Study on Multidimensional Extension of Open-System Microwave Heating

本研究の目的は、無線電力伝送分野での研究が進展している電磁界結合をマイクロ波加熱に応用し、金属筐体で囲わない開放系でも電磁波漏洩がほとんどないマイクロ波加熱を実現することである。開放系マイクロ波加熱の実現は、様々な化学分析機器との同時併用によるその場観察が可能となるだけでなく、金属壁境界条件に囚われない多様な電磁場分布が形成できる。本研究では、電磁界結合を多次元拡張することにより、多数の試料を同時かつ均一に加熱する開放系マイクロ波加熱の実現を目指す。加えて、電磁界モードや電磁界分布、試料でのマイクロ波吸収電力、装置からのマイクロ波漏洩電力などを定量的に評価することにより開放系マイクロ波加熱の有効性を明らかにする。今年度は、昨年度に1次元拡張した方向と直交する方向に次元拡張することを目指し、リピーターと呼ばれる金属片の共振器を追加した電磁界結合型マイクロ波加熱装置を電磁界シミュレーションにより設計した。従来と直交する1次元方向に2つの被加熱試料を設置したシミュレーション結果より、リピーターの設置によって2試料を同時にマイクロ波加熱できることを確認した。また、リピーター付きの電磁界結合型マイクロ波加熱装置を試作し、2試料を同時にマイクロ波加熱する実験を行った。実測結果より、リピーターを設置しなかった場合と比較してリピーターを設置したことによる加熱速度の改善は見られなかったが、リピーターを設置することによる次元拡張の可能性については実証することができた。加えて、昨年度に引き続き、1次元方向に対して広範囲の加熱むら低減を目指した取り組みとして、0次モード共振器を利用した電磁界結合型マイクロ波加熱の基礎研究、および2次元展開を目指した軌道角運動量(OAM: Orbital Angular Momentum )モードを利用した照射型マイクロ波加熱の基礎研究を行った。

本研究の目的は、無線電力伝送分野での研究が進展している電磁界結合をマイクロ波加熱に応用し、金属筐体で囲わない開放系でも電磁波漏洩がほとんどないマイクロ波加熱を実現することである。開放系マイクロ波加熱の実現は、様々な化学分析機器との同時併用によるその場観察が可能となるだけでなく、金属壁境界条件に囚われない多様な電磁場分布が形成できる。本研究では、電磁界結合を多次元拡張することにより、多数の試料を同時かつ均一に加熱する開放系マイクロ波加熱の実現を目指す。加えて、電磁界モードや電磁界分布、試料でのマイクロ波吸収電力、装置からのマイクロ波漏洩電力などを定量的に評価することにより開放系マイクロ波加熱の有効性を明らかにする。今年度は、昨年度に1次元拡張した方向と直交する方向に次元拡張することを目指し、リピーターと呼ばれる金属片の共振器を追加した電磁界結合型マイクロ波加熱装置を電磁界シミュレーションにより設計した。従来と直交する1次元方向に2つの被加熱試料を設置したシミュレーション結果より、リピーターの設置によって2試料を同時にマイクロ波加熱できることを確認した。また、リピーター付きの電磁界結合型マイクロ波加熱装置を試作し、2試料を同時にマイクロ波加熱する実験を行った。実測結果より、リピーターを設置しなかった場合と比較してリピーターを設置したことによる加熱速度の改善は見られなかったが、リピーターを設置することによる次元拡張の可能性については実証することができた。加えて、昨年度に引き続き、1次元方向に対して広範囲の加熱むら低減を目指した取り組みとして、0次モード共振器を利用した電磁界結合型マイクロ波加熱の基礎研究、および2次元展開を目指した軌道角運動量(OAM: Orbital Angular Momentum )モードを利用した照射型マイクロ波加熱の基礎研究を行った。