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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023137898
(43)【公開日】2023-09-29
(54)【発明の名称】マイクロ波反応装置
(51)【国際特許分類】
H05B 6/74 20060101AFI20230922BHJP
B01J 19/12 20060101ALI20230922BHJP
【ＦＩ】
H05B6/74 E
B01J19/12 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022044325
(22)【出願日】2022-03-18
(71)【出願人】
【識別番号】504261077
【氏名又は名称】大学共同利用機関法人自然科学研究機構
(71)【出願人】
【識別番号】000006035
【氏名又は名称】三菱ケミカル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000707
【氏名又は名称】弁理士法人市澤・川田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】高山 定次
(72)【発明者】
【氏名】中村 道生
【テーマコード（参考）】
3K090
4G075
【Ｆターム（参考）】
3K090AA01
3K090AA02
3K090AB20
3K090CA01
3K090DA01
3K090PA03
4G075AA02
4G075AA63
4G075AA65
4G075BA10
4G075CA02
4G075CA26
4G075DA02
4G075DA18
4G075EA01
4G075EA05
4G075EB01
4G075EB25
4G075EB31
4G075EC06
4G075ED02
4G075ED08
4G075ED09
4G075FB02
4G075FB04
4G075FB05
4G075FB06
4G075FB12
4G075FB13
4G075FC04
(57)【要約】
【課題】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可能とする。
【解決手段】マイクロ波反応装置１の筐体２を天面体３、周側面体４及び底面体５により構成する。周側面体４は複数の側面体を底面体５上に平面視多角形状に形成し、各側面体のうちの少なくとも一の側面体４１に接続した導波管７からマイクロ波を筐体２内に導入し、側面体４１と非対面の位置の側面体４４に設けたファンアンテナ８でマイクロ波を拡散する。底面体５の下部には熱交換器１２を設置し、底面体５を介して筐体２内に放熱又は冷却して筐体２の内部温度を制御する。
【選択図】図１
【解決手段】マイクロ波反応装置１の筐体２を天面体３、周側面体４及び底面体５により構成する。周側面体４は複数の側面体を底面体５上に平面視多角形状に形成し、各側面体のうちの少なくとも一の側面体４１に接続した導波管７からマイクロ波を筐体２内に導入し、側面体４１と非対面の位置の側面体４４に設けたファンアンテナ８でマイクロ波を拡散する。底面体５の下部には熱交換器１２を設置し、底面体５を介して筐体２内に放熱又は冷却して筐体２の内部温度を制御する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
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マイクロ波反応装置。
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。
【請求項2】
前記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されている、請求項１に記載のマイクロ波反応装置。
【請求項3】
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てなる、請求項２に記載のマイクロ波反応装置。
【請求項4】
前記熱交換器の冷媒は、－１００℃～３０℃の温度範囲で使用される冷媒である、請求項１から３の何れかに記載のマイクロ波反応装置。
【請求項5】
前記熱交換器の熱媒は。水又は１８０℃まで使用される油である、請求項１から４の何れかに記載のマイクロ波反応装置。
【請求項6】
前記熱交換器がサーモモジュールシステムである、請求項１から３の何れかに記載のマイクロ波反応装置。
【請求項7】
前記熱交換器を底面体に密着させて前記筐体内の温度を制御する、請求項１から６の何れかに記載のマイクロ波反応装置。
【請求項8】
前記周側面体が、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五つの側面体を組み合わせて平面視５角形状に形成されている、請求項１から７の何れかに記載のマイクロ波反応装置。
【請求項9】
前記ファンアンテナは、前記マイクロ波導入口とは対面しない位置に設けられている、請求項１から８の何れかに記載のマイクロ波反応装置。
【請求項10】
前記筐体内部に処理対象物が収容される少なくとも一つの反応器を有する、請求項1から９の何れかに記載のマイクロ波反応装置。
【請求項11】
前記反応器が前記マイクロ波導入口の正面に配置される、請求項１０に記載のマイクロ波反応装置。
【請求項12】
前記反応器内部に冷却又は加熱用のコイルを備えてなる、請求項１０又は１１に記載のマイクロ波反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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）。
【0003】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開２００５－１１３１３３号公報
【特許文献2】特開２０１６－９１６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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。
【課題を解決するための手段】
【0008】
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。
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。
【0009】
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。
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。
【0010】
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。
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
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。
【0013】
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。
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
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。
【発明の効果】
【0018】
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。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の一実施形態のマイクロ波反応装置の外観図である。
【図5】マイクロ波反応装置の開閉口となる側面体のそれぞれ扉側（Ａ）と本体側（Ｂ）の構成を示す図である。
【図6】反応器の内部を透過した概略側面図である。
【図8】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図である。
【図9】比較例における筐体内の加熱状態を示した図である。
【図10】実施例における筐体内の加熱状態を示した図である。
【図11】本発明のマイクロ波反応装置による昇温試験の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
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。
【0021】
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。
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
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。
【0025】
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。
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。
【0026】
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。
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
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。
【0029】
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。
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
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。
【0042】
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。
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。
【0043】
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。
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。
【0044】
【0045】
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。
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。
【0046】
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。
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。
【0047】
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。
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。
【0048】
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。
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。
【0049】
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。
【符号の説明】
【0050】
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
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】