JP7233653B2 - マイクロ波乾燥装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱乾燥処理の対象となる粉体等をマイクロ波によって加熱乾燥させるマイクロ波乾燥装置に係る。

燃料電池または二次電池などに用いられる活物質として、金属酸化物などの粉体を加熱乾燥処理したものが一般的に利用される。当該粉体に対して加熱による乾燥処理を連続的に行う構成として、加熱対象である粉体をベルトコンベア上に載置させ、粉体が乾燥処理装置内を通過するように搬送を行う装置が用いられる。

従来、加熱対象を加熱する方法としては、ヒータ加熱、ガス加熱、および赤外線加熱などを例とする外部加熱の他、マイクロ波による加熱を例とする内部加熱が挙げられる（例えば、特許文献１ないし３）。

特開平８－１９５２７９号公報 特開平１０－１１２３８５号公報 特開平１０－１１２３８７号公報

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。

活物質として用いられる粉体は、高い乾燥品質が求められる。すなわち、粉体を構成する粒子と粒子との間に存在する水分のみならず、当該粒子の内部に存在する結晶水をも除去する必要がある。具体的に、水分のみならず結晶水をも高精度に除去するためには、粉体を３００℃程度に加熱する必要がある。その一方で、加熱温度が３００℃を超えると粉体は活物質としての機能を失う。従って、高い乾燥品質を実現するには粉体を３００℃以下かつ３００℃に近い温度で均一に加熱する必要がある。また近年では、大量の活物質粉体を迅速に乾燥処理すべく、高い乾燥処理効率も求められている。

従来の乾燥装置では、活物質の粉体に対して要求される乾燥品質および乾燥処理効率を実現することが困難である。すなわち、外部加熱による乾燥を行う場合、粉体粒子間に存在する空気によって熱伝導が阻害されるので、粉体粒子の内部まで十分に加熱されるには時間がかかる。その結果、粉体の加熱効率が低下するので、結晶水を含めて除去できる程度の高い乾燥品質を実現させるためには長い時間を要する。

また、加熱に要する時間を短縮すべく外部加熱装置が付与する熱エネルギーを大きく上昇させると、外部加熱装置による加熱温度がベルトコンベアの耐熱性を上回るという新たな問題が懸念される。よって、外部加熱を行う従来装置では加熱乾燥処理の処理効率を向上させることが困難である。

一方、マイクロ波による内部加熱を行う場合、マイクロ波のエネルギーによって粉体ベルトコンベア上において粉体が搬送される位置によって加熱ムラが発生する。よって、マイクロ波加熱を行う従来装置では粉体を均一に加熱することが困難であるので、要求される乾燥品質の精度を実現することが困難であるという問題が懸念される。

特に、上記の各特許文献に係るマイクロ波装置は、装置の構成上、対象の加熱温度は１００℃程度に限定されており、粒子内の結晶水を含めて加熱除去することを想定した構成とはなっていない。従って、活物質粉体を十分に乾燥できるような加熱温度を実現することすら困難である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、被加熱物を迅速かつ均一に加熱乾燥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。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、本発明に係るマイクロ波乾燥装置は、被加熱物を所定経路に沿って搬送させる搬送手段と、前記所定経路上において前記搬送手段と交差するように配設されており、前記被加熱物をマイクロ波によって加熱させる乾燥炉と、前記乾燥炉の一端側に配設されており、前記乾燥炉の一端側から他端側へ前記マイクロ波を照射するマイクロ波発振器と、前記乾燥炉の他端側に配設される無反射終端器と、前記乾燥炉を通過した前記被加熱物を回収する回収器と、粉体である前記被加熱物を、厚みが所定値であるシート状に成型させる成型手段と、を備え、前記乾燥炉は、ＴＥ１０モードの前記マイクロ波を前記一端側から前記他端側へ伝送するように構成された導波管を備え、前記搬送手段は、前記成型手段によって成型された前記被加熱物を前記所定経路に沿って搬送させ、前記所定値は、前記マイクロ波の前記ＴＥ１０モードを安定に維持できる程度に小さい値となるように予め定められるものである。

当該構成において、乾燥炉は被加熱物の搬送経路と交差するように配設されており、乾燥炉の一端側にはマイクロ波発振器が配設され、乾燥炉の他端側には無反射終端器が配設される。そのため、マイクロ波発振器から発生されたマイクロ波は被加熱物を加熱しつつ、乾燥炉の一端側から他端側へと伝送され、当該他端側において反射されることなく吸収される。すなわち乾燥炉の内部においてマイクロ波は進行波となり振幅が一定となる。従って、マイクロ波の伝送方向すなわち被加熱物の搬送方向と交差する方向について、被加熱物に対する加熱効率を均一化できる。

さらに、乾燥炉は、ＴＥ１０モードのマイクロ波を一端側から他端側へ伝送するように構成された導波管を備える。マイクロ波をＴＥ１０モードに維持することにより、マイクロ波の電界強度は被加熱物の搬送方向について一定となる。従って、被加熱物の搬送方向についても被加熱物に対する加熱効率を均一化できるので、マイクロ波乾燥装置において加熱ムラが発生することをより確実に回避できる。

また、上述した発明において、前記無反射終端器の代わりに可動式短絡板を備え、前記被加熱物に対して前記マイクロ波を照射する際に、前記可動式短絡板を前記マイクロ波の照射方向に沿って往復移動させる短絡板駆動手段をさらに備えることが好ましい。

［作用・効果］本発明に係るマイクロ波乾燥装置によれば、無反射終端器の代わりに可動式短絡板を乾燥炉の他端側に備え、可動式短絡板をマイクロ波の照射方向に沿って往復移動させながら被加熱物にマイクロ波を照射する。この場合、可動式短絡板の往復移動によってマイクロ波の伝送距離が周期的に変化するので、マイクロ波の進行波と反射波との干渉によって形成される定在波の位相パターンも周期的に変化する。

すなわち、マイクロ波の伝送方向について、マイクロ波の加熱効率が高い領域と低い領域とがそれぞれ周期的に変化する。従って、マイクロ波の伝送方向における位置に関係なく、単位時間あたりにおいて加熱効率が高い時間と加熱効率が低い時間とを均等に発生させることができるので、マイクロ波の伝送方向における被加熱物の加熱効率を均一化できる。

また、上述した発明において、前記被加熱物は粉体であり、前記粉体をシート状に成型させる成型手段を備え、前記搬送手段は、前記成型手段によって成型された前記被加熱物を前記所定経路に沿って搬送させることが好ましい。

［作用・効果］本発明に係るマイクロ波乾燥装置によれば、粉体である被加熱物をシート状に成型させた状態で搬送し、マイクロ波による加熱を行う。この場合、マイクロ波の波形（伝送モード）が被加熱物の厚みによって不安定化することを防止できる。そのため多量または大型の被加熱物であっても、シート状に成型することによってムラなく加熱できる。

また、上述した発明において、前記乾燥炉は前記搬送手段の所定経路に沿って複数並列配列されていることが好ましい。

［作用・効果］本発明に係るマイクロ波乾燥装置によれば、乾燥炉を搬送手段の所定経路に沿って複数設けることにより、一の乾燥炉におけるマイクロ波発振器から照射されるマイクロ波の強度と、他の乾燥炉におけるマイクロ波発振器から照射されるマイクロ波の強度とを独立制御できる。そのため、被加熱物を所定の温度に精度良く加熱できる。

また、上述した発明において、複数の前記乾燥炉のうち少なくとも１つは前記マイクロ波発振器が前記所定経路の一方の側面に設けられており、前記乾燥炉のうち少なくとも１つは前記マイクロ波発振器が前記所定経路の他方の側面に設けられていることが好ましい。

［作用・効果］本発明に係るマイクロ波乾燥装置によれば、複数の前記乾燥炉のうち少なくとも１つは所定経路の一方の側面から他方の側面へマイクロ波を照射するものであり、さらに少なくとも１つの乾燥炉は所定経路の他方の側面から一方の側面へマイクロ波を照射するものである。

マイクロ波を被加熱物の搬送方向と交差する方向に照射する場合、マイクロ波が被加熱物に吸収されて減衰することに起因して、マイクロ波発振器に近い側を搬送される被加熱物の方がマイクロ波発振器から遠い側を搬送される被加熱物より加熱効率が高くなる。そこで、複数の乾燥炉についてマイクロ波の照射方向を同じとせず、マイクロ波の照射方向を異ならせることにより、マイクロ波が被加熱物に吸収されて減衰することに起因する加熱効率の影響がより均一化される。従って、被加熱物に吸収されることによるマイクロ波の減衰効果に起因する加熱ムラを防止できる。

本発明に係るマイクロ波乾燥装置によれば、無反射終端器または可動式短絡板によってマイクロ波の伝送方向すなわち被加熱物の搬送方向と交差する方向について、被加熱物に対する加熱効率を均一化できる。また、ＴＥ１０モードのマイクロ波を一端側から他端側へ伝送するように構成された導波管を備えることにより、マイクロ波の電界強度は被加熱物の搬送方向について一定となる。従って、被加熱物の搬送方向についても被加熱物に対する加熱効率を均一化できるので、マイクロ波乾燥装置において加熱ムラが発生することをより確実に回避できる。

実施例１に係るマイクロ波乾燥装置の全体構成を説明する斜視図である。 実施例１に係るマイクロ波乾燥装置の構成を説明する平面図である。 実施例１に係るマイクロ波乾燥装置の構成を説明する縦断面図である。 従来例に係る構成の問題点を説明する図である。（ａ）は定在波であるマイクロ波の位相パターンを示す縦断面図であり、（ｂ）は加熱効率の高低が発生する領域を示す平面図である。 実施例１に係る構成の効果を説明する図である。（ａ）は進行波であるマイクロ波の位相パターンを示す縦断面図であり、（ｂ）はマイクロ波乾燥装置の平面図である。 ＴＥ１０モードのマイクロ波について、電界強度が高い領域を示す縦断面図である。 ＴＥ２０モードのマイクロ波について、電界強度が高い領域を示す縦断面図である。 実施例２に係るマイクロ波乾燥装置の構成を説明する平面図である。 実施例２において、可動式短絡板が位置Ｐ１に移動している状態を示す図である。（ａ）はマイクロ波の位相パターンを示す縦断面図であり、（ｂ）はマイクロ波乾燥装置の平面図である。 実施例２において、可動式短絡板が位置Ｐ２に移動している状態を示す図である。（ａ）はマイクロ波の位相パターンを示す縦断面図であり、（ｂ）はマイクロ波乾燥装置の平面図である。 変形例に係るマイクロ波乾燥装置の構成を説明する平面図である。 変形例に係るマイクロ波乾燥装置の構成を説明する平面図である。 変形例に係るマイクロ波乾燥装置の構成を説明する平面図である。 変形例に係るマイクロ波乾燥装置の効果を説明する概略平面図である。

以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。図１は実施例１に係るマイクロ波乾燥装置１の斜視図であり、図２は実施例１に係るマイクロ波乾燥装置１の平面図である。図３は実施例１に係るマイクロ波乾燥装置１のＡ－Ａ断面図である。

＜全体構成の説明＞
実施例１に係るマイクロ波乾燥装置１は図１に示すように、ベルトコンベア３と、成型器５と、乾燥炉７と、回収器９と、放射温度計１１とを備えている。

ベルトコンベア３は、加熱乾燥処理の対象である粉体Ｐｗを所定の経路に沿って搬送する。ベルトコンベア３は、図示しないコンベア駆動機構を備えており、当該コンベア駆動機構によって、符号Ｃで示される方向へ駆動する。ベルトコンベア３が符号Ｃで示される方向へ駆動することにより、ベルトコンベア３の上に載置された粉体Ｐｗは符号Ｌで示される方向へと搬送される。粉体Ｐｗの搬送方向Ｌは、ベルトコンベア３の長手方向に相当するｘ方向と平行である。粉体Ｐｗは本発明における被加熱物に相当し、ベルトコンベア３は本発明における搬送手段に相当する。

ベルトコンベア３の幅の大きさ（ｘ方向の長さ）は適宜変更できるが、好ましい値の一例として１００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下が挙げられる。また、ベルトコンベア３の搬送速度の好ましい例としては、０．０１ｍ／分以上１０ｍ／分以下が挙げられる。

本実施例において、「上流」および「下流」とは粉体Ｐｗの搬送方向Ｌに沿うものとして定義される。すなわち「上流」とは粉体Ｐｗの搬送方向Ｌにおいて、成型器５に近い側を意味するものとする。また、ベルトコンベア３の幅方向ｙに沿うものとして「手前側」および「奥側」を定義する。すなわち「手前側」とは図１においてベルトコンベア３を基準として後述するマイクロ波発振装置１３に近い側を意味するものとする。

ベルトコンベア３は、粉体Ｐｗの搬送を可能とする物性強度と、３００℃以上の耐熱温度とを備える素材で構成される。また、ベルトコンベア３は、マイクロ波によって加熱されにくい素材、すなわち非電導性を有し誘電損率が低い素材で構成されることが好ましい。ベルトコンベア３を構成する素材の好ましい例として、セラミックシートなどが挙げられる。また、上記の条件をより好適に満たすという点において、ベルトコンベア３はガラスシートで構成されることが特に好ましい。ベルトコンベア３を構成するガラスシートの厚みは、一例として０．１ｍｍ程度である。

成型器５はベルトコンベア３の上面に載置されており、粉体Ｐｗをシート状に成型するとともに、当該シート状に成型された粉体Ｐｗをベルトコンベア３に載置させる。成型器５は、投入口５ａと排出口５ｂとを備えている。投入口５ａは成型器５の上部に設けられており、粉体Ｐｗは投入口５ａを介して成型器５の内部へ投入される。

排出口５ｂは成型器５の側面下部に設けられている。シート状に成型された粉体Ｐｗは、排出口５ｂから排出されてベルトコンベア３の上に載置される。成型器５の内部には図示しないプレス機構が配備されている。プレス機構はｙ方向に延びるプレート状の構造を有しており、成型器５の内部へ投入された粉体Ｐｗを上方から押圧することによって、粉体Ｐｗは所定の厚みを有するシート状に成型される。

成型器５は、粉体Ｐｗの厚みｄがより小さくなるように、粉体Ｐｗをシート状に成型することが好ましい。粉体Ｐｗの厚みｄを小さくすることにより、後述する乾燥炉７の内部において、マイクロ波のＴＥ１０モードをより安定に維持できる。好ましい粉体Ｐｗの厚みｄは、一例として５ｍｍ以下である。

乾燥炉７はマイクロ波で粉体Ｐｗを加熱することにより、粉体Ｐｗを乾燥させる。乾燥炉７は、成型器５の下流側において、ベルトコンベア３による粉体Ｐｗの搬送経路と交差するように配設されている。マイクロ波による加熱乾燥効率を向上させるという点において、乾燥炉７はベルトコンベア３と直交する方向（ｙ方向）へ延びるように配設されることが好ましい。ｙ方向は、ベルトコンベア３の幅方向、およびシート状に成型された粉体Ｐｗの幅方向に相当する。

回収器９は、乾燥炉７の下流に設けられており、乾燥炉７において乾燥された粉体Ｐｗを回収する。放射温度計１１は、ベルトコンベア３の上で搬送されている粉体Ｐｗの温度を随時測定する。放射温度計１１の測定温度に基づいて、粉体Ｐｗが所望の温度に加熱されているか否かを判定できる。

乾燥炉７は図１ないし図３に示すように、マイクロ波発振装置１３と、アイソレータ１５と、インピーダンス整合器１７と、導波管１９と、無反射終端器２１とを備えている。乾燥炉７の一端側には、マイクロ波発振装置１３、アイソレータ１５、およびインピーダンス整合器１７が上述の順序で乾燥炉７の一端から他端に向かって並列配置されている。乾燥炉７の他端側には無反射終端器２１が配設されている。マイクロ波発振装置１３と無反射終端器２１とは、ｙ方向に延びる導波管１９を介して接続されている。

図２に示すように、マイクロ波発振装置１３の内部にはマイクロ波発振器２３が設けられている。マイクロ波発振器２３は、所定の周波数のマイクロ波Ｒを導波管１９に供給する。マイクロ波発振器２３から供給されたマイクロ波Ｒは導波管１９によって伝送され、乾燥炉７の一端側から他端側へ向けて照射される。

本実施例において、マイクロ波Ｒの周波数は２．４５ＧＨｚであるものとする。また、マイクロ波Ｒの発振に用いられる電力は６ｋＷであるものとする。マイクロ波Ｒに係る当該周波数および電力は一例であって、適宜変更して良い。

アイソレータ１５は、導波管１９の内部で発生する反射波の影響を抑制することによってマイクロ波発振器２３を保護する。インピーダンス整合器１７は、マイクロ波発振器２３側と負荷側とのインピーダンスを調整する。インピーダンス整合器１７として、例えばスリースタブチューナまたはＥ－Ｈチューナなどが用いられる。

導波管１９は、ベルトコンベア３と交差するように配設されている角形導波管であり、図３に示すように縦断面は矩形となっている。導波管１９の延びる方向は、ｙ方向すなわちベルトコンベア３の幅方向と平行になるよう構成されている。導波管１９は、マイクロ波発振器２３によって出力されたマイクロ波を、導波管１９の一端側から導波管１９の他端側へと伝送する。

導波管１９の内部の寸法は、導波管１９を伝送されるマイクロ波ＲがＴＥ１０モード（シングルモード）を維持できるような大きさとなるように定められる。マイクロ波Ｒの周波数が２．４５ＧＨｚである場合、ｘ方向（粉体Ｐｗの搬送方向）における導波管１９の内径の長さＦは４０ｍｍ以上５８ｍｍ以下であることが好ましい。長さＦが当該範囲である場合、より確実にマイクロ波ＲをＴＥ１０モードに維持できる。本実施例において、長さＦは５４．６ｍｍであるものとする。当該長さは、ＷＲＩ－２２（ＥＩＡＪ規格）に沿った寸法であるという点において、特に好ましい寸法である。

また、ｚ方向（粉体Ｐｗの厚み方向）における導波管１９の内径の長さＨは８０ｍｍ以上１１５ｍｍ以下であることが好ましい。長さＨが当該範囲である場合、より確実にマイクロ波ＲをＴＥ１０モードに維持できる。本実施例において、長さＨは１０９．２ｍｍであるものとする。当該長さも、ＷＲＩ－２２（ＥＩＡＪ規格）に沿った寸法であるという点において、特に好ましい寸法である。

導波管１９の両側の側面には、ｙ方向に延びるスリットＳＬが形成されている。粉体Ｐｗを搬送するベルトコンベア３は、スリットＳＬを経由して導波管１９の内部を通過する。
すなわちｙ方向およびｚ方向におけるスリットＳＬのサイズは、ベルトコンベア３の幅の大きさと粉体Ｐｗの厚みとに応じて適宜定められる。

また、導波管１９は支持部材２５と漏洩防止部２７とを備えている。支持部材２５は、導波管１９の両側の側面に設けられているｙ方向に延びる板状部材である。支持部材２５は、各々のスリットＳＬの上方において、導波管１９から外側に向けて突出している。

漏洩防止部２７はチョーク構造を有する部材であり、支持部材２５から垂下されるように配設されている。すなわち支持部材２５は、ｙ方向に並列する多数の漏洩防止部２７を懸垂支持する。スリットＳＬの外部近傍に、チョーク構造を備える多数の漏洩防止部２７をｙ方向に並列配置することにより、マイクロ波発振器２３から供給されたマイクロ波ＲがスリットＳＬから導波管１９の外側へ漏洩することを防止できる。

無反射終端器２１は導波管１９の他端に接続されており、マイクロ波の反射を抑制する。一例として、無反射終端器２１はマイクロ波を吸収するダミーロードであり、他端側へ伝送されたマイクロ波を吸収することにより、マイクロ波の反射を抑制する。すなわち、マイクロ波発振器２３によって発生し、導波管１９の一端から他端へと伝送されたマイクロ波Ｒは、反射することなく無反射終端器２１によって吸収される。

ここで、実施例１に係るマイクロ波乾燥装置１の動作の概要について説明する。まず、マイクロ波発振器２３によるマイクロ波Ｒの照射を開始するとともに、加熱対象である粉体Ｐｗを開口部５ａに投入する。粉体Ｐｗは、成型器５が備えるプレス機構に押圧されることによって薄いシート状の塊に成型され、排出口５ｂから排出される。シート状に成型された粉体Ｐｗはベルトコンベア３に載置され、搬送方向Ｌに沿って乾燥炉７へ向けて搬送される。

ベルトコンベア３によって搬送されることにより、粉体ＰｗはスリットＳＬを介して導波管１９の内部を通過する。乾燥炉７が備える導波管１９の内部を通過する際に、マイクロ波発振器２３によって照射されたマイクロ波Ｒが、シート状に成型された粉体Ｐｗを加熱する。当該加熱によって、粉体Ｐｗに含まれる水分および結晶水が除去され、粉体Ｐｗが乾燥される。

マイクロ波Ｒの照射によって加熱乾燥された粉体Ｐｗは、下流側のスリットＳＬから導波管１９の外部へと搬出され、さらに搬送方向Ｌに沿って下流へと搬送される。そして粉体Ｐｗはベルトコンベア３の終端部Ｋまで搬送され、ベルトコンベア３の終端部Ｋから離れて回収器９の中へと落下する。このように、ベルトコンベア３を用いた連続搬送と、ベルトコンベア３の搬送経路上に配設された乾燥炉７とによって、粉体Ｐｗに対する加熱乾燥処理が連続的に行われる。

＜実施例１の構成による効果＞
ここで、実施例１に係るマイクロ波乾燥装置１の構成による効果について説明する。第１に、実施例１では乾燥炉７が備える導波管１９の一端側にマイクロ波発振器２３が配設されるとともに、導波管１９の他端側に無反射終端器２１が配設される。そのため、マイクロ波発振器２３によって発生したマイクロ波は、導波管１９の一端側から他端側へ進行波として伝送された後、他端側に接続されている無反射終端器２１に吸収される。

従来の装置では、導波管１９の一端側から他端側へと進行したマイクロ波が、他端側（終端部Ｑ）において反射される。そのため、一端側から他端側へ向かう進行波と他端側から一端側へと向かう反射波とが干渉することによって、マイクロ波Ｒの定在波が導波管の内部に発生する。以下、定在波となったマイクロ波Ｒを「定在マイクロ波Ｒｓ」と呼称して説明する。

図４（ａ）は、導波管１９の内部において定在マイクロ波Ｒｓが発生する場合における、当該マイクロ波の波形を示す縦断面図であり、図４（ｂ）は定在マイクロ波Ｒｓが発生した場合における平面図である。なお、符号λｇは、マイクロ波Ｒの管内波長（導波管１９の内部におけるマイクロ波の波長）を示すものとする。そして定在マイクロ波Ｒｓが振動する範囲を、振動範囲Ｓｐとして網点を付して示している。

定在マイクロ波Ｒｓが発生すると、導波管１９が延びる方向であるｙ方向について、定在マイクロ波Ｒｓの振幅Ｊが最大となる部分（腹部ｔ１）と振幅Ｊが最小となる部分（節部ｔ２）との位置が時間的に変わること無く、腹部における波の大きさが周期的に変化する。図４において、マイクロ波発振器２３からの距離がλｇ・（１／４）またはλｇ・（３／４）である位置などが腹部ｔ１となっており、マイクロ波発振器２３からの距離がλｇ・（１／２）またはλｇである位置などが節部ｔ２となっている。

腹部ｔ１では、定在マイクロ波Ｒｓの振幅が大きいので定在マイクロ波Ｒｓによる加熱効率が比較的大きくなる。一方、節部ｔ２では定在マイクロ波Ｒｓの振幅が小さいので定在マイクロ波Ｒｓによる加熱効率が比較的小さくなる。そして定在マイクロ波Ｒｓが伝送される方向（ｙ方向）において、定在マイクロ波Ｒｓの腹部ｔ１の位置および節部ｔ２の位置は時間が経過しても変化しない。そのため、ベルトコンベア３によって搬送される粉体Ｐｗのうち、腹部ｔ１に相当するラインＬ１に沿ってＬ方向へ搬送される粉体Ｐｗは乾燥効率が高い一方、節部ｔ２に相当するラインＬ２に沿ってＬ方向へ搬送される粉体Ｐｗは乾燥効率が低い。このように、従来の構成では少なくともマイクロ波Ｒｓが伝送される方向について加熱ムラが発生する。

これに対し、実施例１に係るマイクロ波乾燥装置１は導波管１９の終端部に無反射終端器２１を備えている。そのため、導波管１９の一端側から他端側へと伝送されるマイクロ波の進行波は、他端側において反射されることなく吸収される。よって、進行波と反射波とが干渉することが抑止されるので、導波管１９の内部に発生するマイクロ波Ｒは、導波管１９の終端部Ｑへ向かって進行する進行波となる。以下、進行波となったマイクロ波Ｒを「進行マイクロ波Ｒｈ」と呼称して説明する。

図５（ａ）は、導波管１９の内部において進行マイクロ波Ｒｈが発生する場合における当該マイクロ波の波形を示す縦断面図であり、図５（ｂ）は進行マイクロ波Ｒｈが発生した場合における平面図である。そして進行マイクロ波Ｒｈが振動する範囲を、振動範囲Ｓｐとして網点を付して示している。進行マイクロ波Ｒｈは光速で進行するため、マイクロ波Ｒを進行波とすることにより、進行マイクロ波Ｒｈが伝送される方向（ｙ方向）について、進行マイクロ波Ｒｈの振幅の大きさＪはどの位置においても一定となる。

従って、図４（ｂ）に示される従来構成と異なり、図５（ｂ）に示される実施例１の構成では、粉体Ｐｗが搬送されるラインの位置と無関係に、粉体Ｐｗの加熱効率が一定となる。すなわちラインＬ１に沿って搬送される粉体ＰｗとラインＬ２に沿って搬送される粉体Ｐｗとは、いずれも同じ効率で加熱乾燥される。その結果、マイクロ波Ｒによる内部加熱を行う場合において、粉体Ｐｗの幅方向における加熱ムラの発生を確実に防止できる。

第２に、実施例１に係るマイクロ波乾燥装置１では、導波管１９を伝送されるマイクロ波ＲがＴＥ１０モード（シングルモード）を維持できるように、導波管１９のサイズが定められる。図６は、導波管１９の内部を伝送されるマイクロ波ＲがＴＥ１０モードを維持する場合において、導波管１９の内部における電界強度を示す図である。当該図において、電界強度が大きい領域Ｍｇを右斜線で示している。

マイクロ波ＲがＴＥ１０モードを維持する場合、ｘ方向に延びる中心軸Ｇｘにおいて電界強度が最大となり、ｘ方向については電界強度が均一となる。従って、マイクロ波ＲがＴＥ１０モードを維持するように導波管１９を構成することによって、ｘ方向における粉体Ｐｗの加熱効率が均一となる。よって、ｘ方向における加熱ムラの発生を防止できる。

なお、電界強度は中心軸Ｇｘからｚ方向に所定距離以上離れると、中心軸Ｇｘからｚ方向に離れるにつれて電界強度が低下する。そのため、ｚ方向における粉体Ｐｗの厚みを所定値以下とすることにより、粉体Ｐｗの加熱効率を向上できる。また、粉体Ｐｗをシート状に成型させることにより、粉体Ｐｗの厚みによってマイクロ波ＲのＴＥ１０モードが不安定化することを防止できる。そのため多量または大型の被加熱物であっても、シート状に成型することによってムラなく加熱できる。

一方、従来の装置ではマイクロ波がＴＥ１０モードを確実に維持できるような構成を有していないので、ＴＥ１０モードが不安定になる。そのため従来装置では、マルチモードを例とするＴＥ１０モード以外のモードによるマイクロ波が、導波管１９の内部においてランダムのタイミングで発生する。図７は、マルチモードの一例としてＴＥ２０モードのマイクロ波が発生している場合における、導波管１９内部の電界強度を示す図である。

マイクロ波がマルチモードである場合、マイクロ波はｘ方向において複数のピークを有することとなる。そのため、ｘ方向における電界強度が不均一となる。具体的には図７に示すように、電界強度が強い領域Ｍｇは導波管の中心軸Ｇｘからｚ方向（上下方向）へ離れた領域に形成される。この場合、中心軸Ｇｘおよびその近傍領域では電界強度が低いので、中心軸Ｇｘの近傍領域を搬送される粉体Ｐｗの加熱効率が大きく低下する。言い換えると、マイクロ波ＲのＴＥ１０モードが失われる時点において、導波管１９の内部を通過する粉体Ｐｗに対する加熱効率が大きく低下する。

従来の構成において、マイクロ波ＲのＴＥ１０モードが失われるタイミング、およびＴＥ１０モードが失われた場合に表れるマイクロ波Ｒのモードの種類は、いずれも一定ではない。そのため、ＴＥ１０モードを安定に維持できない従来の構成では、導波管１９を通過するタイミングによって、粉体Ｐｗに対する加熱効率が大きく変化する。すなわちＴＥ１０モードが維持されているタイミングで導波管１９を通過する粉体Ｐｗと、ＴＥ１０モードが失われているタイミングで導波管１９を通過する粉体Ｐｗとではマイクロ波Ｒによる加熱効率が異なる。その結果、ｘ方向における粉体Ｐｗの加熱ムラがランダムに発生しうるので、粉体Ｐｗの全てを均一に加熱乾燥させることが困難となる。

このように、実施例１に係るマイクロ波乾燥装置１では、導波管１９の終端部に無反射終端器２１を配設することによってｙ方向における粉体Ｐｗの加熱ムラを防止する。さらに、マイクロ波がＴＥ１０モードを安定に維持するように導波管１９を構成することによって、ｘ方向における粉体Ｐｗの加熱ムラも防止する。その結果、大量の粉体Ｐｗを連続的にマイクロ波で加熱する場合であっても、粉体Ｐｗを均一に加熱できる。よって、マイクロ波乾燥装置による加熱乾燥処理の精度を大きく向上できる。

以下、図面を参照してこの発明の実施例２を説明する。図８に示すように、実施例２に係るマイクロ波乾燥装置１Ａは、無反射終端器２１の代わりに可動式短絡板３１を備えているという点において、実施例１に係るマイクロ波乾燥装置１の構成と相違する。すなわち、実施例２では可動式短絡板３１を導波管１９の終端部に設けることにより、マイクロ波Ｒで粉体Ｐｗを加熱乾燥する際に加熱ムラが発生することを防止する。

可動式短絡板３１は導波管１９の他端側に設けられており、伝送されたマイクロ波を短絡する。すなわち、マイクロ波発振器２３から発振されたマイクロ波Ｒは導波管１９を介して乾燥炉７の一端側から他端側へと伝送され、他端側に設けられている可動式短絡板３１に到達して短絡される。

可動式短絡板３１には短絡板駆動部３３が接続されている。短絡板駆動部３３は、可動式短絡板３１をマイクロ波Ｒの伝送方向に沿って往復移動させる。すなわち、短絡板駆動部の動作に従って、可動式短絡板３１は位置Ｐ１から位置Ｐ２の間をｙ方向に往復移動する。短絡板駆動部３３の一例として、回転に応じて可動式短絡板３１を駆動させるモータなどが挙げられる。

可動式短絡板３１の移動可能範囲Ｄｅの長さ、すなわち位置Ｐ１から位置Ｐ２までの距離は、マイクロ波Ｒの管内波長λｇの１／４以上であることが好ましい。実施例２では実施例１と同様にマイクロ波Ｒの周波数および導波管１９のサイズが定められる。そのため、マイクロ波Ｒの管内波長λｇは約１４８ｍｍである。従って、移動可能範囲Ｄｅは３７ｍｍ以上であることが好ましい。実施例２において、移動可能範囲Ｄｅは３７ｍｍであるものとする。

可動式短絡板３１が位置Ｐ１から位置Ｐ２まで往復移動する速度（往復移動速度Ｖｅ）は、粉体Ｐｗの搬送速度に応じて定められる。具体的には、ベルトコンベア３上を搬送される粉体Ｐｗが導波管１９を通過する間に、可動式短絡板３１が位置Ｐ１から位置Ｐ２までの距離を１往復以上移動することが好ましく、３往復以上することがより好ましい。実施例２ではベルトコンベア３による粉体Ｐｗの搬送速度が５ｍｍ／秒であるものとする。実施例２において、ｘ方向における導波管１９の内径の長さＦが５４．６ｍｍであり、移動可能範囲Ｄｅが３７ｍｍである。従って、粉体Ｐｗの搬送速度が５ｍｍ／秒である場合、可動式短絡板３１の往復移動速度Ｖｅは２０．３ｍｍ／秒以上であることがより好ましい。

ここで、実施例２において可動式短絡板３１を導波管１９の終端部に設ける効果について説明する。可動式短絡板３１が導波管１９の終端部に設けられている場合、導波管１９の一端側から他端側へ伝送されたマイクロ波は、可動式短絡板３１によって反射される。そのため、一端側から他端側へ向かう進行波と他端側から一端側へと向かう反射波とが干渉することによって、定在マイクロ波Ｒｓが導波管１９の内部に発生する。

ここで、マイクロ波の進行波と干渉する反射波の位相は、導波管１９の一端と終端部との距離、すなわちマイクロ波発振器２３から可動式短絡板３１までの距離によって変化する。そのため、可動式短絡板３１の位置を変化させることによって、定在マイクロ波Ｒｓの位相パターンが変化することとなる。

図９（ａ）は、可動式短絡板３１が位置Ｐ１に移動している場合において、導波管１９の内部における定在マイクロ波Ｒｓの位相パターンを示している。説明の便宜上、図９（ａ）における定在マイクロ波Ｒｓは、図４（ａ）と同様の位相パターンを示すものとしている。すなわち、マイクロ波発振器２３からの距離がλｇ・（１／４）またはλｇ・（３／４）である位置などが腹部ｔ１となっており、マイクロ波発振器２３からの距離がλｇ・（１／２）またはλｇである位置などが節部ｔ２となっている。

図９（ｂ）は、可動式短絡板３１が位置Ｐ１に移動している場合における、導波管１９の周辺部を示す平面図である。可動式短絡板３１が位置Ｐ１に移動している場合、ラインＬ１で示される領域は定在マイクロ波Ｒｓの腹部ｔ１に相当し、ラインＬ２で示される領域は定在マイクロ波Ｒｓの節部ｔ２に相当する。なお、導波管１９の内部において、電界強度が強い領域を符号Ｍｇで示している。電界強度が強い領域Ｍｇは、腹部ｔ１を中心としてｙ方向へ延びる矩形領域である。また、図６などで示したように、マイクロ波ＲがＴＥ１０モードを維持する場合、電界強度はｘ方向について均一である。

腹部ｔ１ではマイクロ波Ｒの振幅が大きいためマイクロ波Ｒによる加熱効率が高く、節部ｔ２ではマイクロ波Ｒによる加熱効果が低い。そのため、可動式短絡板３１が位置Ｐ１に移動している場合、ベルトコンベア３によって搬送される粉体Ｐｗのうち、ラインＬ１に沿って搬送される粉体Ｐｗは乾燥効率が高く、ラインＬ２に沿って搬送される粉体Ｐｗは乾燥効率が低い。

実施例２に係る構成では、可動式短絡板３１を位置Ｐ１と位置Ｐ２との間で往復移動させることにより、マイクロ波発振器２３から可動式短絡板３１までの距離（伝送距離）を周期的に変化させる。図１０（ａ）は、可動式短絡板３１が位置Ｐ２に移動している場合において、導波管１９の内部における定在マイクロ波Ｒｓの位相パターンを示している。

位置Ｐ１と位置Ｐ２との距離はλｇ・（１／４）であるため、可動式短絡板３１が位置Ｐ１から位置Ｐ２に移動することによって定在マイクロ波Ｒｓの位相もλｇ・（１／４）ずれることとなる。その結果、腹部ｔ１の位置と節部ｔ２の位置もλｇ・（１／４）の距離だけ移動する。言い換えれば、可動式短絡板３１が位置Ｐ１に移動している場合と比べると、可動式短絡板３１が位置Ｐ２に移動している場合では腹部ｔ１の位置と節部ｔ２の位置とが入れ替わる。

図１０（ｂ）は、可動式短絡板３１が位置Ｐ２に移動している場合における、導波管１９の周辺部を示す平面図である。可動式短絡板３１が位置Ｐ２に移動している場合、図９（ｂ）とは逆に、ラインＬ１で示される領域は定在マイクロ波Ｒｓの節部ｔ２に相当し、ラインＬ２で示される領域は定在マイクロ波Ｒｓの腹部ｔ１に相当する。

そのため、可動式短絡板３１が位置Ｐ２に移動している場合、ベルトコンベア３によって搬送される粉体Ｐｗのうち、ラインＬ２に沿って搬送される粉体Ｐｗは乾燥効率が高く、ラインＬ１に沿って搬送される粉体Ｐｗは乾燥効率が低くなる。可動式短絡板３１を位置Ｐ１と位置Ｐ２との間で往復移動させることにより、定在マイクロ波Ｒｓの位相パターンは図９（ａ）に示されるパターンと図１０（ａ）に示されるパターンとを周期的に繰り返すこととなる。

このように、実施例２では可動式短絡板３１をｙ方向に往復移動させることにより、乾燥効率が高い領域の位置がｙ方向について周期的に変化することとなる。つまりシート状に成型された粉体Ｐｗの幅方向（ｙ方向）について、粉体Ｐｗがどの位置（ライン）を搬送されていたとしても、粉体Ｐｗが導波管１９を通過している時間のうち、乾燥効率が高い時間の割合および乾燥効率が低い時間の割合がいずれも均等になる。従って、導波管１９の内部に定在マイクロ波Ｒｓが発生する場合であっても、ｙ方向について粉体Ｐｗの加熱ムラが発生することを好適に回避できる。

このように、従来の構成ではマイクロ波発振器から導波管の終端部までの距離が常に一定であるので、導波管の内部で発生する定在マイクロ波Ｒｓの位相パターンが常に同じである（図４（ａ）を参照）。一方、実施例２に係る構成では可動式短絡板３１を往復移動させながらマイクロ波Ｒによる加熱を行う。この場合、定在マイクロ波Ｒｓの位相パターンが周期的に変化させながらマイクロ波Ｒによる加熱を行うので、マイクロ波Ｒの加熱効率を均一化することができる。

実施例２に係るマイクロ波乾燥装置１Ａを用いて粉体Ｐｗを乾燥させる場合、導波管１９の一端から他端に向けてマイクロ波Ｒを伝送させつつ、可動式短絡板３１を位置Ｐ１と位置Ｐ２との間で往復移動させる。そして、マイクロ波Ｒの伝送と可動式短絡板３１の往復移動を行わせるとともに、成型器５によって薄いシート状に成型された粉体ＰｗをＬ方向に搬送させて導波管１９を通過させる。

粉体Ｐｗが導波管１９を通過する間に、ｙ方向の位相パターンが周期的に変化する定在マイクロ波Ｒｓが粉体Ｐｗに照射される。そのため、粉体Ｐｗはｙ方向における位置と無関係に均一に加熱乾燥される。均一に加熱乾燥された粉体ＰｗはスリットＳＬを通って乾燥炉７の外部へと搬出され、ベルトコンベア３の終端部Ｋを経由して回収部９に回収される。

＜他の実施形態＞
なお、今回開示された実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲、並びに、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。例として、本発明は下記のように変形実施することができる。

（１）上述した各実施例において、導波管１９は１本の直線部を備え、マイクロ波Ｒはベルトコンベア３を１回交差して導波管１９の終端部へ伝送される構成であるがこれに限られない。すなわち図１１に示すように、導波管１９は折り返し構造を備えており、マイクロ波Ｒはベルトコンベア３を複数回交差して終端部へ伝送される構成であってもよい。なお図１１は、無反射終端器２１を備える実施例１をベースにした変形例を示している。

折り返し構造を備える変形例において、導波管１９はベルトコンベア３と交差する複数本の直線部１９ａと、直線部１９ａを連結する折曲部１９ｂとを備えている。直線部１９ａおよび折曲部１９ｂは、マイクロ波発振器２３から無反射終端器２１までのマイクロ波Ｒの伝送経路中において交互に繰り返し形成されている。図１１では直線部１９ａが４本配設されておりマイクロ波Ｒが２往復する構成であるが、直線部１９ａの数は適宜変更して良い。直線部１９ａの各々は、実施例１に係る導波管１９と同様に、ベルトコンベア３および粉体Ｐｗを通過させるスリットＳＬが両側面に形成されている。

乾燥炉７において折り返し構造を備える導波管１９を用いることにより、粉体Ｐｗは乾燥炉７を通過する際にマイクロ波Ｒによる加熱を複数回にわたって段階的に受けることとなる。そのため、マイクロ波乾燥装置１による加熱効率を向上できる。

（２）上述した実施例において、図１２に示すように、ベルトコンベア３による搬送経路に沿って複数の乾燥炉７を配設してもよい。複数の乾燥炉７を配設することにより、上流側の乾燥炉７が備えるマイクロ波発振器２３から照射されるマイクロ波Ｒの強度と、下流側の乾燥炉７が備えるマイクロ波発振器２３から照射されるマイクロ波の強度とを独立制御できる。そのため、被加熱物を所定の温度に精度良く加熱できる。

一例として、２つの乾燥炉７の間に放射温度計１１を配設することにより、上流側の乾燥炉７を通過した粉体Ｐｗの温度を随時測定することにより、上流側の乾燥炉７において粉体Ｐｗが想定通りに加熱されているか否かを確認できる。放射温度計１１が測定した温度が想定以上である場合、上流側の乾燥炉７における加熱温度が想定より高いことが確認できる。この場合、図示しない制御部によって、下流側の乾燥炉７における加熱温度を初期設定より下げるようにマイクロ波Ｒの強度を調整する。当該調整により、粉体Ｐｗの最終的な温度が想定された温度（例えば３００℃）となるように精度良く調節できる。

（３）上述した実施例において、図１３に示すように、ベルトコンベア３による搬送経路に沿って複数の乾燥炉７を配設するとともに、マイクロ波Ｒの伝送方向が互いに異なるように各々の乾燥炉７の向きを設定してもよい。すなわち、複数の乾燥炉７のうち少なくとも１つはマイクロ波発振器２３がベルトコンベア３の一方の側面に設けられており、乾燥炉７のうち少なくとも１つはマイクロ波発振器２３がベルトコンベア３の他方の側面に設けられている。図１３では、上流側の乾燥炉７ではマイクロ波Ｒが手前側から奥側へと伝送され、下流側の乾燥炉７ではマイクロ波Ｒが奥側から手前側へと伝送される。

複数の乾燥炉７を、マイクロ波Ｒの伝送方向が互いに異なるように配設する当該変形例の効果について、図１４に係る概略図を用いて説明する。マイクロ波Ｒが導波管１９を介して終端部Ｑへと伝送される際に、ベルトコンベア３上の粉体Ｐｗを加熱していくことによって、マイクロ波Ｒが徐々に吸収されて弱まる。そのため、ｙ方向に広がる粉体Ｐｗのうちマイクロ波発振器２３に近い側の領域Ｂｓ１ではマイクロ波Ｒによる加熱効率が比較的高い。一方、マイクロ波発振器２３から遠い側の領域Ｂｓ２ではマイクロ波Ｒによる加熱効率が比較的低い。すなわちマイクロ波Ｒの吸収に起因して、マイクロ波Ｒの伝送方向ｙについて加熱ムラが僅かであるが発生すると考えられる。

本変形例では、マイクロ波Ｒの伝送方向を互いに異ならせることにより、マイクロ波Ｒの吸収に起因する加熱ムラの発生を防止できる。すなわち、ベルトコンベア３の手前側に相当するラインＭ１に沿って搬送される粉体Ｐｗは、上流側の乾燥炉７においてはマイクロ波発振器２３に近い領域Ｂｓ１を通過するので、上流側の乾燥炉７では加熱効率が比較的高い。一方、下流側の乾燥炉７においてはマイクロ波発振器２３から遠い領域Ｂｓ２を通過するので、下流側の乾燥炉７では加熱効率が比較的低くなる。

一方、ベルトコンベア３の奥側に相当するラインＭ２に沿って搬送される粉体Ｐｗは、加熱効率がラインＭ１と逆転する。すなわち、上流側の乾燥炉７を通過する際には比較的低い加熱効率で加熱され、下流側の乾燥炉７を通過する際には比較的高い加熱効率で加熱される。従って、ラインＭ１に沿って搬送される粉体ＰｗおよびラインＭ２に沿って搬送される粉体Ｐｗは、最終的な加熱効率がいずれも同じとなる。すなわち、マイクロ波Ｒの吸収に起因する加熱ムラの発生を防止できる。

（４）上述した実施例において、マイクロ波乾燥装置１による加熱乾燥処理の対象として、活物質の粉体Ｐｗを例示したが、処理対象は粉体Ｐｗに限ることはない。特に、薄いシート状に成型できる材料であれば各実施例および変形例に係るマイクロ波乾燥装置１によって、より確実に均一な加熱乾燥処理を行うことができる。また、フィルムなどのシート状材料も同様に、好適な加熱乾燥処理の対象とすることができる。加熱乾燥処理対象が当初からシート状の形状を有する場合、成型器５を省略できる。

（５）上述した実施例において、処理対象である粉体Ｐｗを搬送する構成はベルトコンベア３に限られない。所定の経路に沿って粉体Ｐｗを搬送する構成であれば、適宜ベルトコンベア３に変えて適用できる。

１ …マイクロ波乾燥装置
３ …ベルトコンベア
５ …成型器
７ …乾燥炉
９ …回収器
１１ …放射温度計
１３ …マイクロ波発振装置
１９ …導波管
２１ …無反射終端器
２３ …マイクロ波発振器
２５ …支持部材
２７ …漏洩防止部
３１ …可動式短絡板
３３ …短絡板駆動部
Ｐｗ …粉体（被加熱物）

Claims (4)

1. 被加熱物を所定経路に沿って搬送させる搬送手段と、
   前記所定経路上において前記搬送手段と交差するように配設されており、前記被加熱物をマイクロ波によって加熱させる乾燥炉と、
   前記乾燥炉の一端側に配設されており、前記乾燥炉の一端側から他端側へ前記マイクロ波を照射するマイクロ波発振器と、
   前記乾燥炉の他端側に配設される無反射終端器と、
   前記乾燥炉を通過した前記被加熱物を回収する回収器と、
   粉体である前記被加熱物を、厚みが所定値であるシート状に成型させる成型手段と、
   を備え、
   前記乾燥炉は、ＴＥ１０モードの前記マイクロ波を前記一端側から前記他端側へ伝送するように構成された導波管を備え、
   前記搬送手段は、前記成型手段によって成型された前記被加熱物を前記所定経路に沿って搬送させ、
   前記所定値は、前記マイクロ波の前記ＴＥ１０モードを安定に維持できる程度に小さい値となるように予め定められる
   ことを特徴とするマイクロ波乾燥装置。
2. 請求項１に記載のマイクロ波乾燥装置において、
   前記無反射終端器の代わりに可動式短絡板を備え、
   前記被加熱物に対して前記マイクロ波を照射する際に、前記可動式短絡板を前記マイクロ波の照射方向に沿って往復移動させる短絡板駆動手段をさらに備える
   ことを特徴とするマイクロ波乾燥装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のマイクロ波乾燥装置において、
   前記乾燥炉は前記搬送手段の所定経路に沿って複数並列配列されていることを特徴とするマイクロ波乾燥装置。
4. 請求項３に記載のマイクロ波乾燥装置において、
   複数の前記乾燥炉のうち少なくとも１つは前記マイクロ波発振器が前記所定経路の一方の側面に設けられており、前記乾燥炉のうち少なくとも１つは前記マイクロ波発振器が前記所定経路の他方の側面に設けられていることを特徴とするマイクロ波乾燥装置。

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