JP2005049009A - 加熱装置 - Google Patents

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正 岡本
Masahiro Yasuda
昌弘 安田
Hiyo Son
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Abstract

【課題】 均一で効率の高いマイクロ波加熱により、十分な加熱処理量が得られる改善されたマイクロ波加熱装置を提供する。
【解決手段】 被加熱物Wを所定の処理温度に昇温する働きを担う第1の加熱炉1と、被加熱物Wを所定の処理温度に保持する第2の加熱炉2を用い、短時間に効率よく多くの加熱処理を行うことができる。加熱装置は、加熱炉1,2内にシート状被加熱物Wを順次通過させる移送手段3を具備する。第1の加熱炉1はマイクロ波共振空胴4には、導波管6からマイクロ波が導入され、内部にz方向に一定の電界が生じる。共振空胴4内に導かれたマイクロ波を被加熱物Wに照射するために、入口7aと出口8aを通して被加熱物Wをx方向に移動させる。被加熱物Wは、加熱炉1内において短時間で急速に加熱され、均一に所定の処理温度に達するので、加熱処理量の増加が図れる。
【選択図】図1

Description

この発明は、マイクロ波を利用した加熱装置に係り、特に、シート状被加熱物の均一加熱及び高効率加熱に関する。
マイクロ波加熱は被加熱物の温度を急速に上げることができるという特徴があり、家庭用電子レンジのほか、工業用加熱装置の分野で広く使用されている。この理由は、マイクロ波電力が、被加熱物そのものに吸収され、直接、被加熱物を昇温することに基づいている。
例えば、セラミックグリーンシートをマイクロ波加熱乾燥装置で乾燥させる技術が特許文献1に記載されている。これは、乾燥前のセラミックグリーンシートを、温風が流れる加熱乾燥装置内をベルトに乗せて移送する間に、マイクロ波を上方から照射して乾燥させるものである。しかしながら、この方式は、マイクロ波の波長に対応する多くの山と谷があるような高次のモードの波を照射しシートの移動に伴ってほぼ均一な加熱を得ることを意図するものであり、また、シート面上のマイクロ波電界強度自体が必ずしも大きくないので、均一で効率の良いマイクロ波加熱を得ることは出来ず、熱風との併用で乾燥の目的を果たしているにすぎない。このようなマイクロ波加熱を以下、従来のマイクロ波加熱と呼ぶことにする。一般に従来のマイクロ波加熱方式では、加熱物が薄いシート状の場合には、そのシートの厚さが薄いことから、シートに吸収されるマイクロ波電力が少なくなってくるので、効率よく加熱することは難しい。
特許文献2には、マイクロ波の強度をリング共振器を用いて増強する例が記載されている。マイクロ波はこのリング状の伝送回路に結合され何度も迂回して、リング迂回部で増強される。シートはこの迂回部分を通過する。しかしながら、この方式では、マイクロ波源が接続されている主回路から一部のマイクロ波のみがリング迂回部に結合され、また、リング迂回部に結合されたマイクロ波の一部がリング迂回部を一回りした後、元の主回路に戻されるので、かなりの部分のマイクロ波は主回路の終端に接続されたダミーで消費されてしまい、加熱に関与しない。したがって効率が良くない。このため、マイクロ波によるさらに高効率で均一な加熱を望む声は極めて強い。
特開平7−294122号公報 特開平7−195683号公報
この発明は、上記のようなマイクロ波加熱における問題を解決すると共に、その利点を生かし、従来の加熱方式による不都合を解決して、均一で高効率加熱を達成でき、しかも十分な加熱乾燥の処理量が得られる改善されたマイクロ波加熱装置を提供することを目的とする。
この発明は、被加熱物Wを所定の処理温度に昇温する働きを担う第1の加熱炉1と、被加熱物Wを所定の処理温度に保持する第2の加熱炉2を用いることにより、短時間に効率よく多くの加熱処理を行うことができる複合の加熱炉構造体としての加熱装置を提供する。加熱装置は、第1及び第2の加熱炉1,2内にシート状被加熱物Wを順次通過させる移送手段3を具備する。第1の加熱炉1はマイクロ波共振空胴4を備える。マイクロ波共振空胴4内に一定方向zに一定の電界を生じるように、空胴4の一の側壁5に結合された導波管6からマイクロ波が空胴4内へ導入される。第1の加熱炉1は、共振空胴4内に導かれたマイクロ波を被加熱物Wに照射できるように、被加熱物Wを一定方向と直交方向xに移動させるための入口7aと出口8aとを有する。
本発明においては、被加熱物Wが、マイクロ波共振空胴4を用いた第1の加熱炉1内において短時間で急速に加熱され、均一に所定の処理温度に達するので、加熱処理量の増加が図れる。第1の加熱炉1は、小型のマイク波共振空胴4で構成できるので、省スペースと省エネルギー効果が得られる。
図において、加熱装置21は、第1の加熱炉1、第2の加熱炉2、第1及び第2の加熱炉1,2内にシート状被加熱物Wを順次通過させる移送手段3を具備する。被加熱物Wは、水のようなマイクロ波損失の大きい物質を含んだ紙のようなy方向に薄い物体である。被加熱物Wは、第1及び第2の加熱炉1,2内を横断する長尺のシート、あるいはベルトコンベア上に一様に並べられた複数の短尺シートのような厚さ寸法の小さな集合物である。
第1の加熱炉1は、マイクロ波共振空胴4を備える。マイクロ波共振空胴4は、8つの矩形の側壁を備えたほぼ直方体状の金属製箱体からなる。共振空胴4内には、側壁5に結合された導波管6からマイクロ波が導入される。空胴4内には、図3に示すように、z方向に一定の強い電界が生じる。空胴4のx方向の平行一対の側壁7,8には、被加熱物をx方向に通過させるための入口開口7aと出口開口8aとを有する。被加熱物Wは、ベルトコンベアあるいは巻き取り装置のような移送手段3によって入口開口7aと出口開口8aを通って加熱炉1内を横断する間に均一なマイクロ波が発生している空間を通り、一様に所定の処理温度まで昇温する。
図示の実施形態においては、第1の加熱炉1が、共振空胴4を1個有するが、被加熱物Wを所定温度まで昇温させるのにマイクロ波電力が不足する場合には、必要に応じて、複数の共振空胴4を並べた集合体として第1の加熱炉1を構成することができる。この場合、シート状被加熱物Wが第1の加熱炉1を構成する全ての共振空胴4を通過したときにちょうど所定の処理温度になるようにする。
図1、図2において、第2の加熱炉2は、第1の加熱炉1の側壁8に隣接して配置される。第1の加熱炉1と第2の加熱炉2とはできるだけ近接して配置される。第2の加熱炉2は、複数のマイクロ波共振空胴9,10,11・・・nの集合体として構成されている。各共振空胴9,10,11・・・nは、直方体状でy方向の一の側壁16には、導波管17が結合される。導波管17により、各共振空胴9,10,11・・・n内にそれぞれマイクロ波が導かれる。各共振空胴9,10,11・・・n内には、x方向に一定の電界を生じる。各共振空胴9,10,11・・・nの対向する側壁13,14は、第1の加熱炉1の出口開口8aに対応する開口13a,14aを備える。
シート状被加熱物Wは、13a,14aを通って、第2の加熱炉2を構成する全ての共振空胴9,10,11・・・nを通過するように移送される。共振空胴9,10,11・・・n内のマイクロ波電力は、シート状被加熱物Wが、ほぼ所定の処理温度を第2の加熱炉2の全体にわたって維持するように設定されている。第1の加熱炉1を構成する共振空胴4に供給されるマイクロ波電力は、第2の加熱炉を構成する共振空胴9,10,11・・・nに供給されるマイクロ波電力より大きく設定される。図示しないが、必要に応じて、第1及び第2の加熱炉1,2内の被加熱物Wの温度をセンサでモニタし、センサの出力信号をマイクロ波電源の制御装置に帰還し、マイクロ波出力を制御することによって被加熱物Wの温度を管理することができる。加熱目的が乾燥の場合、第1及び第2の加熱炉1,2に、被加熱物Wから発生する蒸発物を排気するための排気装置を設ける。
シート状被加熱物Wに含まれる水等が蒸発し終わるには、ある程度の時間、所定の処理温度を維持する必要があるので、蒸発速度が遅い場合には、第2の加熱炉2のx方向の長さを、第1の加熱炉1に比べてかなり長くし、共振空胴9,10,11・・・n数をより多く設定する必要がある。また、水が蒸発するには蒸気圧を低く保つ必要があるので、蒸発物の十分な排気も重要である。
第2の加熱炉は、上記のような共振空胴を複数個並べた構造である必要はない。また、マイクロ波電力を用いた加熱炉でなくてもよい。すなわち、従来のマイクロ波照射方式や、温風炉、あるいはこれらを協働させる加熱炉を第2の加熱炉2とし、それの入口側に隣接して、第1の加熱炉1を配設した構造でもよい。この場合、第1の加熱炉1を付加する改善によって、シート状被加熱物Wの移動速度を高めることができ、加熱処理量を増加できるという利点がある。
上記実施形態において、所定の処理温度は通常、沸点の5割から6割程度とする。この温度は比較的低いので、第1の加熱炉1は1台の共振空胴4で十分である。被加熱物Wの熱容量が小さい場合には、必要なマイクロ波電力も1kW程度以下でよい。シートの移動速度が大きい場合には、第1の加熱炉1を複数の共振空胴で構成し、またマイクロ波の出力も大きくする必要がある。
第1の加熱炉1がない、従来型の加熱炉の場合、被加熱物Wは室温以下の温度で炉内に入り、移動しながら徐々に加熱され、炉内をある長さだけ進んだ後、時には終端にかなり近いところで所定の処理温度に達する。蒸発は温度が高いほど早いので、加熱炉の入口ですでに処理温度に高まっていることが望ましい。第1の加熱炉を使用する目的はこの要求を実現するためである。このような従来型の加熱炉を第2の加熱炉2とし、これに第1の加熱炉1を付設する場合、第1の加熱炉1の移動方向(z方向)の長さは15cm程度以下になるので、加熱装置の全長のわずかな増加で、所定処理温度までの初期加熱を効率的に行うことができ、第2の加熱炉2の全長にわたって有効に所定の処理温度での加熱ができる。加熱装置21内の被加熱物Wの温度変化を図4に示す。被加熱物Wは、第1の加熱炉1内において短時間で急速に加熱されて所定の処理温度に達し、第2の加熱炉2内において所定時間所定の処理温度に維持され、この間に乾燥処理が完了する。この場合、シート状被加熱物Wの移動速度を従来型加熱炉のみ使用する場合のほぼ3倍近い値に設定することができる。なお、第2の加熱炉2内における処理温度は、第1の加熱炉1において加熱された所定の温度をさらに上昇させるものであってもよい。図4において破線部分は従来の加熱炉における温度変化の一例を示す。
第2の加熱炉2を共振空胴9,10,11・・・nの集合体として構成する場合(全共振空胴方式)、共振空胴を20個程度並べても、全長は3m程度に収まる。全共振空胴方式の大きい利点は、エネルギー効率を大幅に高めることができることである。
この発明は、例えば、水を含浸するシート状の被加熱物を加熱して乾燥させるための装置として利用することができる。
加熱装置の構成を示す概略的斜視図である。 装置の一部を切り欠いた概略的正面図である。 第1の加熱炉内の電磁波の状態を説明する断面図である。 従来の加熱装置とこの発明の実施形態の加熱装置における被加熱物の温度変化の違いを示すグラフである。
符号の説明
1 第1の加熱炉
2 第2の加熱炉
3 移送手段
4 マイクロ波共振空胴
5 側壁
6 導波管
7 側壁
7a 入口開口
8 側壁
8a 出口開口
9,10,11・・・n マイクロ波共振空胴
12 ケース

Claims (6)

  1. シート状被加熱物をマイクロ波によって所定の処理温度近傍まで昇温するための第1の加熱炉と、
    この第1の加熱炉によって所定の処理温度近傍まで昇温した前記被加熱物を所定時間、予め設定された温度範囲に維持する第2の加熱炉と、
    前記第1及び第2の加熱炉内に前記シート状被加熱物を順次通過させる移送手段とを具備し、
    前記第1の加熱炉は、空胴内の一定方向に一定の電界を生じるように、空胴の一の側壁に結合された導波管からマイクロ波が空胴内へ導入されるマイクロ波共振空胴を備えると共に、この共振空胴内で生じたマイクロ波を前記被加熱物に一様に照射すべく前記被加熱物を前記共振空胴内で一定方向と直交方向に移動させるための入口と出口とを有することを特徴とする加熱装置。
  2. 前記第2の加熱炉が、マイクロ波加熱によって前記シート状被加熱物を前記処理温度に近い温度に維持する加熱炉であることを特徴とする請求項1に記載の加熱装置。
  3. 前記第2の加熱炉が、熱風等のマイクロ波加熱以外の加熱手段を用いた加熱炉であることを特徴とする請求項1に記載の加熱装置。
  4. 前記第2の加熱炉が、マイクロ波による加熱手段と、熱風等の他の加熱手段とを併用する加熱炉であることを特徴とする請求項1に記載の加熱装置。
  5. 前記シート状被加熱物に対し非接触で温度を計測する温度計測手段を具備し、この温度計測手段の出力を受けてマイクロ波発振器の出力を制御する制御装置をさらに具備することを特徴とする請求項1に記載の加熱装置。
  6. 前記第1及び第2の加熱炉が、加熱によって前記シート状被加熱物から発生する蒸発物を排気するための排気装置を具備することを特徴とする請求項1に記載の加熱装置。
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