JP7768554B2 - Microwave Reactor - Google Patents
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Description
本発明は、処理対象物が配された筐体内にマイクロ波を導入して処理対象物を処理する縦型のマイクロ波反応装置の構造に関する。 The present invention relates to the structure of a vertical microwave reactor that processes the object to be processed by introducing microwaves into a housing in which the object to be processed is placed.
従来のマイクロ反応装置として、ハウジング内に処理対象物を収容する反応器を設置するとともに、処理対象物が収容された反応器内に冷却媒体を没入させ、或いは反応器の外周を冷却媒体で囲った構成のものが知られている(例えば特許文献1の図14参照)。 Conventional microreactors are known that have a reactor that contains the material to be treated within a housing, and a cooling medium is immersed within the reactor containing the material to be treated, or the outer periphery of the reactor is surrounded by a cooling medium (see, for example, Figure 14 of Patent Document 1).
また、他のマイクロ波反応装置として、横断面が正五角形の筒体の前後両端をフランジで閉鎖してハウジングを形成し、このハウジングの軸方向中央を通るように処理対象物が流通する反応管を配置し、前記断面正五角形の筒体の周側面のうちの一の側面に設けられたマイクロ波導入口からハウジング内にマイクロ波を導入し、前記筒体の内周面に沿ってマイクロ波を伝搬させることで、前記反応管内の処理対象物にマイクロ波が照射されるように構成されたものが知られている(例えば特許文献2参照)。 Another known microwave reaction device is one in which a housing is formed by closing the front and rear ends of a cylinder with a regular pentagonal cross section with flanges, a reaction tube through which the material to be treated flows is arranged to pass through the axial center of the housing, microwaves are introduced into the housing through a microwave inlet provided on one of the peripheral sides of the cylinder with a regular pentagonal cross section, and the microwaves are propagated along the inner peripheral surface of the cylinder, thereby irradiating the material to be treated in the reaction tube with microwaves (see, for example, Patent Document 2).
前記前記従来技術のうち前者のものは、処理対象物とハウジングの間、或いは反応器とハウジングの間に冷却媒体が存在しているため、ハウジング内に照射されて伝搬するマイクロ波が処理対象物に到達する前に冷却媒体に吸収される場合がある。その場合、処理対象物が吸収するマイクロ波は少なくなり、効果的かつ効率的な反応は望めないことがある。 In the former of the above-mentioned conventional technologies, a cooling medium exists between the object to be treated and the housing, or between the reactor and the housing, so microwaves irradiated and propagating within the housing may be absorbed by the cooling medium before reaching the object to be treated. In such cases, the object to be treated absorbs less microwaves, and an effective and efficient reaction may not be possible.
また、後者のものは、ハウジング内で局所的にマイクロ波が集中する領域が発生しにくく、マイクロ波の分布のばらつきを抑制可能であるが、導波管からマイクロ波を直接反応管に向けて照射する場合と比べて、マイクロ波の照射量が少なくなる場合がある。 In addition, the latter method is less likely to create areas where microwaves concentrate locally within the housing, and can suppress variations in microwave distribution, but the amount of microwave irradiation may be less than when microwaves are irradiated directly from the waveguide toward the reaction tube.
本発明は従来の技術が有するこのような問題点に鑑み、筐体内に導入されるマイクロ波の損失を生じさせることなく、処理対象物に効率的に吸収せしめながら、処理対象物の反応温度を適正に調整することができるようにすることを課題とする。 In consideration of these problems with conventional technology, the present invention aims to make it possible to properly adjust the reaction temperature of the object to be treated while efficiently absorbing the microwaves introduced into the housing without causing any loss.
前記課題を解決するため本発明のマイクロ波反応装置は、天面体、周側面体及び底面体を有する筐体内にマイクロ波を導入して前記筐体内に配された処理対象物を処理する縦型のマイクロ波反応装置であって、
前記周側面体は複数の側面体を底面体上に垂直に、且つ各側面体同士が平行に向き合わないように立ち並べて平面視多角形状に形成され、
前記複数の側面体のうちの少なくとも一つの側面体にマイクロ波導入口が設けられ、
マイクロ波導入口が設けられていない他の側面体のうちの少なくとも一つの側面体にマイクロ波拡散用のファンアンテナが設けられているとともに、
前記底面体の下側に筐体内を加熱又は冷却する熱交換器を備えてなる構成を有することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the microwave reaction apparatus of the present invention is a vertical microwave reaction apparatus that introduces microwaves into a housing having a top body, a peripheral side body, and a bottom body, and processes a processing object placed in the housing,
The peripheral side body is formed into a polygonal shape in a plan view by arranging a plurality of side bodies vertically on the bottom body and so that the side bodies do not face each other in parallel,
a microwave introduction port is provided in at least one of the side bodies,
A fan antenna for diffusing microwaves is provided on at least one of the other side bodies that does not have a microwave inlet, and
The present invention is characterized in that it has a configuration in which a heat exchanger for heating or cooling the inside of the housing is provided below the bottom body.
これによれば、筐体の周側面体を構成する一つの側面体に設けられたマイクロ波導入口から筐体内にマイクロ波が導入され、筐体内に配された処理対象物に照射されて処理対象物の処理がなされる。
前記側面体に設けられたマイクロ波導入口に導波管が接続され、この導波管から当該マイクロ波導入口を通って筐体内の対向周側面体側に向けて水平にマイクロ波が照射され、導波管から照射されるマイクロ波の伝搬方向途上に処理対象物が配されていることで、処理対象物を効率的に処理することが可能である。
筐体内に導入されたマイクロ波のうち、前記処理対象物に吸収されない分は、前記周側面体の内面で反射して筐体内を伝搬するが、周側面体は複数の側面体を底面体上に垂直に、且つ各側面体同士が平行に向き合わないように立ち並べて平面視多角形状に設けられているため、各側面体の内面で反射して前記マイクロ波導入口側に向けて伝搬しにくくなり、マイクロ波が導波管内に逆流してエネルギーロスが生じることを効果的に防止することができる。
また、筐体内でマイクロ波は、マイクロ波導入口が設けられていない他の側面体に設けられたファンアンテナで反射して筐体内に拡散して伝搬するため、前記各側面体の内面で反射しつつ伝搬するマイクロ波と相俟って、筐体内全体にマイクロ波が分布せしめられるので、筐体内部に局所的に集中する領域が発生しにくく、筐体内に配された処理対象物を効率的に処理することが可能である。
さらに、前記底面体の下側に筐体内を加熱又は冷却する熱交換器が設けられており、熱交換器が放熱又は冷却動作することによる温度変化を、底面体を介して筐体内に伝熱することで筐体内の温度を制御し、処理対象物の反応温度を適宜に調整して反応を促進させることが可能である。熱交換器は筐体外部に設置されているので、マイクロ波が熱交換器に吸収されることによる損失が生じることない。
According to this, microwaves are introduced into the housing through a microwave inlet provided on one of the side bodies that make up the peripheral side body of the housing, and are irradiated onto the object to be processed placed inside the housing, thereby processing the object to be processed.
A waveguide is connected to the microwave inlet provided on the side body, and microwaves are irradiated horizontally from this waveguide through the microwave inlet toward the opposing peripheral side body inside the housing.By placing the object to be processed along the propagation direction of the microwaves irradiated from the waveguide, it is possible to efficiently process the object to be processed.
Of the microwaves introduced into the housing, those that are not absorbed by the object to be processed are reflected by the inner surface of the peripheral side body and propagate within the housing. However, since the peripheral side body is arranged in a polygonal shape in a plan view, with multiple side bodies arranged vertically on the bottom body and so that the side bodies do not face each other parallel, the microwaves are less likely to be reflected by the inner surface of each side body and propagate toward the microwave inlet, effectively preventing the microwaves from flowing back into the waveguide and causing energy loss.
Furthermore, microwaves within the housing are reflected by fan antennas provided on other side bodies that do not have microwave inlets, and then diffuse and propagate within the housing. This, combined with the microwaves that propagate while being reflected by the inner surfaces of the side bodies, distributes the microwaves throughout the housing, making it less likely that areas of localized concentration will occur within the housing, and making it possible to efficiently process the objects to be processed placed within the housing.
Furthermore, a heat exchanger for heating or cooling the inside of the housing is provided below the bottom body, and the temperature change caused by the heat exchanger's heat dissipation or cooling operation is transferred into the housing via the bottom body, thereby controlling the temperature inside the housing and appropriately adjusting the reaction temperature of the object to be treated to promote the reaction. Because the heat exchanger is installed outside the housing, there is no loss due to microwave absorption by the heat exchanger.
前記構成のマイクロ波反応装置において、熱交換器はその平坦に形成された上面を前記筐体の底面体の下面に接合させて設置してあることが好ましい。
この場合、前記熱交換器の上面と前記底面体の下面とが伝熱シート又は伝熱セメントを介して密着させることで良好な伝熱効率を得ることが可能である。
In the microwave reaction apparatus having the above-mentioned configuration, the heat exchanger is preferably installed with its flat upper surface joined to the lower surface of the bottom body of the housing.
In this case, good heat transfer efficiency can be achieved by closely adhering the upper surface of the heat exchanger and the lower surface of the base body via a heat transfer sheet or heat transfer cement.
前記熱交換器は、その冷媒としては、例えば-100℃~30℃の温度範囲で使用される冷媒を用いることができ、また、熱媒としては、例えば水又は180℃まで使用される油などを用いることができる。 The heat exchanger can use a refrigerant that operates in a temperature range of, for example, -100°C to 30°C, and a heat transfer medium such as water or oil that operates up to 180°C.
前記熱交換器は、筐体内に加熱又は冷却した温度の伝熱が可能な適宜な構成のものを用いることができる。熱交換器にサーモモジュールシステムを用いてもよい。
前記熱交換器から筐体内へ伝熱は、熱交換器を底面体に密着させて設置し、底面体を介して筐体内に放熱又は冷却することで行われ、これにより筐体内部の温度が制御されるように構成することができる。
The heat exchanger may have an appropriate configuration capable of transferring heat to the inside of the housing at a heated or cooled temperature. A thermomodule system may be used as the heat exchanger.
Heat is transferred from the heat exchanger to the housing by placing the heat exchanger in close contact with the bottom body and dissipating or cooling heat into the housing through the bottom body, thereby controlling the temperature inside the housing.
前記構成のマイクロ波反応装置において、筐体の周側面体は少なくとも一つの側面体の幅が他の側面体の幅とは同一ではない複数の側面体を組み合わせることで、容易に各側面体同士が平行に向き合わない配置に構成することができる。
筐体の周側面体を平面視で多角形状、好ましくは奇数多角形状の配置とするのは、マイクロ波導入口から筐体内に導入されたマイクロ波がマイクロ波導入口側へ戻る方向に伝搬することを抑制するためである。ここで、配置される側面体の数が多く、角部(コーナー部)が多いと、マイクロ波導入口側へ戻る方向への伝搬が促進され、却ってエネルギーの損失量が増える傾向がある。また、側面体の数が多いと筐体の組み立てが複雑となり、作業工数も増える。マイクロ波導入口側へ戻る方向への伝搬を効果的に抑制することができ、しかも筐体の組み立てが簡易に行える点で、周側面体は平面視五角形の配置とすることが好ましい。
In a microwave reaction device of the above configuration, the peripheral side bodies of the housing can be easily configured so that the side bodies do not face each other parallel to each other by combining multiple side bodies in which the width of at least one side body is not the same as the width of the other side bodies.
The reason why the peripheral side bodies of the housing are arranged in a polygonal shape, preferably an odd-numbered polygonal shape, in a plan view is to suppress the propagation of microwaves introduced into the housing from the microwave inlet in a direction returning to the microwave inlet. Here, if a large number of side bodies are arranged and there are many corners, the propagation in the direction returning to the microwave inlet tends to be promoted, which in turn increases the amount of energy loss. Furthermore, if the number of side bodies is large, the assembly of the housing becomes complicated and the labor required increases. A pentagonal arrangement of the peripheral side bodies in a plan view is preferred because it can effectively suppress propagation in the direction returning to the microwave inlet and also simplifies the assembly of the housing.
また、前記ファンアンテナが前記マイクロ波導入口と対峙する位置に設けられていると、マイクロ波がファンアンテナで反射してマイクロ波導入口側へ伝搬しやすくなることから、ファンアンテナはマイクロ波導入口とは対面しない位置の側面体に設けられていることが好ましい。 Furthermore, if the fan antenna is located opposite the microwave inlet, the microwaves will be reflected by the fan antenna and will be more likely to propagate toward the microwave inlet. Therefore, it is preferable that the fan antenna be located on the side body in a position that does not face the microwave inlet.
前記構成のマイクロ波反応装置は、複数の側面体にマイクロ波導入口と導波管を設け、各導波管が設置された各マイクロ波導入口から筐体内にマイクロ波が導入されるようにしてもよく、これら各マイクロ波導入口とは非対面となる複数の位置にファンアンテナがそれぞれ設置されていてもよい。 A microwave reactor having the above configuration may have microwave inlets and waveguides on multiple side bodies, with microwaves being introduced into the housing from each microwave inlet in which a waveguide is installed, and fan antennas may be installed in multiple positions that do not face each of these microwave inlets.
また、前記構成のマイクロ波反応装置において、ガラスやセラミックス、陶磁器、合成樹脂材料などのマイクロ波を透過する材料で形成された反応器を筐体内部に設置し、この反応器内に処理対象物が収容されるようにしてもよい。処理対象物が収容された複数の反応器が筐体内に設置されていてもよい。 Furthermore, in a microwave reaction device having the above configuration, a reactor made of a material that transmits microwaves, such as glass, ceramics, porcelain, or synthetic resin material, may be installed inside the housing, and the object to be treated may be accommodated in this reactor. Multiple reactors each containing an object to be treated may also be installed inside the housing.
マイクロ波照射による処理対象物の処理促進のため、前記反応器は前記マイクロ波導入口の正面に配置されることが好ましい。
また、処理対象物の処理温度を調整できるように、反応器内部に冷却又は加熱用のコイルが備えられていてもよい。
In order to promote the treatment of the object to be treated by microwave irradiation, the reactor is preferably disposed in front of the microwave inlet.
Furthermore, a cooling or heating coil may be provided inside the reactor so that the treatment temperature of the material to be treated can be adjusted.
本発明のマイクロ波反応装置によれば、筐体内に導入されるマイクロ波の損失を生じさせることなく、処理対象物に効率的に吸収せしめながら、処理対象物の反応温度を適正に調整することが可能である。 The microwave reaction device of the present invention makes it possible to properly adjust the reaction temperature of the object to be treated while efficiently absorbing the microwaves introduced into the housing without causing any loss.
以下、本発明のマイクロ波反応装置の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下に説明する形態のものには限定されない。 Below, preferred embodiments of the microwave reaction device of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiments shown below are merely examples for embodying the technical concept of the present invention, and the present invention is not limited to the embodiments described below.
図1は本発明の一実施形態のマイクロ反応装置の外観、図2と図3は同装置の概略側面と内部を透過した概略上面をそれぞれ示している。
各図に示されるように、本形態のマイクロ波反応装置1は、天面体3と周側面体4と底面体5とにより構成された筐体2内に、マイクロ波吸収の大きい溶媒と処理対象物とを収容した反応器6が設置され、前記周側面体4のうち一の側面体41の外側面に接続された導波管7からマイクロ波を筐体2内に導入し、反応器6内の処理対象物にマイクロ波が照射されることで、処理対象物の処理がなされるように構成されている。
FIG. 1 shows the appearance of a microreactor according to one embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 show a schematic side view and a schematic top view of the same device, respectively, with the interior of the device visible.
As shown in each figure, the microwave reaction device 1 of this embodiment is configured such that a reactor 6 containing a solvent with high microwave absorption and an object to be treated is installed inside a housing 2 composed of a top body 3, a peripheral side body 4, and a bottom body 5, and microwaves are introduced into the housing 2 from a waveguide 7 connected to the outer surface of one of the side bodies 41 of the peripheral side body 4, and the object to be treated in the reactor 6 is irradiated with microwaves, thereby processing the object to be treated.
詳しくは、天面体3、周側面体4及び底面体5は何れもアルミニウムや非磁性ステンレスなどの非磁性の金属板により形成されており、底面体5上に周側面体4を垂直に立て並べ、周側面体4の上端に天面体3を被せて、内部空間が略密閉された筐体2を構成している。 More specifically, the top panel 3, peripheral panel 4, and bottom panel 5 are all formed from non-magnetic metal plates such as aluminum or non-magnetic stainless steel. The peripheral panel 4 is arranged vertically on the bottom panel 5, and the top panel 3 is placed over the top end of the peripheral panel 4, forming a housing 2 with a substantially sealed internal space.
周側面体4は、図3及び図4に示されるように、5枚の側面体41,42,43,44,45を継ぎ合わせて平面視五角形に形成してある。5枚の側面体は、側面体41,42が略同幅に形成され、側面体43,45がこれよりも広い幅、側面体44が狭い幅にそれぞれ形成されており、幅の異なるこれら側面体を平面視五角形に配置することで、各側面体同士が平行に向き合わない配置となっている。 As shown in Figures 3 and 4, the peripheral side body 4 is formed by joining five side bodies 41, 42, 43, 44, and 45 together to form a pentagon in plan view. Of the five side bodies, side bodies 41 and 42 are formed with approximately the same width, side bodies 43 and 45 are wider, and side body 44 is formed with a narrower width. By arranging these side bodies of different widths in a pentagon in plan view, the side bodies are arranged so that they do not face each other parallel to one another.
前記側面体41には開口であるマイクロ波導入口41aが形成されており、当該側面体41の外側面に接続された導波管7から出力されるマイクロ波がマイクロ波導入口41aを通して筐体2内に導入されるようになっている。図3及び図4中の円形線は、筐体2内に設置された処理対象物を収容した反応器6を示している。反応器6は前記マイクロ波導入口41aの正面に配置されて導波管7から出力されるマイクロ波が照射されるようになっている。
このように反応器6をマイクロ波導入口41aの正面に配置する場合には、反応器6にマイクロ波吸収の大きい溶媒を充填してもよい。マイクロ波吸収の大きい溶媒としては、アルカリ水溶液その他の水溶液が挙げられる。反応器6をマイクロ波導入口41aの正面に配置すると、反射・攪拌前のマイクロ波が処理対象物に集中し、熱暴走を生じるおそれがあるが、反応器6に上記態様のようにマイクロ波吸収の大きい溶媒が満たされている場合は、かかる現象が生じる可能性を緩和できる。逆に、かかる溶媒で満たされている場合には、マイクロ波の浸透深さが短くなるため、少しでも強度の強いマイクロ波を照射する意味で、反応器6をマイクロ波導入口41aの正面側に配置することが好ましいともいえる。
なお、充填する溶媒のマイクロ波吸収の程度は、マイクロ波の強度、反応器6とマイクロ波導入口41aとの距離、反応器6のサイズなどに応じて、処理対象物に熱暴走が生じないよう解析的又は実験的に定めることができる。
A microwave inlet 41a, which is an opening, is formed in the side body 41, and microwaves output from a waveguide 7 connected to the outer surface of the side body 41 are introduced into the housing 2 through the microwave inlet 41a. The circular lines in Figures 3 and 4 indicate a reactor 6 that contains an object to be treated and is installed in the housing 2. The reactor 6 is arranged in front of the microwave inlet 41a and is irradiated with microwaves output from the waveguide 7.
When the reactor 6 is disposed in front of the microwave inlet 41a in this manner, the reactor 6 may be filled with a solvent that has high microwave absorption. Examples of solvents that have high microwave absorption include an alkaline aqueous solution and other aqueous solutions. If the reactor 6 is disposed in front of the microwave inlet 41a, microwaves before reflection and stirring may be concentrated on the object to be treated, which may cause thermal runaway. However, if the reactor 6 is filled with a solvent that has high microwave absorption as in the above embodiment, the possibility of such a phenomenon occurring can be reduced. Conversely, if the reactor 6 is filled with such a solvent, the penetration depth of the microwaves is shortened. Therefore, it can be said that it is preferable to dispose the reactor 6 on the front side of the microwave inlet 41a in order to irradiate microwaves with as strong intensity as possible.
The degree of microwave absorption by the solvent to be filled can be determined analytically or experimentally depending on the microwave intensity, the distance between the reactor 6 and the microwave inlet 41a, the size of the reactor 6, etc., so as to prevent thermal runaway from occurring in the object to be treated.
さらに、図3に示されるように、前記側面体41と非対面、つまり対面する位置からずれた位置の側面体44の内面にはファンアンテナ8、外面には当該ファンアンテナ8を駆動するモータ81が設置され、ファンアンテナ8を回転させることで筐体2内に導入されたマイクロ波を拡散させることができるようになっている。
ファンアンテナ8は、反射したマイクロ波がマイクロ波導入口41a側に戻らないように設計されていることが好ましい。
Furthermore, as shown in Figure 3, a fan antenna 8 is installed on the inner surface of side body 44, which is not facing side body 41, i.e., is positioned away from the facing position, and a motor 81 that drives the fan antenna 8 is installed on the outer surface, so that by rotating the fan antenna 8, the microwaves introduced into the housing 2 can be diffused.
The fan antenna 8 is preferably designed so that the reflected microwaves do not return to the microwave inlet 41a side.
また、側面体45は、中央に開口45A1を有する側面本体45Aと、一側の端部がヒンジ46を介して前記側面体45Aの一側の端部に回動自在に接続した扉体45Bとにより構成されている。
詳しくは、図5に示されるように、側面本体45Aは、横長矩形の開口45A1を中央に配した枠状に形成されており、両側部をそれぞれ前記側面体41と側面体44とに一続きに接続して周側面体4の一部を構成している。
扉体45Bは、側面本体45Aにぴったりと重なる大きさに形成され、その一側がヒンジ46を介して前記側面体45Aの一側の端部に接続されて前記側面本体45Aの正面側に重ねて取り付けてある。扉体45Bの面内には金網が埋め込まれたガラス板を配してなる覗き窓45B1が設けられ、また、前記ヒンジ46が取り付けられた側とは反対側の端部にはその上下両端に前記側面本体45Aに接続するラッチ式の留め具47,47、中央には取っ手48が取り付けてある。
側面体45は、側面本体45Aと扉体45Bとで筐体2の開閉口を構成し、前記ヒンジ46を軸として扉体45Bを水平外向きに回動することで側面本体45Aの開口45A1を開放させ、その状態で反応器6の筐体2内への設置と取り出しを行え、また、扉体45Bを前記とは反対側に回動して側面本体45Aに重ねることで筐体2を閉鎖し、前記留め具47,47で扉体45Bを側面本体45A上に固定することで筐体2内を密閉し、その状態でマイクロ波の導入による処理対象物の処理を行えるようになっている。
The side body 45 is composed of a side body 45A having an opening 45A1 in the center and a door body 45B whose one end is rotatably connected to one end of the side body 45A via a hinge 46.
In detail, as shown in FIG. 5, the side body 45A is formed in a frame shape with a horizontally elongated rectangular opening 45A1 in the center, and both side portions are connected continuously to the side body 41 and the side body 44, respectively, to form part of the peripheral side body 4.
The door 45B is formed to a size that fits snugly over the side body 45A, and one side of the door 45B is connected to one end of the side body 45A via a hinge 46, and is attached to the front side of the side body 45A. An observation window 45B1 made of a glass plate with a wire mesh embedded in it is provided within the surface of the door 45B, and latch-type fasteners 47, 47 that connect to the side body 45A are attached to both the top and bottom ends of the end opposite to the side where the hinge 46 is attached, and a handle 48 is attached to the center.
The side body 45, consisting of the side body 45A and the door body 45B, forms the opening and closing opening of the housing 2, and by rotating the door body 45B horizontally outward around the hinge 46 as an axis, the opening 45A1 of the side body 45A is opened, and in this state the reactor 6 can be installed and removed from the housing 2. In addition, by rotating the door body 45B in the opposite direction and overlapping it with the side body 45A, the housing 2 can be closed, and by fixing the door body 45B onto the side body 45A with the fasteners 47, 47, the inside of the housing 2 is sealed, and in this state the object to be treated can be treated by introducing microwaves.
天面体3は、その面内に三つの開口31,32,33が互いに間隔を開けて形成され、各開口の上部には適宜な長さの配管31a,32a,33aを接続して各配管と筐体2内部とを連通させてある。 The top surface 3 has three openings 31, 32, and 33 formed at intervals within its surface, and pipes 31a, 32a, and 33a of appropriate lengths are connected to the top of each opening, connecting each pipe to the interior of the housing 2.
前記配管のうち、その中央の配管32にはその上端から撹拌機9が筐体2内に挿通され、前記反応器6に収容された処理対象物を攪拌させることができるようになっている(図6参照)。配管31には図示されない凝縮器又は蒸発器の熱媒体(冷媒及び熱媒)の流入管10aと流出管10bが挿通しており、両管を反応器6内に設置される冷却又は加熱用コイル10に接続して熱媒体を冷却又は加熱用コイル10に循環供給することができようになっている(同図参照)。また、配管33にはその上端から温度計(熱電対)11が筐体2内に挿通され、前記反応器6に収容された処理対象物の温度を測定することができるようになっている(同図参照)。
なお、冷媒は任意に選択可能であるが、前記反応器6に充填する溶液よりも、マイクロ波吸収が小さいものを用いることが好ましい。こうすることで、冷媒によってマイクロ波が吸収されることを抑制し、加熱効率の低減を抑制することができる。
Of the pipes, a stirrer 9 is inserted into the housing 2 from the upper end of the central pipe 32, so that the material to be treated contained in the reactor 6 can be stirred (see FIG. 6). An inlet pipe 10a and an outlet pipe 10b for a heat transfer medium (refrigerant and heat transfer medium) of a condenser or evaporator (not shown) are inserted into the pipe 31, and both pipes are connected to a cooling or heating coil 10 installed in the reactor 6 so that the heat transfer medium can be circulated and supplied to the cooling or heating coil 10 (see the same figure). In addition, a thermometer (thermocouple) 11 is inserted into the housing 2 from the upper end of the pipe 33 so that the temperature of the material to be treated contained in the reactor 6 can be measured (see the same figure).
Although any refrigerant can be selected, it is preferable to use one that has a lower microwave absorption than the solution filled in the reactor 6. This can suppress the absorption of microwaves by the refrigerant and prevent a decrease in heating efficiency.
また、天面体3には、前記三つの開口31,32,33の両側にそれぞれ開口34,35が形成してある。両開口34,35は蓋で塞いである。
図3に示されるように、これら五つの開口は前記側面体41に形成されたマイクロ波導入口41aの正面に一列に並んだ配置となっており、同図に示されるように反応器6を筐体2の略中央に配置したときは開口31,32,33に、前記側面体41に近づけて配置したときは開口34,31,32に、前記側面体41から遠ざけて配置したときには開口32,33,35にそれぞれ前記配管を設置して、各配管に挿通した撹拌機9,熱媒体配管10a,10b及び温度計11を反応器6内に至らしめることができるようになっている。
Furthermore, openings 34 and 35 are formed on both sides of the three openings 31, 32, and 33 in the top surface body 3. Both openings 34 and 35 are closed with lids.
As shown in FIG. 3 , these five openings are arranged in a row in front of the microwave inlet 41 a formed in the side body 41, and as shown in the same figure, when the reactor 6 is arranged approximately in the center of the housing 2, the piping is installed in the openings 31, 32, and 33, when the reactor 6 is arranged close to the side body 41, the piping is installed in the openings 34, 31, and 32, and when the reactor 6 is arranged away from the side body 41, the piping is installed in the openings 32, 33, and 35, so that the agitator 9, heat medium piping 10 a, 10 b, and thermometer 11 inserted into each piping can reach the inside of the reactor 6.
底面体5は、その下側に、後述する熱交換器12が設置されており、熱交換器12が加熱又は冷却動作することによる温度変化を、底面体5を介して筐体2内に伝熱することで、筐体2内の温度を制御することができるようになっている。 A heat exchanger 12 (described below) is installed on the underside of the bottom body 5, and the temperature change caused by the heat exchanger 12's heating or cooling operation is transferred into the housing 2 via the bottom body 5, thereby controlling the temperature inside the housing 2.
反応器6は、ガラスや樹脂材料などのマイクロ波を透過する材料で形成されており、図6に示されるように、上部が開口していて内部に処理対象物が収容される有底円筒形の本体容器61と、本体容器61の上部開口に被さる蓋体62により構成してある。 The reactor 6 is made of a microwave-transparent material such as glass or resin, and as shown in Figure 6, it is composed of a cylindrical main container 61 with a bottom that is open at the top and contains the material to be treated, and a lid 62 that fits over the top opening of the main container 61.
本体容器61内には、当該本体容器の内径よりも小径の螺旋状に巻かれた金属製の管体からなる冷却又は加熱用コイル10が設置されており、前記凝縮器から供給される冷媒を、当該コイル10を介して本体容器61内に循環流通させることにより処理対象物を冷却することができるようになっている。
なお、図6に示されるように、冷却又は加熱用コイル10は、当該コイル10の外周部と本体容器61の内壁との距離(D)が、筐体2内に導入されるマイクロ波の半減深度未満の距離となるように設置してある。また、冷却又は加熱用コイル10は、螺旋状に巻かれた中心軸を本体容器61の中心から若干ずらして設置してある。
A cooling or heating coil 10 consisting of a spirally wound metal tube with a diameter smaller than the inner diameter of the main container 61 is installed inside the main container 61, and the refrigerant supplied from the condenser can be circulated through the main container 61 via the coil 10 to cool the object to be treated.
6, the cooling or heating coil 10 is installed so that the distance (D) between the outer periphery of the coil 10 and the inner wall of the main container 61 is less than the half-extinction depth of the microwaves introduced into the housing 2. The cooling or heating coil 10 is installed so that the central axis of the spirally wound coil is slightly offset from the center of the main container 61.
蓋体62には、列状に配した三つの開口62a,62a,62aが形成されており、本体容器61に蓋体62を被せた状態で、これら開口に前記撹拌機9、熱媒体配管10a,10b及び温度計11を通して本体容器61内に至らしめるようになっている。なお、冷媒配管10a,10bは、筐体2内で接地処理がなされており、それぞれ蓋体62の下側で前記冷却又は加熱用コイル10の両端に接続してある。 The lid 62 has three openings 62a, 62a, 62a arranged in a row. When the lid 62 is placed over the main container 61, the agitator 9, heat medium pipes 10a, 10b, and thermometer 11 pass through these openings and reach the inside of the main container 61. The refrigerant pipes 10a, 10b are grounded within the housing 2, and are connected to both ends of the cooling or heating coil 10 on the underside of the lid 62.
図7は底面体5の下側に設置された熱交換器12の構成を示している。
図示されるように熱交換器12は、櫛状に屈曲した媒体流通管路12aの上面及び周側面をステンレス製の上部枠体12bで覆い、これを下面にゴム板12dが取り付けられた同じくステンレス製の下部枠板12cを支持し、上部枠体12bを下部枠板12cに溶接などで一体に接続して構成してある。
FIG. 7 shows the configuration of the heat exchanger 12 installed below the bottom body 5 .
As shown in the figure, the heat exchanger 12 is constructed by covering the upper surface and peripheral side surfaces of a comb-shaped medium flow pipe 12a with an upper frame body 12b made of stainless steel, which supports a lower frame plate 12c, also made of stainless steel, with a rubber plate 12d attached to its underside, and by integrally connecting the upper frame body 12b to the lower frame plate 12c by welding or the like.
熱交換器12は、上部枠体12bの上面を筐体2の底面体5の下面に伝熱シートを挟んで一体に接着して底面体5の下部に設置され、前記媒体流通管路12aの流入口12a1から流出口12a2に亘って冷媒又は熱媒を当該管路内に循環供給することで放熱又は冷却し、これが上部枠体12bの上面に密着した底面体5に伝熱されることで、底面体5を介して筐体2内に放熱又は冷却して、筐体2の内部温度の制御が行われるようになっている。そして、筐体2内の温度を制御することで、前記反応器6内の処理対象物の反応温度を適宜に調整することができるようになっている。 The heat exchanger 12 is installed below the bottom body 5 of the housing 2, with the upper surface of the upper frame 12b bonded to the underside of the bottom body 5 of the housing 2 via a heat transfer sheet. A refrigerant or heat medium is circulated through the medium flow pipe 12a from the inlet 12a1 to the outlet 12a2 to release or cool the heat. This heat is transferred to the bottom body 5, which is in close contact with the upper surface of the upper frame 12b, and the heat is released or cooled into the housing 2 via the bottom body 5, thereby controlling the internal temperature of the housing 2. By controlling the temperature inside the housing 2, the reaction temperature of the material to be treated in the reactor 6 can be adjusted appropriately.
このように構成された本形態のマイクロ波反応装置1によれば、処理対象物を収容した反応器6が筐体2内に配され、導波管7から出力されて前記マイクロ波導入口41aを通して筐体2内に導入されたマイクロ波が反応器6に照射され、反応器6を透過したマイクロ波が処理対象物に吸収されることで、処理対象物の処理が行われる。 In this embodiment of the microwave reaction device 1, the reactor 6 containing the object to be treated is placed inside the housing 2, microwaves are output from the waveguide 7 and introduced into the housing 2 through the microwave inlet 41a, and the reactor 6 is irradiated with the microwaves that pass through the reactor 6 and are absorbed by the object to be treated, thereby treating the object to be treated.
筐体2内で処理対象物を収容した反応器6は前記マイクロ波導入口41aの正面、つまり導波管7から筐体2内に導入されるマイクロ波の伝搬方向途上に配置されているので、マイクロ波を効率的に処理対象物に吸収させて処理することが可能である。また、筐体2内に導入されたマイクロ波のうち、処理対象物に吸収されない分は、前記周側面体4の内面で反射して筐体2内を伝搬するが、周側面体4は5枚の側面体41,42,43,44,45を底面体5上に垂直に、且つ各側面体同士が平行に向き合わないように立ち並べて平面視五角形の配置に形成してあるので、マイクロ波は各側面体の内面で反射して前記マイクロ波導入口41a側に向けて伝搬しにくくなり、マイクロ波が導波管7内に逆流してエネルギーロスが生じることを効果的に防止することが可能である。 The reactor 6 containing the material to be treated within the housing 2 is positioned directly in front of the microwave inlet 41a, i.e., along the propagation direction of the microwaves introduced into the housing 2 from the waveguide 7, allowing the microwaves to be efficiently absorbed by the material to be treated. Furthermore, the portion of the microwaves introduced into the housing 2 that is not absorbed by the material to be treated is reflected by the inner surface of the peripheral side body 4 and propagates within the housing 2. However, the peripheral side body 4 is formed in a pentagonal arrangement in plan view, with five side bodies 41, 42, 43, 44, and 45 arranged perpendicularly on the bottom body 5 and without facing parallel to each other. This makes it difficult for the microwaves to reflect off the inner surface of each side body and propagate toward the microwave inlet 41a, effectively preventing the microwaves from flowing back into the waveguide 7 and causing energy loss.
筐体2内で導入されたマイクロ波は、マイクロ波導入口41aとは対面しない位置の側面体44に設けられファンアンテナ8で反射して筐体2内に拡散して伝搬するため、前記各側面体の内面で反射しつつ伝搬するマイクロ波と相俟って、筐体2内全体にマイクロ波が一様に拡散せしめられるので、筐体2内部にマイクロ波が局所的に集中する領域が発生しにくく、筐体2内に配された処理対象物を効率的に処理することが可能である。 Microwaves introduced into the housing 2 are reflected by the fan antenna 8 located on the side body 44, which is not facing the microwave inlet 41a, and then diffuse and propagate within the housing 2. This, combined with the microwaves that propagate while being reflected by the inner surfaces of each side body, causes the microwaves to be diffused uniformly throughout the housing 2. This makes it less likely that areas inside the housing 2 will be locally concentrated with microwaves, and enables efficient processing of objects placed within the housing 2.
さらに、前記底面体5の下側に熱交換器12が設けられており、熱交換器12が放熱又は冷却動作することによる温度変化を、底面体5を介して筐体2内に伝熱することで筐体2内の温度を制御し、処理対象物の反応温度を適宜に調整して反応を促進させることが可能である。熱交換器12は筐体2の外側に設置されているので、マイクロ波が熱交換器12に吸収されることによる損失が生じることない。 Furthermore, a heat exchanger 12 is provided below the bottom body 5, and temperature changes caused by the heat dissipation or cooling operation of the heat exchanger 12 are transferred into the housing 2 via the bottom body 5, thereby controlling the temperature inside the housing 2 and appropriately adjusting the reaction temperature of the object to be treated to promote the reaction. Because the heat exchanger 12 is installed outside the housing 2, there is no loss due to microwave absorption by the heat exchanger 12.
また、前記処理対象物の処理の際、反応器6に収容された溶媒と処理対象物とを撹拌機9で攪拌させながら、或いは温度計11で処理対象物の温度を測定しつつ、必要に応じて冷却又は加熱用コイル10に熱媒体を流通させて処理対象物の温度を調整することで、処理対象物の反応の促進を図ることが可能である。 In addition, when treating the treatment object, the reaction of the treatment object can be promoted by adjusting the temperature of the treatment object by circulating a heat medium through the cooling or heating coil 10 as needed while stirring the solvent and treatment object contained in the reactor 6 with the agitator 9 or measuring the temperature of the treatment object with the thermometer 11.
さらに、前記冷却又は加熱用コイル10は金属管を螺旋状に巻いて形成してあるため、以下に述べる作用により、反応器6内の中心部の処理対象物の反応を促進させる効果もある。金属板、金属管などが存在するとマイクロ波はそれによって遮断されるのが一般的であるが、本形態のように螺旋状に巻いてある場合は、反応器6に照射されたマイクロ波が冷却又は加熱用コイル10に到達すると、いわゆる電磁誘導によって冷却又は加熱用コイル10に誘導電流が流れ、さらにこの誘導電流に応じて誘導磁場および電界、すなわちマイクロ波が生じる。螺旋状に巻いた形状の場合、このマイクロ波は、冷却又は加熱用コイル10の中心付近に集中的に発生することになる。従って、こうして生じたマイクロ波の影響によって、冷却又は加熱用コイル10の内側の処理対象物、つまり反応器6内の中心部の処理対象物の反応を促進させるものと推察されるのである。
併せて、冷却又は加熱用コイル10に到達したマイクロ波によって誘導電流が生じると、冷却又は加熱用コイル10自体にいわゆる誘導加熱が生じ、これによって処理対象物の加熱が進むという効果も得られる。
本形態では、冷却又は加熱用コイル10はその外周部と反応器6の内壁との距離(D)をマイクロ波半減深度未満の距離に設定してあるため、マイクロ波が反応器6を透過して冷却又は加熱用コイル10に至るまでの範囲では処理対象物を深く照射し、さらに冷却又は加熱用コイル10に到達した後も上述した作用によって反応が促進されることになる。
このように反応器6内でマイクロ波の伝搬による反応する場が広範囲に広がることで、反応器6の周辺から中心部に亘る処理対象物全体にマイクロ波を吸収せしめて、処理対象物を効率的に処理することが可能である。
Furthermore, because the cooling or heating coil 10 is formed by spirally winding a metal tube, it also has the effect of promoting the reaction of the object to be treated in the center of the reactor 6 due to the action described below. Generally, microwaves are blocked by metal plates, metal tubes, etc., but in the case of a spiral winding as in this embodiment, when microwaves irradiated to the reactor 6 reach the cooling or heating coil 10, an induced current flows in the cooling or heating coil 10 due to so-called electromagnetic induction, and an induced magnetic field and electric field, i.e., microwaves, are generated in response to this induced current. In the case of a spiral winding, the microwaves are generated in a concentrated manner near the center of the cooling or heating coil 10. Therefore, it is presumed that the microwaves thus generated promote the reaction of the object to be treated inside the cooling or heating coil 10, i.e., the object to be treated in the center of the reactor 6.
In addition, when an induced current is generated by the microwaves that reach the cooling or heating coil 10, so-called induction heating occurs in the cooling or heating coil 10 itself, which has the effect of promoting heating of the object to be treated.
In this embodiment, the distance (D) between the outer periphery of the cooling or heating coil 10 and the inner wall of the reactor 6 is set to a distance less than the microwave half-depth, so that the microwaves penetrate the reactor 6 and deeply irradiate the object to be treated within the range up to the cooling or heating coil 10, and furthermore, the reaction is promoted by the above-mentioned action even after the microwaves reach the cooling or heating coil 10.
In this way, the reaction field caused by microwave propagation within reactor 6 spreads over a wide area, making it possible to absorb the microwaves throughout the entire object to be treated, from the periphery to the center of reactor 6, thereby efficiently treating the object to be treated.
図8は本発明の他の実施形態のマイクロ波反応装置の概略外観を示している。
図示した形態のマイクロ波反応装置1は、平面視五角形に形成された周側面体4の側面体41と当該側面体41と非対面の位置の側面体44との二つの側面体の外側に導波管7,7をそれぞれ設置し、両側面体41,44に形成されたマイクロ波導入口を通して導波管7,7から出力されるマイクロ波が筐体2内に導入されるように構成するとともに、処理対象物を収容して筐体2内に設置される反応器6に処理対象物の供給管路13と送出管路14をそれぞれ接続し、未処理の処理対象物を筐体2の外側から反応器6内に供給管路13を通して流入させ、処理対象物の処理後に反応器6から送出管路14を通して筐体2の外部に送出することができるように構成されたものである。
前記平面視五角形の周側面体4の構成や筐体2内の前記導波管7,7が設けられた側面体41,44とは非対面の位置の側面体にファンアンテナ8が設置してあること、底面体5の下側に熱交換器12が設置してあること、反応器6が本体容器61と蓋体62からなり、本体容器61の内部には冷却又は加熱用コイル10が設置され、撹拌機9と温度計11を具備することなども前記形態のものと同様である。なお、周側面体4を構成する少なくとも一つの側面体には筐体2内を外部から観察することができるように覗き窓が設置される。
FIG. 8 shows a schematic external view of a microwave reaction apparatus according to another embodiment of the present invention.
The microwave reaction device 1 of the illustrated form has waveguides 7, 7 installed on the outside of two side bodies, namely, side body 41 of a peripheral side body 4 formed in a pentagon in a plan view and side body 44 located in a position not facing said side body 41, and is configured so that microwaves output from the waveguides 7, 7 are introduced into the housing 2 through microwave inlets formed in both side bodies 41, 44, and is configured so that a supply pipeline 13 and a delivery pipeline 14 for the treatment object are connected to a reactor 6 which contains the treatment object and is installed in the housing 2, and untreated treatment object is allowed to flow into the reactor 6 from outside the housing 2 through the supply pipeline 13, and after the treatment of the treatment object, it can be delivered from the reactor 6 to the outside of the housing 2 through the delivery pipeline 14.
The configuration of the peripheral side body 4, which is pentagonal in plan view, the fact that a fan antenna 8 is installed on a side body in a position inside the housing 2 that does not face the side bodies 41, 44 on which the waveguides 7, 7 are provided, the fact that a heat exchanger 12 is installed below the bottom body 5, the fact that the reactor 6 consists of a main vessel 61 and a lid 62, the fact that a cooling or heating coil 10 is installed inside the main vessel 61, and the fact that it is equipped with a stirrer 9 and a thermometer 11 are also the same as those of the above-mentioned embodiment. At least one of the side bodies constituting the peripheral side body 4 is provided with a viewing window so that the inside of the housing 2 can be observed from the outside.
本形態のマイクロ波反応装置1によれば、前記二つの導波管7,7から出力されるマイクロ波を筐体2内に導入し、これを反応器6に収容された処理対象物が吸収させて処理することが可能である。筐体2の周側面体4は5枚の側面体41,42,43,44,45を底面体5上に垂直に、且つ各側面体同士が平行に向き合わないように立ち並べて平面視五角形の配置に形成してあるので、マイクロ波は各側面体の内面で反射して導波管7,7内に逆流してエネルギーロスが生じることを効果的に防止し、また、筐体2の内部に設けられたファンアンテナ8で筐体2内にマイクロ波を拡散させ、マイクロ波が局所的に集中することを防止することが可能である。
また、前記供給管路13を通して筐体2の外側から反応器6内に処理対象物を収容し、マイクロ波の照射による処理後に、反応器6内の処理対象物を、前記送出管路14を通して筐体2の外部に送出することで、筐体2の開閉操作を行うことなく、処理対象物を連続的に処理することが可能である。
さらに、熱交換器12が放熱又は冷却動作することによる温度変化を、底面体5を介して筐体2内に伝熱することで筐体2内の温度を制御し、処理対象物の反応温度を適宜に調整して反応を促進させることが可能である。
According to the microwave reaction apparatus 1 of this embodiment, microwaves output from the two waveguides 7, 7 can be introduced into the housing 2 and absorbed by the object to be treated housed in the reactor 6 for treatment. The peripheral side body 4 of the housing 2 is formed in a pentagonal arrangement in plan view by arranging five side bodies 41, 42, 43, 44, 45 vertically on the bottom body 5 and so that the side bodies do not face each other in parallel. This effectively prevents the microwaves from being reflected by the inner surfaces of the side bodies and flowing back into the waveguides 7, 7, causing energy loss, and also prevents the microwaves from being diffused within the housing 2 by the fan antenna 8 provided inside the housing 2, making it possible to prevent the microwaves from concentrating locally.
Furthermore, by placing the material to be treated in the reactor 6 from outside the housing 2 through the supply pipeline 13, and after treatment by microwave irradiation, sending the material to be treated in the reactor 6 out of the housing 2 through the delivery pipeline 14, it is possible to continuously process the material to be treated without opening or closing the housing 2.
Furthermore, the temperature change caused by the heat dissipation or cooling operation of the heat exchanger 12 is transferred into the housing 2 via the bottom body 5, thereby controlling the temperature inside the housing 2 and appropriately adjusting the reaction temperature of the object to be treated to promote the reaction.
図1から図3に示された形態のマイクロ波反応装置1について、ファンアンテナ8で筐体2内に導入されたマイクロ波を拡散させることの有効性について検証した結果を示す。 The following shows the results of verifying the effectiveness of using the fan antenna 8 to diffuse microwaves introduced into the housing 2 of the microwave reaction device 1 shown in Figures 1 to 3.
図9及び図10に示されるように、側面体43にファンアンテナ8を設置して筐体2を構成した。
30個の三角フラスコの各々に100ccの水を入れ、筐体2の底面体3上に両図に示されるように並べて配置した。試験前の水温は20℃である。
導波管7から出力400Wでマイクロ波を筐体2内に導入してフラスコに照射した。
実施例では筐体2内にマイクロ波を導入している間、ファンアンテナ8を回転動作させ、比較例ではファンアンテナを動作させなかった。
マイクロ波の照射は10分間行い、照射停止後の各フラスコの水温を測定した。
As shown in FIGS. 9 and 10, the housing 2 is constructed with the fan antenna 8 mounted on the side body 43 .
100 cc of water was placed in each of the 30 Erlenmeyer flasks, and the flasks were arranged side by side on the bottom body 3 of the housing 2 as shown in both figures. The water temperature before the test was 20°C.
Microwaves with an output of 400 W were introduced into the housing 2 from the waveguide 7 and irradiated onto the flask.
In the example, the fan antenna 8 was rotated while the microwave was being introduced into the housing 2, while in the comparative example the fan antenna was not operated.
Microwave irradiation was carried out for 10 minutes, and the water temperature of each flask was measured after the irradiation was stopped.
図9は比較例の試験結果を示している。底面体5上の「〇」印はフラスコであり、二重丸は30℃以上の水温が測定されたフラスコ、単丸は30℃より低い水温が測定されたフラスコを示している。
ファンアンテナ8を停止した状態でマイクロ波を照射した比較例では、実施例よりも水温の上昇度合が小さく、30度℃を超す水温となったフラスコは周側面体4の内面に沿って位置していた。底面体5の中央寄りに配置されたフラスコの水温は30℃に達しなかった。
Figure 9 shows the test results for the comparative example. The "circle" marks on the bottom body 5 represent flasks, with double circles representing flasks where the water temperature measured was 30°C or higher, and single circles representing flasks where the water temperature measured was lower than 30°C.
In the comparative example, in which microwaves were applied with the fan antenna 8 turned off, the degree of rise in water temperature was smaller than in the example, and the flasks whose water temperature exceeded 30°C were located along the inner surface of the peripheral side body 4. The water temperature of the flask located near the center of the bottom body 5 did not reach 30°C.
図10は実施例の試験結果を示している。図9と同様に、底面体5上の「〇」印はフラスコであり、二重丸は30℃以上の水温が測定されたフラスコ、三重丸は40℃以上の水温が測定されたフラスコを示している。
ファンアンテナ8を回転動作させた実施例では、底面体5上の全てのフラスコの水温が30℃を超え、底面体5の中央寄りに配置されたものも含めて水温が40℃を超えたものが多かった。
これは、マイクロ波がファンアンテナ8で反射し筐体2内に拡散されて、導波管7に戻るように伝搬することなく、筐体2内に略均一の分布で伝搬したためと推測される。
Figure 10 shows the test results of the example. As in Figure 9, the "circle" mark on the bottom body 5 indicates a flask, the double circle indicates a flask where the water temperature measured was 30°C or higher, and the triple circle indicates a flask where the water temperature measured was 40°C or higher.
In the example in which the fan antenna 8 was rotated, the water temperature in all flasks on the bottom body 5 exceeded 30°C, and in many cases, including those placed near the center of the bottom body 5, the water temperature exceeded 40°C.
This is presumably because the microwaves were reflected by the fan antenna 8 and diffused within the housing 2, and propagated with a substantially uniform distribution within the housing 2 without propagating back to the waveguide 7.
図11は、熱交換器12を備えてなる本発明のマイクロ波反応装置1による昇温試験の結果を示している。
昇温試験は、前記反応器6内には2.4Lの水を入れ、500Wの出力でマイクロ波を反応器6に照射し、昇温時間を測定して行った。
1回目は熱交換器12を作動させずに昇温時間を測定したところ、測定開始から60分で100℃に到達した。
2回目は熱交換器12に水道水を2.1L/分の水量(入口水温17.5℃、出口水温19.2℃)でマイクロ波反応装置1の底面体5から冷却を継続した。その結果、測定開始か76分で100℃に到達した。到達時間は冷却なしの場合より16分遅かった。
また、100℃に到達した後、マイクロ波の出力を下げ、100℃付近の温度を維持するために必要なマイクロ波の出力を測定したところ、熱交換器12を使用しない場合には、約半分の出力(250W)で100℃付近の温度を維持できた。
一方、熱交換器12によりマイクロ波反応装置1を上記条件で冷却したときは、100℃付近の温度を維持するためには約500Wの出力が必要であることが分かった。
この結果から、本実施態様のマイクロ波反応装置1の熱交換器12であれば、昇温速度を緩やかにし、且つ最初の出力を落とさずに500Wのマイクロ波で一定の温度を維持可能であることが確認された。
FIG. 11 shows the results of a temperature rise test using the microwave reaction apparatus 1 of the present invention equipped with the heat exchanger 12.
The temperature rise test was carried out by placing 2.4 L of water in the reactor 6, irradiating the reactor 6 with microwaves at an output of 500 W, and measuring the temperature rise time.
In the first measurement, the temperature rise time was measured without operating the heat exchanger 12, and the temperature reached 100° C. in 60 minutes from the start of the measurement.
In the second run, tap water was fed to the heat exchanger 12 at a rate of 2.1 L/min (inlet water temperature 17.5°C, outlet water temperature 19.2°C) and cooling was continued from the bottom body 5 of the microwave reaction device 1. As a result, the temperature reached 100°C 76 minutes after the start of the measurement. This was 16 minutes longer than the time without cooling.
Furthermore, after reaching 100°C, the microwave output was reduced and the microwave output required to maintain a temperature around 100°C was measured. When the heat exchanger 12 was not used, a temperature around 100°C could be maintained at about half the output (250 W).
On the other hand, when the microwave reaction device 1 was cooled by the heat exchanger 12 under the above conditions, it was found that an output of about 500 W was required to maintain a temperature of around 100°C.
From this result, it was confirmed that the heat exchanger 12 of the microwave reaction apparatus 1 of this embodiment can slow down the temperature rise rate and maintain a constant temperature with 500 W microwaves without reducing the initial output.
なお、本発明のマイクロ波反応装置及びこれを構成する筐体や反応器などの各部材の構成や形状、組み合わせは一例であり、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 The configuration, shape, and combination of the microwave reaction apparatus of the present invention and the components that make it up, such as the housing and reactor, are merely examples, and various modifications can be made based on design requirements, etc., without departing from the spirit of the present invention.
1 マイクロ波反応装置、2 筐体、3 天面体、4 周側面体、41,42,43,44,45 側面体、45A 側面本体、45B 扉体、5 底面体、6 反応器、61 本体容器、62 蓋体、7 導波管、8 ファンアンテナ、9 撹拌機、10 冷却又は加熱用コイル、11 温度計、12 熱交換器、13 供給管路、14 送出管路 1. Microwave reactor, 2. Housing, 3. Top panel, 4. Peripheral side panel, 41, 42, 43, 44, 45. Side panels, 45A. Main side panel, 45B. Door, 5. Bottom panel, 6. Reactor, 61. Main vessel, 62. Lid, 7. Waveguide, 8. Fan antenna, 9. Stirrer, 10. Cooling or heating coil, 11. Thermometer, 12. Heat exchanger, 13. Supply line, 14. Delivery line
Claims (12)
前記周側面体は複数の側面体を底面体上に垂直に、且つ各側面体同士が平行に向き合わないように立ち並べて平面視多角形状に形成され、
前記複数の側面体のうちの少なくとも一つの側面体にマイクロ波導入口が設けられ、
マイクロ波導入口が設けられていない他の側面体のうちの少なくとも一つの側面体にマイクロ波拡散用のファンアンテナが設けられているとともに、
前記底面体の下側に筐体内を加熱又は冷却する熱交換器を備えてなる構成を有することを特徴とするマイクロ波反応装置。 A vertical microwave reaction apparatus that introduces microwaves into a housing having a top surface, a peripheral side surface, and a bottom surface to process a processing object placed in the housing,
The peripheral side body is formed into a polygonal shape in a plan view by arranging a plurality of side bodies vertically on the bottom body and so that the side bodies do not face each other in parallel,
a microwave introduction port is provided in at least one of the side bodies,
A fan antenna for diffusing microwaves is provided on at least one of the other side bodies that does not have a microwave inlet, and
A microwave reaction apparatus characterized in that it has a configuration in which a heat exchanger for heating or cooling the inside of the housing is provided below the bottom body.
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