JP6106848B2 - Microwave heating apparatus and microwave heating method - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロ波加熱装置およびマイクロ波加熱方法に関するものである。 The present invention relates to a microwave heating apparatus and a microwave heating method.
マイクロ波加熱技術は、食品を温める技術として発展している。マイクロ波加熱の特徴は、赤外線、熱風などによる一般的な加熱と比べると
・マイクロ波を吸収しやすい材料を選択的に加熱できる。
・加熱効率が良く、加熱時間が短い。
などの特徴を有している。
Microwave heating technology has been developed as a technology for warming food. The characteristics of microwave heating are as compared with general heating by infrared rays, hot air, etc.-Materials that easily absorb microwaves can be selectively heated.
・ High heating efficiency and short heating time.
It has the features such as.
現在、上記のような特徴から、工業的には、木材等の乾燥、殺菌、セラミックなどの焼結、高分子材料の合成など幅広い分野で利用されている。その中で、廃棄物の焼却処理に利用された例を用いてマイクロ波加熱装置を説明する。(例えば、特許文献1参照。)。 At present, from the above characteristics, it is industrially used in a wide range of fields such as drying of wood and the like, sterilization, sintering of ceramics, and synthesis of polymer materials. Among them, the microwave heating apparatus will be described using an example used for waste incineration. (For example, refer to Patent Document 1).
図5は、特許文献1に記載のマイクロ波加熱装置の構成を示す説明図である。ケーシング2内に、回転可能なドラム体10と支持ローラ11とが設けられている。ドラム体10の内側には、攪拌羽19が複数枚設置されており、ドラム体10内に投入された廃棄物40が攪拌される。ケーシング2の下部には吸気手段31、ケーシング2の上部には排ガス浄化手段35が接続される。マグネトロン21から放射されたマイクロ波は、ドラム体10内の廃棄物40に照射される。これにより廃棄物40を加熱できる。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the configuration of the microwave heating apparatus described in Patent Document 1. As shown in FIG. In the casing 2, a
ところで、被処理物がマイクロ波を吸収しにくい材料とマイクロ波を吸収しやすい材料との混合物である場合に、マイクロ波を吸収しにくい材料に熱によるダメージを与えることなく、マイクロ波を吸収しやすい材料のみを燃焼させたいといった要望がある。 By the way, when the object to be processed is a mixture of a material that hardly absorbs microwaves and a material that easily absorbs microwaves, it absorbs microwaves without damaging the materials that hardly absorb microwaves by heat. There is a demand to burn only easy-to-use materials.
しかしながら、従来の装置では、マイクロ波を吸収しやすい材料からの熱が、熱伝導によりマイクロ波を吸収しにくい材料に伝導して、マイクロ波を吸収しにくい材料に熱ダメージを与えてしまう課題を有していた。 However, in the conventional apparatus, heat from a material that easily absorbs microwaves is conducted to a material that hardly absorbs microwaves due to heat conduction, and the material that hardly absorbs microwaves is thermally damaged. Had.
本発明は、上記課題を解決するもので、マイクロ波を吸収しにくい材料への熱ダメージを軽減させるマイクロ波加熱装置およびマイクロ波加熱方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a microwave heating apparatus and a microwave heating method that reduce thermal damage to a material that hardly absorbs microwaves.
上記目的を達成するために、本発明のマイクロ波加熱装置は、被処理物を保持するため
のドラムと、前記ドラム内にマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、前記ドラムを
回転させる回転装置と、前記ドラム内に設けられた攪拌フィンと、前記ドラムを冷却する
冷却装置と、を備え、前記被処理物は、第1物質と第2物質とを含み、前記第1物質は、極性物質、誘電体損失角Tan δが0.01以上の物質、または導電率が10 −2 以上10 4 以下の物質のいずれかであり、前記第2物質は、極性物質、誘電体損失角Tan δが0.01以上の物質、または導電率が10 −2 以上10 4 以下の物質のいずれとも異なることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a microwave heating apparatus of the present invention includes a drum for holding an object to be processed, a microwave irradiation apparatus for irradiating microwaves in the drum, and a rotating apparatus for rotating the drum. And a stirring fin provided in the drum, and a cooling device for cooling the drum , wherein the object to be treated includes a first substance and a second substance, and the first substance is a polar substance The dielectric loss angle Tan δ is 0.01 or more, or the conductivity is 10 −2 or more and 10 4 or less, and the second material is a polar material and the dielectric loss angle Tan δ is 0.01 or more substances, or conductivity, characterized in Rukoto different both either 10 -2 to 10 4 following materials.
また、本発明のマイクロ波加熱方法は、ドラム内で攪拌中の被処理物にマイクロ波を照射して前記被処理物を加熱するマイクロ波加熱方法であって、マイクロ波の照射と同時に前記ドラムを冷却するに際し、前記被処理物は、第1物質と第2物質とを含み、前記第1物質は、極性物質、誘電体損失角Tan δが0.01以上の物質、または導電率が10 −2 以上10 4 以下の物質のいずれかであり、前記第2物質は、極性物質、誘電体損失角Tan δが0.01以上の物質、または導電率が10 −2 以上10 4 以下の物質のいずれとも異なることを特徴とする。 Further, the microwave heating method of the present invention is a microwave heating method in which the object to be processed being stirred in the drum is irradiated with microwaves to heat the object to be processed, and the drum is simultaneously with the microwave irradiation. When cooling , the object to be processed includes a first material and a second material, and the first material is a polar material, a material having a dielectric loss angle Tan δ of 0.01 or more, or a conductivity of 10 is either -2 or 10 4 or less of material, the second material is a polar material, the dielectric loss angle Tan [delta] is 0.01 or more substances or conductivity of 10 -2 to 10 4 or less, substance It is different from any of the above.
以上のように、本発明によれば、被処理物の温度上昇を抑制して、被処理物に熱ダメージが発生するのを軽減できる。 As described above, according to the present invention, it is possible to suppress the temperature rise of the object to be processed and reduce the occurrence of thermal damage to the object to be processed.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
太陽電池用シリコンウェハの製造工程の副産物として、シリコンと水と炭素との混合物であるシリコンスラッジが生成される。シリコンはマイクロ波を吸収しにくい材料であり、水と炭素はマイクロ波を吸収しやすい材料である。このため、シリコンスラッジ中のシリコンに熱ダメージを与えずに水分の除去と炭素の選択的燃焼とを実現できれば、高品質なリサイクル用シリコンを得られる。
(Embodiment 1)
Silicon sludge, which is a mixture of silicon, water, and carbon, is generated as a byproduct of the manufacturing process of the silicon wafer for solar cells. Silicon is a material that hardly absorbs microwaves, and water and carbon are materials that easily absorb microwaves. For this reason, if removal of moisture and selective combustion of carbon can be realized without causing thermal damage to the silicon in the silicon sludge, high quality silicon for recycling can be obtained.
シリコンスラッジにマイクロ波を照射した場合、マイクロ波を吸収しにくいシリコンは、マイクロ波自体では加熱されにくいが、マイクロ波吸を吸収しやすい水・炭素からの熱伝導により、シリコンの温度が上昇することがある。これに対して、本実施の形態に係るマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を吸収しにくい材料への熱的ダメージを抑制しつつ、マイクロ波を吸収しやすい材料のみを選択的に加熱することが可能である。このため、本マイクロ波加熱装置は、シリコンスラッジからリサイクル用シリコンを得るのに有用である。以下、本マイクロ波加熱装置について、シリコンスラッジからリサイクル用シリコンを得る工程に適用する例を用いて説明する。 When silicon sludge is irradiated with microwaves, silicon that hardly absorbs microwaves is not easily heated by the microwave itself, but the temperature of silicon rises due to heat conduction from water and carbon that easily absorbs microwaves. Sometimes. In contrast, the microwave heating apparatus according to the present embodiment can selectively heat only a material that easily absorbs microwaves while suppressing thermal damage to the material that hardly absorbs microwaves. Is possible. For this reason, this microwave heating device is useful for obtaining silicon for recycling from silicon sludge. Hereinafter, the microwave heating apparatus will be described using an example applied to a process of obtaining silicon for recycling from silicon sludge.
まず、太陽電池用シリコンのウェハ製造工程について図1を用いて説明する。最初に、シリコン材料準備工程(S110)にて不純物の少ない初期シリコンを準備し、次に、インゴット作製工程(S120)にてインゴットを作製する。インゴットは、チョクラルスキー(CZ)法等で作製される。作製されたインゴットをシリコンインゴット加工・接着工程(S130)で加工し、ビーム材に接着固定する。ビーム材に接着固定されたインゴットをスライス加工工程(S140)でワイヤーソーを用いてスライス加工する。その後、ウェハ洗浄工程(S150)を経て太陽電池用シリコンウェハが製造される。 First, the silicon wafer manufacturing process for solar cells will be described with reference to FIG. First, initial silicon with few impurities is prepared in a silicon material preparation step (S110), and then an ingot is produced in an ingot production step (S120). The ingot is produced by the Czochralski (CZ) method or the like. The produced ingot is processed by a silicon ingot processing / bonding step (S130), and is bonded and fixed to the beam material. The ingot bonded and fixed to the beam material is sliced using a wire saw in the slicing step (S140). Then, a silicon wafer for solar cells is manufactured through a wafer cleaning process (S150).
次にシリコンリサイクル工程(S200)を説明する。シリコンリサイクル工程(S200)とは、スライス加工工程(S140)で副産物として生成されたシリコンスラッジを、分離・回収工程(S210)にて分離・回収し、炭素・水分除去工程(S220)、溶融・凝固工程(S230)を経て、リサイクル用シリコンを作製し、インゴット作製工程(S120)に戻す一連の工程である。 Next, the silicon recycling process (S200) will be described. The silicon recycling process (S200) means that silicon sludge produced as a by-product in the slicing process (S140) is separated and recovered in the separation / recovery process (S210), and the carbon / moisture removal process (S220), This is a series of steps for producing the silicon for recycling through the solidification step (S230) and returning to the ingot production step (S120).
スライス加工工程(S140)では、インゴットを加工するときに発生するシリコンの切り屑が、インゴットを接着したビーム材料や、クーラント(有機系)を含む水と混ざってシリコンスラッジとして大量に排出される。このシリコンスラッジを分離・回収工程(S210)にて、例えばフィルタープレスによって、固形成分と液体成分の分離・回収を行う。分離したシリコンスラッジの固形成分は、粉状のシリコンスラッジとして回収される。この粉状のシリコンスラッジには、残留クーラント成分の有機炭素成分やビーム材の材料であるグラファイト、ダイヤモンドワイヤーソーの砥粒などの残留物である無機炭素成分が含まれる。含まれる有機・無機の炭素成分は、粉状のシリコンスラッジ全体の7at%程度である。粉状のシリコンスラッジの水分含有率は全体の50%〜60%程度である。 In the slicing step (S140), silicon chips generated when processing the ingot are mixed with the beam material to which the ingot is bonded and water containing a coolant (organic system) and discharged in large amounts as silicon sludge. In this silicon sludge separation / recovery step (S210), the solid component and the liquid component are separated / recovered by, for example, a filter press. The solid component of the separated silicon sludge is recovered as powdered silicon sludge. This powdery silicon sludge contains an organic carbon component as a residual coolant component, graphite as a material of a beam material, and inorganic carbon components as residues such as abrasive grains of a diamond wire saw. The organic / inorganic carbon component contained is about 7 at% of the entire powdery silicon sludge. The moisture content of the powdered silicon sludge is about 50% to 60% of the whole.
回収した粉状のシリコンスラッジを被処理物として本実施の形態に係るマイクロ波加熱装置に導入して、数分から数十分程度の加熱処理を行うことで炭素・水除去工程(S220)を実施する。この工程でシリコンの酸化を抑制しながら炭素成分と水分とを除去することで、純度が高く熱ダメージの低いリサイクル用シリコンを得られる。 The collected powdery silicon sludge is introduced into the microwave heating apparatus according to this embodiment as an object to be processed, and the carbon / water removal step (S220) is performed by performing heat treatment for several minutes to several tens of minutes. To do. By removing the carbon component and moisture while suppressing oxidation of silicon in this step, it is possible to obtain silicon for recycling with high purity and low thermal damage.
ここで、本実施の形態に係るマイクロ波加熱装置100の詳細について図2を用いて説明する。
Here, the detail of the
マイクロ波加熱装置100は、マイクロ波発生器300、チューナ310、導波管320、金属チャンバ330、被処理物(シリコンスラッジ360)を保持するためのドラム350、ドラム350の回転装置である回転機構340、シリコンスラッジ360を攪拌するための攪拌フィン370、ドラム350を冷却する水冷管390を有する冷却装置380を備える。さらに、マイクロ波加熱装置100は、金属チャンバ330に空気またはガスを取入れる吸気口400と、排気する排気口410、温度を計測する温度計420を備える。
The
金属チャンバ330は、被処理物を攪拌しやすいように、中心軸を水平方向から30°傾斜させて設置されている。金属チャンバ330の内部には、回転機構340により紙面奥行き方向に回転する耐熱性の金属で作製されたドラム350が設置されている。
The
マイクロ波発生器300で発生したマイクロ波は、導波管320を通ってドラム350内に保持されるシリコンスラッジ360に照射される。ここでは、マイクロ波照射装置の一例として、マイクロ波発生器300、チューナ310、導波管320を合わせた装置を挙げる。
The microwave generated by the
金属チャンバ330の下面には、大気から空気を導入する吸気口400が設けられている。金属チャンバ330の上面には、シリコンスラッジ360を加熱した際に発生する水蒸気や炭素が燃焼したときに発生するガスを排出する排気口410が設けられている。吸気口400と排気口410とにより、吸気量、排出量の流量調整が可能となっている。
An
ここで、ドラム350の詳細について説明する。図3(a)は、ドラム350を横から見た断面模式図、(b)はドラム350の開口を拡大した模式図である。ドラム350の内側面には、ドラム350の回転軸と平行に攪拌フィン370が設置され、ドラム350を回転させることで被処理物を攪拌できる構造になっている。攪拌フィン370は、耐熱性を有する金属で構成され、一例としてステンレスの板が挙げられる。ここでは、攪拌フィン370の深さ(奥行き)は、ドラム350の深さの約3/4倍、攪拌フィン370の高さ(ドラム350の内側面からの高さ)は、ドラム350の直径の約1/8倍とし、ドラム350の内側面に十字方向に位置するように4枚設置した状態を示す。この配置は、被処理物にマイクロ波が照射されない影の部分を小さくできるため、均一な処理を行うのに有用である。金属製の攪拌フィン370はマイクロ波を遮断し、影の部分を発生させやすいことから、上記のような配置として影の部分をできるだけ小さくしている。
Here, details of the
この攪拌フィン370により、被処理物を効率良く攪拌でき、粒径の異なる粉状物が被処理物であっても、ドラム350の回転方向(図の奥行き方向)だけでなく、開口と奥方向(図の左右方向)にも攪拌できる。
The stirring
なお、攪拌フィン370は、石英のような耐熱性を有しつつマイクロ波を透過する材料で構成するのが望ましい。マイクロ波を透過する材料で攪拌フィン370を構成すると、被処理物にマイクロ波が照射されない影の部分ができずに、処理効率が向上するからである。
The stirring
また、ドラム350の内側壁や攪拌フィン370の内側には、金属で覆われた水冷管390(水冷機構)が設けられている。すなわち、冷却装置380(図2)は、攪拌フィン370を冷却液で冷却する水冷機構を有する。水冷管390中に冷却液を流すことで、ドラム350の内側や攪拌フィン370を冷やすことができる。これにより、最も温度が高くなるドラム350の中央付近を効果的に冷やすことができ、被処理物の冷却効率が上がる。さらに、攪拌フィン370は、被処理物と接触する機会が多いため、被処理物をより効率よく冷却できる。なお、冷却液として、水や油脂等を適用できる。
A water cooling tube 390 (water cooling mechanism) covered with metal is provided on the inner wall of the
本実施の形態において、図2のシリコンスラッジ360のマイクロ波加熱時の異常放電、部分加熱の抑制ため、解砕器にてシリコンスラッジ360を5mm以下の粒状物に加工にしている。このシリコンスラッジ360をドラム350に数kg導入し、回転機構340によりドラム350を3〜20rpmで回転させる。
In the present embodiment, the
マイクロ波加熱装置100には、制御部430が備えられている。制御部430はコンピュータである。制御部430は、回転機構340の駆動制御を行う。さらに、制御部430は、マイクロ波照射時にもドラム350を冷却するように冷却装置380を制御する。そして、制御部430は、マイクロ波発生器300、(放射)温度計420とも接続されており、処理中のシリコンスラッジ360の表面温度が600℃以下になるように冷却装置380とマイクロ波発生器300とを制御している。シリコンスラッジ360の表面温度は、温度計420で測定される。この表面温度は、マイクロ波加熱によってシリコンスラッジ360が最も昇温する部分(中心部分)の温度とは異なる。最も昇温する部分の温度が900℃程度に上昇すると、シリコンの酸化反応が進行し、シリコンリサイクルには不適である。実験の結果、表面温度を600℃以下に保てば、シリコンスラッジ360中のシリコンの酸化を抑制できることを発明者らは見出している。
The
ここで、図1の炭素・水素除去工程(S220)について詳述する。 Here, the carbon / hydrogen removal step (S220) of FIG. 1 will be described in detail.
炭素・水素除去工程(S220)では、図2のドラム350の内部の冷却と同時に、例えば、3〜9kW程度のマイクロ波をシリコンスラッジ360に照射する。すると、シリコンスラッジ360中の有機・無機の炭素成分や水分がマイクロ波を吸収して加熱され、まずは、水蒸気が発生し、発生した水蒸気が排気口410から金属チャンバ330の外へ排出される。その後、更に高温になった有機・無機の炭素成分が蒸発または大気中の酸素と燃焼反応を起し、有機系ガスやCO2が発生する。発生した有機系ガスやCO2もまた、排気口410から排出される。こうして、マイクロ波を照射し続けることで、シリコンスラッジ360中の水分濃度、炭素濃度は低下する。マイクロ波の照射を数分間行うことにより、シリコンスラッジ360中の水分濃度を例えば1.5%以下、炭素濃度を例えば0.1at%程度まで低下させることができる。
In the carbon / hydrogen removal step (S220), the
本来、シリコンの粉はマイクロ波を吸収しにくい材料であるため、マイクロ波により直接加熱されにくいが、高温になった炭素からの熱伝導により、シリコンの温度上昇が懸念される。シリコンに熱が加わると、変質(酸化による酸素濃度上昇)やダメージが蓄積され、リサイクル用シリコンの品質が低下する場合がある。そこで、本実施の形態では、シリコンの温度上昇を防ぐため、ドラム350の内側または攪拌フィン370を冷却しながら、シリコンスラッジ360中の水分・炭素を燃焼除去する。これにより、シリコンの温度上昇を抑制でき、シリコンの変質や熱ダメージを軽減することができる。
Originally, since silicon powder is a material that hardly absorbs microwaves, it is difficult to be directly heated by microwaves. However, there is a concern that the temperature of silicon may increase due to heat conduction from carbon at a high temperature. When heat is applied to silicon, alteration (increased oxygen concentration due to oxidation) and damage are accumulated, and the quality of the silicon for recycling may deteriorate. Therefore, in the present embodiment, moisture and carbon in the
なお、ドラム350の外側の熱伝導率が内側よりも低く構成されるのが望ましい。より詳細には、ドラム350の内側に耐熱性が高く熱伝導率の高い材料(たとえば、ステンレスなどの金属材料、または、熱伝導率が15W・m-1・K-1以上かつ500W・m-1・K-1以下の材料)、外側にマイクロ波を吸収しにくく熱伝導率の低い材料(たとえば、石英、ジリコニア、耐熱ボードなど)を用いた2重構造を採用するのが望ましい。特に、ドラム350の内側の熱伝導率は外側の2倍以上かつ100倍以下であることが望ましい。ドラム350内側と外側との熱伝導率の差を2倍以上にすることによりドラム350を取り囲む金属チャンバ330の温度上昇も抑えることができる。温度が上がると金属はマイクロ波を吸収しやすくなることがあるが、金属チャンバ330の温度上昇を抑えることで、金属チャンバ330に吸収されるマイクロ波のエネルギーを小さくできる。また、ドラム350の内側と外側とに別の材料を用いるため、その間(ドラム350の側面)に水冷管390を埋め込む加工も容易になり、ドラム350を容易に作製できる。冷却装置380をドラム350の側面に埋め込むことで、効率良く冷却を実施できる。
It is desirable that the outer side of the
また、マイクロ波加熱処理は、減圧下で実施しても良い。更に、酸素ガスと不活性ガス(窒素、アルゴンなど)の混合ガスや、水素ガスと不活性ガスの混合ガスなどを金属チャンバ330内に供給してもよい。これらにより、シリコンの酸化を抑制できる。
The microwave heat treatment may be performed under reduced pressure. Further, a mixed gas of oxygen gas and inert gas (such as nitrogen or argon) or a mixed gas of hydrogen gas and inert gas may be supplied into the
なお、本マイクロ波加熱装置は、サファイヤ基板、窒化ガリウム(GaN)基板、ガリウム砒素(GaAs)基板などの基板作製時に発生するスラッジにも適用可能である。これらのスラッジにも、マイクロ波を吸収しやすい材料と、マイクロ波を吸収しにくい材料とが含まれ、マイクロ波を吸収しにくい材料に熱ダメージを与えないようにしながら、マイクロ波加熱処理を実行できる。 Note that this microwave heating apparatus can also be applied to sludge generated when a substrate such as a sapphire substrate, a gallium nitride (GaN) substrate, or a gallium arsenide (GaAs) substrate is manufactured. These sludges also contain materials that easily absorb microwaves and materials that do not absorb microwaves easily. Microwave heat treatment is performed while preventing thermal damage to materials that do not absorb microwaves. it can.
なお、マイクロ波を吸収しやすい材料(第1物質)とは、極性物質、誘電体損失角(Tan δ)が0.01以上の物質、または導電率が10-2以上104以下である物質のいずれかの物質を示す。また、マイクロ波を吸収しにくい材料(第2物質)とは、極性物質、誘電体損失角Tan δが0.01以上の物質、または導電率が10-2以上104以下の物質のいずれとも異なる物質を示す。上記のいずれかの第1物質と、第2物質との両方を含む被処理物が、本実施の形態に係るマイクロ波加熱装置100で処理するのに好適である。この場合、第2物質に熱ダメージを与えることなく第1物質を加熱できる。
Note that the material (first substance) that easily absorbs microwaves is a polar substance, a substance having a dielectric loss angle (Tan δ) of 0.01 or more, or a substance having a conductivity of 10 −2 or more and 10 4 or less. Any of the substances is shown. In addition, the material that hardly absorbs microwaves (second substance) is any of a polar substance, a substance having a dielectric loss angle Tan δ of 0.01 or more, or a substance having a conductivity of 10 −2 or more and 10 4 or less. Indicates different substances. An object to be processed including both the first substance and the second substance described above is suitable for treatment by the
ここで、本実施の形態の他の例に係るマイクロ波加熱装置101について図4を用いて説明する。図4において、図2と同じ構成要素は同じ符号を用い、説明は省略する。図2との違いは、冷却装置380が、ドラム350に冷却気体を噴射する空冷機構391を有する点である。空冷機構391は、冷却した冷却気体を吸気口400から導入し、ドラム350の外側面にあてることで、マイクロ波照射中のドラム350を冷却する構造になっている。なお、図2で説明した冷却液でドラム350を冷却する機構である水冷管390を水冷機構と記載する場合がある。冷却気体には、空気、不活性ガス、炭素の燃焼を促進する酸素ガス、又はこれらの混合気体を用いる。
Here, a
水冷機構は冷却効率が高く、温度制御も詳細に制御が可能なため、加熱したい材料を高温(600℃以上)にする場合や材料の温度を極力上げたくない場合などに採用するのが好適である。しかし、水冷機構をドラム350に設けるには、構造が複雑化するため製造コストが高くなる。一方で、空冷機構391は、水冷機構と比べて冷却効率が下がるが、ドラム350の構造を簡易にすることができ、製造コストも低く抑える事ができる。そのため、空冷機構391は、物質を600℃以下の比較的低温で処理したい場合に好適である。
Since the water cooling mechanism has high cooling efficiency and temperature control is possible in detail, it is preferable to use it when the material to be heated has a high temperature (600 ° C or higher) or when it is not desired to raise the temperature of the material as much as possible. is there. However, if the water cooling mechanism is provided in the
ただし、水冷機構を空冷機構391とあわせて配置するのが好ましい。すなわち、冷却装置380は、水冷機構(水冷管390)に加えて更に空冷機構391を有するのが望ましい。これにより、冷却効率を高めることができるため、マイクロ波を吸収しにくい材料の温度上昇を極力抑えることができる。また、金属チャンバ330全体の温度も下げることができるため、金属チャンバ330に吸収されるマイクロ波も少なくでき、効率良く被処理物を加熱できる。
However, it is preferable to arrange the water cooling mechanism together with the
さらに、冷却装置380に備わる2系統(水冷機構と空冷機構391)の冷却機構を制御部430で制御することによって、急冷却を実現できる。具体的には、マイクロ波発生器300からのマイクロ波をシリコンスラッジ360に照射させると同時に水冷機構または空冷機構391のいずれかに冷却を行わせる。この場合、シリコンスラッジ360の表面温度が600℃以下になるように、制御部430は、マイクロ波発生器300または冷却装置380を制御する。シリコンスラッジ360中の水分が蒸発しきるまでの間は、水分の蒸発に熱が奪われるため、シリコンスラッジ360の温度上昇はほとんどなく、600℃以下で保持するのは容易い。しかし、水分が蒸発しきった段階でシリコンスラッジ360の温度は急激に上昇する。この時に、水冷機構または空冷機構391の1系統のみの冷却では、急激な温度上昇に対処できず、シリコンスラッジ360中の温度上昇させてしまう危険性がある。そのため、シリコンスラッジ360の温度が急激に上昇すると同時に、水冷機構と空冷機構391とを併用することで急冷却を実施するように制御する。両者を併用して急冷却を行うことで、急激な温度変化が発生した場合でも被処理物の温度を所望の温度に維持することができる。この場合、制御部430は、ドラム350内の温度(シリコンスラッジ360の温度)が予め設定した温度になったときに水冷機構(水冷管390)と空冷機構391の両方に冷却を行わせる。予め設定した温度とは被処理物がシリコンスラッジの場合は例えば500度であり、制御部430に予め記憶されている。
Furthermore, rapid cooling can be realized by controlling the cooling mechanism of the two systems (water cooling mechanism and air cooling mechanism 391) provided in the
本発明は、太陽電池や半導体等の材料リサイクル工程や、機能性材料や高分子材料の合成等、様々な工業分野における熱処理工程での利用が可能である。 The present invention can be used in heat treatment processes in various industrial fields, such as a material recycling process for solar cells and semiconductors, and a synthesis of functional materials and polymer materials.
100、101 マイクロ波加熱装置
300 マイクロ波発生器
310 チューナ
320 導波管
330 金属チャンバ
340 回転機構
350 ドラム
360 シリコンスラッジ
370 攪拌フィン
380 冷却装置
390 水冷管
391 空冷機構
400 吸気口
410 排気口
420 温度計
430 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,101
Claims (14)
前記ドラム内にマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、
前記ドラムを回転させる回転装置と、
前記ドラム内に設けられた攪拌フィンと、
前記ドラムを冷却する冷却装置と、
を備え、
前記被処理物は、第1物質と第2物質とを含み、
前記第1物質は、極性物質、誘電体損失角Tan δが0.01以上の物質、または導電率が10 −2 以上10 4 以下の物質のいずれかであり、
前記第2物質は、極性物質、誘電体損失角Tan δが0.01以上の物質、または導電率が10 −2 以上10 4 以下の物質のいずれとも異なることを特徴とするマイクロ波加熱装置。 A drum for holding the workpiece;
A microwave irradiation device for irradiating the drum with microwaves;
A rotating device for rotating the drum;
Stirring fins provided in the drum;
A cooling device for cooling the drum;
Equipped with a,
The object to be processed includes a first substance and a second substance,
The first material is any one of a polar material, a material having a dielectric loss angle Tan δ of 0.01 or more, or a material having a conductivity of 10 −2 to 10 4 .
The second material is a polar material, the microwave heating apparatus in which the dielectric loss angle Tan [delta] 0.01 or more substances or conductivity, is characterized Rukoto different both either 10 -2 to 10 4 following materials .
請求項2に記載のマイクロ波加熱装置。 The microwave heating apparatus according to claim 2, wherein the water cooling mechanism is embedded in a side surface of the drum.
前記マイクロ波照射装置にマイクロ波を照射させると同時に前記水冷機構又は前記空冷機構のいずれかに冷却を行わせ、前記ドラム内の温度が予め設定した温度になったときに前記水冷機構と前記空冷機構の両方に冷却を行わせる制御部と、を備える請求項5に記載のマイクロ波加熱装置。 A thermometer for measuring the temperature in the drum;
The microwave irradiation device is irradiated with microwaves, and at the same time, either the water cooling mechanism or the air cooling mechanism is cooled, and the water cooling mechanism and the air cooling are performed when the temperature in the drum reaches a preset temperature. The microwave heating device according to claim 5 provided with a control part which makes both mechanisms cool.
請求項1〜8のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置。 The microwave heating apparatus according to claim 1, wherein the stirring fin is made of a material that transmits microwaves.
マイクロ波の照射と同時に前記ドラムを冷却するに際し、
前記被処理物は、第1物質と第2物質とを含み、
前記第1物質は、極性物質、誘電体損失角Tan δが0.01以上の物質、または導電率が10 −2 以上10 4 以下の物質のいずれかであり、
前記第2物質は、極性物質、誘電体損失角Tan δが0.01以上の物質、または導電率が10 −2 以上10 4 以下の物質のいずれとも異なることを特徴とするマイクロ波加熱方法。 A microwave heating method for heating a workpiece by irradiating the workpiece to be stirred in a drum with microwaves,
When cooling the drum simultaneously with microwave irradiation ,
The object to be processed includes a first substance and a second substance,
The first material is any one of a polar material, a material having a dielectric loss angle Tan δ of 0.01 or more, or a material having a conductivity of 10 −2 to 10 4 .
The second material is a polar material, microwave heating method in which the dielectric loss angle Tan [delta] is characterized also differ with any 0.01 or more substances or conductivity, of 10 -2 to 10 4 following materials.
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