JPH0749175A - 円筒容器内に於けるマイクロ波加熱を行う装置 - Google Patents

円筒容器内に於けるマイクロ波加熱を行う装置

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JPH0749175A
JPH0749175A JP3325334A JP32533491A JPH0749175A JP H0749175 A JPH0749175 A JP H0749175A JP 3325334 A JP3325334 A JP 3325334A JP 32533491 A JP32533491 A JP 32533491A JP H0749175 A JPH0749175 A JP H0749175A
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microwave
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slot
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Frank Vilardi
ビラルディ フランク
James Boncore
ボンコア ジェームス
Silvio Bellotti
ベロッティ シルビオ
Yury Zlobinsky
ズロビンスキー ユーリ
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】真空遠心濃縮機に於いて、液状標本の乾燥濃度
を高めるためにマイクロ波加熱法を用いる。 【構成】遠心濃縮機の真空容器は箱体15の蓋14によ
り気密に閉じられる。内面13はコーチングされ、リン
ク16が縁18から上方に突出し、そのまわりに配置さ
れ、蓋とともに真空シールを形成する。金属網25とガ
ラスカバー24によりマイクロ波の漏れを防ぐ。蓋フレ
ーム22の外周にマイクロフインガー26を多数設け、
箱体15にマイクロ波シールが形成され、アイクロ波を
防ぐ。1/4波長トラップは、蓋フレーム22の四側面
を形成しマイクロ波が蓋フレーム22の外周を通り抜け
て漏れるのを防ぐ。フェライトマイクロ波吸収体が蓋フ
レームの各コーナ部にねじで固定されている。真空継手
40により真空ポンプを容器に取り付ける。複数のマイ
クロ波スロット68が容器の底辺周辺部に配置され導波
管74がマイクロ波を導く窓の役目をする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は円筒容器内に於けるマイ
クロ波加熱を行う装置、殊に水分やその他の液体を除去
して物質を濃縮する装置、とくに真空遠心濃縮機、さら
には処理過程にある物質を加熱して濃縮効果を高める真
空遠心濃縮機に関する。
【0002】
【従来の技術】真空遠心濃縮機を利用して液状物質から
水分を除去して分析に用いる乾燥標本を作ることはよく
知られている。そういう装置は米国特許4,226,8
69に詳しく開示されており、その内容を背景説明の参
考資料としてここで用いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら真空遠心
濃縮機において熱を効果的に利用して乾燥作用を増進
し、それによって処理時間を短縮し、よりすぐれた標本
を作ることは達成することが困難である。
【0004】電気的に加熱された高温プレートあるいは
それに類似したものからの熱伝達は、真空中に於いて
は、極めて効率が低い。それゆえ、このような加熱器で
はこの応用には動作が遅く、また動作させるにもかなり
のエネルギーを要する。
【0005】真空遠心濃縮機に於ける標本の加熱にマイ
クロ波エネルギーを用いることに一つの可能性がある。
本発明者により以前なされたマイクロ波利用の試みで
は、マイクロ波によって生成される電磁界の基でアーク
が発生し易いために、実用的な真空度のもとで多少とも
意味のある加熱率を達成することは実際上不可能であっ
た。エネルギーの大半は電弧の発生で失われるため標本
の加熱が妨げられ、装置の損傷も生ずる。
【0006】従って本発明の目的は、従来の装置の欠点
を克服した真空濃縮機を提供することにある。更に、本
発明の目的は、液状物質を加熱して乾燥作用を増進する
ことのできる真空濃縮機を提供することにある。そして
更に、本発明の目的は、真空中でマイクロ波がアークを
起こしやすい傾向を抑制してマイクロ波エネルギーを効
率よく印加して液状物質を加熱することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、簡単に云えば、本発明はマイクロ波加熱を利用
して液状標本の急速乾燥を促進する真空濃縮機を提供す
るものである。
【0008】はなはだしいアークを伴なわない真空室中
でのマイクロ波加熱は、マイクロ波発生器のパワーを制
御し、アンテナ状の物体を修正し、マイクロ波発生器か
らのマイクロ波エネルギを環状の導波管を経由して真空
室に注入し、そして真空室内の真空状態を維持しなが
ら、マイクロ波注入用のスロットの対向するエッジ間の
直線経路に空気を介在させるという手段によって可能と
なった。この手段は、空気で満たされたプラスチックの
ボスを用い、これをマイクロ波注入用のスロットに貫通
し、事実上、注入スロットをボスで満たすことにより達
成される。空気で満たされたボスの代わりに非金属閉鎖
板を真空チャンバーの内側底に用いることも可能であ
り、この非金属閉鎖板によってマイクロ波注入用のスロ
ットと真空チャンバーの間をシールし、同時にエネルギ
が自由に真空室に注入されるのを許すようにする。標本
によって吸収されなかったマイクロ波エネルギは真空室
のカバーに吸収され、そして熱の形で大気中に放散され
る。
【0009】本発明の一つの特徴によれば、次のもので
構成される真空遠心濃縮機が提供される。即ち、その構
成要素は、箱体、開口上面を備えた箱体、前記開口上面
を閉じる蓋、前記箱体の内部に縁を有する真空容器、前
記縁と気密シールを形成する前記蓋、フレームを備えた
前記蓋、1/4波長マイクロ波トラップである、前記フ
レームの複数の脚、一枚のガラスを支持する前記フレー
ム、マイクロ波エネルギ吸収体である前記ガラス、前記
ホウケイ酸ガラスの少なくとも片面を覆う金属網、前記
蓋に設けた少なくとも1つのフェライト マイクロ波吸
収体、前記フレームの前記脚の夫々から下方に突出して
いるマイクロ波フィンガー列、前記箱体をマイクロ波漏
洩に対してシールする前記マイクロ波フィンガー、導電
性金属製の前記真空容器、遠心ロータを支持するための
前記真空容器内の支持手段、前記真空容器から垂れ下が
っている凹部、前記凹部内に吊持された磁気的駆動カッ
プリングを備えた前記支持手段、底壁によって真空シー
ルされている前記凹部、前記磁気的駆動カップリング
と、前記遠心ロータを回転させるための前記凹部外の手
段とを磁気的結合させるために非強磁性物質で形成して
いる前記底壁、シャフト、前記シャフトの下端に結合さ
れている前記磁気的駆動カップリング、ベアリングを貫
通して延び、それによって回転可能に支持されている前
記シャフト、前記遠心ロータの金属製ハブを回転自在に
支持する前記シャフトの上端、前記金属製ハブを前記遠
心ロータに取り付ける手段、前記ベアリングと前記金属
製ハブ間で前記シャフトを囲み、このシャフトを厚く、
そして補強すると共に、前記シャフトのマイクロ波アー
クを抑制する筒体、前記凹部を覆う中央支持板、前記中
央支持痛によって軸方向に支持されている前記ベアリン
グ、前記真空容器の内側底と概ね共面の内側表面を有す
る前記支持板と、前記真空容器内に連続した導電性空洞
を形成するように導電体である前記支持板、半径方向に
於いて、前記真空容器の垂下凹部と外側周辺間の底に沿
って環状に連なる複数のスロットを備えた真空容器、前
記真空容器内部の真空中にマイクロ波エネルギーを注入
する手段、前記真空容器にマイクロ波エネルギーを注入
するために次のものを備えた前記手段、マイクロ波発生
器、前記真空容器の中へマイクロ波エネルギーを分配す
る導波管、前記マイクロ波発生器と結合する、導波管の
始端、マイクロ波エネルギを終端する、導波管の終端、
前記導波管を前記真空容器の底に取り付けるための前記
導波管の上面、概ね環状の部分を備えた前記導波管、前
記始端と前記終端間に複数のスロットの連なりを有して
いる前記上面、マイクロ波エネルギを前記真空容器内に
分配するのに効果的である前記スロット、前記マイクロ
波発生器から離れる方向に寸法が漸次少しずつ大きくな
っていく前記スロット、夫々のスロットに於いて等しい
マイクロ波電力となるように前記導波管を調節するため
に夫々のスロット位置に設けた調節ねじ、前記導波管の
対応する前記スロットと概ね位置合わせをしている前記
真空容器の前記底に設けたスロット、前記導波管のスロ
ットよりも十分に大きい前記底のスロット、前記導波管
の上面のスロットを、真空容器の対応するスロットから
真空シールするための、前記導波管の上端と前記真空容
器の底間に設けた誘電体リング、前記導波管の周辺と前
記真空容器間の金属ガスケット、空気で満たされている
前記導波管、そして前記真空容器のスロットを貫通し、
夫々を実質的に満たすボスを有している前記誘電体リン
グである。
【0010】さらに本発明のもう1つの特徴により、次
のもので構成される真空遠心濃縮機が提供される、即
ち、その構成要素は、箱体、開口上面を備えた箱体、前
記開口上面を閉じる蓋、前記箱体の内部に縁を有する真
空容器、前記縁と気密シールを形成する前記蓋、フレー
ムを備えた前記蓋、1/4波長マイクロ波トラップであ
る、前記フレームの複数の脚、一枚のガラスを支持する
前記フレーム、マイクロ波エネルギ吸収体である前記ガ
ラス、前記ホウケイ酸ガラスの少なくとも片面を覆う金
属網、前記蓋に設けた少なくとも1つのフェライト マ
イクロ波吸収体、前記フレームの前記脚の夫々から下方
に突出しているマイクロ波フィンガー列、前記箱体をマ
イクロ波漏洩に対してシールする前記マイクロ波フィン
ガー、導電性金属製の前記真空容器、遠心ロータを支持
するための前記真空容器内の支持手段、前記真空容器か
ら垂れ下がっている凹部、前記凹部内に吊持された磁気
的駆動カップリングを備えた前記支持手段、底壁によっ
て真空シールされている前記凹部、前記磁気的駆動カッ
プリングと、前記遠心ロータを回転させるための前記凹
部外の手段とを磁気的結合させるために非強磁性物質で
形成している前記底壁、シャフト、前記シャフトの下端
に結合されている前記磁気的駆動カップリング、ベアリ
ングを貫通して延び、それによって回転可能に支持され
ている前記シャフト、前記遠心ロータの金属製ハブを回
転自在に支持する前記シャフトの上端、前記金属製ハブ
を前記遠心ロータに取り付ける手段、前記ベアリングと
前記金属製ハブ間で前記シャフトを囲み、このシャフト
を厚く、そして補強すると共に、前記シャフトのマイク
ロ波アークを抑制する筒体、前記凹部を覆う中央支持
板、前記中央支持痛によって軸方向に支持されている前
記ベアリング、前記真空容器の内側底と概ね共面の内側
表面を有する前記支持板と、前記真空容器内に連続した
導電性空洞を形成するように導電体である前記支持板、
半径方向に於いて、前記真空容器の垂下凹部と外側周辺
間の底に沿って環状に連なる複数のスロットを備えた真
空容器、前記真空容器内部の真空中にマイクロ波エネル
ギーを注入する手段、前記真空容器にマイクロ波エネル
ギーを注入するために次のものを備えた前記手段、マイ
クロ波発生器、前記真空容器の中へマイクロ波エネルギ
ーを分配する導波管、前記マイクロ波発生器と結合す
る、導波管の始端、マイクロ波エネルギを終端する、導
波管の終端、前記導波管を前記真空容器の底に取り付け
るための前記導波管の上面、概ね環状の部分を備えた前
記導波管、前記始端と前記終端間に複数のスロットの連
なりを有している前記上面、マイクロ波エネルギを前記
真空容器内に分配するのに効果的である前記スロット、
前記マイクロ波発生器から離れる方向に寸法が漸次少し
ずつ大きくなっていく前記スロット、夫々のスロットに
於いて等しいマイクロ波電力となるように前記導波管を
調節するために夫々のスロット位置に設けた調節ねじ、
前記導波管の対応する前記スロットと概ね位置合わせを
している前記真空容器の前記底に設けたスロット、前記
導波管のスロットよりも十分に大きい前記底のスロッ
ト、前記真空容器の底の上面上に配置され、上記真空容
器の底の前記スロットを真空シールする非金属性閉鎖
板、前記導波管の周辺と前記真空容器間の金属ガスケッ
ト、空気で満たされている前記導波管と前記真空容器の
前記底のスロットである。
【0011】さらに本発明のもう1つの特徴により、次
のもので構成される、マイクロ波エネルギを金属容器に
注入する装置が提供される。即ち、その構成要素は、マ
イクロ波発生器、前記マイクロ波発生器からマイクロ波
エネルギーを受ける導波管、前記導波管に設けた、少な
くとも1つの第1のスロット、前記金属容器に設けた、
少なくとも1つの第2のスロット、概ね位置合わせされ
ている前記第1および第2のスロット、前記第2のスロ
ットを貫通して伸び、それを実質的に満たす誘電体ボ
ス、前記誘電性ボスに設けた中空凹部、である。
【0012】さらに本発明のもう1つの特徴により、次
のもので構成される、マイクロ波エネルギを金属容器に
注入する装置が提供される。即ち、その構成要素は、マ
イクロ波発生器、前記マイクロ波発生器からマイクロ波
エネルギーを受ける導波管、前記導波管に設けた、少な
くとも1つの第1のスロット、前記金属容器に設けた、
少なくとも1つの第2のスロット、概ね位置合わせされ
ている前記第1および第2のスロット、前記金属容器の
内側の底の誘電体閉鎖板、前記第2のスロットを覆う前
記誘電体閉鎖板、前記金属容器の内側と前記第1、及び
第2のスロット間の空気漏洩を防ぐために、前記閉鎖板
を前記金属容器にシールするための手段、前記第1、及
び第2のスロットと位置合わせして誘電体閉鎖板の表面
に形成され、このため金属容器の外側の空気を該溝内に
満たすことができ、これによって前記第2のスロットの
対向するエッジ間の直線経路は当然空気を通過するよう
にした空気溝である。
【0013】さらに本発明のもう1つの特徴により、次
の構成から成るマイクロ波で加熱される容器が提供され
る。即ち、その構成要素は、前記容器の蓋、ガラス製の
前記蓋、そしてマイクロ波吸収体である前記ガラスであ
る。
【0014】さらに本発明のもう1つの特徴により、次
の構成から成る導波管が提供される。即ち、その構成要
素は、マイクロ波エネルギーを受けるエネルギー受入
端、終端、前記受入端と終端間の、概ね環状平面図形部
分である。以上の構成に係る、本発明の上記の目的とそ
の他の目的、特徴および長所は、好適な実施態様につい
ての添付図面を参照した具体的な説明により明らかにな
るであろう。なお、図面に於いては、同一の要素に対し
ては同一の参照番号が使われている。
【0015】
【作用】真空容器のマイクロ波スロットの対向するエッ
ジの経路に存在する絶縁体及び大気圧の空気はアークの
起こり易さを低減する。こうして標本の乾燥を加速する
のに十分な程度の真空状態である真空容器内に於いて
も、実質的なアークを起こすことなく、マイクロ波加熱
が可能である。
【0016】
【実施例】低い気圧下にある電磁場においてアークを防
ぐことは基本的な問題である。大気圧下にある空気の絶
縁耐力は、減圧下の空気の絶縁耐力よりも相当に大き
い。それゆえ真空容器の中の圧力が低下するにつれてア
ークが起こりやすくなる。アークは先のとがった導電性
物体や、長さ/幅の比の大きい物体で起こりやすい。ア
ークの問題が解決されなければ真空濃縮器の中でマイク
ロ波エネルギーを使うことはできない。
【0017】図1において、遠心濃縮器10の真空容器
12−鋳造アルミニウムまたはその他の電気伝導性を有
する材料で作られる−は箱体15の蓋14によって気密
状態に閉じられる。真空容器12の内部表面13は汚れ
にくい材料、例えばフルオロカーボンのような物質でコ
ーティングされる。エラストマー性を有するリング16
が真空容器12の縁18から上方に突出して、縁18の
まわりに配置され、蓋14とともに真空シールを形成す
る。
【0018】図2において、箱体15は外フレーム組立
体19を備えている。外フレーム組立体19はヒンジ2
0によって蓋14の蓋フレーム22を上下移動可能な状
態で支持する。蓋フレーム22はホウケイ酸ガラスカバ
ー24を取り囲んで支持する。目のこまかい金属網25
−ステンレス鋼であることが望ましい−はガラスカバー
24の上に配置されている。金属網25は容器12に於
けるマイクロ波の遮蔽の役目を果たす。ガラスカバー2
4のホウケイ酸ガラスはそれ自体がマイクロ波吸収体で
ある。金属網25による遮蔽作用と、ガラスカバーによ
る電波吸収の組み合わせにより、いかなる実質的なマイ
クロ波放射の漏洩も防ぐことができる。
【0019】蓋フレーム22の外周に沿って多数のマイ
クロ波フィンガー26を設けることにより、箱体15に
マイクロ波シールが形成され、装置の動作中に蓋14が
閉じた位置にある時にマイクロ波が漏れるのを防いでい
る。1/4波長トラップ27は蓋フレーム22の四側面
を形成している。
【0020】よく知られているように、1/4波長トラ
ップは真空容器12内部のマイクロ波エネルギー源から
見ると短絡回路である。こういう短絡回路はマイクロ波
エネルギーが蓋フレーム22の外周を通り抜けて漏洩す
るのを防止する。
【0021】マイクロ波エネルギーの漏洩を防ぐための
追加手段としてフェライト マイクロ波エネルギー吸収
体28が蓋フレーム22の各コーナー部分に配置され、
リテーナプレート28とねじ32で固定されている。動
作中に蓋14が浮き上がるのを防ぐインターロックラッ
チ34が、蓋フレーム22の中のレセプタクル36に係
合するように蓋フレーム22の側面に配置されている。
【0022】蓋フレーム22の前エッジにはハンドル3
8が取り付けられ、蓋14の上げ下げを可能にしてい
る。
【0023】再び図1において、真空継手40が真空容
器12の壁面を貫通しており、これによって真空ポンプ
(図示されていない)を真空容器12に取り付けること
ができる。
【0024】中央凹部49が真空容器の底部から垂れ下
がっている。金属製の支持板42−アルミニウムである
ことが望ましい−が中央凹部49をカバーする。支持板
42はその上表面を汚れの落ちやすい物質、たとえばフ
ルオロカーボンのような物質でコーティングすることが
できる。支持板42は複数のねじ44で真空容器12に
固定される。ねじ44は真空容器12内部に突き出さな
いよう、さら形平頭ねじとしている。ねじ44が真空容
器12内部に突き出すとアンテナとなってマイクロ波エ
ネルギーが真空容器12に対してアークを起こすのを促
進することになる。参考として上げた特許に開示されて
いるような標準的な真空濃縮器においては、支持板42
に対応する部品はプラスチック製である。プラスチック
の支持板を使うと中央凹部49の外周部からのマイクロ
波エネルギーのアークを許す可能性がある。支持板42
に金属を使うことにより、またさら形平頭のねじ44を
使うことにより、真空容器12の底面が連続した平面と
なり、その結果、その近辺でアークの発生する傾向を大
幅に低下させる。
【0025】軸受組立体46は支持板42の底部の中央
に取り付けられ、シャフト48を回転可能な状態で支持
する。シャフト48は支持板42を通過して伸び、軸受
組立体46の軸内部で軸支されている。
【0026】磁気的駆動シャフトのカプラ50はシャフ
ト48の下端に軸方向に取り付けられている。それによ
り、シャフトカプラ50は中央凹部49の底面の近くに
位置している。中央凹部49の底面は底壁51によって
閉じられている。底壁51と中央凹部49の間の真空気
密シールはエラストマー性のOリング52によって確保
されている。
【0027】底壁51の下で、モータ54の駆動シャフ
ト53が磁気モータカプラ55を駆動可能に支持してお
り、このモータカプラ55はシャフトカプラ50と軸が
一致している。モータカプラ55がモータ54によって
回転させられるとシャフトカプラ50が磁気カップリン
グ作用によってモータカプラ55と共に回転する。
【0028】ベアリング46が押さえられている軸受ハ
ウジング56は、プラスチックロータ58の金属中央ハ
ブ60と共に、シャフト48の有効直径を大きくしてい
る。この有効直径の増大によって長さ/直径の比がいち
じるしく小さくなり、シャフト48が、アークを促すマ
イクロ波アンテナとして作用する傾向が低下する。この
ことがアークを起こす可能性を低下させる。
【0029】中央ハブ60を備えたプラスチックロータ
58は、プラスチック・リテーナ・ノブ62によってシ
ャフト48の上端に固着されている。シャフト48を貫
通するキー61は、中央ハブ60とロータ58がシャフ
ト48と共に回転するよう、中央ハブ60と係合してい
る。リテーナ・ノブ62にはプラスチックが使われる
が、これは真空容器12の内部でノブ62が有効なアン
テナとして作用するのを避け、濃縮処理中の物質からマ
イクロ波エネルギーがそれるのを防ぐためである。
【0030】ロータ58はチューブホルダ64の環状の
列(1列または複数の列)が設けられる。チューブホル
ダ64のそれぞれは濃縮される物質の試験管66を保持
できるような寸法となっている。
【0031】図3において、複数のマイクロ波のスロッ
ト68が真空容器12の底面の周辺部に配置され、導波
管74からのマイクロ波エネルギーを導く窓の役目をす
る。
【0032】次に図4において、真空リング70−高誘
電率プラスチックレジン、たとえばテフロン(TEFL
ON)などが望ましい−が真空容器12の底の下に配置
されている。真空リング70は真空容器12の底面にあ
るマイクロ波スロット68をシールして真空漏れを防止
する。さらに真空リング70は複数の中空ボス72を持
ち、これがマイクロ波スロット68を通過して上方に突
き出ている。
【0033】図6を一時参照すると、ボス72の夫々は
中空開口部73を備え、この開口部が真空容器12の底
面から上に伸びている。装置を使用しているとき、ボス
72の上の部分の真空容器12は真空状態に置かれる。
しかし、ボス72の下の領域は通常の大気圧下に置かれ
る。それゆえマイクロ波スロット68の対向するエッジ
の間の直線経路は当然、高誘電率のテフロンと、比較的
誘電率の高い大気圧下の空気を横切る。マイクロ波スロ
ット68のそれぞれの対向するエッジの間の直線経路に
高誘電率材料が存在している結果、この経路のアークが
抑制される。
【0034】図5に示すように、円形の導波管74は通
常のマグネトロンマイクロ波発振器80に接続されてい
る。一連の5個の孤状の導波管スロット76は環状の導
波管74の上表面に環状に配置されている。導波管のス
ロット76は寸法が同一ではなく、マグネトロンマイク
ロ波発振器80に最も近いものが最も小さく、終端82
に最も近いものが最大である。このためどの導波管スロ
ットを通過する電力もほぼ同じにすることができる。調
節ねじ78が各導波管のスロット76の下流側に配置さ
れてマイクロ波の分布をさらに調節して、各導波管スロ
ット76におけるパワーの均一性を一層確実にし、そし
て真空容器12内部のマイクロ波の分布を均一化する。
【0035】好適な実施例に於いては、小形の真空容器
で発生しやすいアークは低いパワーのマイクロ波により
避けられることが分かり、また、通常のマイクロ波発振
器80の出力500ワットでは、簡単には抑制できない
アークが発生することが分かった。もっと扱いが容易な
電力のレベルを得るために、マグネトロンマイクロ波発
振器80用の電源装置83の出力を約150ワットのマ
イクロ波エネルギーが発生されるように下げた。しか
し、より大きな真空容器の場合はもっと大きな電力を用
いることができる。
【0036】さてここで図6に戻ると、真空容器12の
底面にある環状溝69には真空リング70がはめ込ま
れ、ボス72はそれぞれに対応するマイクロ波のスロッ
ト68を上方に通過している。並行するOリング溝87
内の一対のOリング86は真空容器12の底面の周辺部
に、かつマイクロ波スロット68の両側に1つずつ配置
される。こうして真空リング70と環状溝69の間に気
密シールを構成している。一対のマイクロ波ガスケット
84が、真空容器12の底面で、かつ環状溝69の外側
にはずれて形成されている対応したガスケット溝85に
はめ込まれている。環状導波管74には、ガスケット溝
85を超えて伸びる内側フランジと外側フランジ88を
有している。複数のねじ82がフランジ88を通して真
空容器12の底面にねじ込まれ、環状導波管を真空容器
12の底面に確実に固定している。ねじ82を締めると
Oリング86が圧縮されて真空シールが形成され、また
マイクロ波ガスケット84も圧縮してRFシールを形成
する。
【0037】ここで注意すべきは、真空容器12のマイ
クロ波スロット68の夫々は、それらに対応する環状導
波管74の導波管スロット76よりもわずかに大きくし
てあり、環状導波管74からのマイクロ波エネルギーを
真空容器12に効率よく結合できるようになっていると
いう点である。
【0038】以上に説明した本発明の実施例は、マイク
ロ波エネルギーを真空容器12に注入する効率が非常に
高いことが確かめられた。しかし、これを使用中に、残
留するアークがときおり発生してボス72の1個に穴が
あき、必要な真空シールが破壊された。真空リング70
を交換するのには実際上、遠心濃縮器10全体の分解が
必要であった。この結果、運転停止時間が長引いた。
【0039】図7においては、万一穴あきが起こっても
運転停止時間を低減することのできる、本発明の第2の
好適な実施例が示されている。この実施例では、真空リ
ング70とボス72は真空シールリング86(図1と図
6に示す)と共に、真空容器12の内部底面に位置する
非金属性のディスク形状の閉鎖板92に置き換えられて
いる。閉鎖板92の軸方向の孔96は、真空容器12の
内側にある軸受ハウジング56を取り囲んでいる。埋め
込みねじ98は閉鎖板92を真空容器12の底の上表面
に固定している。真空シールリング94は閉鎖板92の
下面102にある一つの環状空気溝100を横切って配
置され、閉鎖板92と真空容器12の間に気密シールを
形成し、装置の使用中に真空容器12の中の真空を維持
する。
【0040】一つの環状空気溝100は、真空容器12
の底面周辺に配置されている一連のマイクロ波スロット
68と位置が一致している。これは空気がマイクロ波ス
ロット68およびその上にある一つの空気溝100を満
たすようにするためである。マイクロ波のスロット68
および一つの空気溝100を満たした空気は前述したよ
うにボス72(図6に示す)と同様に、マイクロ波エネ
ルギーが、マイクロ波スロット68を横切ってアークを
起こすのを妨げる。
【0041】一つの環状溝100でなく、一連の複数の
孤状の溝を環状に配置して真空容器12の対応するスロ
ットに位置合わせしたものでも同じ機能を果たすことが
できる。こういう配設の仕方は、目下好適な実施例と考
えることができる。
【0042】第1の実施例と比較した場合のこの実施例
の大きな利点は、万一閉鎖板92と真空容器12の底面
の間の真空シールが破れたときに、遠心濃縮器全体の分
解を必要とせずに、即ちマイクロ波シールの一体性に影
響を与えることなく、真空容器12の上面から取り替え
作業ができる、という点にある。
【0043】再び図1において、インディケータ89は
遠心濃縮器10の運転状態を表示するものである。制御
パネル90は装置の運転を制御するものである。
【0044】真空遠心濃縮器の動作は米国特許4,22
6,669で十分に開示されているので、以下には、本
発明のマイクロ波加熱部分の動作だけを説明する。
【0045】図1において、蓋14が閉じると遠心濃縮
器10はマイクロ波フィンガー26の動作によって蓋1
4から箱体15までのマイクロ波の漏洩が効果的にシー
ルされる。蓋14はガラスカバー24の上の金属網2
5、1/4波長マイクロ波トラップ27、およびフェラ
イトマイクロ波吸収体28によってマイクロ波を透過さ
せない。ホウケイ酸ガラスから作られているガラス24
は、RF負荷としても作用し、残存するマイクロ波エネ
ルギーを消散させる。それに加えてマイクロ波ガスケッ
ト84は、真空容器12と環状導波管74の間からのマ
イクロ波の漏洩を防止する。
【0046】真空容器12の床部分からのマイクロ波の
漏洩は金属支持板42と金属シャフト48によってシー
ルされる。この結果、連続した金属製の導電性の空洞が
構成され、あらゆるマイクロ波の漏洩を防ぐ。
【0047】遠心濃縮器10のマイクロ波にかかわる安
全性はインターロック・ラッチ34によって一層確実に
なっている。このラッチ34は蓋14が開いているとき
にマイクロ波加熱器の動作を防ぎ、また、濃縮器の運転
中は蓋14が開かれることを防ぐ。
【0048】テフロンは比較的誘電率が高い絶縁体であ
るから、マイクロ波のスロット68の対向するエッジの
間にこのプラスチックレジンが存在することにより、ア
ークの起こり易さを低減する。加えて、ボス72の中心
部は中空となっていて中空開口部を形成し、これが真空
容器12の底面よりも上方に伸びているので、マイクロ
波スロット68の対向するエッジの経路には大気圧の空
気が存在することになり、さらに一層、アークの起こり
易さを低減する。
【0049】真空リング70に代えて、ボス72を有し
ない1個の平らなリングを使って幾度かの試験が行なわ
れた。その結果、標本の乾燥を加速させるには足らない
程度の真空レベルにおいても、マイクロ波のスロット6
8の対向するエッジの間にアークが発生した。このアー
クは真空容器12に対して破壊的であった。その上、ア
ークはこの平らなリングを溶かしてしまう傾向があり、
その結果、真空シールは比較的短時間の運転操作のあと
破損してしまった。
【0050】マイクロ波スロット68内部に大気圧の空
気を供給させるボス72と、蓋14の高いマイクロ波吸
収能力を利用することにより、1torr以下の真空に於い
ても実質的なアークを起こすことなく、マイクロ波加熱
が可能である。
【0051】図7に関して論じた第2の実施例に於いて
は、真空シールがマイクロ波スロット68の上の閉鎖板
92によって確保されると、空気はこのマイクロ波スロ
ット68を満たすことができる。これにより、図1に示
す実施例に使用されているボス72は不要となる。図1
に示す実施例と同様に、蓋14のマイクロ波吸収能力が
高いので、1torr以下の真空であっても実質的にアーク
を起こさせることなく装置の運転が可能となる。
【0052】スイッチを入れて電源装置83(図5に表
示)に電力が印加されると、電源装置83はマグネトロ
ンマイクロ波発振器80を起動させる。マグネトロンマ
イクロ波発振器80のマイクロ波出力は、導波管スロッ
ト76および真空容器12の底回りにあるマイクロ波ス
ロット68を通過して均等に、即ち150ワットのマグ
ネトロンマイクロ波発振器80の場合、夫々のスロット
毎におよそ30ワットが分配される。そしてこれが真空
容器12全域に均等に伝播する。調節ねじ78は工場で
の調整の際にマイクロ波エネルギーの分布が均一になる
ように調節される。本発明の他の実施例に於いては、調
節ねじ78は省略したり、他の調節装置に置き換えるこ
とができる。
【0053】マイクロ波エネルギーは試験管66の中の
標本に向かって進み、標本を加熱する。一方、標本に吸
収されなかった余分のエネルギーは蓋14に吸収されて
熱として消散する。
【0054】以上、添付図面を参照して本発明の好適な
実施例を説明したが、本発明はここに挙げた実施例だけ
に限定されるものではないことは理解されるはずであ
る。そして当業者であれば、請求範囲に明示してある本
発明の範囲と趣旨から外れることなく色々な変更や修正
を行なうことができることも理解されるはずである。
【0055】
【発明の効果】本発明は以上の通り、真空容器のマイク
ロ波スロットの対向するエッジの経路に存在する絶縁体
及び大気圧の空気によりアークの起こり易さを低減する
ので、こうして標本の乾燥を加速するのに十分な程度の
真空状態である真空容器内に於いても、実質的なアーク
を起こすことなく、マイクロ波加熱が可能であるという
等々の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好適な一実施例の横断面図である。
【図2】図1の発明の蓋の平面図である。
【図3】図1のIII−III線に沿って切り取った本発明の
部分横断面図である。
【図4】真空リングの上面図である。
【図5】図1の発明の、マグネトロンマイクロ波発生器
とスロット付き導波管の透視図である。
【図6】図1の、スロット付き導波管と真空遠心濃縮機
の真空容器との境界部分の拡大横断面図である。
【図7】本発明の第2の実施例の横断面図である。
【符号の説明】
10 真空遠心濃縮機 12 真空容器 14 蓋 15 箱体 42 支持板 49 中央凹部 68 マイクロ波スロット 70 真空リング 72 ボス 74 導波管 76 導波管スロット 92 閉鎖板 100 環状空気溝
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年6月3日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 円筒容器内に於けるマイクロ波加熱
を行う装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F26B 25/06 Z 9140−3L (72)発明者 ジェームス ボンコア アメリカ合衆国 ニューヨーク州 11782 セイビル ボヘミア パークウェイ 448 (72)発明者 シルビオ ベロッティ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 11040 ニュー ハイド パーク ローレンス ストリート 129 (72)発明者 ユーリ ズロビンスキー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 11758 マサピクア アダムス ロード ウエス ト 31

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 次のものから構成される真空遠心濃縮
    機。真空容器、 前記真空容器の中に遠心ロータを取り付ける手段、 前記真空容器の内部にマイクロ波エネルギーを注入する
    手段、 および、 前記真空容器内部の真空条件のもとで電気アークを防止
    する手段。
  2. 【請求項2】 前記真空容器の中にマイクロ波エネルギ
    ーを注入する前記手段が次のものを備える請求項1の真
    空遠心濃縮機。マイクロ波発生器、 導波管、 前記マイクロ波発生器に結合された導波管の第1の端、 前記マイクロ波エネルギの終端のための手段を備える前
    記導波管の第2の端、 環の一部を成している、少なくとも前記第1および第2
    の端の間の前記導波管の一部分、 前記導波管の上側面、 前記上側面を前記真空容器の底に取り付ける手段、 前記環の部分に一連の導波管スロットを備える前記上側
    面、 前記マイクロ波発生器から離れる方向に寸法が漸次大き
    くなっていく前記導波管スロット、 前記真空容器の底に設けた複数の容器スロット、 そして前記導波管スロットと基本的に一対一に位置合わ
    せされていて、それによってマイクロ波エネルギが前記
    導波管から前記真空容器の内部に伝播できるようになっ
    ている前記容器スロット。
  3. 【請求項3】 位置合わせされた容器スロットと導波管
    スロットを通過して伝播するマイクロ波エネルギーの相
    対量を調節するための少なくとも1つの手段を備える請
    求項2の真空遠心濃縮機。
  4. 【請求項4】 前記調節するための手段は、前記導波管
    内に突出しているねじを備える請求項3の真空遠心濃縮
    機。
  5. 【請求項5】 前記少なくとも一つの調節手段は、全て
    の前記導波管スロットを通過して伝播されるマイクロ波
    電力の量を実質的に均一化する手段を備えたものである
    請求項3の真空遠心濃縮機。
  6. 【請求項6】 更に次のものから構成される請求項1の
    真空遠心濃縮機。導電性金属製の前記真空容器、 前記真空容器の底の中央に位置する凹部、 前記凹部を覆う支持板、 前記真空容器の底と面一に配設された前記支持板、 そして金属製の前記支持板。
  7. 【請求項7】 更に次のものから構成される請求項1の
    真空遠心濃縮機。シャフトを備える前記取り付け手段、 筒体を備える前記シャフト、 そしてアークを抑制するために十分大きな直径を有する
    前記筒体。
  8. 【請求項8】 更に次のものから構成される請求項1の
    真空遠心濃縮機。前記導波管の上端と前記真空容器の底
    間の誘電体真空リング、 前記誘電体リングを前記底に真空シールし、それによっ
    て前記容器スロットを通しての真空漏洩を防ぐ真空シー
    ル手段、 前記誘電体リングに設けた複数のボス、 前記容器スロットの一つを貫通し、実質的にそれを満た
    す夫々の前記ボス、 夫々のボスの下面に設けた中空凹部、 そして前記真空容器の内側の底よりも高く上方に延びて
    おり、それによって夫々の容器スロットの対向するエッ
    ジ間の直線経路は、対応する中空凹部を当然通過する前
    記中空凹部。
  9. 【請求項9】 前記中空凹部は、前記真空容器の動作時
    の真空よりも高い圧力の空気で満たされている請求項8
    の真空遠心濃縮機。
  10. 【請求項10】 更に次のものから構成される請求項1
    の真空遠心濃縮機。非金属製の真空閉鎖板、 前記真空容器の底の上面の上に配置されている前記真空
    閉鎖板、 前記真空閉鎖板を前記上面に真空シールし、それによっ
    て容器スロットを通過しての真空漏洩を防ぐ真空シール
    手段、 前記容器スロットよりも僅かに上方に空気を与え、そし
    て前記容器スロットの対向するエッジ間の直線経路が当
    然空気を通過するように、前記容器スロットにマイクロ
    波エネルギの経路を形成するために前記容器スロットに
    対応させて前記真空閉鎖板に形成した凹んだ弧状の溝。
  11. 【請求項11】 前記容器スロットは、前記真空容器の
    動作時の真空よりも高い圧力の空気で満たされている請
    求項10の真空遠心濃縮機。
  12. 【請求項12】 更に次のものから構成される請求項1
    の真空遠心濃縮機。導波管を備えている前記マイクロ波
    エネルギ注入手段、 前記導波管を前記真空容器に固定するための手段、 そして前記導波管と前記真空容器間の、少なくとも一つ
    のRFガスケット。
  13. 【請求項13】 更に次のものから構成される請求項1
    の真空遠心濃縮機。前記真空容器のカバー、 そしてマイクロ波吸収体である前記カバー。
  14. 【請求項14】 前記マイクロ波吸収体はマイクロ波を
    吸収する性質を有するホウケイ酸ガラスである請求項1
    3の真空遠心濃縮機。
  15. 【請求項15】 更に次のものから構成される請求項1
    の真空遠心濃縮機。前記真空容器のカバー、 そして金属製マイクロ波遮蔽網を備えた前記カバー。
  16. 【請求項16】 前記カバーの近傍に少なくとも一つの
    フェライトマイクロ波吸収体を設け、この少なくとも一
    つの吸収体はマイクロ波エネルギの吸収に効果的である
    請求項15の真空遠心濃縮機。
  17. 【請求項17】更に次のものから構成される請求項1の
    真空遠心濃縮機。前記真空容器上の蓋、 そして前記蓋の開を制御する少なくとも一つのインター
    ロックラッチ。
  18. 【請求項18】 次のものから構成される真空遠心濃縮
    機。箱体、 開口上面を備えた箱体、 前記開口上面を閉じる蓋、 前記箱体の内部に縁を有する真空容器、 前記縁と気密シールを形成する前記蓋、 フレームを備えた前記蓋、 1/4波長マイクロ波トラップである、前記フレームの
    複数の脚、 一枚のガラスを支持する前記フレーム、 マイクロ波エネルギ吸収体である前記ガラス、 前記ホウケイ酸ガラスの少なくとも片面を覆う金属網、 前記蓋に設けた少なくとも1つのフェライト マイクロ
    波吸収体、 前記フレームの前記脚の夫々から下方に突出しているマ
    イクロ波フィンガー列、 前記箱体をマイクロ波漏洩に対してシールする前記マイ
    クロ波フィンガー、 導電性金属製の前記真空容器、 遠心ロータを支持するための前記真空容器内の支持手
    段、 前記真空容器から垂れ下がっている凹部、 前記凹部内に吊持された磁気的駆動カップリングを備え
    た前記支持手段、 底壁によって真空シールされている前記凹部、 前記磁気的駆動カップリングと、前記遠心ロータを回転
    させるための前記凹部外の手段とを磁気的結合させるた
    めに非強磁性物質で形成している前記底壁、 シャフト、 前記シャフトの下端に結合されている前記磁気的駆動カ
    ップリング、 ベアリングを貫通して延び、それによって回転可能に支
    持されている前記シャフト、 前記遠心ロータの金属製ハブを回転自在に支持する前記
    シャフトの上端、 前記金属製ハブを前記遠心ロータに取り付ける手段、 前記ベアリングと前記金属製ハブ間で前記シャフトを囲
    み、このシャフトを厚く、そして補強すると共に、前記
    シャフトのマイクロ波アークを抑制する筒体、 前記凹部を覆う中央支持板、 前記中央支持痛によって軸方向に支持されている前記ベ
    アリング、 前記真空容器の内側底と概ね共面の内側表面を有する前
    記支持板と、 前記真空容器内に連続した導電性空洞を形成するように
    導電体である前記支持板、 半径方向に於いて、前記真空容器の垂下凹部と外側周辺
    間の底に沿って環状に連なる複数のスロットを備えた真
    空容器、 前記真空容器内部の真空中にマイクロ波エネルギーを注
    入する手段、 前記真空容器にマイクロ波エネルギーを注入するために
    次のものを備えた前記手段、 マイクロ波発生器、 前記真空容器の中へマイクロ波エネルギーを分配する導
    波管、 前記マイクロ波発生器と結合する、導波管の始端、 マイクロ波エネルギを終端する、導波管の終端、 前記導波管を前記真空容器の底に取り付けるための前記
    導波管の上面、 概ね環状の部分を備えた前記導波管、 前記始端と前記終端間に複数のスロットの連なりを有し
    ている前記上面、 マイクロ波エネルギを前記真空容器内に分配するのに効
    果的である前記スロット、 前記マイクロ波発生器から離れる方向に寸法が漸次少し
    ずつ大きくなっていく前記スロット、 夫々のスロットに於いて等しいマイクロ波電力となるよ
    うに前記導波管を調節するために夫々のスロット位置に
    設けた調節ねじ、 前記導波管の対応する前記スロットと概ね位置合わせを
    している前記真空容器の前記底に設けたスロット、 前記導波管のスロットよりも十分に大きい前記底のスロ
    ット、 前記導波管の上面のスロットを、真空容器の対応するス
    ロットから真空シールするための、前記導波管の上端と
    前記真空容器の底間に設けた誘電体リング、 前記導波管の周辺と前記真空容器間の金属ガスケット、 空気で満たされている前記導波管、 そして前記真空容器のスロットを貫通し、夫々を実質的
    に満たすボスを有している前記誘電体リング。
  19. 【請求項19】 次のものから構成される真空遠心濃縮
    機。箱体、 開口上面を備えた箱体、 前記開口上面を閉じる蓋、 前記箱体の内部に縁を有する真空容器、 前記縁と気密シールを形成する前記蓋、 フレームを備えた前記蓋、 1/4波長マイクロ波トラップである、前記フレームの
    複数の脚、 一枚のガラスを支持する前記フレーム、 マイクロ波エネルギ吸収体である前記ガラス、 前記ホウケイ酸ガラスの少なくとも片面を覆う金属網、 前記蓋に設けた少なくとも1つのフェライト マイクロ
    波吸収体、 前記フレームの前記脚の夫々から下方に突出しているマ
    イクロ波フィンガー列、 前記箱体をマイクロ波漏洩に対してシールする前記マイ
    クロ波フィンガー、 導電性金属製の前記真空容器、 遠心ロータを支持するための前記真空容器内の支持手
    段、 前記真空容器から垂れ下がっている凹部、 前記凹部内に吊持された磁気的駆動カップリングを備え
    た前記支持手段、 底壁によって真空シールされている前記凹部、 前記磁気的駆動カップリングと、前記遠心ロータを回転
    させるための前記凹部外の手段とを磁気的結合させるた
    めに非強磁性物質で形成している前記底壁、 シャフト、 前記シャフトの下端に結合されている前記磁気的駆動カ
    ップリング、 ベアリングを貫通して延び、それによって回転可能に支
    持されている前記シャフト、 前記遠心ロータの金属製ハブを回転自在に支持する前記
    シャフトの上端、 前記金属製ハブを前記遠心ロータに取り付ける手段、 前記ベアリングと前記金属製ハブ間で前記シャフトを囲
    み、このシャフトを厚く、そして補強すると共に、前記
    シャフトのマイクロ波アークを抑制する筒体、 前記凹部を覆う中央支持板、 前記中央支持痛によって軸方向に支持されている前記ベ
    アリング、 前記真空容器の内側底と概ね共面の内側表面を有する前
    記支持板と、 前記真空容器内に連続した導電性空洞を形成するように
    導電体である前記支持板、 半径方向に於いて、前記真空容器の垂下凹部と外側周辺
    間の底に沿って環状に連なる複数のスロットを備えた真
    空容器、 前記真空容器内部の真空中にマイクロ波エネルギーを注
    入する手段、 前記真空容器にマイクロ波エネルギーを注入するために
    次のものを備えた前記手段、 マイクロ波発生器、 前記真空容器の中へマイクロ波エネルギーを分配する導
    波管、 前記マイクロ波発生器と結合する、導波管の始端、 マイクロ波エネルギを終端する、導波管の終端、 前記導波管を前記真空容器の底に取り付けるための前記
    導波管の上面、 概ね環状の部分を備えた前記導波管、 前記始端と前記終端間に複数のスロットの連なりを有し
    ている前記上面、 マイクロ波エネルギを前記真空容器内に分配するのに効
    果的である前記スロット、 前記マイクロ波発生器から離れる方向に寸法が漸次少し
    ずつ大きくなっていく前記スロット、 夫々のスロットに於いて等しいマイクロ波電力となるよ
    うに前記導波管を調節するために夫々のスロット位置に
    設けた調節ねじ、 前記導波管の対応する前記スロットと概ね位置合わせを
    している前記真空容器の前記底に設けたスロット、 前記導波管のスロットよりも十分に大きい前記底のスロ
    ット、 前記真空容器の底の上面上に配置され、上記真空容器の
    底の前記スロットを真空シールする非金属性閉鎖板、 前記導波管の周辺と前記真空容器間の金属ガスケット、 空気で満たされている前記導波管と前記真空容器の前記
    底のスロット。
  20. 【請求項20】 前記マイクロ波発生器は約10ワット
    〜約580ワットのマイクロ波エネルギーを発生するも
    のである請求項18の真空遠心濃縮機。
  21. 【請求項21】 前記マイクロ波発生器は約10ワット
    〜約580ワットのマイクロ波エネルギーを発生するも
    のである請求項19の真空遠心濃縮機。
  22. 【請求項22】 次のものから構成される、金属容器内
    にマイクロ波エネルギを注入するための装置。マイクロ
    波発生器、 前記マイクロ波発生器からマイクロ波エネルギーを受け
    る導波管、 前記導波管に設けた、少なくとも1つの第1のスロッ
    ト、 前記金属容器に設けた、少なくとも1つの第2のスロッ
    ト、 概ね位置合わせされている前記第1および第2のスロッ
    ト、 前記第2のスロットを貫通して伸び、それを実質的に満
    たす誘電体ボス、 前記誘電性ボスに設けた中空凹部、 そして前記金属容器の内側底を超えて該金属容器内に延
    びており、これによって前記第2のスロットの対向する
    エッジ間の直線経路は該中空凹部を当然通過するように
    した前記中空凹部。
  23. 【請求項23】 次のものから構成される、金属容器内
    にマイクロ波エネルギを注入するための装置。マイクロ
    波発生器、 前記マイクロ波発生器からマイクロ波エネルギーを受け
    る導波管、 前記導波管に設けた、少なくとも1つの第1のスロッ
    ト、 前記金属容器に設けた、少なくとも1つの第2のスロッ
    ト、 概ね位置合わせされている前記第1および第2のスロッ
    ト、 前記金属容器の内側の底の誘電体閉鎖板、 前記第2のスロットを覆う前記誘電体閉鎖板、 前記金属容器の内側と前記第1、及び第2のスロット間
    の空気漏洩を防ぐために、前記閉鎖板を前記金属容器に
    シールするための手段、 前記第1、及び第2のスロットと位置合わせして誘電体
    閉鎖板の表面に形成され、このため金属容器の外側の空
    気を該溝内に満たすことができ、これによって前記第2
    のスロットの対向するエッジ間の直線経路は当然空気を
    通過するようにした空気溝。
  24. 【請求項24】 次のものから構成される、マイクロ波
    で加熱される容器、 前記容器内にマイクロ波エネルギーを注入する手段。前
    記容器の蓋、 ガラス製の前記蓋、 そしてマイクロ波吸収体である前記ガラス。
  25. 【請求項25】 前記ガラスはホウケイ酸ガラスである
    請求項24の容器。
  26. 【請求項26】 次のものから構成される導波管。マイ
    クロ波エネルギーを受けるエネルギー受入端、 終端、 前記受入端と終端間の、概ね環状平面図形部分。
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