2020 Fiscal Year Annual Research Report
Study on a Open-End Low-Leakage Microwave Heating Applicator by Using Electromagnetic Coupling
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18K04263
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
三谷 友彦 京都大学, 生存圏研究所, 准教授 (60362422)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | マイクロ波加熱 / 電磁界結合 / 開放系加熱装置 / マイクロ波応用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、開放系かつ低漏洩なマイクロ波加熱装置、いわばマイクロ波が漏れない電子レンジの実現である。目的達成のために、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応用し、サンプル（容量数ml程度）を効率よく均質に加熱するための電磁界分布のあるべき姿を捉え、電磁界結合によるマイクロ波加熱理論を構築する。また、複数サンプルを均質かつ同時に加熱するマイクロ波加熱装置の実現も目指す。
今年度は研究実施計画に沿って、単一サンプルを加熱するマイクロ波加熱装置の改良に取り組んだ。計算機シミュレーションにより装置設計を実施するとともに、設計したマイクロ波加熱装置を実際に試作して加熱実験を行った。マイクロ波加熱装置は、誘電体基板上に設計した方形共振器を2つ対向させた形とし、その共振器の間に純水4.3 mlを注入した試験管1本を設置する形とした。マイクロ波は一方の共振器に対して入力した。重要な改良点として、これまで他方の共振器は開放端として設計及び実験を行っていたが、今年度は共振器の終端インピーダンスを開放以外の純リアクタンスとし、終端インピーダンスをパラメータとした電力吸収効率の向上およびマイクロ波漏洩電力の低減を目指した。周波数2.45 GHzにてマイクロ波を照射して終端インピーダンスを調整した結果、電力吸収効率は改善前の73%から85%まで向上した。また、漏洩電力密度も改善前から半減させることに成功し、より大電力でマイクロ波加熱を実施できるようになった。さらに、漏洩マイクロ波の発生要因について検討した。2つの共振器の裏面銅箔間の電位が逆相になることで共振器間に差動モードの電界が発生し、これによりマイクロ波が漏洩することを電磁界シミュレーションにより明らかにした。
本研究成果は、国内学会3件で発表した。
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