JP2006140063A - Microwave heating method and microwave heating apparatus - Google Patents

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英沖 福島
Hideo Sofugawa
英夫 曽布川
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明彦 須田
Tadashi Suzuki
正 鈴木
Yasuhiro Ishii
靖弘 石井
Yoshiaki Fukushima
喜章 福嶋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microwave heating method and a microwave heating apparatus for rapidly and uniformly heating a ceramic carrier with low power consumption. <P>SOLUTION: The method irradiating a microwave W to a microwave absorber 13 disposed in a cavity resonator to heat a ceramic carrier 14 with the absorber 13 carried thereon uses a microwave absorber containing a silicon carbide-based complex oxide as the absorber 13 and also uses a cuboid type cavity resonator 110 of a signal mode as the cavity resonator. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、マイクロ波エネルギーを用いて、ガス、液体等の流体を加熱するマイクロ波加熱方法及びマイクロ波加熱装置に関するものである。   The present invention relates to a microwave heating method and a microwave heating apparatus for heating a fluid such as gas or liquid using microwave energy.

ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の内燃機関において発生する排ガスには、環境保全の観点から浄化処理が行われるのが一般的であり、浄化処理は排ガス浄化触媒を用いて行われる。ところが、内燃機関の始動時においては、暖機されていない状態では排ガス浄化触媒の触媒活性温度よりも、排ガス及び排ガス浄化装置内の温度が低いため、十分に排ガスを浄化することができず、暖機状態である定常運転時と比較し、高い濃度のNO、HC等が排出される、いわゆるコールドエミッションが生じる場合がある。環境保全の観点から、このコールドエミッションを防止する対策が検討されている。 In general, a purification process is performed on exhaust gas generated in an internal combustion engine such as a diesel engine or a gasoline engine from the viewpoint of environmental protection. The purification process is performed using an exhaust gas purification catalyst. However, when the internal combustion engine is started, the exhaust gas and the exhaust gas purification device are lower in temperature than the catalyst activation temperature of the exhaust gas purification catalyst when not warmed up. There may be a so-called cold emission in which higher concentrations of NO x , HC, and the like are discharged than during steady operation in a warm-up state. From the viewpoint of environmental conservation, measures to prevent this cold emission are being studied.

コールドエミッションを防止する対策として、排ガス等の温度を急速に上昇させる方法がある。従来から通電加熱又は電気ヒータが用いられているが、このような方法は装置全体を加熱するため大電力を必要とし、小型、軽量化できないという問題があった。   As a measure for preventing cold emission, there is a method of rapidly increasing the temperature of exhaust gas or the like. Conventionally, energization heating or an electric heater has been used, but such a method requires a large amount of power to heat the entire apparatus, and has a problem that it cannot be reduced in size and weight.

そのため、このような問題を解決する方法として、マイクロ波エネルギーを用いて必要な部分のみを加熱する方法が提案されている。例えば、マイクロ波吸収材を担持した排ガス浄化装置を加熱室に用い、マイクロ波でマイクロ波吸収材を触媒活性温度付近まで急速加熱する方法が知られている。例えば、特許文献1には、電磁波吸収発熱体であるLa1−xSrCoOなどのペロブスカイト型複合酸化物と金属触媒粒子を直接接触させた発熱体にマイクロ波を照射することによって、発熱体を急速加熱する方法が記載されている。 Therefore, as a method for solving such a problem, a method of heating only a necessary portion using microwave energy has been proposed. For example, a method is known in which an exhaust gas purifying apparatus carrying a microwave absorbing material is used in a heating chamber, and the microwave absorbing material is rapidly heated to near the catalyst activation temperature with a microwave. For example, in Patent Document 1, heat is generated by irradiating a microwave on a heating element in which a perovskite complex oxide such as La 1-x Sr x CoO 3 that is an electromagnetic wave absorption heating element is in direct contact with metal catalyst particles. A method for rapidly heating the body is described.

また、マイクロ波吸収材と排ガス浄化触媒を別々に配置する方法も知られている。即ち排ガス浄化触媒が担持されている排ガス浄化装置の手前にマイクロ波吸収材を設置し、マイクロ波により加熱されたマイクロ波吸収材と排ガスとを接触させ、排ガスの温度を排ガス浄化触媒の活性温度程度まで昇温させる方法である。排ガス浄化装置の手前に配置されるマイクロ波吸収材として、例えば、特許文献2にはSiCウィスカー、非特許文献1にはSiC繊維を用いる方法が記載されている。
特開平7−49024号公報 特開平6−2535号公報 SAE Paper 1999−01−2245
In addition, a method of separately arranging the microwave absorber and the exhaust gas purification catalyst is also known. That is, a microwave absorber is installed in front of the exhaust gas purification device carrying the exhaust gas purification catalyst, the microwave absorber heated by the microwave is brought into contact with the exhaust gas, and the temperature of the exhaust gas is changed to the activation temperature of the exhaust gas purification catalyst. This is a method of raising the temperature to the extent. As a microwave absorber disposed in front of the exhaust gas purification device, for example, Patent Document 2 describes a method using SiC whisker, and Non-Patent Document 1 describes a method using SiC fiber.
JP 7-49024 A JP-A-6-2535 SAE Paper 1999-01-2245

しかし、上述特許文献1に記載の発熱方法においては、マイクロ波吸収材と金属触媒を直接接触させているため、金属触媒の粒子が粗大化し、触媒活性が低下する可能性がある。また、特許文献1では、加熱室として円筒形の空胴共振器を使用すると、円筒形の空胴共振器内においては、多数の電界モードが存在する多重モードが発生するため、空胴共振器内の共振の制御が難しく、十分な急速加熱を実現するためには消費電力が大きくなるという問題があった。更に、円筒形の空胴共振器内における多重モードにより、空胴共振器内の場所によって電界強度が異なり、被加熱体の温度分布を十分に均一にすることができない。   However, in the heat generation method described in Patent Document 1, since the microwave absorber and the metal catalyst are in direct contact with each other, there is a possibility that the particles of the metal catalyst become coarse and the catalytic activity decreases. Further, in Patent Document 1, when a cylindrical cavity resonator is used as a heating chamber, multiple modes in which a large number of electric field modes exist are generated in the cylindrical cavity resonator. Control of internal resonance is difficult, and there is a problem that power consumption becomes large in order to realize sufficient rapid heating. Furthermore, due to the multiple modes in the cylindrical cavity resonator, the electric field strength varies depending on the location in the cavity resonator, and the temperature distribution of the heated object cannot be made sufficiently uniform.

また、上述特許文献2及び非特許文献1に記載の加熱方法においても、加熱室として円筒形の空胴共振器を用いると、空胴共振器内で多重モードが発生するため、上述した特許文献1に記載の方法と同様な問題があった。   Also, in the heating methods described in Patent Document 2 and Non-Patent Document 1, when a cylindrical cavity resonator is used as a heating chamber, multiple modes are generated in the cavity resonator. There was a problem similar to the method described in 1.

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、セラミック担体を低消費電力で急速且つ均一に加熱できるマイクロ波加熱方法及びマイクロ波加熱装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a microwave heating method and a microwave heating apparatus that can rapidly and uniformly heat a ceramic carrier with low power consumption.

上記課題を解決するため、本発明のマイクロ波加熱方法は、空胴共振器内に配置されたマイクロ波吸収体にマイクロ波を照射して、前記マイクロ波吸収体を担持したセラミック担体を加熱するマイクロ波加熱方法であって、前記マイクロ波吸収体として、炭化ケイ素系複合酸化物を含むマイクロ波吸収体を用い、且つ、前記空胴共振器として、単一モードの直方体型空胴共振器を用いることを特徴とする。   In order to solve the above problems, the microwave heating method of the present invention heats the ceramic carrier carrying the microwave absorber by irradiating the microwave absorber disposed in the cavity resonator with the microwave. A microwave heating method, wherein a microwave absorber containing a silicon carbide-based composite oxide is used as the microwave absorber, and a single-mode rectangular parallelepiped cavity resonator is used as the cavity resonator. It is characterized by using.

本発明のマイクロ波加熱方法によれば、直方体型空胴共振器内に配置されるセラミック担体には、マイクロ波の吸収特性が高い炭化ケイ素系複合酸化物を含むマイクロ波吸収体が担持されているため、マイクロ波の照射によってマイクロ波吸収体の温度が急速に且つ低消費電力で昇温される。これによって、セラミック担体を急速に加熱することができる。また、本発明においては、空胴共振器が単一モードの直方体型空胴共振器(より好ましくはTE10n(nは整数)単一モードの直方体型空胴共振器)を用いているため、空胴共振器内の共振を十分に維持することができる。またマイクロ波吸収体の材質や形状が変化しても直方体型空胴共振器内の電磁界モードは変わることがなく、且つセラミック担体内の電磁界分布を一様とすることができるため、セラミック担体を均一に加熱することが可能である。従って、本発明のマイクロ波加熱方法によれば、低消費電力で急速且つ均一にセラミック担体を加熱することができ、かかるセラミック担体に流体を接触させることで、流体を急速且つ均一に加熱することができる。 According to the microwave heating method of the present invention, a microwave absorber containing a silicon carbide-based composite oxide having high microwave absorption characteristics is supported on a ceramic carrier disposed in a rectangular parallelepiped cavity resonator. Therefore, the temperature of the microwave absorber is rapidly raised by microwave irradiation with low power consumption. Thereby, the ceramic carrier can be heated rapidly. In the present invention, since the cavity resonator uses a single-mode rectangular cavity resonator (more preferably, TE 10n (n is an integer) single-mode rectangular resonator), The resonance in the cavity resonator can be sufficiently maintained. Moreover, even if the material and shape of the microwave absorber change, the electromagnetic field mode in the rectangular parallelepiped cavity resonator does not change, and the electromagnetic field distribution in the ceramic carrier can be made uniform. It is possible to heat the support uniformly. Therefore, according to the microwave heating method of the present invention, the ceramic carrier can be rapidly and uniformly heated with low power consumption, and the fluid is rapidly and uniformly heated by contacting the fluid with the ceramic carrier. Can do.

本発明のマイクロ波加熱方法においては、前記セラミック担体が、流体を流通させるための多数の貫通孔を有し、前記マイクロ波吸収体が前記貫通孔を形成する壁面に担持されていることが好ましい。   In the microwave heating method of the present invention, it is preferable that the ceramic carrier has a large number of through holes for circulating a fluid, and the microwave absorber is supported on a wall surface that forms the through holes. .

多数の貫通孔を有するセラミック担体を使用することによって、排ガス等の流体とマイクロ波吸収体が担持されたセラミック担体表面との接触面積を十分に確保しつつ、排ガス等の流体の流通による圧力損失の増加を防止することができる。   By using a ceramic carrier having a large number of through holes, pressure loss due to the flow of fluid such as exhaust gas while ensuring a sufficient contact area between the fluid such as exhaust gas and the surface of the ceramic carrier on which the microwave absorber is supported Can be prevented from increasing.

また、前記セラミック担体の加熱中に、前記直方体型空胴共振器内の共振が維持されるように、前記マイクロ波を導入する導入口の大きさ、及び、前記直方体型空胴共振器内の空胴の大きさを調節することが好ましい。   Further, the size of the introduction port for introducing the microwave and the inside of the rectangular parallelepiped cavity resonator so that the resonance in the rectangular parallelepiped cavity resonator is maintained during heating of the ceramic carrier. It is preferable to adjust the size of the cavity.

これにより、温度上昇に伴ってマイクロ波吸収体、セラミック担体及び流体のマイクロ波吸収特性が変化しても、マイクロ波導入口の大きさ及び/又は直方体型空胴共振器内の空胴の大きさを調整することによって直方体空胴共振器内の共振を常時十分に維持することができる。   Accordingly, even if the microwave absorption characteristics of the microwave absorber, the ceramic carrier, and the fluid change as the temperature rises, the size of the microwave inlet and / or the size of the cavity in the rectangular parallelepiped cavity resonator By adjusting the resonance, the resonance in the rectangular parallelepiped cavity can be sufficiently maintained at all times.

本発明において、マイクロ波吸収体に含まれる炭化ケイ素系複合酸化物は、マイクロ波吸収特性の観点から、Si、Zr、C及びOの元素で構成される複合酸化物、又は、Si、Ti、C及びOの元素で構成される複合酸化物であることが好ましい。   In the present invention, the silicon carbide-based composite oxide contained in the microwave absorber is a composite oxide composed of Si, Zr, C and O elements, or Si, Ti, A composite oxide composed of C and O elements is preferred.

また、マイクロ波吸収特性を表す指標に誘電損率があるが、炭化ケイ素系複合酸化物の誘電損率は2以上であることが好ましい。   Moreover, although the dielectric loss factor is an index representing the microwave absorption characteristics, the dielectric loss factor of the silicon carbide-based composite oxide is preferably 2 or more.

誘電損率が大きい炭化ケイ素系複合酸化物を含むマイクロ波吸収体をセラミック担体に担持することで、低消費電力でより急速且つ均一にセラミック担体を加熱することができる。   By supporting the microwave absorber containing the silicon carbide-based composite oxide having a large dielectric loss factor on the ceramic carrier, the ceramic carrier can be heated more rapidly and uniformly with low power consumption.

ここで、誘電損率は比誘電率と誘電正接の積で定義される値であり、温度、周波数等によって変化する。そこで、本明細書において、誘電損率とは、温度25℃、周波数2.45GHzの条件において測定された誘電体の誘電損率をいうものとする。この誘電損率は、マイクロ波吸収体及びセラミック担体のマイクロ波吸収特性を表す指標として用いられ、誘電損率の値が大きいほど、マイクロ波吸収特性が高くなり、誘電損率の値が小さいほど、マイクロ波吸収特性が低くなる。   Here, the dielectric loss factor is a value defined by the product of the relative dielectric constant and the dielectric loss tangent, and varies depending on temperature, frequency, and the like. Therefore, in this specification, the dielectric loss factor means a dielectric loss factor of a dielectric measured under conditions of a temperature of 25 ° C. and a frequency of 2.45 GHz. This dielectric loss factor is used as an index representing the microwave absorption characteristics of the microwave absorber and the ceramic carrier. The larger the dielectric loss factor, the higher the microwave absorption property, and the smaller the dielectric loss factor. , The microwave absorption characteristics are lowered.

一方、上記セラミック担体の誘電損率は、0.1以下であることが好ましい。   On the other hand, the dielectric loss factor of the ceramic carrier is preferably 0.1 or less.

誘電損率が小さいセラミック担体を用いること、即ち、セラミック担体でのマイクロ波の吸収を抑制することによって、マイクロ波吸収体における吸収エネルギーを大きくすることができ、セラミック担体に対して、より急速且つ均一な加熱が可能となる。   By using a ceramic carrier having a low dielectric loss factor, that is, by suppressing the absorption of microwaves in the ceramic carrier, the absorption energy in the microwave absorber can be increased, and the ceramic carrier is more rapidly and Uniform heating is possible.

また、上記マイクロ波加熱方法においては、前記マイクロ波吸収体が、前記直方体型空胴共振器内で電界強度が最大となる位置を含むように配置され、進行方向が前記直方体空胴共振器内の電界ベクトルの方向と平行となるように且つ前記セラミック担体と接触するように流体を流通させて加熱することが好ましい。   Further, in the microwave heating method, the microwave absorber is disposed so as to include a position where the electric field strength is maximum in the rectangular parallelepiped cavity resonator, and the traveling direction is within the rectangular cavity resonator. It is preferable that the fluid be circulated and heated so as to be parallel to the direction of the electric field vector and to be in contact with the ceramic carrier.

このように電界強度が最大となる位置を含むようにマイクロ波吸収体が担持されたセラミック担体を配置することにより、マイクロ波がマイクロ波吸収体により効率よく吸収され、セラミック担体がより急速に加熱される。また、このように配置されたセラミック担体に、直方体型空胴共振器内の電界ベクトルの方向と進行方向が平行となるように流体を流通させることにより、マイクロ波の照射方向と流体の進行方向とを直交させることができ、流体の進行方向に反射板を設置する必要がなくなる。このため、圧力損失の増加が防止される。   By arranging the ceramic carrier on which the microwave absorber is supported so as to include the position where the electric field strength is maximum, the microwave is efficiently absorbed by the microwave absorber and the ceramic carrier is heated more rapidly. Is done. In addition, by flowing the fluid through the ceramic carrier arranged in this manner so that the direction of the electric field vector in the rectangular parallelepiped cavity resonator is parallel to the traveling direction, the microwave irradiation direction and the traveling direction of the fluid Can be made orthogonal to each other, and there is no need to install a reflector in the direction of fluid flow. For this reason, an increase in pressure loss is prevented.

本発明のマイクロ波加熱装置は、空胴共振器内に配置されたマイクロ波吸収体にマイクロ波を照射して、前記マイクロ波吸収体を担持したセラミック担体を加熱するマイクロ波加熱装置であって、前記マイクロ波吸収体は、炭化ケイ素系複合酸化物を含み、前記空胴共振器が単一モードの直方体型空胴共振器であることを特徴とする。   A microwave heating apparatus according to the present invention is a microwave heating apparatus that irradiates a microwave absorber disposed in a cavity resonator with microwaves and heats a ceramic carrier carrying the microwave absorber. The microwave absorber includes a silicon carbide-based composite oxide, and the cavity resonator is a single-mode rectangular cavity resonator.

本発明のマイクロ波加熱装置によれば、直方体型空胴共振器内に配置されるセラミック担体には、マイクロ波の吸収特性が高い炭化ケイ素系複合酸化物を含むマイクロ波吸収体が担持されているため、マイクロ波の照射によってマイクロ波吸収体の温度が急速に且つ低消費電力で昇温される。これによって、セラミック担体を急速に加熱することができる。また、本発明においては、空胴共振器が単一モードの直方体型空胴共振器(より好ましくはTE10n(nは整数)単一モードの直方体型空胴共振器)を用いているため、空胴共振器内の共振を十分に維持することができる。またマイクロ波吸収体の材質や形状が変化しても直方体型空胴共振器内の電磁界モードは変わることがなく、且つセラミック担体内の電磁界分布を一様とすることができるため、セラミック担体を均一に加熱することが可能である。従って、本発明のマイクロ波加熱装置によれば、低消費電力で急速且つ均一にセラミック担体を加熱することができ、かかるセラミック担体に流体を接触させることで、流体を急速且つ均一に加熱することができる。 According to the microwave heating apparatus of the present invention, the ceramic carrier disposed in the rectangular parallelepiped cavity resonator carries the microwave absorber containing the silicon carbide composite oxide having high microwave absorption characteristics. Therefore, the temperature of the microwave absorber is rapidly raised by microwave irradiation with low power consumption. Thereby, the ceramic carrier can be heated rapidly. In the present invention, since the cavity resonator uses a single-mode rectangular cavity resonator (more preferably, TE 10n (n is an integer) single-mode rectangular resonator), The resonance in the cavity resonator can be sufficiently maintained. Moreover, even if the material and shape of the microwave absorber change, the electromagnetic field mode in the rectangular parallelepiped cavity resonator does not change, and the electromagnetic field distribution in the ceramic carrier can be made uniform. It is possible to heat the support uniformly. Therefore, according to the microwave heating apparatus of the present invention, the ceramic carrier can be rapidly and uniformly heated with low power consumption, and the fluid is rapidly and uniformly heated by bringing the fluid into contact with the ceramic carrier. Can do.

本発明のマイクロ波加熱装置においては、前記セラミック担体が、流体を流通させるための多数の貫通孔を有し、前記マイクロ波吸収体が前記貫通孔を形成する壁面に担持されていることが好ましい。   In the microwave heating apparatus of the present invention, it is preferable that the ceramic carrier has a large number of through holes for circulating a fluid, and the microwave absorber is supported on a wall surface that forms the through holes. .

多数の貫通孔を有するセラミック担体を使用することによって、排ガス等の流体とマイクロ波吸収体が担持されたセラミック担体表面との接触面積を十分に確保しつつ、排ガス等の流体の流通による圧力損失の増加を防止することができる。   By using a ceramic carrier having a large number of through holes, pressure loss due to the flow of fluid such as exhaust gas while ensuring a sufficient contact area between the fluid such as exhaust gas and the surface of the ceramic carrier on which the microwave absorber is supported Can be prevented from increasing.

また、本発明のマイクロ波加熱装置は、前記直方体型空胴共振器が、開閉可能なマイクロ波導入口を有し、前記マイクロ波導入口の大きさを調節する導入口調節手段と、前記直方体型空胴共振器内の空胴の大きさを調節する空胴調節手段と、前記セラミック担体の加熱中に前記直方体型空胴共振器内の共振が維持されるように前記導入口調節手段及び/又は前記空胴調節手段を制御する制御手段とを更に備えることが好ましい。   In the microwave heating apparatus of the present invention, the rectangular parallelepiped cavity resonator has an openable and closable microwave inlet, the inlet adjusting means for adjusting the size of the microwave inlet, and the rectangular parallelepiped cavity A cavity adjusting means for adjusting the size of the cavity in the cavity resonator, the inlet adjusting means and / or the resonance in the rectangular parallelepiped cavity resonator during the heating of the ceramic carrier, and / or It is preferable to further comprise control means for controlling the cavity adjusting means.

これにより、温度上昇に伴ってマイクロ波吸収体、セラミック担体及び流体のマイクロ波吸収特性が変化しても、制御手段により導入口調節手段及び/又は前記空胴調節手段をセラミック担体の加熱中に前記直方体型空胴共振器内の共振が維持されるように制御することで、マイクロ波導入口の大きさ及び/又は直方体型空胴共振器内の空胴の大きさを調整して直方体空胴共振器内の共振を常時十分に維持することができる。   As a result, even if the microwave absorption characteristics of the microwave absorber, the ceramic carrier and the fluid change as the temperature rises, the controller adjusts the inlet adjustment means and / or the cavity adjustment means while heating the ceramic carrier. By controlling so that the resonance in the rectangular parallelepiped cavity resonator is maintained, the size of the microwave introduction port and / or the size of the cavity in the rectangular parallelepiped cavity resonator is adjusted, and the rectangular parallelepiped cavity is adjusted. The resonance in the resonator can be maintained sufficiently at all times.

本発明において、マイクロ波吸収体に含まれる炭化ケイ素系複合酸化物としては、マイクロ波吸収特性の観点から、Si、Zr、C及びOの元素で構成される複合酸化物、又は、Si、Ti、C及びOの元素で構成される複合酸化物であることが好ましい。   In the present invention, the silicon carbide-based composite oxide contained in the microwave absorber is a composite oxide composed of Si, Zr, C, and O elements, or Si, Ti, from the viewpoint of microwave absorption characteristics. , C and O are preferable.

また炭化ケイ素系複合酸化物の誘電損率は2以上であることが好ましい。   The dielectric loss factor of the silicon carbide-based composite oxide is preferably 2 or more.

誘電損率が大きい炭化ケイ素系複合酸化物を含むマイクロ波吸収体をセラミック担体に担持することで、低消費電力でより急速且つ均一にセラミック担体を加熱することができる。   By supporting the microwave absorber containing the silicon carbide-based composite oxide having a large dielectric loss factor on the ceramic carrier, the ceramic carrier can be heated more rapidly and uniformly with low power consumption.

一方、上記セラミック担体の誘電損率は、0.1以下であることが好ましい。   On the other hand, the dielectric loss factor of the ceramic carrier is preferably 0.1 or less.

誘電損率が小さいセラミック担体を用いること、即ち、セラミック担体でのマイクロ波の吸収を抑制することによって、マイクロ波吸収体における吸収エネルギーを大きくすることができ、セラミック担体に対して、より急速且つ均一な加熱が可能となる。   By using a ceramic carrier having a low dielectric loss factor, that is, by suppressing the absorption of microwaves in the ceramic carrier, the absorption energy in the microwave absorber can be increased, and the ceramic carrier is more rapidly and Uniform heating is possible.

また、上記マイクロ波加熱装置においては、流体を移送させる流体移送管を備えており、前記流体移送管は、前記流体の進行方向が前記直方体型空胴共振器内の電界ベクトルの方向と平行となるように配置されており、前記流体移送管内には、前記マイクロ波吸収体が担持された前記セラミック担体が、前記直方体型空胴共振器内の電界強度が最大となる位置を含むように配置されていることが好ましい。   The microwave heating apparatus further includes a fluid transfer pipe for transferring a fluid, and the fluid transfer pipe has a traveling direction of the fluid parallel to a direction of an electric field vector in the rectangular parallelepiped cavity resonator. In the fluid transfer pipe, the ceramic carrier carrying the microwave absorber is arranged so as to include a position where the electric field strength in the rectangular parallelepiped cavity resonator is maximized. It is preferable that

このように電界強度が最大となる位置を含むようにマイクロ波吸収体が担持されたセラミック担体を配置することにより、マイクロ波がマイクロ波吸収体により効率よく吸収され、セラミック担体がより急速に加熱される。また、このように配置されたセラミック担体に、直方体型空胴共振器内の電界ベクトルの方向と進行方向が平行となるように流体を流通させることにより、マイクロ波の照射方向と流体の進行方向とを直交させることができ、流体の進行方向に反射板を設置する必要がなくなる。このため、圧力損失の増加が防止される。   By arranging the ceramic carrier on which the microwave absorber is supported so as to include the position where the electric field strength is maximum, the microwave is efficiently absorbed by the microwave absorber and the ceramic carrier is heated more rapidly. Is done. In addition, by flowing the fluid through the ceramic carrier arranged in this manner so that the direction of the electric field vector in the rectangular parallelepiped cavity resonator is parallel to the traveling direction, the microwave irradiation direction and the traveling direction of the fluid Can be made orthogonal to each other, and there is no need to install a reflector in the direction of fluid flow. For this reason, an increase in pressure loss is prevented.

本発明のマイクロ波加熱方法及びマイクロ波加熱装置によれば、セラミック担体を低消費電力で急速且つ均一に加熱することができ、これにより排ガス等の流体を急速且つ均一に加熱することができる。   According to the microwave heating method and the microwave heating apparatus of the present invention, the ceramic carrier can be rapidly and uniformly heated with low power consumption, whereby the fluid such as exhaust gas can be rapidly and uniformly heated.

以下、図面を参照しつつ本発明のマイクロ波加熱方法及びマイクロ波加熱装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一又は相当部分には同一符号を付することとする。   Hereinafter, preferred embodiments of a microwave heating method and a microwave heating apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.

図1は、本発明のマイクロ波加熱装置の好適な一実施形態の基本構成を概略的に示す模式図であり、図2は、図1に示すマイクロ波加熱装置の空胴共振器を示す斜視図であり、図3は、図2に示す空胴共振器のIII−III線に沿った断面図である。   FIG. 1 is a schematic view schematically showing a basic configuration of a preferred embodiment of the microwave heating apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing a cavity resonator of the microwave heating apparatus shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the cavity resonator shown in FIG. 2 taken along line III-III.

図1〜3に示すように、本実施形態のマイクロ波加熱装置100は、直方体型空胴共振器110と、直方体型空胴共振器110内にマイクロ波Wを供給するマイクロ波供給手段120と、直方体型空胴共振器110を貫通するように設けられ、排ガスFを移送させるガス移送管130と、直方体型空胴共振器110内であってガス移送管130内に配置されて排ガスFを加熱する発熱体140とを主として備えている。   As shown in FIGS. 1 to 3, the microwave heating apparatus 100 according to the present embodiment includes a rectangular parallelepiped cavity resonator 110, a microwave supply unit 120 that supplies the microwave W into the rectangular parallelepiped cavity resonator 110, and The gas transfer pipe 130 is provided so as to pass through the rectangular parallelepiped cavity resonator 110 and transfers the exhaust gas F, and is disposed in the gas transfer pipe 130 in the rectangular parallelepiped cavity resonator 110 to pass the exhaust gas F. A heating element 140 for heating is mainly provided.

直方体型空胴共振器110は、マイクロ波Wの共振器として使用される直方体形状の金属製マイクロ波導入管1であり、図1〜3に示すものはエネルギー集中型の単一モードの直方体型空胴共振器であり、TE10n(Transverse Electric Wave、図示したものはn=1)モードのものである。そして、この単一モードの直方体型空胴共振器110は、その空胴内にマイクロ波Wの進行方向と垂直な2つの方向にそれぞれ1/2波長の定在波Sが発生するように設計されている。 The rectangular parallelepiped cavity 110 is a rectangular parallelepiped metallic microwave introduction tube 1 used as a microwave W resonator. FIGS. 1 to 3 show an energy-concentrated single-mode rectangular parallelepiped. It is a cavity resonator, and is of TE 10n (Transverse Electric Wave, shown is n = 1) mode. The single-mode rectangular parallelepiped cavity resonator 110 is designed such that a standing wave S of ½ wavelength is generated in each of two directions perpendicular to the traveling direction of the microwave W in the cavity. Has been.

マイクロ波導入管1は金属で構成されていればよく、かかる金属としては、例えばステンレス、アルミニウム、銅、黄銅等が好適に使用される。   The microwave introduction tube 1 should just be comprised with the metal, and stainless steel, aluminum, copper, brass etc. are used suitably as this metal, for example.

マイクロ波導入管1の一端には一対の可変結合窓2が図2の矢印A方向に沿ってスライド可能に設けられており、一対の可変結合窓2とマイクロ波導入管1とによりマイクロ波導入口3が形成されている。一対の可変結合窓2間の距離を調節することによりマイクロ波導入口3の大きさを調節することが可能となっている。可変結合窓2には、当該可変結合窓2を図2の矢印A方向に沿って移動させる結合窓駆動部(例えばモータ)4が接続されている。可変結合窓2の具体的な構成は特に限定されないが、可変結合窓2には、マイクロ波導入管1と同様の材料からなる金属板、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅、黄銅等が好適に使用される。   A pair of variable coupling windows 2 are provided at one end of the microwave introduction tube 1 so as to be slidable in the direction of arrow A in FIG. 2. The microwave introduction port is formed by the pair of variable coupling windows 2 and the microwave introduction tube 1. 3 is formed. The size of the microwave inlet 3 can be adjusted by adjusting the distance between the pair of variable coupling windows 2. Connected to the variable coupling window 2 is a coupling window drive unit (for example, a motor) 4 that moves the variable coupling window 2 along the direction of arrow A in FIG. Although the specific configuration of the variable coupling window 2 is not particularly limited, a metal plate made of the same material as the microwave introduction tube 1 such as stainless steel, aluminum, copper, brass, or the like is preferably used for the variable coupling window 2. Is done.

更に、マイクロ波導入管1内には、可変結合窓2とは反対側に、可動短絡部材5が、マイクロ波導入管1の長手方向(図2の矢印B方向)にスライド可能に設けられている。可動短絡部材5が図2の矢印B方向にスライドすることにより、直方体型空胴共振器110内の空胴の大きさが調節されるようになっている。可動短絡部材5の具体的な構成も特に限定されないが、可動短絡部材5には、マイクロ波導入管と同様の材料からなる金属板、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅、黄銅等が好適に使用される。可動短絡部材5には、可動短絡部材5を図2の矢印B方向に移動させる短絡部材駆動部6(例えばモータ)が接続されている。   Further, a movable short-circuit member 5 is provided in the microwave introduction tube 1 on the side opposite to the variable coupling window 2 so as to be slidable in the longitudinal direction of the microwave introduction tube 1 (in the direction of arrow B in FIG. 2). Yes. The size of the cavity in the rectangular parallelepiped cavity resonator 110 is adjusted by sliding the movable short-circuit member 5 in the direction of arrow B in FIG. Although the specific configuration of the movable short-circuit member 5 is not particularly limited, a metal plate made of the same material as the microwave introduction tube, for example, stainless steel, aluminum, copper, brass, or the like is preferably used for the movable short-circuit member 5. The The movable short-circuit member 5 is connected to a short-circuit member drive unit 6 (for example, a motor) that moves the movable short-circuit member 5 in the direction of arrow B in FIG.

結合窓駆動部(例えばモータ)4は、制御装置(制御手段)7に接続されており、短絡部材駆動部6は制御装置7に接続されている。ここで、制御装置7は、排ガスFの種類、流量、温度等に合わせて最適な結合状態が得られるように、結合窓駆動部4を介して可変結合窓2の移動量を調節すると共に、短絡部材駆動部6を介して可動短絡部材5の図2の矢印B方向に沿った移動量を調節する。具体的には、制御装置7は、後述するセラミック担体の加熱中に直方体型空胴共振器110内で最適な共振状態が維持されるように、可変結合窓2及び可動短絡部材5の移動量を適宜制御する。   The coupling window drive unit (for example, motor) 4 is connected to a control device (control means) 7, and the short-circuit member drive unit 6 is connected to the control device 7. Here, the control device 7 adjusts the amount of movement of the variable coupling window 2 via the coupling window driving unit 4 so as to obtain an optimum coupling state according to the type, flow rate, temperature, and the like of the exhaust gas F, The amount of movement of the movable short-circuit member 5 along the arrow B direction in FIG. 2 is adjusted via the short-circuit member driving unit 6. Specifically, the control device 7 moves the variable coupling window 2 and the movable short-circuit member 5 so that an optimum resonance state is maintained in the rectangular parallelepiped cavity resonator 110 during heating of the ceramic carrier described later. Is appropriately controlled.

なお、一対の可変結合窓2、結合窓駆動部4及び制御装置7により本発明に用いる導入口調節手段が構成されている。また可動短絡部材5、短絡部材駆動部6及び制御装置7により、本発明に用いる空胴調節手段が構成されている。   The pair of variable coupling windows 2, the coupling window drive unit 4, and the control device 7 constitute the inlet adjustment means used in the present invention. The movable short-circuit member 5, the short-circuit member driving unit 6, and the control device 7 constitute a cavity adjusting means used in the present invention.

マイクロ波供給手段120は、マイクロ波Wを発振するマイクロ波発振器8と、マイクロ波発振器8で発振されたマイクロ波Wを伝送する同軸ケーブル9と、導波管による電力の伝送を同軸ケーブル9に変換する同軸−導波管変換器10と、方向性結合器11を有している。   The microwave supply means 120 includes a microwave oscillator 8 that oscillates the microwave W, a coaxial cable 9 that transmits the microwave W oscillated by the microwave oscillator 8, and power transmission through the waveguide to the coaxial cable 9. A coaxial-waveguide converter 10 for conversion and a directional coupler 11 are provided.

なお、本発明において、マイクロ波とは、0.3〜30GHz帯(波長10mm〜1m)の電波をいい、いわゆるセンチ波及び極超短波といわれる電波をも含むものである。マイクロ波発振器8は、上記の周波数帯のマイクロ波を発振するものであればよく、通常はマグネトロン、クライストロン、ガン・ダイオード等が用いられる。   In the present invention, the microwave refers to a radio wave of 0.3 to 30 GHz band (wavelength 10 mm to 1 m), and includes radio waves called so-called centimeter wave and ultra-short wave. The microwave oscillator 8 may suffice as long as it oscillates microwaves in the above-mentioned frequency band. Usually, a magnetron, a klystron, a Gunn diode, or the like is used.

同軸−導波管変換器10は、直方体型空胴共振器110のマイクロ波導入口3に接続され、更に途中に方向性結合器11が設置されている同軸ケーブル9を介してマイクロ波発振器8が接続されている。そして、方向性結合器11は制御装置7に接続されており、方向性結合器11によって測定される直方体型空胴共振器110からのマイクロ波反射率{(反射電力/入射電力)×100}が最小になるように可変結合窓2と可動短絡部材5とが制御装置7によって制御されるように構成されている。マイクロ波を高出力で使用する場合には、マイクロ波発振器8とマイクロ波導入口3とが、同軸−導波管変換器10及び同軸ケーブル9の替わりに、方向性結合器11が設置されている導波管で接続されていることが好ましい。なお、直方体型空胴共振器110からのマイクロ波反射率は10%以下に維持されることが好ましい。   The coaxial-waveguide converter 10 is connected to the microwave introduction port 3 of the rectangular parallelepiped cavity resonator 110, and a microwave oscillator 8 is connected via a coaxial cable 9 in which a directional coupler 11 is further installed. It is connected. The directional coupler 11 is connected to the control device 7, and the microwave reflectance {(reflected power / incident power) × 100} from the rectangular parallelepiped cavity resonator 110 measured by the directional coupler 11. The variable coupling window 2 and the movable short-circuit member 5 are configured to be controlled by the control device 7 so that is minimized. When the microwave is used at a high output, the microwave oscillator 8 and the microwave inlet 3 are provided with a directional coupler 11 instead of the coaxial-waveguide converter 10 and the coaxial cable 9. It is preferable that they are connected by a waveguide. Note that the microwave reflectance from the rectangular parallelepiped cavity resonator 110 is preferably maintained at 10% or less.

ガス移送管130は、直方体型共振器110を構成するマイクロ波導入管1を貫通している。具体的には、ガス移送管130はマイクロ波Wの進行方向と直交する方向に延びている。ガス移送管130は、排ガスFが加熱される加熱管130aと、加熱管130aの両側に接続される金属管130bとで構成されており、直方体型空胴共振器110内のマイクロ波が外部に漏れない構造となっている。加熱管130aには、マイクロ波Wを吸収して発熱し、排ガスFを加熱する発熱体140が収納されている。金属管130bは、排ガスFを加熱管130aに導入し、又は加熱管130a内で加熱された排ガスFを流通させるためのものであり、かかる金属管130bを構成する金属としては、例えばステンレス、アルミニウム、銅等が使用される。更に、加熱管130aと金属管130bとの間には排ガスFが漏れないようにシール(図示せず)が施されている。   The gas transfer pipe 130 passes through the microwave introduction pipe 1 constituting the rectangular parallelepiped resonator 110. Specifically, the gas transfer pipe 130 extends in a direction orthogonal to the traveling direction of the microwave W. The gas transfer pipe 130 is composed of a heating pipe 130a in which the exhaust gas F is heated and a metal pipe 130b connected to both sides of the heating pipe 130a, and microwaves in the rectangular parallelepiped cavity resonator 110 are exposed to the outside. It has a structure that does not leak. A heating element 140 that absorbs the microwave W to generate heat and heats the exhaust gas F is accommodated in the heating tube 130a. The metal tube 130b is for introducing the exhaust gas F into the heating tube 130a or for circulating the exhaust gas F heated in the heating tube 130a. Examples of the metal constituting the metal tube 130b include stainless steel and aluminum. Copper or the like is used. Further, a seal (not shown) is provided between the heating pipe 130a and the metal pipe 130b so that the exhaust gas F does not leak.

このような加熱管130aは、マイクロ波を透過し易くかつ耐熱性が高い材料で構成されることが好ましく、高純度アルミナ、ムライト、コージェライト、ジルコニア、マグネシア、窒化ホウ素等のセラミックス製の管が好適に用いられる。また、ガス移送管130の周囲は断熱材12で覆われており、このような断熱材12もマイクロ波を透過し易いものが好ましく、耐熱用アルミナファイバー等のセラミックス繊維製の断熱材が好適に用いられる。   Such a heating tube 130a is preferably made of a material that easily transmits microwaves and has high heat resistance, and is made of a ceramic tube such as high-purity alumina, mullite, cordierite, zirconia, magnesia, or boron nitride. Preferably used. Further, the periphery of the gas transfer pipe 130 is covered with a heat insulating material 12, and such a heat insulating material 12 is preferably one that easily transmits microwaves, and a heat insulating material made of ceramic fibers such as heat-resistant alumina fiber is suitable. Used.

ガス移送管130は、可変結合窓2と可動短絡部材5との間であって、後述する発熱体140が可変結合窓2から定在波Sの1/4波長の位置を含むように配置されていることが好ましい。   The gas transfer pipe 130 is disposed between the variable coupling window 2 and the movable short-circuit member 5 so that a heating element 140 described later includes a position of a quarter wavelength of the standing wave S from the variable coupling window 2. It is preferable.

発熱体140について図4を用いて説明する。図4は、発熱体140の部分断面図である。   The heating element 140 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the heating element 140.

図4に示すように、発熱体140は、マイクロ波吸収体13と、マイクロ波吸収体13を担持するセラミック担体14とで構成されている。   As shown in FIG. 4, the heating element 140 includes a microwave absorber 13 and a ceramic carrier 14 that supports the microwave absorber 13.

セラミック担体14は、繊維状の材料からなる織布又は不織布であってもよいが、多孔質体や多数の貫通孔15を有する構造であることが好ましい。本実施形態では、セラミック担体14はモノリス形状となっている。即ちセラミック担体14は、排ガスを流通させるための多数の貫通孔15を有している。貫通孔15は、排ガスFが通過し易く圧力損失ができるだけ小さくするために加熱管130aの延び方向と平行な方向に延びている。そして、貫通孔15を形成する壁面にマイクロ波吸収体13が担持されている。   The ceramic carrier 14 may be a woven fabric or a nonwoven fabric made of a fibrous material, but preferably has a porous body and a structure having a large number of through holes 15. In the present embodiment, the ceramic carrier 14 has a monolith shape. That is, the ceramic carrier 14 has a large number of through-holes 15 for circulating the exhaust gas. The through-hole 15 extends in a direction parallel to the extending direction of the heating tube 130a so that the exhaust gas F can easily pass through and the pressure loss is as small as possible. A microwave absorber 13 is carried on the wall surface forming the through hole 15.

ここで、マイクロ波吸収体13は炭化ケイ素系複合酸化物を含有している。炭化ケイ素系複合酸化物は、無機酸化物に炭化ケイ素が固溶した複合酸化物である。炭化ケイ素系複合酸化物は、優れたマイクロ波吸収特性を有する観点から、Si、Zr、C及びOの元素で構成される複合酸化物、又は、Si、Ti、C及びOの元素で構成される複合酸化物であることが好ましい。また、マイクロ波吸収体13は、2種以上の炭化ケイ素系複合酸化物を含んでいてもよく、1種又は2種以上の炭化ケイ素系複合酸化物及び炭化ケイ素を含んでいてもよい。   Here, the microwave absorber 13 contains a silicon carbide-based composite oxide. The silicon carbide-based composite oxide is a composite oxide in which silicon carbide is dissolved in an inorganic oxide. The silicon carbide-based composite oxide is composed of a composite oxide composed of Si, Zr, C, and O elements, or Si, Ti, C, and O elements from the viewpoint of having excellent microwave absorption characteristics. A composite oxide is preferable. Moreover, the microwave absorber 13 may contain 2 or more types of silicon carbide type complex oxides, and may contain 1 type, or 2 or more types of silicon carbide type complex oxides and silicon carbide.

Si、Zr、C及びOの元素で構成される複合酸化物は、下記組成式:
SiZr
で表され、xは50〜60であることが好ましく、yは0.5〜5であることが好ましく、zは30〜40であることが好ましく、wは5〜20であることが好ましい。
A composite oxide composed of elements of Si, Zr, C and O has the following composition formula:
Si x Zr y C z O w
X is preferably 50 to 60, y is preferably 0.5 to 5, z is preferably 30 to 40, and w is preferably 5 to 20.

またSi、Ti、C及びOの元素で構成される複合酸化物は、下記組成式:
SiTi
で表され、xは50〜60であることが好ましく、yは0.5〜5であることが好ましく、zは30〜40であることが好ましく、wは5〜20であることが好ましい。
The composite oxide composed of Si, Ti, C and O elements has the following composition formula:
Si x Ti y C z O w
X is preferably 50 to 60, y is preferably 0.5 to 5, z is preferably 30 to 40, and w is preferably 5 to 20.

炭化ケイ素系複合酸化物の誘電損率は2以上であることが好ましく、5以上であることがより好ましい。炭化ケイ素系複合酸化物の誘電損率が2より小さい場合は、マイクロ波エネルギーの吸収が不十分となり、十分に急速に昇温されない傾向となる。炭化ケイ素系複合酸化物の誘電損率は、30以下であることが好ましい。   The dielectric loss factor of the silicon carbide-based composite oxide is preferably 2 or more, and more preferably 5 or more. When the dielectric loss factor of the silicon carbide-based composite oxide is smaller than 2, the microwave energy is not sufficiently absorbed and the temperature is not increased sufficiently rapidly. The dielectric loss factor of the silicon carbide-based composite oxide is preferably 30 or less.

マイクロ波吸収体13の形状は、セラミック担体14に担持することができれば、特に限定されないが、セラミック担体14にマイクロ波吸収体13を担持させる工程において、マイクロ波吸収体13を含有するスラリー状の溶液用いることが一般的である点から、粉末であることが好ましい。   The shape of the microwave absorber 13 is not particularly limited as long as it can be supported on the ceramic carrier 14. However, in the step of supporting the microwave absorber 13 on the ceramic carrier 14, the shape of the slurry containing the microwave absorber 13 is not limited. In view of the general use of a solution, a powder is preferable.

炭化ケイ素系複合酸化物の誘電損率が2以上である場合、マイクロ波吸収体13を担持するセラミック担体14の誘電損率は、0.1以下であることが好ましく、0.02以下であることがより好ましい。本実施形態のようにセラミック担体14がモノリス形状となっている場合には、マイクロ波吸収体13はセラミック担体14の内部に存在することとなる。従って、セラミック担体14の誘電損率が0.1を超える場合は、セラミック担体14のマイクロ波透過性が低く、照射されたマイクロ波エネルギーがセラミック担体14の一部分に吸収されるため、マイクロ波吸収体13で吸収されるマイクロ波エネルギーが過度に小さくなる傾向がある。   When the dielectric loss factor of the silicon carbide based composite oxide is 2 or more, the dielectric loss factor of the ceramic carrier 14 supporting the microwave absorber 13 is preferably 0.1 or less, and 0.02 or less. It is more preferable. When the ceramic carrier 14 has a monolithic shape as in the present embodiment, the microwave absorber 13 is present inside the ceramic carrier 14. Therefore, when the dielectric loss factor of the ceramic carrier 14 exceeds 0.1, the microwave permeability of the ceramic carrier 14 is low, and the irradiated microwave energy is absorbed by a part of the ceramic carrier 14, so that microwave absorption is achieved. The microwave energy absorbed by the body 13 tends to be excessively small.

またセラミック担体14は、マイクロ波吸収体13により急速に加熱されるため耐熱性を有する材料で構成されることが好ましい。セラミック担体14は、低マイクロ波吸収特性及び耐熱性を有する材料であれば特に限定されないが、マグネシア、アルミナ、シリカ、コージェライト、ムライト又はこれらを複数混合して用いた複合体材料で構成されることが好ましく、この中でもコージェライト、ムライトで構成されることが特に好ましい。   The ceramic carrier 14 is preferably made of a material having heat resistance because it is rapidly heated by the microwave absorber 13. The ceramic carrier 14 is not particularly limited as long as it is a material having low microwave absorption characteristics and heat resistance, but is composed of magnesia, alumina, silica, cordierite, mullite, or a composite material using a mixture of these. Of these, cordierite and mullite are particularly preferable.

次に、上述したマイクロ波加熱装置100を用いたマイクロ波加熱方法について説明する。   Next, a microwave heating method using the above-described microwave heating apparatus 100 will be described.

はじめに、マイクロ波加熱装置100においてマイクロ波発振器8を作動させる。すると、マイクロ波発振器8でマイクロ波Wが発生し、マイクロ波Wは同軸ケーブル9を通って伝送され、同軸−導波管変換器10でモード変換された後、マイクロ波導入口3から直方体型空胴共振器110内に導入される。そして、マイクロ波導入口3から可動短絡部材5の方向に向かう進行波と、可動短絡部材5からマイクロ波導入口3へ向かう反射波とにより、直方体型空胴共振器110の空胴内にマイクロ波Wの進行方向と垂直な2つの方向にそれぞれ1/2波長の定在波Sが発生する。   First, the microwave oscillator 8 is operated in the microwave heating apparatus 100. Then, a microwave W is generated by the microwave oscillator 8, and the microwave W is transmitted through the coaxial cable 9, and after being mode-converted by the coaxial-waveguide converter 10, a rectangular parallelepiped type air is introduced from the microwave inlet 3. It is introduced into the body resonator 110. The microwave W enters the cavity of the rectangular parallelepiped cavity resonator 110 by the traveling wave from the microwave introduction port 3 toward the movable short-circuit member 5 and the reflected wave from the movable short-circuit member 5 toward the microwave introduction port 3. A standing wave S of ½ wavelength is generated in each of two directions perpendicular to the traveling direction.

このとき、直方体型空胴共振器110内であってガス移送管130の加熱管130a内に収納されている発熱体140にマイクロ波Wが照射される。   At this time, the microwave W is irradiated to the heating element 140 stored in the heating tube 130 a of the gas transfer tube 130 in the rectangular parallelepiped cavity resonator 110.

このとき、マイクロ波Wは、セラミック担体14を透過してマイクロ波吸収体13に照射される。ここで、マイクロ波吸収体13は、従来のSiCに比べてマイクロ波吸収特性に優れた炭化ケイ素系複合酸化物を含んでいる。このため、マイクロ波Wを効率的に吸収して熱変換し、マイクロ波の照射によってマイクロ波吸収体13の温度が急速に且つ低消費電力で昇温される。これにより、セラミック担体14を急速且つ均一に加熱することができる。また、マイクロ波加熱装置100においては、空胴共振器が単一モードの直方体型空胴共振器110を用いているため、直方体型空胴共振器110内の共振を十分に維持することができる。またマイクロ波吸収体13の材質や形状が変化しても直方体型空胴共振器110内の電磁界モードは変わることがなく、且つセラミック担体14内の電磁界分布を一様とすることができるため、セラミック担体14を均一に加熱することが可能である。従って、マイクロ波加熱装置100によれば、低消費電力で急速且つ均一にセラミック担体14を加熱することができる。   At this time, the microwave W passes through the ceramic carrier 14 and is irradiated to the microwave absorber 13. Here, the microwave absorber 13 includes a silicon carbide-based composite oxide that is superior in microwave absorption characteristics as compared with conventional SiC. For this reason, the microwave W is efficiently absorbed and converted into heat, and the temperature of the microwave absorber 13 is increased rapidly and with low power consumption by microwave irradiation. Thereby, the ceramic support | carrier 14 can be heated rapidly and uniformly. In the microwave heating apparatus 100, since the cavity resonator uses the single-mode rectangular cavity resonator 110, the resonance in the rectangular cavity resonator 110 can be sufficiently maintained. . Even if the material and shape of the microwave absorber 13 change, the electromagnetic field mode in the rectangular parallelepiped cavity resonator 110 does not change, and the electromagnetic field distribution in the ceramic carrier 14 can be made uniform. Therefore, the ceramic carrier 14 can be heated uniformly. Therefore, according to the microwave heating apparatus 100, the ceramic carrier 14 can be heated rapidly and uniformly with low power consumption.

よって、ガス移送管130内に排ガスを流通させると、排ガスが発熱体140の貫通孔を通過することにより、排ガスFがマイクロ波吸収体13に接触し、排ガスFが急速且つ均一に加熱されることになる。   Therefore, when the exhaust gas is circulated in the gas transfer pipe 130, the exhaust gas passes through the through hole of the heating element 140, so that the exhaust gas F contacts the microwave absorber 13 and the exhaust gas F is heated rapidly and uniformly. It will be.

従って、マイクロ波加熱装置100を自動車等のエンジンに適用し、ガス移送管130を排気管とした場合、発熱体140の下流側に触媒150を配置すると(図3参照)、この排ガスが急速且つ均一に触媒活性温度以上の温度にまで加熱される。このため、自動車等における暖気運転の初期段階において生じるコールドエミッション等の現象を十分に抑えることができ、環境保全に資することができる。   Therefore, when the microwave heating apparatus 100 is applied to an engine such as an automobile and the gas transfer pipe 130 is an exhaust pipe, if the catalyst 150 is disposed on the downstream side of the heating element 140 (see FIG. 3), the exhaust gas rapidly and It is heated to a temperature equal to or higher than the catalyst activation temperature. For this reason, phenomena such as cold emission occurring in the initial stage of warm-up operation in an automobile or the like can be sufficiently suppressed, which can contribute to environmental conservation.

またマイクロ波加熱装置100においては、ガス移送配管140は、可変結合窓2と可動短絡部材5との間であって、発熱体140が可変結合窓2から定在波Sの1/4波長の長さだけ離れた位置を含むように配置されている。このため、マイクロ波吸収体13が直方体型空胴共振器110内の電界Eの強度が最大の位置を含むように配置されることとなる。従って、マイクロ波Wがマイクロ波吸収体13に効率良く吸収され、エネルギー効率の向上が達成される。   Further, in the microwave heating apparatus 100, the gas transfer pipe 140 is between the variable coupling window 2 and the movable short-circuit member 5, and the heating element 140 has a quarter wavelength of the standing wave S from the variable coupling window 2. It arrange | positions so that the position separated only by the length may be included. For this reason, the microwave absorber 13 will be arrange | positioned so that the intensity | strength of the electric field E in the rectangular parallelepiped cavity resonator 110 may include the maximum position. Therefore, the microwave W is efficiently absorbed by the microwave absorber 13 and an improvement in energy efficiency is achieved.

また、ガス移送管130は、マイクロ波Wの進行方向と直交する方向に延びているため、排ガスFの進行方向が直方体型空胴共振器110内の電界Eの方向と略一致する。従って、排ガスFの進行方向に反射板を設置する必要がなくなる。このため、圧力損失の増加を防止することができる。   Further, since the gas transfer tube 130 extends in a direction orthogonal to the traveling direction of the microwave W, the traveling direction of the exhaust gas F substantially coincides with the direction of the electric field E in the rectangular parallelepiped cavity resonator 110. Therefore, it is not necessary to install a reflector in the traveling direction of the exhaust gas F. For this reason, an increase in pressure loss can be prevented.

更に、本実施形態のマイクロ波加熱装置100においては、方向性結合器11によって直方体型空胴共振器110からのマイクロ波反射率{(反射電力/入射電力)×100}が測定され、そのマイクロ波反射率が最小になるように制御装置7によって可変結合窓2と可動短絡部材5とが制御される。すなわち、温度上昇に伴ってマイクロ波吸収体13及び被加熱排ガスFの誘電特性が変化して直方体型空胴共振器110内の共振がとれなくなる(変動する)と直方体型空胴共振器110から反射されるマイクロ波が増えてマイクロ波反射率が増加する。そのため、方向性結合器11でマイクロ波反射率を測定することによって直方体型空胴共振器110内の共振の状態がモニターされ、そのマイクロ波反射率が最小となるように可変結合窓2と可動短絡部材5を制御してマイクロ波導入口の大きさ及び/又は空胴共振器内の空胴の大きさを調節することにより、直方体型空胴共振器110内の共振が常時最適の状態に維持される。   Furthermore, in the microwave heating apparatus 100 of the present embodiment, the microwave reflectance {(reflected power / incident power) × 100} from the rectangular parallelepiped cavity resonator 110 is measured by the directional coupler 11, and the microwave The variable coupling window 2 and the movable short-circuit member 5 are controlled by the control device 7 so that the wave reflectance is minimized. That is, when the dielectric characteristics of the microwave absorber 13 and the heated exhaust gas F change with temperature rise and resonance in the rectangular parallelepiped cavity resonator 110 cannot be taken (changes), the rectangular parallelepiped cavity resonator 110 The reflected microwave increases and the microwave reflectivity increases. Therefore, the state of resonance in the rectangular parallelepiped cavity resonator 110 is monitored by measuring the microwave reflectance with the directional coupler 11, and the variable coupling window 2 and the movable coupling window 2 are movable so that the microwave reflectance is minimized. By controlling the short-circuit member 5 and adjusting the size of the microwave inlet and / or the size of the cavity in the cavity resonator, the resonance in the rectangular parallelepiped cavity resonator 110 is always maintained in an optimum state. Is done.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。   The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment.

即ち、上記実施形態においては空胴共振器としてTE101単一モードの直方体型空胴共振器でマイクロ波の進行方向に1/2波長の定在波が発生するように設計されているものを用いたが、これに限定されるものではなく、マイクロ波の進行方向に複数の定在波が存在するTE10nモードであってもよい。 That is, in the above embodiment, a TE 101 single-mode rectangular parallelepiped cavity resonator is designed as a cavity resonator so that a standing wave of 1/2 wavelength is generated in the microwave traveling direction. Although used, the present invention is not limited to this, and a TE 10n mode in which a plurality of standing waves exist in the traveling direction of the microwave may be used.

また、上記実施形態では、排ガスFの種類、流量、温度等に合わせて、直方体型空胴共振器110内の最適な共振状態が維持されるように、制御手段によって導入口調節手段及び/又は空胴調節手段を制御しているが、必ずしも導入口調節手段及び空胴調節手段、並びに制御手段が必要ではない。直方体型空胴共振器110内に配置されているマイクロ波吸収体13、セラミック担体14のマイクロ波吸収特性、及び加熱する排ガスFのマイクロ波吸収特性、並びに加熱条件に合わせて、マイクロ波導入口の大きさ及び直方体型空胴共振器110内の空胴の大きさを最適化して固定することによって、導入口調節手段、空胴調節手段及びこれらを制御する制御手段を具備せずとも、直方体型空胴共振器110内において十分に共振を維持することができる。   Further, in the above-described embodiment, the inlet adjustment means and / or the control means by the control means so that the optimum resonance state in the rectangular parallelepiped cavity resonator 110 is maintained according to the type, flow rate, temperature, etc. of the exhaust gas F. Although the cavity adjusting means is controlled, the inlet adjusting means, the cavity adjusting means, and the control means are not necessarily required. According to the microwave absorber 13 disposed in the rectangular parallelepiped cavity resonator 110, the microwave absorption characteristics of the ceramic carrier 14, the microwave absorption characteristics of the exhaust gas F to be heated, and the heating conditions, the microwave inlet By optimizing and fixing the size and the size of the cavity in the rectangular parallelepiped cavity 110, the rectangular parallelepiped type can be provided without the inlet adjusting means, the cavity adjusting means, and the control means for controlling them. Resonance can be sufficiently maintained in the cavity resonator 110.

また上記実施形態では、流体として排ガスを用いているが、排ガスに代えて液体を用いてもよい。この場合は、液体を急速且つ均一に加熱することが可能となる。   Moreover, in the said embodiment, although waste gas is used as a fluid, it may replace with waste gas and may use a liquid. In this case, the liquid can be heated rapidly and uniformly.

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example.

(実施例1)
炭化ケイ素系複合酸化物の粉末は、有機ケイ素系ポリマーを前駆体としたポリカルボシランから合成した。ポリカルボシランにZrを含んだ金属アルコキシドを加え、約220℃で反応させて、ポリメタロカルボシランを重合させた。その後、大気中約180℃にて不融化処理を行い、さらに不活性ガス中1300〜1500℃で焼成することによって製造した。このようにして元素の組成比がSi55Zr35で表される炭化ケイ素系複合酸化物の粉末(以下、「Si−Zr−C−O粉末」と呼ぶ)を得た。Si−Zr−C−O粉末が上記の元素組成比の炭化ケイ素系複合酸化物であることを赤外吸収による化学分析法で確認した。
Example 1
The powder of the silicon carbide based composite oxide was synthesized from polycarbosilane having an organosilicon polymer as a precursor. A metal alkoxide containing Zr was added to polycarbosilane and reacted at about 220 ° C. to polymerize polymetallocarbosilane. Thereafter, infusibilization treatment was performed at about 180 ° C. in the atmosphere, and further, firing was performed at 1300 to 1500 ° C. in an inert gas. Thus, a silicon carbide based composite oxide powder (hereinafter referred to as “Si—Zr—C—O powder”) having an elemental composition ratio represented by Si 55 Zr 1 C 35 O 9 was obtained. It was confirmed by a chemical analysis method using infrared absorption that the Si—Zr—C—O powder was a silicon carbide composite oxide having the above elemental composition ratio.

一方、セラミック担体として、直径50mm、長さ10mmの円筒形状であり、誘電損率が0.01であるコージェライト製モノリスを用意し、以下の方法にてSi−Zr−C−O粉末をモノリスの貫通孔を形成するセル壁面に担持した。まず、Si−Zr−C−O粉末にバインダーを混合してスラリー状にし、このスラリーにモノリスを浸漬させ、モノリスのセル壁面にSi−Zr−C−O粉末を含むスラリーを均一に塗布した。なお、モノリスの外周面にはマスキングを施し、スラリーが塗布されないようにした。スラリーがセル壁面に塗布されたモノリスを110℃で24時間乾燥後、500℃で1時間焼成し、Si−Zr−C−O粉末が担持されたモノリス(以下、「発熱体」と呼ぶ)を得た。   On the other hand, a cordierite monolith having a cylindrical shape with a diameter of 50 mm and a length of 10 mm as a ceramic carrier and a dielectric loss factor of 0.01 is prepared, and the Si—Zr—C—O powder is obtained by the following method. It was carried on the cell wall surface forming the through hole. First, a binder was mixed with Si—Zr—C—O powder to form a slurry, a monolith was immersed in this slurry, and a slurry containing Si—Zr—C—O powder was uniformly applied to the cell wall of the monolith. The outer peripheral surface of the monolith was masked so that the slurry was not applied. A monolith in which the slurry is applied to the cell wall surface is dried at 110 ° C. for 24 hours and then calcined at 500 ° C. for 1 hour to obtain a monolith carrying Si—Zr—C—O powder (hereinafter referred to as “heating element”). Obtained.

(誘電損率測定)
上記のようにして得られたSi−Zr−C−O粉末の誘電損率を以下のように測定した。即ち誘電損率は、摂動法を用いて測定し、直方体型空胴共振器110内試料を挿入したときの共振波形の半値幅の変化から求めた。結果を表1に示す。
(Dielectric loss factor measurement)
The dielectric loss factor of the Si—Zr—C—O powder obtained as described above was measured as follows. That is, the dielectric loss factor was measured using the perturbation method, and obtained from the change in the half-value width of the resonance waveform when the sample in the rectangular parallelepiped cavity resonator 110 was inserted. The results are shown in Table 1.

(モノリスのマイクロ波加熱特性評価試験)
次に、上記のようにして得られた発熱体を図1〜3に示すマイクロ波加熱装置の直方体型空胴共振器110内に配置した。より具体的には、円筒形である発熱体140を加熱管130a内に挿入し、直方体型空胴共振器110内の電界強度が最大となる位置と発熱体140の断面円の中心とが一致するように、且つ、モノリスの貫通孔15の貫通方向と直方体型空胴共振器110内の電界ベクトルの方向とが平行になるように、発熱体140及び加熱管130aを直方体型空胴共振器110内に配置した。そして、マイクロ波発振器8を作動させ、発熱体140に対してマイクロ波を照射し、このときのセラミック担体の温度上昇プロファイルを測定することにより、モノリスのマイクロ波加熱特性を評価した。結果を図5に示す。ここで、マイクロ波加熱特性評価試験においては、温度はモノリスの内部における温度とした。なお、図5には、マイクロ波加熱特性試験結果として、マイクロ波出力が500Wの場合におけるセラミック担体の温度上昇プロファイルを示した。また表1には、マイクロ波加熱特性試験結果として、マイクロ波出力が300W、500Wのそれぞれの場合につき、発熱体を構成するセラミック担体を室温25℃から500℃まで加熱するのに要する時間を示した。
(Monolith microwave heating characteristics evaluation test)
Next, the heating element obtained as described above was placed in a rectangular parallelepiped cavity resonator 110 of the microwave heating apparatus shown in FIGS. More specifically, the heating element 140 having a cylindrical shape is inserted into the heating tube 130a, and the position where the electric field intensity in the rectangular parallelepiped cavity resonator 110 is maximum coincides with the center of the cross-sectional circle of the heating element 140. In addition, the heating element 140 and the heating tube 130a are connected to the rectangular parallelepiped resonator so that the direction of the through hole 15 of the monolith and the direction of the electric field vector in the rectangular parallelepiped cavity 110 are parallel to each other. 110. Then, the microwave oscillator 8 was operated to irradiate the heating element 140 with microwaves, and the temperature rise profile of the ceramic carrier at this time was measured to evaluate the microwave heating characteristics of the monolith. The results are shown in FIG. Here, in the microwave heating characteristic evaluation test, the temperature was the temperature inside the monolith. FIG. 5 shows a temperature rise profile of the ceramic carrier when the microwave output is 500 W as a result of the microwave heating characteristic test. Table 1 also shows the time required to heat the ceramic carrier constituting the heating element from room temperature 25 ° C. to 500 ° C. for each case where the microwave output is 300 W and 500 W, as a result of the microwave heating characteristic test. It was.

なお、発熱体140以外のマイクロ波加熱装置の構成要素は以下の通りとした。
・空胴共振器:TE101単一モード直方体型空胴共振器、銅製、空胴寸法110mm×55mm×75mm;
・加熱管:高純度アルミナ管(純度99.6%)、内径50mm、長さ55mm
・断熱材:アルミナファイバー製
・マイクロ波発生手段:マグネトロン発振器、周波数2.45GHz
・同軸−波導管変換器
・方向性結合器
・制御回路:反射率が0になるようにパーソナルコンピュータで自動制御
・可変結合窓:黄銅製
・可変短絡板:黄銅製
The components of the microwave heating apparatus other than the heating element 140 were as follows.
Cavity resonator: TE 101 single mode cuboid resonator, copper, cavity dimensions 110 mm × 55 mm × 75 mm;
-Heating tube: High-purity alumina tube (purity 99.6%), inner diameter 50 mm, length 55 mm
・ Heat insulation: Made of alumina fiber ・ Microwave generation means: Magnetron oscillator, frequency 2.45 GHz
・ Coaxial-wave conduit converter ・ Directional coupler ・ Control circuit: Automatic control by personal computer so that reflectivity is zero ・ Variable coupling window: Made of brass ・ Variable short circuit board: Made of brass

(実施例2)
Zrを含んだ金属アルコキシドの代わりに、Tiを含んだ金属アルコキシドを用いたこと以外は実施例1と同様にして、元素の組成比がSi52Ti3016で表される炭化ケイ素系複合酸化物の粉末(以下、「Si−Ti−C−O粉末」と呼ぶ)を得た。Si−Ti−C−O粉末が上記の元素組成比の炭化ケイ素系複合酸化物であることを赤外吸収による化学分析法で確認した。
(Example 2)
A silicon carbide system in which the elemental composition ratio is represented by Si 52 Ti 2 C 30 O 16 in the same manner as in Example 1 except that a metal alkoxide containing Ti is used instead of a metal alkoxide containing Zr. A composite oxide powder (hereinafter referred to as “Si—Ti—C—O powder”) was obtained. It was confirmed by a chemical analysis method using infrared absorption that the Si—Ti—C—O powder was a silicon carbide-based composite oxide having the above elemental composition ratio.

そして、実施例1と同様にしてSi−Ti−C−O粉末の誘電損率を測定した。結果を表1に示す。また、Si−Zr−C−O粉末に代えてSi−Ti−C−O粉末を用いたこと以外は実施例1と同様にして発熱体を得た。こうして得られた発熱体について実施例1と同様にしてセラミック担体の温度上昇プロファイルを測定することにより、モノリスのマイクロ波加熱特性を評価した。結果を図5に示す。なお、図5には、実施例1と同様に、マイクロ波加熱特性試験結果として、マイクロ波出力が500Wの場合におけるセラミック担体の温度上昇プロファイルを示した。また表1には、実施例1と同様に、マイクロ波加熱特性試験結果として、マイクロ波出力が300W、500Wのそれぞれの場合につき、発熱体を構成するセラミック担体を室温25℃から500℃まで加熱するのに要する時間を示した。   Then, the dielectric loss factor of the Si—Ti—C—O powder was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. Further, a heating element was obtained in the same manner as in Example 1 except that Si—Ti—C—O powder was used instead of the Si—Zr—C—O powder. By measuring the temperature rise profile of the ceramic carrier for the heating element thus obtained in the same manner as in Example 1, the microwave heating characteristics of the monolith were evaluated. The results are shown in FIG. FIG. 5 shows the temperature rise profile of the ceramic carrier when the microwave output is 500 W, as a result of the microwave heating characteristic test, as in Example 1. Also, in Table 1, as in Example 1, as a result of the microwave heating characteristic test, the ceramic carrier constituting the heating element was heated from room temperature 25 ° C. to 500 ° C. for each case where the microwave output was 300 W and 500 W. The time required to do is shown.

(比較例1)
マイクロ波吸収体として、Si−Zr−C−O粉末に代えて、市販のSiC粉末を用いたこと以外は実施例1と同様にして発熱体を得た。上記のようにして得られた発熱体について実施例1と同様にしてセラミック担体の温度上昇プロファイルを測定することにより、モノリスのマイクロ波加熱特性を評価した。結果を図5に示す。
(Comparative Example 1)
A heating element was obtained in the same manner as in Example 1 except that a commercially available SiC powder was used instead of the Si—Zr—C—O powder as the microwave absorber. The microwave heating characteristics of the monolith were evaluated by measuring the temperature rise profile of the ceramic carrier for the heating element obtained as described above in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG.

市販のSiC粉末の誘電損率は、表1に示す通りであった。   The dielectric loss factor of the commercially available SiC powder was as shown in Table 1.

なお、図5には、実施例1と同様に、マイクロ波加熱特性試験結果として、マイクロ波出力が500Wの場合におけるセラミック担体の温度上昇プロファイルを示した。また表1には、実施例1と同様に、マイクロ波加熱特性試験結果として、マイクロ波出力が300W、500Wのそれぞれの場合につき、発熱体を構成するセラミック担体を室温25℃から500℃まで加熱するのに要する時間を示した。

Figure 2006140063
FIG. 5 shows the temperature rise profile of the ceramic carrier when the microwave output is 500 W, as a result of the microwave heating characteristic test, as in Example 1. Also, in Table 1, as in Example 1, as a result of the microwave heating characteristic test, the ceramic carrier constituting the heating element was heated from room temperature 25 ° C. to 500 ° C. for each case where the microwave output was 300 W and 500 W. The time required to do is shown.
Figure 2006140063

表1に示すように、実施例1及び2のモノリスを25℃から排ガス浄化触媒などの触媒活性温度付近である500℃まで加熱するのに要した時間は、マイクロ波出力が500Wの場合、それぞれ5秒、11秒であり、極めて急速にモノリスを加熱することができた。一方、SiC粉末が担持された比較例1のモノリスを用いた場合は、同条件において要した時間は19秒であった。   As shown in Table 1, the time required to heat the monoliths of Examples 1 and 2 from 25 ° C. to 500 ° C., which is near the catalyst activation temperature of the exhaust gas purifying catalyst, etc., when the microwave output is 500 W, respectively. 5 seconds and 11 seconds, and the monolith could be heated very rapidly. On the other hand, when the monolith of Comparative Example 1 carrying SiC powder was used, the time required under the same conditions was 19 seconds.

また、図5にプロットした温度上昇プロファイルのグラフは、グラフの傾きが直線的であるほど、マイクロ波吸収体の誘電損率の温度による変化が小さくなっていることからモノリス内外部における加熱むら及び局部的な過熱、いわゆる温度暴走が発生せず、モノリス全体が均一に加熱されていることが分かった。実施例1及び2の温度上昇プロファイルのグラフは、全温度測定範囲、即ち実施例1では25℃から約890℃まで、実施例2では25℃から約780℃までの範囲で直線的であり、モノリス全体が均一に加熱されていることが分かった。一方、比較例1の温度上昇プロファイルのグラフは、25℃から約400℃までの範囲では直線的であるが、400℃を超えるとグラフの傾きが立ち上がる傾向が見られたことから、モノリスの内外部に加熱むら及び温度暴走が発生した。   Further, in the graph of the temperature rise profile plotted in FIG. 5, the more linear the slope of the graph, the smaller the change in the dielectric loss factor of the microwave absorber due to the temperature. It was found that the entire monolith was heated uniformly without local overheating, so-called temperature runaway. The temperature rise profile graphs of Examples 1 and 2 are linear over the entire temperature measurement range, ie, from 25 ° C. to about 890 ° C. in Example 1 and from 25 ° C. to about 780 ° C. in Example 2. It was found that the entire monolith was heated uniformly. On the other hand, the graph of the temperature rise profile of Comparative Example 1 is linear in the range from 25 ° C. to about 400 ° C., but the slope of the graph tends to rise above 400 ° C. Uneven heating and temperature runaway occurred outside.

以上の結果より、本発明のマイクロ波加熱方法及びマイクロ波加熱装置によれば、セラミック担体を低消費電力で急速且つ均一に加熱することができることが確認された。従って、本発明のマイクロ波加熱方法及びマイクロ波加熱装置を用いることにより、排ガス等の流体の急速且つ均一な加熱が期待できる。   From the above results, it was confirmed that the ceramic carrier can be rapidly and uniformly heated with low power consumption according to the microwave heating method and the microwave heating apparatus of the present invention. Therefore, rapid and uniform heating of a fluid such as exhaust gas can be expected by using the microwave heating method and the microwave heating apparatus of the present invention.

本発明のマイクロ波加熱装置の好適な一実施形態の基本構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the basic composition of suitable one Embodiment of the microwave heating apparatus of this invention. 図1に示すマイクロ波加熱装置を構成する空胴共振器を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the cavity resonator which comprises the microwave heating apparatus shown in FIG. 図2に示す空胴共振器のIII−III線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the III-III line of the cavity resonator shown in FIG. マイクロ波吸収体が担持されたセラミック担体の一実施形態を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows one Embodiment of the ceramic support | carrier with which the microwave absorber was carry | supported. 実施例1、2及び比較例1のマイクロ波出力500Wでの加熱特性評価試験における加熱特性を示すグラフである。It is a graph which shows the heating characteristic in the heating characteristic evaluation test in Example 1, 2, and the comparative example 1 with the microwave output of 500W.

符号の説明Explanation of symbols

1…マイクロ波導入管、2…可変結合窓(導入口調節手段)、3…マイクロ波導入口、4…結合窓駆動部(導入口調節手段)、5…可動短絡板(空胴調節手段)、6…短絡板駆動部(空胴調節手段)、7…制御装置(制御手段)、13…マイクロ波吸収体、14…セラミック担体、110…直方体型空胴共振器、130a…加熱管(流体移送管)、W…マイクロ波、F…排ガス(流体)、E…電界ベクトル。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Microwave introduction tube, 2 ... Variable coupling window (introduction port adjustment means), 3 ... Microwave introduction port, 4 ... Coupling window drive part (introduction port adjustment means), 5 ... Movable short circuit board (cavity adjustment means), DESCRIPTION OF SYMBOLS 6 ... Short-circuit plate drive part (cavity adjustment means), 7 ... Control apparatus (control means), 13 ... Microwave absorber, 14 ... Ceramic carrier, 110 ... Cuboid cavity resonator, 130a ... Heating tube (fluid transfer) Tube), W ... microwave, F ... exhaust gas (fluid), E ... electric field vector.

Claims (16)

空胴共振器内に配置されたマイクロ波吸収体にマイクロ波を照射して、前記マイクロ波吸収体を担持したセラミック担体を加熱するマイクロ波加熱方法であって、
前記マイクロ波吸収体として、炭化ケイ素系複合酸化物を含むマイクロ波吸収体を用い、且つ前記空胴共振器として、単一モードの直方体型空胴共振器を用いることを特徴とするマイクロ波加熱方法。
A microwave heating method of irradiating a microwave absorber disposed in a cavity resonator with microwaves and heating a ceramic carrier carrying the microwave absorber,
Microwave heating using a microwave absorber containing a silicon carbide-based composite oxide as the microwave absorber, and using a single-mode rectangular cavity resonator as the cavity resonator Method.
前記セラミック担体が、流体を流通させるための多数の貫通孔を有し、前記マイクロ波吸収体が前記貫通孔を形成する壁面に担持されていることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波加熱方法。   The microwave according to claim 1, wherein the ceramic carrier has a large number of through holes for allowing fluid to flow, and the microwave absorber is supported on a wall surface forming the through holes. Heating method. 前記セラミック担体の加熱中に、前記直方体型空胴共振器内の共振が維持されるように、前記マイクロ波を導入する導入口の大きさ、及び、前記直方体型空胴共振器内の空胴の大きさを調節することを特徴とする請求項1又は2に記載のマイクロ波加熱方法。   The size of the inlet for introducing the microwave and the cavity in the rectangular parallelepiped resonator so that the resonance in the rectangular parallelepiped resonator is maintained during the heating of the ceramic carrier. The microwave heating method according to claim 1, wherein the size of the microwave is adjusted. 前記炭化ケイ素系複合酸化物が、Si、Zr、C及びOの元素で構成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のマイクロ波加熱方法。   The microwave heating method according to any one of claims 1 to 3, wherein the silicon carbide-based composite oxide includes Si, Zr, C, and O elements. 前記炭化ケイ素系複合酸化物が、Si、Ti、C及びOの元素で構成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のマイクロ波加熱方法。   The microwave heating method according to any one of claims 1 to 3, wherein the silicon carbide-based composite oxide includes Si, Ti, C, and O elements. 前記炭化ケイ素系複合酸化物の誘電損率が2以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のマイクロ波加熱方法。   The microwave heating method according to any one of claims 1 to 5, wherein the silicon carbide-based composite oxide has a dielectric loss factor of 2 or more. 前記セラミック担体の誘電損率が0.1以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のマイクロ波加熱方法。   The microwave heating method according to claim 1, wherein the ceramic carrier has a dielectric loss factor of 0.1 or less. 前記マイクロ波吸収体が、前記直方体型空胴共振器内で電界強度が最大となる位置を含むように配置され、進行方向が前記直方体空胴共振器内の電界ベクトルの方向と平行となるように且つ前記セラミック担体と接触するように流体を流通させて加熱することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のマイクロ波加熱方法。   The microwave absorber is disposed so as to include a position where the electric field strength is maximum in the rectangular parallelepiped resonator, and the traveling direction is parallel to the direction of the electric field vector in the rectangular resonator. The microwave heating method according to any one of claims 1 to 7, wherein a fluid is circulated and heated so as to be in contact with the ceramic carrier. 空胴共振器内に配置されたマイクロ波吸収体にマイクロ波を照射して、前記マイクロ波吸収体を担持したセラミック担体を加熱するマイクロ波加熱装置であって、
前記マイクロ波吸収体は、炭化ケイ素系複合酸化物を含み、前記空胴共振器が単一モードの直方体型空胴共振器であることを特徴とするマイクロ波加熱装置。
A microwave heating apparatus for irradiating a microwave absorber disposed in a cavity resonator with microwaves and heating a ceramic carrier carrying the microwave absorber,
The microwave absorber includes a silicon carbide-based composite oxide, and the cavity resonator is a single-mode rectangular parallelepiped resonator.
前記セラミック担体が、流体を流通させるための多数の貫通孔を有し、前記マイクロ波吸収体が前記貫通孔を形成する壁面に担持されていることを特徴とする請求項9に記載のマイクロ波加熱装置。   10. The microwave according to claim 9, wherein the ceramic carrier has a plurality of through holes for allowing fluid to flow, and the microwave absorber is supported on a wall surface forming the through holes. Heating device. 前記直方体型空胴共振器が、開閉可能なマイクロ波導入口を有し、
前記マイクロ波導入口の大きさを調節する導入口調節手段と、
前記直方体型空胴共振器内の空胴の大きさを調節する空胴調節手段と、
前記セラミック担体の加熱中に前記直方体型空胴共振器内の共振が維持されるように前記導入調節手段及び/又は前記空胴調節手段を制御する制御手段とを更に備えることを特徴とする請求項9又は10に記載のマイクロ波加熱装置。
The rectangular parallelepiped cavity resonator has a microwave inlet that can be opened and closed,
An inlet adjusting means for adjusting the size of the microwave inlet;
Cavity adjusting means for adjusting the size of the cavity in the rectangular parallelepiped cavity resonator;
The apparatus further comprises control means for controlling the introduction adjusting means and / or the cavity adjusting means so that resonance in the rectangular parallelepiped cavity resonator is maintained during heating of the ceramic carrier. Item 11. The microwave heating apparatus according to Item 9 or 10.
前記炭化ケイ素系複合酸化物が、Si、Zr、C及びOの元素で構成されることを特徴とする請求項9〜11のいずれか一項に記載のマイクロ波加熱装置。   The microwave heating apparatus according to any one of claims 9 to 11, wherein the silicon carbide-based composite oxide includes Si, Zr, C, and O elements. 前記炭化ケイ素系複合酸化物が、Si、Ti、C及びOの元素で構成されることを特徴とする請求項9〜11のいずれか一項に記載のマイクロ波加熱装置。   The microwave heating apparatus according to any one of claims 9 to 11, wherein the silicon carbide-based composite oxide is composed of elements of Si, Ti, C, and O. 前記炭化ケイ素系複合酸化物の誘電損率が、2以上であることを特徴とする請求項9〜13のいずれか一項に記載のマイクロ波加熱装置。   The microwave heating device according to any one of claims 9 to 13, wherein a dielectric loss factor of the silicon carbide-based composite oxide is 2 or more. 前記セラミック担体の誘電損率が、0.1以下であることを特徴とする請求項9〜14のいずれか一項に記載のマイクロ波加熱装置。   The microwave heating device according to any one of claims 9 to 14, wherein a dielectric loss factor of the ceramic carrier is 0.1 or less. 前記直方体型空胴共振器が、流体を移送させるための流体移送管を備えており、
前記流体移送管は、前記流体の進行方向が前記直方体型空胴共振器内の電界ベクトルの方向と平行となるように配置されており、
前記流体移送管内には、前記マイクロ波吸収体が担持された前記セラミック担体が、前記直方体型空胴共振器内の電界強度が最大となる位置を含むように配置されていることを特徴とする請求項9〜15のいずれか一項に記載のマイクロ波加熱装置。
The rectangular parallelepiped cavity resonator includes a fluid transfer pipe for transferring a fluid;
The fluid transfer pipe is arranged so that the fluid traveling direction is parallel to the direction of the electric field vector in the rectangular parallelepiped cavity resonator,
The ceramic carrier carrying the microwave absorber is disposed in the fluid transfer pipe so as to include a position where the electric field strength in the rectangular parallelepiped cavity resonator is maximized. The microwave heating device according to any one of claims 9 to 15.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009008525A1 (en) * 2007-07-12 2009-01-15 Imagineering, Inc. Exhaust gas substance purifier
DE102011076558A1 (en) 2010-05-31 2011-12-01 Denso Corporation Emission control system for diesel engine mounted on vehicle, has particle accumulation section for accumulating diesel particles, and single-mode microwave burner for burning accumulated particles by microwave energy
JP2013505125A (en) * 2009-09-22 2013-02-14 クラリアント・ファイナンス・(ビーブイアイ)・リミテッド Equipment for continuous heterogeneous catalytic chemical reactions at high temperatures
DE102016225588A1 (en) 2016-01-18 2017-07-20 Fujitsu Limited Particulate filter and exhaust gas cleaner
US10301989B2 (en) 2016-01-19 2019-05-28 Fujitsu Limited Microwave applicator, exhaust gas purifier, heater, and chemical reactor
US10576406B2 (en) 2017-04-04 2020-03-03 Fujitsu Limited Exhaust purification device, internal combustion device, and power generation device
US10577992B2 (en) 2016-04-12 2020-03-03 Fujitsu Limited Microwave heating apparatus and exhaust gas purification apparatus
US10603617B2 (en) 2015-10-30 2020-03-31 Fujitsu Limited Microwave irradiation apparatus and exhaust gas purification apparatus
US10876458B2 (en) 2017-03-10 2020-12-29 Fujitsu Limited Microwave irradiation device, exhaust purification apparatus, automobile and management system
CN113321516A (en) * 2021-07-22 2021-08-31 清大赛思迪新材料科技(北京)有限公司 Microwave sintering method of ceramic coating

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6311580A (en) * 1986-06-30 1988-01-19 株式会社豊田中央研究所 Ceramics joining equipment
JPH0286093A (en) * 1988-04-22 1990-03-27 Ube Ind Ltd Dielectric heating element
JPH03294779A (en) * 1990-04-11 1991-12-25 Toshiba Corp Hot blast generating device
JPH0427599U (en) * 1990-06-29 1992-03-04
JPH10288027A (en) * 1997-04-17 1998-10-27 Zexel Corp High frequency heating catalyst

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6311580A (en) * 1986-06-30 1988-01-19 株式会社豊田中央研究所 Ceramics joining equipment
JPH0286093A (en) * 1988-04-22 1990-03-27 Ube Ind Ltd Dielectric heating element
JPH03294779A (en) * 1990-04-11 1991-12-25 Toshiba Corp Hot blast generating device
JPH0427599U (en) * 1990-06-29 1992-03-04
JPH10288027A (en) * 1997-04-17 1998-10-27 Zexel Corp High frequency heating catalyst

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009008525A1 (en) * 2007-07-12 2009-01-15 Imagineering, Inc. Exhaust gas substance purifier
JP2013505125A (en) * 2009-09-22 2013-02-14 クラリアント・ファイナンス・(ビーブイアイ)・リミテッド Equipment for continuous heterogeneous catalytic chemical reactions at high temperatures
DE102011076558A1 (en) 2010-05-31 2011-12-01 Denso Corporation Emission control system for diesel engine mounted on vehicle, has particle accumulation section for accumulating diesel particles, and single-mode microwave burner for burning accumulated particles by microwave energy
JP2011252387A (en) * 2010-05-31 2011-12-15 Denso Corp Exhaust emission control device of internal combustion engine
US10603617B2 (en) 2015-10-30 2020-03-31 Fujitsu Limited Microwave irradiation apparatus and exhaust gas purification apparatus
DE102016225588A1 (en) 2016-01-18 2017-07-20 Fujitsu Limited Particulate filter and exhaust gas cleaner
US10221739B2 (en) 2016-01-18 2019-03-05 Fujitsu Limited Particulate filter and exhaust gas purifier
US10301989B2 (en) 2016-01-19 2019-05-28 Fujitsu Limited Microwave applicator, exhaust gas purifier, heater, and chemical reactor
US10577992B2 (en) 2016-04-12 2020-03-03 Fujitsu Limited Microwave heating apparatus and exhaust gas purification apparatus
US10876458B2 (en) 2017-03-10 2020-12-29 Fujitsu Limited Microwave irradiation device, exhaust purification apparatus, automobile and management system
US10576406B2 (en) 2017-04-04 2020-03-03 Fujitsu Limited Exhaust purification device, internal combustion device, and power generation device
CN113321516A (en) * 2021-07-22 2021-08-31 清大赛思迪新材料科技(北京)有限公司 Microwave sintering method of ceramic coating

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