JP2746095B2 - 電磁波加熱装置および電磁波加熱方法 - Google Patents

電磁波加熱装置および電磁波加熱方法

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JP2746095B2
JP2746095B2 JP6009029A JP902994A JP2746095B2 JP 2746095 B2 JP2746095 B2 JP 2746095B2 JP 6009029 A JP6009029 A JP 6009029A JP 902994 A JP902994 A JP 902994A JP 2746095 B2 JP2746095 B2 JP 2746095B2
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electromagnetic wave
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波を含む電磁
波を用いて物体を加熱させる場合の加熱装置の構成に関
するものである。特に生ものやプラスチック等の産業廃
棄物の焼却または乾燥に適している。
【0002】
【従来の技術】マイクロ波を用いた加熱装置は産業用を
はじめ家庭用の電子レンジなどで既に広く使用されてい
る。水等の誘電損失の大きい物質がマイクロ波にさらさ
れると誘電損失の大きさに比例した発熱を起こすことを
利用して物質を暖めるものである。加熱装置の多く(例
えば文献:「日経ニューマテリアル1992年3月30
日号、87頁)は図6に示すように、アプリケータ7内
にターンテーブル8をおき、その上に加熱対象物を乗せ
て回転させる。マイクロ波をアプリケータ7内に天井面
または横の壁面から放出して対象物全体を均一に加熱で
きるように工夫している。ところがこの場合、アプリケ
ータ7内の金属壁面にマイクロ波を不規則に反射させて
対象物に照射させるため、マイクロ波は充分に対象物に
吸収されずに多くは反射してしまう。対象物の形状、大
きさにも依るがおよそマイクロ波出力の約半分程度しか
加熱に寄与していないのが現状である。
【0003】効率の良い加熱をするために、アプリケー
タ7全体を共振器のように設計して、アプリケータ7に
最大限のマイクロ波出力を導入できるように工夫したも
のが図7である(文献:特公昭56−54548号公
報)。この場合は対象物の蓋や温度変化で誘電率が大き
く変化する。そこで、図7の中に示されているインピー
ダンス調整器9で共振状態を常に最適に合わせて対象物
の誘電率の変化に追従させている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような共振型のシ
ステムでは、マイクロ波を送り込む導波管の途中にパワ
ーモニタを導入して入射波と反射波をモニターし、反射
波が常に最低になるように調節棒をチューニングしなけ
ればならない。このためパワーモニタ及び調整用の可動
部とそれを制御するフィードバック系を加える必要があ
り、システムが高価になるという欠点があった。
【0005】本発明は、簡単な構成で広い誘電率の範囲
で効率の良い加熱が可能な電磁波加熱装置を提供するこ
とにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の電磁波加熱装置
は、電磁波発生装置と、電磁波を誘導する導波路と、加
熱対象物を入れる容器を有し、前記容器は、非磁性、
低誘電損失で、形状が円錐型または角錘型または楔型ま
たはおわん型で、前記導波路の中に位置し、容器の凸の
方向が電磁波の方向に対向して配置されていることを特
徴とする。
【0007】または導波路がテーパ型であることを特徴
とする
【0008】さらに導波路または容器に、開口部を有し
かつ電磁波を遮蔽する蓋があることを特徴とする。
【0009】または導波路の中に複数の円錐型または角
錘型または楔型またはおわん型の容器が設置されている
ことを特徴とする。
【0010】または電磁波発生装置と、電磁波を誘導す
る導波路と、加熱対象物を入れる容器と、前記導波路の
蓋を有し、前記導波路の蓋は長辺が加熱する電磁波の波
長の2分の1以下の矩形導波管の長辺の面に棒状のフェ
ライトを長辺に平行に装着したことを特徴とする。この
フェライトにより、その面のみが開放壁となっている。
【0011】本発明の電磁波加熱方法は、電磁波を照射
することにより加熱対象物を加熱する電磁波加熱方法に
おいて、前記加熱対象物を容器に入れ、前記容器は、円
錐型、角錐型、楔型またはおわん型であり、前記容器内
に入れられた前記加熱対象物が実質的に円錐型、角錐
型、楔型またはおわん型の形状になり、前記容器を前記
電磁波の導波路に設置し、前記容器の凸の方向が電磁波
の方向に対向するように配置して加熱することを特徴と
する。
【0012】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図1(a)は本発明の一実施例を示す電磁波加熱装
置の構成図である。マイクロ波発生装置1のマグネトロ
ンから導波路2にマイクロ波が導かれる。導波路2は縦
型に配置し、下から上にマイクロ波出力が導かれる。導
波路2の途中に下向きに樹脂性の楔型容器3が置かれ、
その中に加熱対象物4が入れられている。装置の蓋は導
波路の端に取り付けられており、開口部があり気体は抜
けるがマイクロ波は漏れないような電磁遮蔽構造のもの
とし、ここでは穴径の小さなパンチングメタル5を使用
している。図1(b)は蓋の遮蔽構造の構成を変えたも
ので他は同じである。即ち、上述の電磁遮蔽構造の蓋を
楔型容器に取り付けたものである。
【0013】本発明の特徴は、加熱容器に樹脂やガラス
などの低誘電損失材質で且つ楔型のものを使用している
ことである。楔型容器3の中に誘電損失の大きな加熱対
象物4として水を入れると、水の形状が楔型になる。楔
型の損失体は実質的に楔の先端方向から進行してきたマ
イクロ波を良く吸収する。これは電波暗室などで用いる
電波吸収体も同様の形状をしていることからも明らかで
ある。
【0014】さらに、もう1つの構成上の特徴は楔型容
器3が導波路2の途中に置かれていることである。具体
的には、導波路2を縦向きに配置し、マイクロ波が下か
ら上に進行するようにする。さらに、楔型容器3の先端
を下に向けると、中身の加熱対象物4がこぼれず、ま
た、自然と容器の楔型にならって加熱対象物4が楔状に
なり、その先端をマイクロ波の進行方向に対向させるこ
とができ、かつ、マイクロ波を楔の先端方向に平行に照
射することができる。このため、効率よく電磁波の吸収
がなされる。従来の電子レンジ等のアプリケータ内に楔
型容器を下向きに配置しても楔の角の方向から入射する
マイクロ波の成分以外は楔型容器に効率的には吸収され
ない。効率よく加熱させるためには楔型が導波路2の途
中になければならない。
【0015】ここでは、分かりやすくするため、楔型容
器3を用いて本発明を説明したが、円錐型、角錘、おわ
ん型の各容器の場合も、程度の差はあるが同様の効率を
期待することができる。つまり、前記と同様下から上に
マイクロ波が進行するような導波路の途中に円錐、角錘
およびおわん型容器の先端をマイクロ波に対向するよう
に下向きに配置し、容器の中に加熱対象物を入れて加熱
することによって効率よい加熱を実現できる。先に述べ
たように、従来型電子レンジなどのように様々な方向か
ら電磁波が照射されるアプリケータ内に円錐、角錘、お
わん型容器を置く場合と本質的に異なることは言うまで
もない。
【0016】また、説明では、楔型容器を1つ用いた場
合を示したが、大容量で加熱させたい場合等、導波路と
容器を大きくする際には次のようにすればよい。導波路
を拡大する場合は図2(a)に示すように、よく設計さ
れたテーパ型導波管などを用いて導波路の繋ぎ目で反射
をできるだけ押さえる。そして、大きな楔型容器3をテ
ーパの先に置く。または、図2(b)に示すように、テ
ーパ型導波管に楔型やその他前述の形の凸形の複数の容
器を配置すればよい。
【0017】本発明の効果を示すため、楔型と、4角錘
(ピラミッド型)の高さ15cmの場合について電波吸収
量を計算した結果を図3(a)及び(b)に示す。ε′
とε″は誘電率の実部と虚部である。図中で10dBの
吸収量は照射したマイクロ波の1/10が反射する。つ
まり、残り90%が吸収されることを示している。20
dBの場合では1/100、つまり、99%の吸収効率
になることを示している。楔型よりピラミッド型の方が
同じ誘電率では吸収量が大きく、また、同じ吸収量では
より広い誘電率の範囲の対象物を暖めることができるこ
とが分かる。
【0018】蓋の構造としては、先に述べたように気体
は通すが電磁波は通さない電磁遮蔽構造のものとして、
パンチングメタルを使用した例を示したが、このほか、
図4(a)に示すように遮断モードの導波管を用いるこ
ともできる。本発明の蓋の構造は、図4(b)に示すよ
うに、長辺が加熱する電磁波の波長の2分の1以下の矩
形導波管を有する蓋で、その導波管の長辺の面に磁性体
であるフェライトを棒状にして長辺に平行に装着してそ
の面のみを開放壁にしたものである。これにより、導波
管の長さを大幅に短くすることができる。これは、導波
管の長辺を含む壁に磁性体棒を配列すると、この壁は透
磁率が大きいほど開放壁に近い特性を有することが理論
的に導かれており、また、矩形導波管の断面の長辺をa
とし短辺をbとすると、図4(a)の場合の減衰常数が
π/aであるのに対し、図4(b)のように長辺を含む
一つの面を開放壁にした場合の減衰常数は{(π/a)
2+(π/b)2}1/2 であり、その差の分だけ減衰常
数を大きくできるからである。加熱装置の周波数が2.
45GHzであるならば、磁性体はフェライトが適当で
あり、フェライト棒の直径は1mm程度で十分であるの
で、実質的に排気の妨げにはならない。
【0019】この電磁遮蔽構造の蓋として、遮断モード
の導波管の長さを図4の(a)と(b)で比較する。長
辺55mm、短辺27.5mmの矩形導波管の場合、その長
さLと遮蔽量の関係は図5に示すようになっている。実
用上十分な遮蔽量である90dBを得るのに、比較のた
めの図4(a)に示す構造のものでは20cmの長さが必
要であるのに対して、本発明の図4(b)に示す構造の
ものでは10cm以下で十分であり、導波管をおよそ1/
2以下に短縮することができ、装置の小型化が可能にな
る。
【0020】
【発明の効果】本発明の電磁波加熱装置を用いることに
よって簡単な構成で且つ水を含む物質などの広い誘電率
の範囲の加熱対象物を効率よく加熱できる。加熱時にガ
スの発生または状態の変化により誘電率が変わりやすい
物質の加熱や溶解に適している。また装置の小型化が可
能となる。
【0021】さらに、生ものやプラスチック等の産業廃
棄物の焼却または乾燥に適している。また高融点の物質
の溶解にも適しており、この場合は容器を非磁性、低誘
電損失のセラミックで作製すればよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す電磁波加熱装置の構成
を示した図である。
【図2】本発明の他の実施例を示した図である。
【図3】(a)は楔型容器(高さ10cm)の場合の加熱
対象物の誘電率と電波吸収効率の関係を示した図、
(b)はピラミッド型容器(高さ10cm)の場合の同様
の関係を示した図である。
【図4】本発明の電磁遮蔽構造のための蓋を説明するた
めの図である。(a)は比較のための図であり、(b)
は本発明を説明するための図である。
【図5】本発明を説明するための図で、遮蔽量と辺の長
さの関係を示す図である。
【図6】従来の電子レンジの構造を示した図である。
【図7】従来の共振型アプリケータの構造を示した図で
ある。
【符号の説明】
1 電磁波発生装置 2 導波路 3 楔型容器 4 加熱対象物 5 パンチングメタル 6 テーパ型導波路 7 アプリケータ 8 ターンテーブル 9 インピーダンス調整器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H05B 6/80 H05B 6/80 Z

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電磁波発生装置と、電磁波を誘導する導波
    路と、加熱対象物を入れる容器を有し、前記容器は、
    非磁性、低誘電損失で、形状が円錐型または角錘型また
    は楔型またはおわん型で、前記導波路の中に位置し、容
    器の凸の方向が電磁波の方向に対向して配置されている
    ことを特徴とする電磁波加熱装置。
  2. 【請求項2】前記導波路が テーパ型であることを特徴と
    する請求項1記載の電磁波加熱装置。
  3. 【請求項3】 前記導波路または前記容器に、開口部を有
    しかつ電磁波を遮蔽する蓋があることを特徴とする請求
    項1または請求項2記載の電磁波加熱装置。
  4. 【請求項4】 前記導波路の中に複数の円錐型または角錘
    型または楔型またはおわん型の容器が設置されているこ
    とを特徴とする請求項1または請求項2記載の電磁波加
    熱装置。
  5. 【請求項5】 電磁波発生装置と、電磁波を誘導する導波
    路と、加熱対象物を入れる容器と、前記導波路の蓋とを
    有し、前記蓋には矩形導波管が装着され、前記矩形導波
    管は開口面を有し、前記開口面の長辺が加熱する電磁波
    の波長の2分の1以下であり、前記長辺を含む前記矩形
    導波管内側の一面に棒状の磁性体を前記長辺に平行に装
    着したことを特徴とする電磁波加熱装置。
  6. 【請求項6】電磁波発生装置と、電磁波を誘導する導波
    路と、加熱対象物を入れる容器と、前記導波路の蓋とを
    有し、 前記蓋には矩形導波管が装着され、前記矩形導波
    管は開口面を有し、前記開口面の長辺が加熱する電磁波
    の波長の2分の1以下であり、前記長辺を含む前記矩形
    導波管内側の一面に棒状の磁性体を前記長辺に平行に装
    着したことを特徴とする請求項1記載の電磁波加熱装
    置。
  7. 【請求項7】 電磁波を照射することにより加熱対象物を
    加熱する電磁波加熱方法において、前記加熱対象物を容
    器に入れ、前記容器は、円錐型、角錐型、楔型またはお
    わん型であり、前記容器内に入れられた前記加熱対象物
    が実質的に円錐型、角錐型、楔型またはおわん型の形状
    になり、前記容器を前記電磁波の導波路に設置し、前記
    容器の凸の方向が電磁波の方向に対向するように配置し
    て加熱することを特徴とする電磁波加熱方法。
JP6009029A 1994-01-31 1994-01-31 電磁波加熱装置および電磁波加熱方法 Expired - Lifetime JP2746095B2 (ja)

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US08/381,444 US5523548A (en) 1994-01-31 1995-01-31 Electromagnetic wave heater having a cone-shaped container whose tapered portion is pointed and directed toward the electromagnetic wave generator

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS603621B2 (ja) * 1977-07-06 1985-01-29 三菱電機株式会社 給電装置
JPH0259596U (ja) * 1988-10-24 1990-05-01

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