導波管およびキャビティ内におけるマイクロ波加熱の制御と最適化

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15560176
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 青木 和夫 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (60115095)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 赤堀 匡俊 長岡技術科学大学, 工学部, 助手 (10303182)
• Keywords: マイクロ波加熱 / 導波管 / キャビティ / 電磁場 / 最適化 / 干渉

Research Abstract

マイクロ波加熱では,加熱物体内での透過波と反射波の干渉が重要となり、両波の干渉による減衰および共振が生じ加熱特性は局所的に複雑に変化する。これらの干渉過程は,加熱物体の誘電物性,構造,大きさ,設置位置に関係し,物体の加熱速度に大きな影響を与えるとともに,物体内の温度不均一の要因ともなる。
本研究では,電磁波が安定する導波管方式と多重反射を含むキャビティ方式の両方を対象として,マイクロ波加熱の高効率化と温度の均一化を目的とした制御と最適化を検討するもので,以下の事項を明らかにした。
(1)物体後面に完全反射板を設置した場合の透過波と反射波の干渉実験を行い,共振現象に及ぼす誘電物性および反射板の影響を示すとともに,物体内の温度分布をマイクロ波出力と関連づけて実験的に明らかにした。
(2)反射板を加熱物体から離して設置し,共振現象に及ぼす反射波の位相変化の影響を実験的に明らかにした。
(3)TE_<10>モードのマイクロ波加熱における透過波と反射波の干渉状態を反射板の設置位置と関連づけて解析的に明らかにし,同一強度のマイクロ波に対する最大加熱量に対する反射板の影響を理論的に明らかにした。
(4)物体前面に補助物体を設置して透過波の位相を制御した場合の透過波と反射波の干渉実験を行い,共振現象に及ぼす誘電物性および補助物体の影響を示すとともに,物体内の温度分布をマイクロ波出力と関連づけて実験的に明らかにした。
(5)透過波と反射波の制御を複合的に捉えることにより,最大加熱量に対する反射板および透過補助物体の影響を二次元TE_<10>モードのもとで理論的に明らかにした。
(6)キャビティ内のマイクロ波加熱に対する三次元電磁場と熱の複合解析の取り扱いを確立するとともに,物体の誘電物性および設置位置とモード変化の明らかにした。

Research Products

• [Publications] 青木和夫, 赤堀匡俊, 森田正人: "矩形空洞共振器を用いたマイクロ波加熱について"日本機械学会 熱工学コンファレンス講演論文集. 493-494 (2003)
• [Publications] 青木和夫, 他3名: "矩形導波管を用いたマイクロ波による流体の加熱特性"日本伝熱シンポジウム講演論文集. 41(予定). (2004)