JPH10504931A - マイクロ波放射によって製品を熱処理する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、製品を収容する加熱室が設けられており、その際、マイクロ波（１６）が、装置（１２）によって加熱室（２）内に入力結合可能であり、かつ加熱室（２）が、マイクロ波（１６）を反射する少なくとも１つの反射壁（１３）を有する、マイクロ波放射によって製品を熱処理する装置に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 マイクロ波放射によって製品を熱処理する装置 本発明は、製品を収容する加熱室が設けられており、その際、マイクロ波が、 装置によって加熱室内に入力結合可能であり、かつ加熱室が、マイクロ波を反射 する少なくとも１つの反射壁を有する、マイクロ波放射によって製品を熱処理す る装置に関する。 このような装置（以下炉とも称する）は、種々の製品の乾燥、加熱又は燃焼（ 焼結）のために周知である。 例えばセラミック製品の加熱及び燃焼の際の場合のように、製品が、加熱の際 にその物理的／機械的特性を変えるとき、困難が生じる。その際、概念、“セラ ミック製品”は、例えば陶磁器のような通常のあらゆる種類のセラミック物質を 含むが、炭素−製品、フェライト又は耐火性セラミック製品のような特殊セラミ ック製品も含む。 初めに挙げたような装置は、従来主としていわゆる不連続的な炉として周知に なっており、ここでは製品は、加熱室内に運ばれ、この加熱室は、続いて閉じら れる。熱処理した後、炉は、再び開かれ、かつ製品が取出される。 しかしその他にとくに工業的な製造のために、トンネル炉のように連続的に動 作する炉も存在し、ここでは製品は、送り装置を介して炉入口を介して炉出口へ 案内される。加熱室を通るその経路上において、製品が熱処理され、例えばまず 加熱され、それから燃焼（焼結）され、かつ続いて再び冷却される。 このような炉をマイクロ波エネルギーにより加熱しようとする場合、マイクロ 波の流出を阻止するために、炉入口及び出口に特殊な処置が行なわれる。そのた めいわゆる“マイクロ波トラップ”が周知であり、これらは、“ドア”の様式に したがって構成されている。しかしこの“マイクロ波トラップ”を使用した場合 でも、ドアは、新しい製品を供給す るため、又は加熱室から製品を取出すために、時々開かなければならず、その際 、再びマイクロ波の不所望な流出に至ることがある。その上さらにこれら処置は 、相応する炉を高価にする。 本発明の課題は、加熱室内におけるマイクロ波エネルギーのできるだけ最適な 利用が保証されており、しかもとくに連続的に動作する炉においても、かつ処理 すべき製品の形及び大きさに関係なく保証されているように、初めに述べたよう な装置を構成することにある。 本発明は、次の知識に基づいている。すなわちこの目的は、加熱室内における マイクロ波のための反射面の特殊構成及び幾何学的配置によって、あきれるほど 簡単な方法で達成することができる。 その際、本発明は、次のような考えを前提としている。すなわち装置を介して 加熱室内に入力結合されたマイクロ波が、もっぱら１つ（又は複数）の反射面に よって区画される空間内において反射され、したがって相応する損失を避けなが らマイクロ波エネルギーの最適利用を達成することができるように、相応する１ つ（又は複数）の反射面を構成し、かつ配置する。 具体的には本発明は、そのための一般的な構成において初めに述べたような装 置を提案し、この装置において、反射壁は、−加熱室の内部空間から見て−少な くとも２つの凹面湾曲区間を有し、これら湾曲区間が、装置を介して入力結合さ れたマイクロ波をもっぱら反射壁によって区画された空間内に反射するように、 配置されている。 その際、反射壁の凹面湾曲の部分的特徴には、特別な意味がある。なぜならこ のようにして、とくに連続的な炉において反射壁は、炉入口及び出口の方向に反 射されたマイクロ波が、再び戻るように反射でき、かつ炉入口及び出口を介して 漏れることがないように、構成することができるからである。 換言すれば：本発明による装置において、マイクロ波の反射のための使われる 反射壁は、マイクロ波ビーム成分が、場合によっては炉入口又 は出口によって定義される平面に沿って動き、したがって相応する開口からのマ イクロ波の流出が阻止され、又は少なくともかなりの程度まで減少するように、 構成されている。その際、反射壁のマイクロ波ビーム成分は、例えば連続的な炉 において入口及び出口において大体において開口面に対して平行に延び又は動く ように、反射される。 しかし不連続的に動作する炉に対しても、反射壁を介して意図的に高いエネル ギー密度の範囲を設定することができ、その際、処理すべき製品が、なるべく加 熱室のこれら範囲内に配置されており、又は加熱室を通過するかぎり、本発明に よる構成は、重要な利点を有する。 一構成において、反射壁は、互いに間隔を置いて配置された複数の壁区間に分 割することができる。その際、詳細には、これに続く図面の説明から明らかなよ うに、壁区間を互いに対称的に配置することが提案される。 壁区間が、その位置について互いに調節可能に構成される場合、例えば処理す べき製品の大きさに依存して、−同一の炉において最高エネルギー密度の範囲は 、場合ごとに個別的に調節することができる。 反射壁を互いに間隔を置いて配置された複数の壁区間に分割することは、とく にトンネル炉のような連続的な炉において、種々の様式及び方法で行なうことが できる： 通常連続的に動作する炉は、異なった領域に分割されており、例えば加熱−、 燃焼−及び冷却領域に分割されている。これらは、直接入り組んで移行すること ができ、又は互いに間隔を置いて延びていてもよい。相応して、１つの領域内及 び個々の領域の間において、複数の壁区間への反射壁の分割を考慮してもよい。 したがって例えば加熱領域は、互いに間隔を置いて配置された３つの反射−壁 区間から形成することができるが、一方燃焼領域は、例えば“シリンダ”の様式 にしたがって１つの反射壁を有し、かつ冷却領域は、再び加熱領域と同様に構成 されている。 しかしいずれの場合にも、１つ又は複数の反射壁（壁区間）は、１つの領域か ら別の領域への又は加熱−及び冷却領域から周囲への不所望のマイクロ波−移行 を避けるために、−加熱室の内部空間から考慮して−それぞれ凹面面区間を有す る。 このため反射壁は、例えば炉入口又は炉出口において、“内方へ湾曲するよう に”構成されている。 いずれの場合にも、反射壁の配置は、もっぱら反射壁の範囲における反射を保 証するために、入力結合されるマイクロ波の方向に依存して行なわれる。 一構成において本発明は、次のことを考慮している。すなわちそれぞれの炉領 域に、マイクロ波を入力結合する自身の装置を付属させ、かつ必要な場合には、 加熱室又はその領域に付属のマイクロ波発生器の出力及び／又は投入時間を、調 整又は制御可能に構成する。このようにして、−処理すべき製品に依存して−連 続的に動作する炉において、例えば製品の送り方向にきわめて精密な温度プロフ ァイルを設定することができる。 同様に例えば領域間に製品用の切離された処理段を設けるために、加熱室の個 々の領域を互いに間隔を置いて配置することも可能である。この場合、例えば陶 磁器の熱処理の際、個々の領域の間に上薬位置を設けることを考えることができ る。 装置は、もっぱら製品の乾燥又は焼結のために使われるように構成することが できることは明らかである。 その際、セラミック物質の熱処理の際、これは、セラミック物質の共振周波数 に近い周波数のマイクロ波を加えるとき、マイクロ波によってとくに有利に加熱 できることがわかった。 例えば陶磁器の共振周波数は、ほぼ４００ＧＨｚにある。この製品の燃焼又は 焼結のため、２．４５ＧＨｚより明らかに高い周波数が必要である。すでにほぼ ２８ＧＨｚの周波数によって、良好な結果が得られる 。２００及び４００ＧＨｚの間のマイクロ波周波数によって、経済的な結果が達 成できる。 いずれの場合にも、化石燃料を介して又は電気的に加熱される従来の炉に対し て、マイクロ波によって加熱した際に処理時間のはっきりした短縮が達成される 。ていねいな熱処理に基づいて、例えばセラミック物質において、燃焼又は焼結 の前に上薬を塗り、かついわゆる焼付により製品を製造することも可能である。 本発明のその他の特徴は、特許請求の範囲従属請求項及びその他の出願書類の 対象である。 次に本発明を種々の実施例により詳細に説明し、その際、個々の図は、−それ ぞれ大幅に概略化した表示で一次のものを示し： 図１は、通過炉として構成された装置を側面図で示し、 図２は、図１による装置の垂直断面図を示し、 図３は、図２による線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図を示し、 図４は、反射−壁区間の配置のための代替構成を示し、 図５は、反射壁の構成の別の代替構成を示している。 図１に参照符号１により示された装置において、本発明による通過−マイクロ 波炉が問題になっており、ここにおいて送るべき製品８は、ここでは：陶磁器は 、送り方向（矢印３）に送り装置７上において炉入口５から加熱室２を通って炉 出口６に送られる。 加熱室２は、４つの加熱領域２ａ−ｄに分割されており、これら加熱領域は、 送り方向３に前後に配置されており、かつ−図２によれば、−ほぼ正方形の横断 面を有し、この横断面は、断熱されたハウジング４によって区画される。 領域２ａ−ｄ（破線で示す）の間に配置された範囲は、製品を別個の処置に委 ねるため、その前又はその後に配置された領域に付属することができ、又は“空 いた領域”を形成することができる。 送り装置７は、ここではローラベルトからなり、その上に板が配置さ れており、その上に製品が載せられる。 送り装置７は、マイクロ波を透過する材料からなり、ここでは合成物質からな る。 個々の領域２ａ−ｄ及び送り装置７は、調整−／制御線によって中央装置９に 接続されている。それぞれの領域２ａ−ｄに、マイクロ波発生器１１（マグネト ロン）が付属しており、このマイクロ波発生器は、マイクロ波入力結合装置１２ によって所属の加熱領域２ａ−ｄに接続されている。マイクロ波発生器１１及び 入力結合装置１２は、ここでは所属の加熱領域２ａ−ｄの天井範囲にある。図２ は、入力結合装置１２が、所属の天井を通って案内されていることを示している 。 個々の加熱領域の構成形及び構成様式は、この実施例において同一であり、か つ次に加熱領域２ａによって詳細に説明する。 加熱領域２ａ内において、−図２が示すように−マイクロ波を透過しない材料 、ここでは：金属からなる３つの反射−壁区間１３ａ−ｃが配置されており、し かも互いに１２０°の角度をなして大体において対称に配置されている。壁区間 １３ａ−ｃは、−加熱室２ａの内部空間から考察して−２つの方向に凹面状に湾 曲しており、しかも送り方向３に対して平行に、かつ端部範囲の間において送り 方向３に対して垂直に湾曲している。その結果、壁区間１３ａ−ｃは、−送り方 向３に考察して−前側及び後側端部において相応する湾曲区間によって互いに近 付いている。したがって形は、凹面鏡のものに似ている。 マイクロ波は、集束されたビーム１６として装置１２を介して割線方向に加熱 室２ａ内に案内される。集束されたビーム１６は、図２及び３においてさらに詳 細に示されている。参照符号１４によって壁区間１３ａ−ｃの（凹面）湾曲が示 されており、かつ湾曲１４は、その形と大きさについて、壁区間１３ａ−ｃにお いて反射されたマイクロ波ビーム成分が、軸線方向間隔Ｂを有する２つの半径方 向平面ＲＥ内において、加熱室２ａの中心長手軸線１５に対して横向きに動き、 かつこの半径方向 平面ＲＥの範囲において中心長手軸線１５に対して直角（垂直）に又は半径方向 平面ＲＥに対して垂直に延びているように、決められている。それによりビーム 成分は、加熱室２ａを入口−及び出口側において（送り方向３に考察して）区画 する平面を越えて出ることを阻止されている。したがって不可避のわずかな散乱 ビームを除外して、ビーム成分、したがってマイクロ波エネルギーが、加熱室２ ａ内において“捕えられており”、“隔壁”又は“ゲート”のような追加的な処 置は必要ない。本発明による構成は、ビーム成分が隣接する加熱室に到達し、か つここにおいて局所的な条件を変造することも防止する。 湾曲１４の形と大きさに対して、補充的に次のことを指摘しておく：ビーム成 分１６ａの間の図３に概略的に示した散乱角ａを有するビーム１６の技術的に不 可避のわずかな散乱を考察して、反射されたビーム成分についても、外側の反射 されたビーム成分１６ｂを有するそれぞれ１つの散乱角（図示せず）が生じる。 湾曲１４の形と大きさは、反射されたビーム成分１６ｂが、壁区間１３ａ−ｃの 側方縁１８において中心長手軸線１５に対してほぼ直角（垂直）に、又は半径方 向平面ＲＥに対して平行に延びているように決められているかぎり、ビーム成分 １６ｂの軸線方向流出は、かなりの程度まで阻止されており、かつ所望の目的は 、すなわち加熱室２ａ内にビーム成分の主要な成分を閉じこめることは達成され る。図５が示すように、反射壁１３は、円筒形をしていてもよく、その際、少な くとも端面側端部に、凹面の内方へ延びた湾曲区間が設けられている。 図４に示すように、壁区間１３ａ−ｃを、送り方向３に対して、したがって周 方向に凹面状に湾曲して構成することは有利であり、それにより加熱室横断面へ のマイクロ波の集中が改善され、かつマイクロ波エネルギーの均一な電界分布が 可能になる。 図５に示された閉じた反射壁において、反射は、所属の加熱室の全横断面にわ たってビーム成分の分布を生じる。 このことは、生じる反射角を考慮して、内側ビーム成分１６が、中心長手軸線 １５の範囲に延びているような大きさに、周方向に延びた壁区間１３ａ−ｃの寸 法ｂが決められているときにも達成できる。 壁区間１３、１３ａ−ｃが、リング又は橋絡片（図示せず）を有し、これらが 中心長手軸線１５の方向に延び、かつその縁が、中心長手軸線１５に対して横向 きに向けられた反射によって所望のビーム電界内に均一な電界分布を引起こすよ うに構成されていることは、マイクロ波のエネルギー密度の均一な分布のため有 利である。 壁区間１３ａ−ｃの取付けは、詳細には図示されていない。取付けは、基本的 に任意の様式及び方法で行なうことができる。その際、取付けは、なるべく壁区 間１３ａ−ｃの位置が調節できるようにする。図２及び４に概略的に、相応する 継手を有する調節及び固定要素２１が示されている。取付け要素は、その他方の 端部によってフレーム４に固定され、又はフレーム４を通って案内され、外から 操作できるようにする。 図４による実施例において、送り装置７は、中心を外れたところに配置されて おり、しかも下側壁区間１３ｂの方向へ、最大のエネルギー密度を有する加熱室 の範囲に製品８が配置されるところまでずらされている。 図１に概略的に示された炉において、加熱室２ａ−ｄに次の機能が割当てるこ とができる： ２ａ：加熱領域 ２ｂ：別の加熱領域 ２ｃ：燃焼−／焼結領域 ２ｄ：冷却領域 前記の分割は、純粋に例示であり、かつ任意に変更することができる。個々の 領域の間に、１つの作業段階において上薬を付けた製品を製造することができる ようにするため、例えば上薬位置を配置することもできる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年５月２２日 【補正内容】 明細書 マイクロ波放射によって製品を熱処理する装置 本発明は、製品を収容する加熱室が設けられており、その際、マイクロ波が、 装置によって加熱室内に入力結合可能であり、かつ加熱室が、マイクロ波を反射 する少なくとも１つの反射壁を有する、マイクロ波放射によって製品を熱処理す る装置に関する。 このような装置（以下炉とも称する）は、種々の製品の乾燥、加熱又は燃焼（ 焼結）のために周知である。 例えばセラミック製品の加熱及び燃焼の際の場合のように、製品が、加熱の際 にその物理的／機械的特性を変えるとき、困難が生じる。その際、概念、“セラ ミック製品”は、例えば陶磁器のような通常のあらゆる種類のセラミック物質を 含むが、炭素−製品、フェライト又は耐火性セラミック製品のような特殊セラミ ック製品も含む。 初めに挙げたような装置は、従来主としていわゆる不連続的な炉として周知に なっており、ここでは製品は、加熱室内に運ばれ、この加熱室は、続いて閉じら れる（ドイツ連邦共和国特許出願公告第１０９７５９４号明細書）。熱処理した 後、ドイツ連邦共和国特許出願公告第１０９７５９４号明細書によれば球形の炉 は、再び開かれ、かつ製品が取出される。 しかしその他にとくに工業的な製造のために、トンネル炉のように連続的に動 作する炉も存在し、ここでは製品は、送り装置を介して炉入口を介して炉出口へ 案内される。加熱室を通るその経路上において、製品が熱処理され、例えばまず 加熱され、それから燃焼（焼結）され、かつ続いて再び冷却される。 このような装置は、フランス国特許出願公開第９１１１７０号明細書に記載さ れている。炉は、管の形をしている。マイクロ波を入力結合する半径方向に配置 された装置を有する同様に管状の反射壁は、炉の内側 を区画している。 このような炉において、マイクロ波の流出を阻止するために、炉入口及び出口 に特殊な処置が行なわれる。そのためいわゆる“マイクロ波トラップ”が公知で あり、これらは、フランス国特許出願公開第９１１１７０号明細書によれば、“ ドア”の様式にしたがって構成されている。しかしこの“マイクロ波トラップ” を使用した場合でも、ドアは、新しい製品を供給するため、又は加熱室から製品 を取出すために、時々開かなければならず、その際、再びマイクロ波の不所望な 流出に至ることがある。その上さらにこれら処置は、相応する炉を高価にする。 本発明の課題は、加熱室内におけるマイクロ波エネルギーのできるだけ最適な 利用が保証されており、しかもとくに連続的に動作する炉においても、かつ処理 すべき製品の形及び大きさに関係なく保証されているように、初めに述べたよう な装置を構成することにある。 【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年９月７日 【補正内容】 請求の範囲 １ 製品（８）を収容する加熱室（２）が設けられており、その際、マイクロ波 （１６）が、装置（１２）によって加熱室（２）内に入力結合可能であり、かつ 加熱室（２）が、マイクロ波（１６）を反射する少なくとも１つの反射壁（１３ ）を有する、マイクロ波放射によって製品（８）を熱処理する装置において、反 射壁（１３）が、互いに間隔を置いて配置された複数の壁区間（１３ａ−ｃ）に 分割されており、かつ壁区間（１３ａ−ｃ）が、それぞれ−加熱室（２）の内部 空間から見て−少なくとも２つの凹面湾曲区間（１４）を有し、これら湾曲区間 が、装置（１２）を介して入力結合されたマイクロ波をもっぱら反射壁（１３） によって区画された空間内に反射するように、配置されていることを特徴とする 、マイクロ波放射によって製品（８）を熱処理する装置。 ２ 壁区間（１３ａ−ｃ）が、互いに対称的に配置されている、請求項１記載の 装置。 ３ 壁区間（１３ａ−ｃ）が、その位置について互いに調節可能である、請求項 １又は２記載の装置。 ４ 入口（５）及び出口（６）を有するトンネル状の加熱室（２），（２ａ−ｄ ）が設けられており、この加熱室を通って、製品（８）が、入口及び出口（５， ６）の間において送り装置（７）上で送ることができる、請求項１ないし３の１ つに記載の装置。 ５ 加熱室（２，２ａ−ｄ）が、製品（８）の送り方向（３）に互いに前後に配 置された複数の領域（２ａ−ｄ）に分割されており、これら領域が、それぞれ少 なくとも１つの自身の反射壁（１３，１３ａ−ｄ）を有するように構成されてい る、請求項４記載の装置。 ６ それぞれの領域（２ａ−ｄ）に、マイクロ波を入力結合する自身の装置（１ ２）が付属している、請求項５記載の装置。 ７ 加熱室（２）又はその領域（２ａ−ｄ）に付属のマイクロ波発生 器（１１）の出力及び／又は投入時間が、調整又は制御可能である、請求項１− ６の１つに記載の装置。 ８ 加熱室（２）の少なくとも２つの領域（２ａ−ｄ）が、互いに間隔を置いて 配置されている、請求項５−７の１つに記載の装置。 ９ その上において送られる製品（８）が、きわめて高いマイクロ波エネルギー 密度の範囲を通過するように、送り装置（７）が配置されている、請求項４−８ の１つに記載の装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ， ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ， ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 製品（８）を収容する加熱室（２）が設けられており、その際、マイクロ 波（１６）が、装置（１２）によって加熱室（２）内に入力結合可能であり、か つ加熱室（２）が、マイクロ波（１６）を反射する少なくとも１つの反射壁（１ ３）を有する、マイクロ波放射によって製品（８）を熱処理する装置において、 反射壁（１３）が、−加熱室（２）の内部空間から見て−少なくとも２つの凹面 湾曲区間（１４）を有し、これら湾曲区間が、装置（１２）を介して入力結合さ れたマイクロ波をもっぱら反射壁（１３）によって区画された空間内に反射する ように、配置されていることを特徴とする、マイクロ波放射によって製品（８） を熱処理する装置。 ２ 反射壁（１３）が、互いに間隔を置いて配置された複数の壁区間（１３ａ −ｃ）に分割されている、請求項１記載の装置。 ３ 壁区間（１３ａ−ｃ）が、互いに対称的に配置されている、請求項２記載 の装置。 ４ 壁区間（１３ａ−ｃ）が、その位置について互いに調節可能である、請求 項２又は３記載の装置。 ５ 入口（５）及び出口（６）を有するトンネル状の加熱室（２），（２ａ− ｄ）が設けられており、この加熱室を通って、製品（８）が、入口及び出口（５ ，６）の間において送り装置（７）上で送ることができる、請求項１ないし４の １つに記載の装置。 ６ 加熱室（２，２ａ−ｄ）が、製品（８）の送り方向（３）に互いに前後に 配置された複数の領域（２ａ−ｄ）に分割されており、これら領域が、それぞれ 少なくとも１つの自身の反射壁（１３，１３ａ−ｄ）を有するように構成されて いる、請求項５記載の装置。 ７ それぞれの領域（２ａ−ｄ）に、マイクロ波を入力結合する自身の装置（ １２）が付属している、請求項６記載の装置。 ８ 加熱室（２）又はその領域（２ａ−ｄ）に付属のマイクロ波発生 器（１１）の出力及び／又は投入時間が、調整又は制御可能である、請求項１− ７の１つに記載の装置。 ９ 加熱室（２）の少なくとも２つの領域（２ａ−ｄ）が、互いに間隔を置い て配置されている、請求項６−８の１つに記載の装置。 １０ その上において送られる製品（８）が、きわめて高いマイクロ波エネルギ ー密度の範囲を通過するように、送り装置（７）が配置されている、請求項５− ９の１つに記載の装置。