JP2012088041A

JP2012088041A - マイクロ波乾燥装置

Info

Publication number: JP2012088041A
Application number: JP2011267466A
Authority: JP
Inventors: Shisei Miyazaki; 至誠宮崎; Tsutomu Takizawa; 力滝沢
Original assignee: Micro Denshi Co Ltd; SE Corp
Current assignee: Micro Denshi Co Ltd; SE Corp
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2012-05-10
Anticipated expiration: 2026-08-10
Also published as: JP5344352B2

Abstract

【課題】マイクロ波乾燥によって生ずる被乾燥物の割れ、しわ、変形などを防止することができるマイクロ波乾燥装置を提供すること。
【解決手段】マイクロ波電力を照射する乾燥室６２を有し、乾燥室６２内でハニカム製品１０を脱水して乾燥させるマイクロ波乾燥装置において、ハニカム製品１０を内装可能とした浸水性の容状体６１を設け、含水させた容状体６１にハニカム製品１０を入れ、ハニカム製品１０を容状体６１と共に乾燥室６２に内装させ、マイクロ波電力の照射でハニカム製品の内外部を同時に温度上昇させて乾燥させる構成としてある。
【選択図】図４

Description

本発明は、木材、食品、薬品、陶磁器その他、自動車部品であるセラミックハニカムなどの被乾燥物を乾燥させるマイクロ波乾燥装置に関する。

自動車部品であるハニカムは、セラミック製品として仕上げられるが、その生産工程には押し出し成形されたハニカム製品の乾燥工程が含まれる。
そして、この乾燥工程には、乾燥時間が早く乾燥率の高いマイクロ波乾燥装置が使用されている。

図６は、押し出し成形されたハニカム製品１０を示し、図７は上記のハニカム製品１０をマイクロ波乾燥装置により乾燥する状態を示す説明図である。

押し出し成形されたハニカム製品１０には、２７％程度の水分が含まれているが、乾燥室１１内でマイクロ波電力を照射して脱水し、５％程度の含水状態まで乾燥させる。
なお、このように乾燥させたハニカム製品１０は、その後、脱脂工程や燒結工程などを経てセラミックハニカムとして完成する。

一方、上記のように行なうマイクロ波乾燥では、ハニカム製品１０の内部温度上昇に比べ外部の温度上昇が遅れる。
すなわち、図７（Ｂ）に示すように、筒軸方向では内部と外部とで△ＴＬの温度差が表われ、また、図７（Ｃ）に示すように、直径方向では内部と外部とで△ＴＲの温度差が表われる。
このため、ハニカム製品１０の内部に対し外部の乾燥が遅れ、これが原因してハニカム製品１０に発生する乾燥収縮により引張り応力が作用し、クラックが発生したり、外壁しわ、変形などが生ずる。

図８は、マイクロ波乾燥したときのハニカム製品１０の温度と時間との関係を実験によって求めた特性図であり、ＴＣはハニカム製品１０の中心温度、ＴＭはハニカム製品１０の中間温度、ＴＳはハニカム製品１０の外周温度を示す特性曲線である。
図９は、マイクロ波乾燥したときのハニカム製品１０の残存水分と時間との関係を実験によって求めた特性図であり、ＷＣは中心水分、ＷＭは中間水分、ＷＳは外周水分を示す特性曲線である。
その他、ＷＤは水分差（ＷＳ−ＷＣ）を示す特性曲線である。

この実験では、サンプル条件として、直径Ｒ＝１５０ｍｍ、長さＬ＝２２０ｍｍ、質量９２０ｇ、初期水分約２７％のハニカム製品１０を用いた。
また、乾燥条件としては、１２ｋＷバッチ式マイクロ波乾燥装置を用い、マイクロ波出力８ｋＷ（２ｋＷ×４）、排気９ｍ／Ｓ、蒸気、熱風なしとして行なった。
さらに、中心温度ＴＣ、中間温度ＴＭ、外周温度ＴＳはファイバー温度計を使用して測定し、また、中心水分ＷＣ、中間水分ＷＭ、外周水分ＷＳは、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ハニカム製品１０の各部所１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｓの水分を測定器によって測定した。

図８に示す特性図から分かる通り、ハニカム製品１０の中心温度ＴＣ、中間温度ＴＭ、外周温度ＴＳとも１００℃まで上昇して一定となる。
また、外周は中心と中間に比べて１００℃に達するまでの時間が長い。
つまり、外周は中心と中間に比べて温度上昇が遅れる。
さらに、図９に示す特性図から分かるように、中心水分ＷＣ、外周水分ＷＳともに温度９０℃付近から一定の割合で低下する。
つまり、中心と外周の水分の差がほぼ一定となる定率乾燥期間に入る。

このように、マイクロ波乾燥では、中心温度ＴＣに対して外周温度ＴＳの温度上昇が遅れるために、一定の水分差が生じ、既に述べたように、乾燥収縮による引張り作用が発生し、ハニカム製品１０にクラック、しわ、変形などが発生することになる。

特許第３４０４３４５号公報

解決しようとする問題点は、マイクロ波乾燥するハニカム製品にはクラック、しわ、変形などが生ずる点にある。
したがって、本発明では、このような問題を解決することができるマイクロ波乾燥装置を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するため、本発明では、マイクロ波電力を照射する乾燥室を有し、乾燥室内で被乾燥物を脱水して乾燥させるマイクロ波乾燥装置において、被乾燥物が内装可能な浸水性の容状体を設け、含水させた容状体に被乾燥物を入れ、被乾燥物を容状体と共に乾燥室に内装させて乾燥させることを特徴とするマイクロ波乾燥装置を提案する。

また、本発明は、前記容状体を蓋体付きの筒状の容状体として形成し、この容状体は含水させると共に、被乾燥物としてハニカム製品を入れて前記乾燥室に内装させ、マイクロ波電力の照射でハニカム製品の内外部を同時に温度上昇させて乾燥させる構成とすることができる。

さらに、本発明は、前記した容状体には通気孔を設けることができ、また、前記した容状体を紙材で形成することもできる。

本発明のマイクロ波乾燥装置は、含水させた容状体に被乾燥物を入れ、被乾燥物を容状体と共に乾燥室に内装させてマイクロ波乾燥させることができる。

このように構成したマイクロ波乾燥装置は、含水させた容状体がマイクロ波によって加熱されるため、被乾燥物の外部からの放射熱がないことから、被乾燥物の内外とに昇温差が発生しない。
この結果、被乾燥物には、クラック、しわ、変形などがほとんど発生しない。
なお、被乾燥物は乾燥後に容状体より取り出す。
また、容状体を筒状に形成すれば、ハニカム製品を収容して乾燥するこのができ、さらに、容状体には通気孔を設けることができ、また、容状体は紙材で形成することもできる。

第１基本例として示したマイクロ波乾燥装置の概略構成図である。第２基本例として示したマイクロ波乾燥装置の概略構成図である。第３基本例として示したマイクロ波乾燥装置の概略構成図である。本発明の実施形態として示したマイクロ波乾燥装置の概略図である。上記実施形態において使用する浸水性のある容状体を示す斜視図である。押し出し成形されたハニカム製品を示す斜視図である。図７（Ａ）は従来のマイクロ波乾燥装置を示す概略図、図７（Ｂ）、（Ｃ）はハニカム製品の内部と外部との温度差を示した説明図である。マイクロ波乾燥されるハニカム製品の内部と外部との昇温状態を示した特性図である。マイクロ波乾燥されるハニカム製品の内部と外部との残存水分を示した特性図である。図１０（Ａ）は、水分の測定部を示したハニカム製品の正面図、図１０（Ｂ）はその側面図である。

次に、本発明の基本例と実施形態について図面に沿って説明する。
図１は、ハニカム製品を乾燥させるマイクロ波乾燥装置として実施した第１基本例を示す概略構成図である。
図示する如く、このマイクロ波乾燥装置２０は、マイクロ波発振器２１から送られるマイクロ波電力をマイクロ波立体回路２２とマイクロ波窓２３を介して乾燥室２４内に供給する。
また、このマイクロ波乾燥装置２０は、乾燥室２４の内壁２５と中壁２６との間にヒーター２７を設け、中壁２６と外壁２８との間に断熱材２９が設けてある。

そして、上記のヒーター２７は制御回路３０によって給電制御し、ステンレス製の内壁２５を昇温させる。
具体的には、内壁２５が沸点温度（１００℃）となるようにヒーター加熱によって昇温させる。
なお、内壁２５の温度は温度センサー３１によって検出し、沸点温度を保つように制御回路３０を制御する。

また、上記のマイクロ波乾燥装置２０は、水蒸気供給機３２から乾燥室２４内に水蒸気を送り、乾燥室２４の室内温度を上昇させるようにしてある。
この室内温度は好ましくは沸点温度（１００℃）を保つようにする。

上記のように構成したマイクロ波乾燥装置２０は、乾燥室２４の内壁２５がヒーター加熱によって沸点温度となっており、また、乾燥室２４内が水蒸気によって沸点温度となっていることから、マイクロ波加熱されるハニカム製品１０からは熱の出人りがない。
つまり、ハニカム製品１０の外方から伝達される熱による昇温に対し、マイクロ波加熱による内部からの昇温が早いため、ハニカム製品１０には外周からの熱の出人りがない。

具体的には、マイクロ波加熱されたハニカム製品１０から放出される熱量をＱとすれば、Ｑ＝Ｑｃ＋Ｑｒ＝０となる。
ただし、Ｑｃは対流として放出される熱量、Ｑｒは放射として放出される熱量である。
ここで、Ｑｃは乾燥室２４内の昇温によって防止されてＱｃ＝０となり、Ｑｒは内壁２５の昇温によって防止されてＱｒ＝０となる。

この結果、このマイクロ波乾燥装置２０によれば、ハニカム製品１０の内部と外部とがマイクロ波加熱によって均等に温度上昇することから、内外部の温度差に原因する引張り作用が発生しない。
この結果、ハニカム製品１０にはクラック、しわ、変形などがほとんど発生しない。

図２は、第２基本例として示したマイクロ波乾燥装置４０の概略構成図である。
本基本例では、乾燥室２４の内壁２５と中壁２６との間に水蒸気を通す発熱パイプ４１を設け、この発熱パイプ４１に水蒸気供給機４２から水蒸気を送り、内壁２５を沸点温度に昇温させる構成としてある。
なお、その他は図１に示したマイクロ波乾燥装置と同様の構成である。

図３は、第３基本例として示したマイクロ波乾燥装置５０の概略構成図である。
本基本例では乾燥室２４の内壁２５と中壁２６との間に温水槽５１を設け、この温水槽５１に温水供給機５２から送った温水によって内壁２５を沸点温度に保つ構成となっている。
なお、その他は図１に示したマイクロ波乾燥装置と同様の構成である。

図２の基本例では内壁昇温手段として水蒸気を利用し、図３の基本例では内壁昇温手段として温水を利用した昇温手段となっているが、このような昇温手段の他にも熱風を利用した昇温手段によって構成することができる。
なお、このような内壁昇温手段は、内壁２５を正確に沸点温度に保つ必要がなく、１００℃±１０℃程度の内壁温度とすることができればよい。

また、乾燥室２４の室温を上げる室内昇温手段についても水蒸気を利用したものにかぎらず、熱風を利用した昇温手段としてもよく、さらに、室内温度については１００℃±１０℃程度とすることが好ましい。

図４は、本発明に係る実施形態を示したマイクロ波乾燥装置の概略図、図５は、本実施形態で使用する容状体の斜視図である。
本実施形態では、浸水性のある蓋付の容状体６１を設け、ハニカム製品１０をこの容状体６１に入れた状態でマイクロ波乾燥する構成となっている。

具体的には、容状体６１（蓋体６１ａを含む）に含水させる。
そして、ハニカム製品１０を容状体６１に入れて蓋体６１ａを覆せた状態でマイクロ波乾燥装置６０の乾燥室６２に内装し、マイクロ波乾燥させる。

この実施形態では、含水させた容状体６１がマイクロ波加熱によって昇温し、また、それに伴って容状体内も昇温するため、ハニカム製品１０の内外部が同時に温度上昇する。
この結果、ハニカム製品１０には、クラック、しわ、変形などがほとんど生じない。

なお、容状体６１には通気孔６１ｂを設けることが好ましいが、ただ、通気性のある材料で容状体６１を構成する場合は、必ずしも通気孔６１ｂは設けなくてもよい。
さらに、容状体６１は、浸水性があればよいから、紙材などでも構成することができる。
また、容状体６１を使用する本実施形態では、通常のマイクロ波乾燥装置を用いることができる。

セラミックハニカムの生産工程で行なわれるハニカム製品の乾燥の他、木材、食品、薬品、陶磁器などの乾燥装置としても実施することができる。

１０ハニカム製品
６０マイクロ波乾燥装置
６２乾燥室
６１容状体
６１ａ蓋体
６１ｂ通気孔

Claims

マイクロ波電力を照射する乾燥室を有し、乾燥室内で被乾燥物を脱水して乾燥させるマイクロ波乾燥装置において、
被乾燥物が内装可能な浸水性の容状体を設け、
含水させた容状体に被乾燥物を入れ、被乾燥物を容状体と共に乾燥室に内装させて乾燥させることを特徴とするマイクロ波乾燥装置。
請求項１に記載したマイクロ波乾燥装置において、
前記容状体を蓋体付きの筒状の容状体として形成し、
この容状体は含水させると共に、被乾燥物としてハニカム製品を入れて前記乾燥室に内装させ、
マイクロ波電力の照射でハニカム製品の内外部を同時に温度上昇させて乾燥させる構成としたことを特徴とするマイクロ波乾燥装置。
請求項１または２に記載したマイクロ波乾燥装置において、
前記容状体には通気孔を設けたことを特徴とするマイクロ波乾燥装置。
請求項１、２、３のいずれかに記載したマイクロ波乾燥装置において、
前記容状体は紙材で形成したことを特徴とするマイクロ波乾燥装置。