振器31の中心軸近傍での空間インピーダンスEmax/Hminより小さく、マイクロ波発生器1の出力インピーダンス50Ωにほぼ等しくすることはできる。そして、傾斜角度を変更可能な励振器33での実効的な空間インピーダンスZ0’は、励振器33の傾斜角度を適切に調整することにより、マイクロ波発生器1の出力インピーダンス50Ωにより等しくすることが可能となる。
Therefore, the spatial impedance Z 0 = E / H = √ (μ / ε) in the
つまり、マイクロ波加熱装置3の入力インピーダンスは、マイクロ波発生器1の出力インピーダンス50Ωと整合することができる。そこで、マイクロ波発生器1とマイクロ波加熱装置3との間に、整合器2が不要となる。すると、マイクロ波加熱システムMは、電力効率を高くすることができ、装置寸法を小さくすることができる。
That is, the input impedance of the
本開示のマイクロ波加熱装置の反射特性及びスミスチャートを図7に示す。図7の上段に示した反射特性では、励振周波数が所望周波数2.45GHzであるときに、VSWRはほぼ1に等しく、マイクロ波加熱装置3のインピーダンス整合特性(図6を参照。)は充足される。図7の下段に示したスミスチャートでは、励振周波数が所望周波数2.45GHzであるときに、スミスチャート上の点P0はスミスチャートの中心近傍にあり、マイクロ波加熱装置3のインピーダンス整合特性(図6を参照。)は充足される。 The reflection characteristics and Smith chart of the microwave heating device of the present disclosure are shown in FIG. In the reflection characteristics shown in the upper part of FIG. 7, when the excitation frequency is the desired frequency of 2.45 GHz, VSWR is approximately equal to 1, and the impedance matching characteristics of the microwave heating device 3 (see FIG. 6) are satisfied. To. In the Smith chart shown in the lower part of FIG. 7, when the excitation frequency is the desired frequency 2.45 GHz, the point P0 on the Smith chart is near the center of the Smith chart, and the impedance matching characteristic of the microwave heating device 3 (FIG. 7). 6) is satisfied.
(本開示のマイクロ波加熱対象の温度変化への対処方法)
本開示のマイクロ波加熱対象の誘電正接の温度変化を図8に示す。図8の上段では、空洞共振器31の中心軸近傍での電界強度を示す。(1)マイクロ波加熱対象の誘電正接tanδが0.01から0.001へと変化したときに、ピーク周波数は所望周波数2.45GHzから変化せず、ピーク強度は高くなり、ピーク幅は狭くなる。(2)マイクロ波加熱対象の誘電正接tanδが0.01から0.05へと変化したときに、ピーク周波数は所望周波数2.45GHzから変化せず、ピーク強度は低くなり、ピーク幅は広くなる。
(Coping method for temperature change of microwave heating target of the present disclosure)
The temperature change of the dielectric loss tangent of the object to be heated by the microwave of the present disclosure is shown in FIG. The upper part of FIG. 8 shows the electric field strength in the vicinity of the central axis of the
図8の下段では、スミスチャートを示す。(1)マイクロ波加熱対象の誘電正接tanδが0.01から0.001へと変化したときに、励振周波数が所望周波数2.45GHzであるときのスミスチャート上の点は、スミスチャートの中心近傍の点P1からスミスチャートの容量性領域の点P2へと変化し、励振周波数が所望周波数2.45GHzの近傍で掃引されたときのスミスチャート上の軌跡は、スミスチャートの容量性領域へと半径を広げている。(2)マイクロ波加熱対象の誘電正接tanδが0.01から0.05へと変化したときに、励振周波数が所望周波数2.45GHzであるときのスミスチャート上の点は、スミスチャートの中心近傍の点P1からスミスチャートの誘導性領域の点P3へと変化し、励振周波数が所望周波数2.45GHzの近傍で掃引されたときのスミスチャート上の軌跡は、スミスチャートの誘導性領域へと半径を狭めている。 The lower part of FIG. 8 shows a Smith chart. (1) When the dielectric tangent tan δ of the object to be heated by the microwave changes from 0.01 to 0.001, the point on the Smith chart when the excitation frequency is the desired frequency of 2.45 GHz is near the center of the Smith chart. The locus on the Smith chart changes from the point P1 of the Smith chart to the point P2 of the capacitive region of the Smith chart, and when the excitation frequency is swept in the vicinity of the desired frequency of 2.45 GHz, the locus on the Smith chart has a radius to the capacitive region of the Smith chart. Is spreading. (2) When the dielectric tangent tan δ of the object to be heated by the microwave changes from 0.01 to 0.05, the point on the Smith chart when the excitation frequency is the desired frequency of 2.45 GHz is near the center of the Smith chart. The locus on the Smith chart changes from the point P1 of the Smith chart to the point P3 of the inductive region of the Smith chart, and when the excitation frequency is swept near the desired frequency of 2.45 GHz, the locus on the Smith chart has a radius to the inductive region of the Smith chart. Is narrowing.
このように、マイクロ波加熱対象の誘電正接tanδの温度変化に応じて、共振器モードの電磁界強度分布が変化し、マイクロ波加熱装置3の入力インピーダンスがマイクロ波発生器1の出力インピーダンス50Ωと整合しなくなる。ただし、空洞共振器31の共振周波数は、所望周波数2.45GHzに一致した状態を維持している。
In this way, the electromagnetic field intensity distribution in the resonator mode changes according to the temperature change of the dielectric positive contact tan δ to be heated by the microwave, and the input impedance of the
本開示のマイクロ波加熱対象の誘電正接tanδの温度変化への対処方法として、本開示のマイクロ波加熱装置の励振器の傾斜角度の調整機構を図9に示す。空洞共振器31の磁界方向(空洞共振器31の角度座標方向)に対する励振器33の傾斜角度θを調整することにより、励振器33での空間インピーダンスを実効的に調整し、マイクロ波加熱対象の誘電正接tanδの温度変化によらず、マイクロ波加熱装置3の入力インピーダンスをマイクロ波発生器1の出力インピーダンス50Ωと整合させることができる。
FIG. 9 shows a mechanism for adjusting the tilt angle of the exciter of the microwave heating device of the present disclosure as a method of coping with the temperature change of the dielectric loss tangent tan δ of the microwave heating target of the present disclosure. By adjusting the tilt angle θ of the
本開示のマイクロ波加熱装置の励振器の傾斜角度の調整原理を図10に示す。図10では、マイクロ波加熱対象の誘電正接tanδは、マイクロ波加熱対象の温度変化前の0.01であり、マイクロ波加熱対象の比誘電率εrは、マイクロ波加熱対象の温度変化前の3.0であり、励振器33の傾斜角度θを0°から変化させている。
The principle of adjusting the tilt angle of the exciter of the microwave heating device of the present disclosure is shown in FIG. In FIG. 10, the dielectric loss tangent tan δ of the microwave heating target is 0.01 before the temperature change of the microwave heating target, and the relative permittivity ε r of the microwave heating target is before the temperature change of the microwave heating target. It is 3.0, and the inclination angle θ of the
図10の上段では、反射係数を示す。励振器33の傾斜角度θが0°から20°を経て40°へと変化したときに、ディップ周波数は所望周波数2.45GHzからほぼ変化せず、ディップ強度は低くなり、ディップ幅は広くなる。
The upper part of FIG. 10 shows the reflectance coefficient. When the inclination angle θ of the
図10の下段では、スミスチャートを示す。励振器33の傾斜角度θが0°から20°を経て40°へと変化したときに、励振周波数が所望周波数2.45GHzであるときのスミスチャート上の点は、スミスチャートの中心近傍の点P4からスミスチャートのいくぶん誘導性領域の点P5を経てスミスチャートのさらなる誘導性領域の点P6へと変化し、励振周波数が所望周波数2.45GHzの近傍で掃引されたときのスミスチャート上の軌跡は、スミスチャートの誘導性領域へと半径を狭めている。
The lower part of FIG. 10 shows a Smith chart. When the tilt angle θ of the
このように、励振器33の傾斜角度θの変化に応じて、励振器33(励振ループ等)を通過する磁束が変化し、マイクロ波加熱装置3の入力インピーダンスがマイクロ波発生器1の出力インピーダンス50Ωと整合しなくなる。ただし、空洞共振器31の共振周波数は、所望周波数2.45GHzに一致した状態をほぼ維持している。
In this way, the magnetic flux passing through the exciter 33 (excitation loop, etc.) changes according to the change in the inclination angle θ of the
このことを利用して、励振器33の傾斜角度θを調整することにより、励振器33を通過する磁束を調整し、励振器33での空間インピーダンスを実効的に調整し、マイクロ波加熱対象の誘電正接tanδの温度変化によらず、マイクロ波加熱装置3の入力インピーダンスをマイクロ波発生器1の出力インピーダンス50Ωと整合させるのである。
Utilizing this, by adjusting the inclination angle θ of the
本開示のマイクロ波加熱装置の励振器の傾斜角度の調整方法を図11に示す。図11の上段に示したマイクロ波加熱対象の誘電正接tanδの温度変化前では、励振器33の傾斜角度θはθ0(0°でない理由は後述。)であり、励振周波数が所望周波数2.45GHzであるときのスミスチャート上の点は、スミスチャートの中心近傍の点P7にあり、励振周波数が所望周波数2.45GHzの近傍で掃引されたときのスミスチャート上の軌跡は、スミスチャートの容量性領域と誘導性領域とを分ける線分と接する。
FIG. 11 shows a method of adjusting the tilt angle of the exciter of the microwave heating device of the present disclosure. Before the temperature change of the dielectric loss tangent tan δ of the microwave heating target shown in the upper part of FIG. 11, the inclination angle θ of the
図11の中左段に示したマイクロ波加熱対象の誘電正接tanδが小さくなる温度変化後では、励振器33の傾斜角度θがθ0のままであれば、励振周波数が所望周波数2.45GHzであるときのスミスチャート上の点は、スミスチャートの容量性領域の点P8にあり、励振周波数が所望周波数2.45GHzの近傍で掃引されたときのスミスチャート上の軌跡は、スミスチャートの容量性領域へと半径を広げている。 After the temperature change in which the dielectric positive contact tan δ of the microwave heating target shown in the middle left of FIG. 11 becomes small , if the inclination angle θ of the exciter 33 remains θ 0 , the excitation frequency is the desired frequency 2.45 GHz. The point on the Smith chart at one time is at point P8 in the capacitive region of the Smith chart, and the locus on the Smith chart when the excitation frequency is swept near the desired frequency of 2.45 GHz is the capacitive of the Smith chart. The radius is extended to the area.
図11の下左段に示したマイクロ波加熱対象の誘電正接tanδが小さくなる温度変化後でも、励振器33の傾斜角度θがθ1に大きくなれば、励振周波数が所望周波数2.45GHzであるときのスミスチャート上の点は、スミスチャートの中心近傍の点P9にあり、励振周波数が所望周波数2.45GHzの近傍で掃引されたときのスミスチャート上の軌跡は、スミスチャートの容量性領域と誘導性領域とを分ける線分と接する。
Even after the temperature change in which the dielectric positive contact tan δ of the microwave heating target shown in the lower left column of FIG. 11 becomes small, if the inclination angle θ of the
図11の中右段に示したマイクロ波加熱対象の誘電正接tanδが大きくなる温度変化後では、励振器33の傾斜角度θがθ0のままであれば、励振周波数が所望周波数2.45GHzであるときのスミスチャート上の点は、スミスチャートの誘導性領域の点P10にあり、励振周波数が所望周波数2.45GHzの近傍で掃引されたときのスミスチャート上の軌跡は、スミスチャートの誘導性領域へと半径を狭めている。 After the temperature change in which the dielectric positive contact tan δ of the microwave heating target shown in the middle right of FIG. 11 becomes large , if the inclination angle θ of the exciter 33 remains θ 0 , the excitation frequency is the desired frequency 2.45 GHz. The point on the Smith chart at one time is at point P10 in the inductive region of the Smith chart, and the locus on the Smith chart when the excitation frequency is swept near the desired frequency of 2.45 GHz is the inducibility of the Smith chart. The radius is narrowed to the area.
図11の下右段に示したマイクロ波加熱対象の誘電正接tanδが大きくなる温度変化後でも、励振器33の傾斜角度θがθ2に小さくなれば、励振周波数が所望周波数2.45GHzであるときのスミスチャート上の点は、スミスチャートの中心近傍の点P11にあり、励振周波数が所望周波数2.45GHzの近傍で掃引されたときのスミスチャート上の軌跡は、スミスチャートの容量性領域と誘導性領域とを分ける線分と接する。
Even after the temperature change in which the dielectric positive contact tan δ of the microwave heating target shown in the lower right part of FIG. 11 becomes large, if the inclination angle θ of the
ここで、励振器33の傾斜角度θを最適化するためには、(1)マイクロ波発生器1とマイクロ波加熱装置3との間の方向性結合器を用いて、反射電力を最小化するように、励振器33の傾斜角度θをフィードバック制御してもよく、(2)空洞共振器31の内部のピックアップループを用いて、電界強度を最大化するように、励振器33の傾斜角度θをフィードバック制御してもよく、(3)空洞共振器31の側壁のサーモグラフィーを用いて、励振器33の傾斜角度θをフィードフォーワード制御してもよい。
Here, in order to optimize the inclination angle θ of the
そして、マイクロ波加熱対象の誘電正接tanδの温度変化前に、励振器33の傾斜角度θをθ0(≠0°)とした理由は、マイクロ波加熱対象の誘電正接tanδの温度変化後に、励振器33の傾斜角度θをθ2(<θ0)とすることにより、励振周波数が所望周波数2.45GHzの近傍で掃引されたときのスミスチャート上の軌跡の半径を広げるためである。さらに、励振周波数が所望周波数2.45GHzの近傍で掃引されたときのスミスチャート上の軌跡の半径を広げるためには、励振器33(励振ループ等)において、半径を大きくすることが望ましく、及び/又は、巻数を多くすることが望ましい。
The reason why the inclination angle θ of the
(本開示のマイクロ波加熱システムの補足)
マイクロ波加熱対象の種類に応じて、マイクロ波加熱対象の誘電正接tanδの温度変化範囲は様々である。そこで、マイクロ波加熱対象の種類に応じて、励振器33の傾斜角度θの可変範囲を設計することが望ましい。
(Supplement to the microwave heating system of the present disclosure)
The temperature change range of the dielectric loss tangent tan δ of the microwave heating target varies depending on the type of the microwave heating target. Therefore, it is desirable to design a variable range of the tilt angle θ of the
マイクロ波加熱対象の最適反応温度においてのみ、マイクロ波出力を大きくして、インピーダンス整合を高精度で実現してもよい。一方で、マイクロ波加熱対象の最適反応温度に上げるまで、マイクロ波出力を小さくして、インピーダンス整合を高精度で実現しなくてもよい。すると、励振器33の傾斜角度θを、マイクロ波加熱対象の最適反応温度における最適値に固定すればよい。
Impedance matching may be achieved with high accuracy by increasing the microwave output only at the optimum reaction temperature of the microwave heating target. On the other hand, it is not necessary to reduce the microwave output and realize impedance matching with high accuracy until the optimum reaction temperature of the microwave heating target is raised. Then, the inclination angle θ of the
本実施形態では、共振器モードとしてTM010モードを励振したうえで、マイクロ波加熱装置3の入力インピーダンスがマイクロ波発生器1の出力インピーダンス50Ωと整合するように、空洞共振器31の磁界方向に対する励振器33の傾斜角度が調整される。変形例として、共振器モードとして他の高次モードを励振したうえで、マイクロ波加熱装置3の入力インピーダンスがマイクロ波発生器1の出力インピーダンス50Ωと整合するように、空洞共振器31の磁界方向に対する励振器33の傾斜角度が調整されてもよい。
In the present embodiment, after exciting the TM010 mode as the resonator mode, the
本開示のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波加熱した触媒を用いて、エタノールを反応させ水素を発生させ、水素を燃料電池に供給し、入力電力より大きい出力電力を取得する用途等のように、マイクロ波加熱を用いる様々な用途に適用することができる。 The microwave heating device of the present disclosure uses a catalyst heated by microwave to react ethanol to generate hydrogen, supply hydrogen to a fuel cell, and obtain output power larger than input power. It can be applied to various applications using microwave heating.
M:マイクロ波加熱システム
1:マイクロ波発生器
2:整合器
3:マイクロ波加熱装置
31:空洞共振器
32:収容容器
33:励振器
34:給電線
M: Microwave heating system 1: Microwave generator 2: Matching device 3: Microwave heating device 31: Cavity resonator 32: Containment vessel 33: Exciter 34: Feed line
Claims (3)
前記励振器は前記空洞共振器の側壁から離れた内部に固定され、前記マイクロ波加熱装置の入力インピーダンスがマイクロ波発生器の出力インピーダンスと整合するように、前記空洞共振器の磁界方向に対する前記励振器の傾斜角度が調整される
ことを特徴とするマイクロ波加熱装置。 A microwave heating device including a cavity resonator for microwave heating, a container for microwave heating, an exciter for the cavity resonator, and a feeder line for the exciter.
The exciter is fixed inside away from the side wall of the cavity resonator, and the excitation with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator so that the input impedance of the microwave heater matches the output impedance of the microwave generator. A microwave heating device characterized in that the tilt angle of the vessel is adjusted.
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。 By adjusting the inclination angle of the exciter with respect to the magnetic field direction of the cavity resonator according to the temperature change of the dielectric tangent of the microwave heating target, the temperature change of the dielectric tangent of the microwave heating target does not matter. The microwave heating device according to claim 1, wherein the input impedance of the microwave heating device is adjusted to match the output impedance of the microwave generator.
前記収容容器は、前記TM010モード空洞共振器の中心軸上に配置される
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。 The cavity resonator is a TM010 mode cavity resonator.
The microwave heating device according to claim 1 or 2, wherein the storage container is arranged on the central axis of the TM010 mode cavity resonator.
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