Study on Multidimensional Extension of Open-System Microwave Heating

开放系统微波加热的多维扩展研究

• 批准号: 21K04175
• 负责人: 三谷 友彦
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04175/
• 关键词: マイクロ波; マイクロ波加熱; 電磁界結合

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。

这项研究的目的是应用电磁场耦合，该耦合在无线电源传输领域一直在微波炉上加热，并实现微波加热，即使在未被金属壳体包围的开放系统中，电磁波泄漏也几乎不足。开放系统微波加热的实现不仅可以通过与各种化学分析仪器同时使用，而且还可以形成多种不受金属壁边界条件界定的电磁场分布。在这项研究中，我们旨在实现开放的微波加热，这些微波加热通过扩展多维扩展中的电磁场耦合来同时且均匀地加热多个样品。此外，通过定量评估电磁场模式，电磁场分布，样品中的微波吸收功率，设备的微波泄漏功率等，可以阐明开放微波加热的有效性。今年，我们使用电磁场模拟设计了电磁场耦合的微波加热设备，目的是沿垂直于去年扩展一维方向的方向扩展尺寸。基于模拟结果，将两个要加热的样品放置在一个维度（垂直于常规系统）中，可以通过安装中继器同时加热两个样品。此外，构建了电磁场耦合的微波加热设备，并进行了一个实验，其中两个样品同时是微波加热。实际测量结果表明，由于安装中继器与未安装中继器相比，安装了中继器，因此没有观察到加热速度的提高，但是可以证明通过安装Repeaers的尺寸扩展的可能性。此外，在去年之后，为了减少一维方向的各个区域的加热不平衡性，我们使用零级模式恢复器进行了电磁场耦合的微波加热的基础研究，并对使用轨道上的Angular Momentm（OAM）模式进行了辐照微波加热的基础研究，旨在用于两二维扩展。

项目成果

Feasibility Study of Uniform Microwave Heating by Switching OAM Modes

• DOI: 10.23919/apmc55665.2022.9999964
• 发表时间: 2022-11
• 期刊: 2022 Asia-Pacific Microwave Conference (APMC)
• 作者: Kento Suzuki;T. Mitani;N. Shinohara

電磁界結合型マイクロ波加熱装置による複数試料同時加熱の検討

电磁场耦合式微波加热装置同时加热多个样品的研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 豊永 雄郎;三谷 友彦;篠原 真毅
• 通讯作者: 篠原 真毅

光・電波・電磁波の基本と応用がよくわかる本

一本清晰解释光、无线电波和电磁波的基础知识和应用的书

• 发表时间: 2021
• 作者: 堀越 智;三谷 友彦;樫村 京一郎
• 通讯作者: 樫村 京一郎

Feasibility Study on Electromagnetic Coupled Type Uniform Microwave Heating Using a Zeroth-Order Resonator

零阶谐振器电磁耦合式微波均匀加热的可行性研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Baku Takahara;Tomohiko Mitani;Naoki Shinohara
• 通讯作者: Naoki Shinohara

リピータを用いた電磁界結合型マイクロ波加熱装置の検討

利用中继器的电磁场耦合式微波加热装置的研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 豊永 雄郎;三谷 友彦;篠原 真毅
• 通讯作者: 篠原 真毅