JP2003240444A

JP2003240444A - 高温用マイクロ波加熱炉の断熱構造

Info

Publication number: JP2003240444A
Application number: JP2002034045A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Kiriyama; 恒夫桐山; Akihiko Negishi; 晃彦根岸; Masato Osawa; 正人大沢; Yasuo Misu; 安雄三須
Original assignee: Toshiba Monofrax Co Ltd
Current assignee: Saint Gobain TM KK
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2003-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】マイクロ波を熱源とし、高温かつ大型の加熱
炉を作ることができるようにする。【解決手段】マイクロ波を加熱源として用いる高温用
マイクロ波加熱炉において、被加熱物を囲うように複数
の断熱材が配置され、非金属かつ無機質材料からなる支
持体の少なくとも一部で断熱材が押さえて支持されてお
り、かつ、支持体の一端または両端が、断熱材の外側に
配置した金属製ケーシングで支持されていることを特徴
とする高温用マイクロ波加熱炉の断熱構造。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高温用マイクロ波
加熱炉における断熱構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波加熱は、マイクロ波電力を誘
電体の被加熱物に吸収させて誘電体の被加熱物を内部よ
り自己発熱させる方法である。このため、ガス、電気抵
抗等を熱源とした、熱伝導や輻射による従来の加熱方式
に比べて、マイクロ波加熱は、急速加熱が可能となり、
しかも、熱効率が高いため、短時間で加熱処理を行うこ
とができる。

【０００３】この原理を応用して、マイクロ波加熱は、
ゴムの加熱加硫や木材の接着乾燥のための装置として広
く利用されている。

【０００４】また、これら低温用途の他に、マイクロ波
加熱は、高温用途として利用されている。たとえば、セ
ラミックや陶器等の焼成用のマイクロ波加熱炉が特願公
昭５９−２５９３７号公報に示されている。電子レンジ
を利用して焼成を行う焼成炉が特開平７−３１８２６２
号公報に記載されている。このような高温用途において
は、被加熱物の自己発熱によって発生した熱を放散させ
ないように、被加熱物を断熱材で囲む必要があった。

【０００５】高温用途のマイクロ波加熱炉は、主に、マ
イクロ波発振装置、マイクロ波の発振口である導波管、
マイクロ波をなるべく均等に分散させるためのファン、
マイクロ波の漏洩を防ぐための遮蔽体としてのケーシン
グ、及び断熱材からなる。

【０００６】上記公報に示されているような、これまで
の高温用途のマイクロ波加熱炉は、小型であったため、
被加熱物を囲んで構成する閉空間（炉内の空間）を断熱
材で構築する際に、壁や天井の部分をほぼ一体に成形し
た断熱材を用いることができた。その結果、断熱材を支
持するための支持体は特に必要がなかった。即ち、一体
に成形した断熱材は、そのままで力学的に安定に自立す
ることができた。

【０００７】しかし、炉を大型化する場合は、断熱材で
構築された閉空間を広くする必要がある。このような広
い閉空間を構築するためには、複数の断熱材を組み合わ
せて壁や天井部分を構成する必要が生じた。その結果、
複数の断熱材を支持し、固定する必要が生じた。

【０００８】一方、従来のガスや電気抵抗等を熱源とし
た加熱方式の大型炉においては、断熱材の固定方法で
は、棒状あるいは爪状の金属製支持体を使用していた。
つまり金属製支持体を介して外枠を兼ねた強度のある金
属製ケーシングに断熱材を固定する方法が一般的であっ
た。

【０００９】一方、金属は、マイクロ波の一部を吸収し
て熱を発生するが、マイクロ波の大部分を反射する性質
を持つ。この性質が必要に応じて使い分けられている。
例えば、一般の電子調理器、または、マイクロ波を熱源
とした加熱炉では、マイクロ波が金属によって反射する
性質を利用して、金属で調理器や炉全体を囲い、炉外ヘ
マイクロ波が漏れないようにして危険防止を図ってい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】高温のマイクロ波加熱
を行うためには、次のようなことが必要である。

【００１１】ａ）被加熱物を断熱材で覆い、断熱材の外
側にマイクロ波発振器及び導波管を配置しなければなら
ない。つまり、断熱材を使用することにより、被加熱物
自身から発生する熱を断熱材の内側に閉じこめて、被加
熱物を高温に保つと共に、断熱材の外側を低温に保ち、
マイクロ波発振器及び導波管が損傷しないようにする。
従って、内側より、被加熱物、断熱材、発振器及び導波
管を順に配置することが必要となる。

【００１２】ｂ）現在、産業界では炉の大型化の要請が
あるが、炉の大型化に伴って、従来のように大型の断然
材を成形段階で一体に成形するのは困難である。従っ
て、分割またはモジュール化した多数の小さな断熱材を
それぞれ自立させるか、または、それらを安定に支持し
て固定する構造が求められる。

【００１３】ｃ）一方、マイクロ波は、発振器から導波
管を通して発振され、断熱材を透過して、効率よく被加
熱物に達する必要がある。少なくとも導波管と被加熱物
の間には、それを妨げるような部材、または自身が溶損
して本来の機能を失うような部材を配置することは避け
る必要がある。例えば、金属製の板や支持体等はそのま
までは配置すべきではない。

【００１４】ｄ）断熱材は、マイクロ波による被加熱物
の発熱を妨げないような材質、つまり、マイクロ波に対
して透過性の優れた材質で作ることが必要である。

【００１５】ｅ）人体に対して安全性を高めるため、マ
イクロ波が炉の外側に漏れ出ることは防止しなければな
らない。即ち、断熱材の外側を覆った形で閉空間を作る
金属製ケーシングが必要である。

【００１６】本発明の課題は、マイクロ波を熱源とし、
高温かつ大型の加熱炉を作ることができる高温用マイク
ロ波加熱炉の断熱構造を提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の解決手段を例示
すると、各請求項に記載の高温用マイクロ波加熱炉の断
熱構造である。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明は、複数の断熱材を支持し
て固定するための支持体として適切な材質を選定し、こ
のような支持体を使った高温用マイクロ波加熱炉の断熱
構造を提供するものである。

【００１９】支持体は、好ましくは、導波管よりも内側
に安全に配することができ、マイクロ波透過性及び耐然
性に優れ、高温での強度があり、成形や加工が容易であ
るものとする。このような支持体の材料として、非金属
かつ無機質材料を選択する。この材料の支持体で複数の
断熱材を支持する。

【００２０】本発明の好ましい構成は、以下の通りであ
る。

【００２１】マイクロ波を加熱源として用いる高温用マ
イクロ波加熱炉を改良して、内側より順に、被加熱物、
断熱材、支持体、導波管、金属製ケーシングを配置す
る。とくに、被加熱物を囲うように複数の断熱材を配置
する。非金属かつ無機質材料からなる支持体を使用す
る。支持体の少なくとも一部で断熱材を押さえて支持す
る。支持体の一端または両端が、断熱材の外側に配置し
た金属製ケーシングで支持されている。

【００２２】本発明の別の実施形態においては、マイク
ロ波を加熱源として用いる高温用マイクロ波加熱炉が、
内側より順に、被加熱物、断熱材、支持体、導波管、金
属製ケーシングを有する。被加熱物を囲うように複数の
断熱材を配置し、その一部を、非金属かつ無機質材料か
らなる長尺支持体で貫通して支持する。しかも、支持体
の一端または両端が、断熱材の外側に配置した金属製ケ
ーシングで支持されている。

【００２３】好ましくは、被加熱物を囲うように配置し
た複数の断熱材の一部を、非金属かつ無機質材料からな
る短尺支持体で貫通して一体にして支持する。

【００２４】本発明における断熱材に使用する支持体
は、マイクロ波透過性及び耐熱性に優れ、高温での強度
があり、加工が容易なものとする。そのような支持体の
材料としては、非金属かつ無機質材料が適しており、例
えば、アルミナ質、ムライト質、ステアタイト質、ジル
コン質、コーディエライト質、シリカ質、石英、炭化ケ
イ素、窒化ケイ素等からなる耐火物が好ましい。支持体
は、断面の形状、断面の幅、径等については任意のもの
が採用できる。また、中実や中空を問わない。ただし、
幅、径が小さすぎると、支持体としての強度が不足し、
大きすぎると、支持体にマイクロ波が吸収される量が多
くなり、被加熱物を効率よく加熱できなくなる。支持体
は、材料の入手のしやすさ、価格、加工性、施工性を考
慮すると、チューブ状にするのが最も好ましい。

【００２５】断熱材は、側壁と天井のいずれの部分につ
いても、複数の断熱材ユニット（単位）を組み合わせた
ものにするのが好ましい。断熱材ユニットは種々のもの
が使用できる。

【００２６】たとえば、側壁を構成するときは床と平行
な方向に断熱材を積み重ねて配置するのが好ましい。さ
らに、断熱材を囲む金属製ケーシングの一方の側から、
対面する他方の側にチューブ状の支持体を水平方向に渡
して配置し、それらによって断熱材を支持することが好
ましい。

【００２７】支持体は、金属製ケーシングと接した部分
で支持して固定することができる。ここで、支持体は、
少なくとも、上述の対面するケーシングの両面間の距離
を渡すことのできる長尺の支持体が適している。そのよ
うな長尺支持体は、少なくともその一部で断熱材の外
側、または断熱材の表面を支持すれば良い。また、長尺
支持体は、断熱材を貫通した形で支持しても良い。

【００２８】さらに、複数の断熱材は、支持体によって
貫通して全体を一体とすることができる。この場合、支
持体は、少なくとも隣り合う断熱材（ユニット）を支持
しておればよい。それにより全ての支持体及び断熱材
（ユニット）を一体とすることができる。このような使
い方をするための支持体としては、短尺支持体が適して
おり、長さは、一体としたい断熱材ユニットの大きさや
数量に応じて決めることができる。

【００２９】天井部分の断熱材は、複数の断熱材ユニッ
トでアーチを構成し、その端部を、多数の断熱材ユニッ
トで構成された側壁断熱材の上端で支持する構造が適し
ている。断熱材をせり合わせてアーチ構造とし、アーチ
の両端を、多数の断熱材ユニットで構成された側壁断熱
材の上端部分で支持することができる。この場合、支持
体を必要とせずに、天井部分の断熱材（天井部分の炉
壁）を構成できる。

【００３０】また、天井部分の断熱材は、アーチ構造と
せず、各断熱材ユニットを長尺支持体で貫通し、長尺支
持体を金属製ケーシングで固定しても良い。

【００３１】また、多数の断熱材ユニットで構成される
側壁断熱材の外側と導波管の間には空間を設け、空気流
の自然対流によって、支持体を自然冷却することが好ま
しい。

【００３２】

【実施例】アルミナ繊維、無機粉体、結合材を水で分散
させてスラリーを作り、そのスラリーをモールドを用い
て真空成形して、図１に示すように、厚さ７５ｍｍのボ
ード状の断熱材ユニット１を作る。それを、断熱材ユニ
ット１の厚さ方向に積層し、その積層方向が床と平行な
方向になるようにして側壁断熱材１を構成する。さら
に、側壁断熱材１の外側の面に接するように、支持体と
して外径３５ｍｍのアルミナチューブ２を側壁断熱材１
の積層方向と同方向に配した。これらの複数のアルミナ
チューブ２により側壁断熱材１を支持した。

【００３３】アルミナチューブ２は、金属製ケーシング
３の一方の側から、対面する他方の側へ水平方向に渡し
た。

【００３４】アルミナチューブ２の端部は、金属製ケー
シング３に開けた穴に差し込んで固定した。金属製ケー
シング３は、金属製台座４の部分を除き、６面について
側壁断熱材１と、天井部分の断熱材１を囲むように配し
た。

【００３５】天井部分の断熱材１は、ボード状の断熱材
ユニット１を加工後にせり合わせてアーチ状としたもの
を、断熱材ユニット１の厚さ方向に積層し、その方向が
床と平行となるように構成した。このとき、アーチの両
端部は側壁断熱材１の上端によって支持されている構造
とした。

【００３６】断熱材１で囲む閉空間（炉内の空間）の一
例は、幅１１４０ｍｍ、長さ１１４０ｍｍ、有効高さ３
７５ｍｍであった。

【００３７】炉の床部分は、金属製台座４の上にボード
状の断熱材１及びボード状のアルミナ耐火物５を敷き、
金属製台座４が上下方向に昇降する構造とした。図１は
上昇位置の床部分を示している。昇降機構は従来のもの
が使用できる。

【００３８】さらに、側壁及び天井部分の断熱材１と、
金属製ケーシング３との間には、約２００ｍｍの間隔を
設け、空気流の自然対流で冷却できるようにした。

【００３９】図１に示したマイクロ波加熱炉で、被加熱
物として陶磁器材料を１３００℃で加熱したところ、陶
磁器材料に歪みや割れを生じることなく加熱できた。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、複数の断熱材を組合せ
て支持体で支持することによって、高温用マイクロ波加
熱炉を大型化することができる。

【００４１】高温用マイクロ波加熱炉の断熱構造に使用
する支持体は、導波管よりも内側に配することができる
だけでなく、マイクロ波透過性及び耐熱性に優れ、かつ
高温での強度があり、成形や加工が容易なものとするこ
とができる。さらに、非金属かつ無機質材料の支持体と
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による高温用マイクロ波加熱炉の断熱構
造の一例を示す概略説明図。

【符号の説明】

１断熱材（ユニット）２アルミナチューブ（支持体の一例）３金属製ケーシング４金属製台座５アルミナ耐火物６被加熱物７マイクロ波発振器８導波管９高温用マイクロ波加熱炉

フロントページの続き (72)発明者大沢正人東京都中央区日本橋久松町４番４号糸重ビル東芝モノフラックス株式会社内 (72)発明者三須安雄東京都中央区日本橋久松町４番４号糸重ビル東芝モノフラックス株式会社内Ｆターム(参考） 3K090 AA20 AB13 BA01 BB01 BB20 PA00 4K051 AA03 BB04 4K063 AA06 BA04 BA05 CA06 FA82

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロ波を加熱源として用いる高温用
マイクロ波加熱炉において、被加熱物を囲うように複数
の断熱材が配置され、非金属かつ無機質材料からなる支
持体の少なくとも一部によって断熱材が押さえられた形
で支持されており、かつ、支持体の一端または両端が、
断熱材の外側に配置した金属製ケーシングで支持されて
いることを特徴とする高温用マイクロ波加熱炉の断熱構
造。
【請求項２】マイクロ波を加熱源として用いる高温用
マイクロ波加熱炉において、被加熱物を囲うように複数
の断熱材が配置されており、非金属かつ無機質材料から
なる長尺支持体が断熱材の一部を貫通して支持してお
り、かつ、支持体の一端または両端が、断熱材の外側に
配置した金属製ケーシングで支持されていることを特徴
とする高温用マイクロ波加熱炉の断熱構造。
【請求項３】被加熱物を囲うように配置された複数の
断熱材の一部に、非金属かつ無機質材料からなる短尺支
持体を貫通して複数の断熱材を一体となしたことを特徴
とする、請求項１または２に記載の高温用マイクロ波加
熱炉の断熱構造。