JPH06511547A - マイクロ波加熱方法およびマイクロ波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 マイクロ波加熱方法およびマイクロ波加熱装置技術分野 本発明は、マイクロ波加熱およびマイクロ波加熱装置に関する。特に、本発明は 、これら方法や関連する装置に関し、マイクロ波の放射や、このマイクロ波によ って加熱され熱を伝達しこれに接触している流体に熱を伝達することができるマ イクロ波吸収材料を使用するものである。この方式で加熱される流体は、スペー スヒーティングに使用可能であり、湯の場合には家庭用および産業用の用途での 消費に分配できる。

さらに、開示される本方式により生成される高圧力蒸気は、タービンやピストン を動作するために使用できる。

背景技術 一般的にマイクロ波と呼ばれる、３００メガヘルツと３０万メガヘルツの間の周 波数範囲にある電磁波が、高誘電率を有する物質の分子内で回転効果およびある 程度は振動効果を誘導することができることが知られている。以降、本明細書で 誘導体とも呼ばれる、このようなマイクロ波吸収材の特徴は、マイクロ波の放射 にさらされた場合に励起し、温度が一］二昇するという特徴がある。

ある種の物質はマイクロ波に透過である。つまり、これらの材料は放射にさらさ れても温度の上昇を経験しないため、優れた絶縁体と見なされる。

最後に、加熱を行わずにマイクロ波エネルギーを反射するので、優れた導体と見 なされる優れた第三のグループの物質も存在する。

品々の特性に基づき、前述の異なった材料を、るつぼなどの不活性容器用の透明 材、マイクロ波システムの外部張り合わせ用反射材、マイクロ波放射で覆われる と励起する能力によって熱源としての誘導体などのさまざまな目的のために、マ イクロ波と組み合わせて使用することができる。

国際無線規則によると、マイクロ波に利用できる周波数は、９１５　土２５Ｍｌ １ｚ、２４５０　１１．３Ｍｌ１ｚ、５８００±７５　Ｍ　ＩＩ　ｚおよび２２ １２５　±１２５ＭＨｚである。

この内もっとも広く使用されているのが２５６０Ｍｌ１ｚで、高い表面強度と組 み合わされた材料によく浸透する。

マイクロ波装置は、水分含イｆｆｆｉや揮発物の存在しないかどうかサンプルを 分析したり、多様な物質を蒸解したり、化学反応を促進するｌ−１的で、マイク ロ波吸収材と組み合わされて使用されてきたが、出願者は、スペースヒーティン グシステムで使用されることになる流体の加熱手段または家庭用または産業用に 消費するための湯を作り出す１段、あるいはタービンやピストンを駆動するため の高圧蒸気を生成する手段としてのマイクロ波器ｒ１またはマイクロ波装置の応 用を開示あるいは提案する従来の技術を知らない。

従って、本発明は、マイクロ波吸収材に存在する流体と熱源の間の熱交換を引き 起こすような方式ならびに装置の提供を第一の目的とする。本発明の第二の目的 は、スペースヒーティングの手段として、あるいは家庭用または産業用、あるい はその両方の用途でのユーティリティとして、熱気または湯を作り出すのにマイ クロ波エネルギーを使用することができる方式ならびに装置を提供することであ る。

さらに、本発明の第三の目的は、タービンやピストンを動作するための高圧蒸気 を生成するためにマイクロ波エネルギーを使用できる方式ならびに装置を提供す ることである。

上記の目的は、付記の請求項において特徴付けられるように、熱源がマイクロ波 の作用にさらされた際に高い誘電率を有す物質に存在する、熱源と流体の間の熱 交換を引き起こす機能を持つ方式ならびに装置において実現される。本来、本発 明によって得られる利点の１つは、本発明が、高エネルギー効率を特徴とする、 マイクロ波生成器、誘電物質および加熱された流体から成るシステムを提供する という点である。

本発明の実施例は、以下の図面を参照して説明される。

図１は、スペースヒーティングの手段として湯を作り出すのに適した実施例で、 正面がら見た、本発明に従った装置の透視図である。

図２は、湯を作り出すのに適した本発明に沿った装置を示す前面からの透視図で ある。

図３は、湯を製造したり高圧蒸気を生成するのに適した、本発明に従った装置を 示す前面からの透視図である。

開示された方法に関連して使用するのにもっとも適したマイクロ波吸収材を識別 するという目的のために、試験が実施された。その試験では、誘導体のサンプル を、単独でまたは１、００　ｍ　ｌの水と共に、７５０Ｗのマイクロ波炉で３分 間加熱した後に、その結果中じた温度を互いに比較し、単独で加熱した場合の１ ００ｍ１の水の温度と比較した結果を表１に表１　−７５０Ｗのマイクロ波炉に 入れられてから３分後に測定されたサンプルの温度 ８Ｎの量が試験された他の誘導体の量の１／２ｏに相当する量の場合、２分経過 しただけで物質の表面で水の激しい蒸発が発生する。

図１は、熱気を作り出すマイクロ波装置を示す。装置は、本来、７００Ｗ−１０ ｋＷと評価されたマグネトロン１ｏに存在し、交流２２０／３８０　Ｖで作動が オフされ、２４５５ＭＨｚと９１５ＭＩＪｚの周波数を出すマイクロ波生成ユニ ット１、矢印で示されるマイクロ波の流れを複数の炭化珪素プレートまたは炭化 はう素プレート２ｏに向けるために結合する導波管１１および導波管共振器１２ を具備する。

問題のプレート２ｏは、互いに離れて間隔を開けて配置され、鯛などのマイクロ 波を反射することができる物質で構築された容器２の内側に、石英などのマイク ロ波を屈折することができる物質で作られた支持物２１の上に取り付けられる。

実質上、管用に平行となっている容器２は、マイクロ波生成ユニット１、および 例えば、ファンユニット３ｏならびにダクト３１内に存在する、空気を強制的に 導き入れるようにする手段の両方と結び付いている。

マイクロ波に覆われて、プレート２ｏは気温の上昇を経験し、プレートが直接さ らされている大気中に熱を発散する゛。

そうすると、空気は、周辺大気を暖める方法で、格子２３が取り付けられた適当 なガス抜き口２２経由で、６０℃と１゜０℃の間またはそれ以上の温度で容器２ から放出される。

このようにして、作り出したいと考える熱気量に応じて変化する、例えば、側面 ごとに数デンメートルのようなコンパクトな寸法を採用して、説明された装置を 実現することが可能である。プレート２０に関しては、これらは経済性（すなわ ち、低コスト）利点と優れた熱散逸を組み合わせた材料から作られる。高温での 酸化に対するそのより高い抵抗ならびにより高速に加熱するその能力という理由 から、炭化はう素が好まれる。

上述のシステムは、１０分以内に約４００ｋｃａ　ｌの出力を達成できる。実験 は、７５ｍ３の部屋を加熱する場合、７００Ｗ出力で動作するマイクロ波システ ムによって消費されるエネルギーが、従来の１．５ｋＷ暖気電気式ファンヒータ ーによって消費される出力の２５％と５０％の間であることを示した。

図２は、湯を作り出すためのマイクロ波装置を示している。

前述と同様の方法で、生成ユニット１°によって放出されるマイクロ波は、任意 の誘導体、この場合はマイクロ波吸収材で作られているか、外側をマイクロ波吸 収材で上塗りされたコイルチューブ２４に向けられている。

コイル２４は、マイクロ波反射材から作られる容器２の内部に収容され、加熱回 路または湯配分システムに接続されている。さらに正確に言うと、コイル２４は 、不純物のない、あるいは同じ要素の窒化物と結合している、珪素、はう素、チ タニウムまたはタングステンの炭化物、あるいは珪素、チタニウムまたはアルミ ニウムのほう化物などから選択された物質内の、直径１．０−１５ｍｍ、長さが 約２０−３０センチの管から作られている。また、オプションとして、バリウム のチタン酸塩や鉛、あるいはその他の金属要Ｘ（亜鉛、マンガン、銅など）を含 有する強誘電性セラミックスを使用することもできる。コイル２４は、有利なこ とに、さらに高い機械強度を示し、さらに容易に過剰温度を散逸させるように、 マイクロ波に透過な物質で被覆されている。願わくば、コイル２４を通って流れ る水を消イオン化する。

図３は、湯を作り出したり、高温高圧で蒸気を作り出すためのマイクロ波装置を 示している。本実施例では、生成ユニット１”によって放出されるマイクロ波は 、高周波放射を吸収できる物質から作られる複数のプレート２５の上に向けられ 、マイクロ波に透過な材料で実現される第一の容器２６に収容される。

放射に対して屈折する物質から作られる支持物２７に取り付けられる第一の容器 ２６は、マイクロ波反射材で実現され、生成ユニット１”と結び付いた第二の容 器の内部に位置する。

入り口２８を通って第一の容器２６に向けられる水は、マイクロ波放射にさらさ れるプレート２５と接触すると急速に加熱され、出口２９を通って加熱回路また は湯配分システムの中に向けられる。この種の装置は、導かれる水量および設置 プレートの数に応じて、６０℃と８０℃の間の温度の水や水蒸気を放出する機能 を備えている。

プレート２５は、１０枚から２５枚の間の数で、次のプレートからあるプレート までが５　ｍ　ｍから１０ｍｍの間隔て配置され、通常は３０ｘ１５ｘ１ｃｍの 寸法となる場合がある。

有利なことに、プレート２５は、窒化はう素製で、蜂の巣構造を示し、消イオン 化された水中に４分の３液浸されている。

この同じ装置のもう−っ考えられる実施例では、第一の容器２６が、鋼またはそ の他の高圧に耐えうる材料で補強され、炭化はう素または窒化はう素で実現され ている。

実験は、３０バールから４０バールの圧力、２３０℃から３５０℃の温度で、高 周波放射を吸収できない材料を使った場合に要する時間の約３分の１で、蒸気を 作り出すことができることを示した。このような方法で作り出された蒸気は、例 えば、交換器を使って回収される熱の少なくとも一部を使ってタービンを駆動さ せる場合に有利に使用できる。

図３の装置もコンパクトで、どの側面でも実質的には１メ一トル以Ｆで、例を使 った場合、第一の容Ｗ２６の寸法は３０ｘ１５ｘ４０ｃｍとなる。

特に図１を観察すると、マグネトロン１０が容器２から一定の距離で設定され、 適当な長さの導波管を通して容器の中に向けられるのは明かである。この例では 、マイクロ波生成ユニット１または１°あるいは１°は、図面に示されるように 、取り付けられるのではなく、むしろ相対容器２または２′あるいは２”から分 離される。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成５年１２月２０日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）スペースヒーティング用の熱気または湯または家庭用および産業用の用途で 消費するための湯を作り出すエネルギー節約方法ならびにタービンやピストンを 動作するために高圧高温で蒸気を作り出すエネルギー節約方法であって、マイク ロ波、および高周波放射（３００−３０００００ＭＨｚ）を吸収することができ る高誘導率を有する材料を利用することを特徴とする方法。 ２）熱源と流体の間で熱交換を引き起こす方式であって、−放射物質が熱源とな るように、容器の内側に配置され、その内部壁がマイクロ波を反射することがで きる材料で実現される少なくとも１個の容器の中に流体を向けるステップと、− 容器の内部に配置され、照射物質が熱源とあるような方法で、高周波放射（３０ ０−３０００００ＭＨｚ）を吸収することができる高誘電率を有する材料にマイ クロ波を向けるステップと、 −流体を加熱するような方法で流体と照射物質を接触させるステップと、 −容器から加熱された流体を除去するステップと、を具備する請求項１記載の方 法。 ３）流体が空気で、第一の温度で容器に向けられ、第一の温度より高い第二の温 度でその環境に戻される場合の、請求項２記載の方法。 ４）流体が水で、スペースヒーティング回路からまたは水供給システムから容器 の中に向けられ、加熱され、回路またはシステムに戻される、請求項２記載の方 法。 ５）熱交換が、高誘電率を有する物質で実現または少なくともその物質で内部を 補強される第二の容器の内側で発生し、加熱された流体がタービンやピストンの 動作に適した高圧蒸気１０に存在する、請求項２記載の方法。 ６）熱源と流体の間で熱交換を引き起こす手段によるマイクロ波装置で、 −マイクロ波生成ユニットと、 −流体と接触して配置され、熱源をとなるような方法で生成ユニットによって放 出されるマイクロ波で覆われ、高周波放射（３００−３０００００ＭＨｚ）を吸 収することができる高誘電率を有する材料で実現あるいは上塗りされる手段と、 −マイクロ波を反射することができる材料から作られ、その内部で、高誘電率を 有する物質で実現される手段と流動体の間で熱交換を引き起こす少なくとも１個 の容器と、を具備することを特徴とするマイクロ波装置。 ７）高周波放射を吸収することができる手段が、平易な構造または蜂の巣構造の どちらかを示す複数のプレート、あるいは、不純物を含まずに利用されるかまっ たく同じ要素の室化物、またはバリウムのチタン酸塩か鉛、または亜鉛、マンガ ン、銅、その類似物などのその他の金属要素を含有する強誘電性セラミックスと 組み合わせて利用される、珪素、ほう素、チタニウムまたはタングステン、もし くは珪素、チタニウムまたはアルミニウムのほう化物から選択される材料で作ら れるコイルチューブの中に存在する、請求項６記載の装置。 ８）請求項７記載の装置で、空気という形を取る流体を強制的に容器の中に向け る手段、および加熱された空気を周辺環境に解放する手段を具備する装置。 ９）請求項７記載の装置で、水という形の流体を加熱回路または供給システムか ら引き出す手段、および加熱された水をまったく同じ回路またはシステムに戻す 手段を具備する装置。 １０）請求項７記載の装置で、さらに、加熱された流体がタービンやピストンを 動作するのに適当な高圧蒸気内に存在する熱交換がその内部で発生する、高誘電 率を有する物質で実現または少なくともその物質で内部を補強される第二の容器 を具備する装置。