JPS648274B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は被処理物を金属ルツボに供給しつつ
マイクロ波をルツボ内に照射し、ルツボ内で溶融
固化処理するインキヤンメルト式のマイクロ波溶
融炉に関するものである。

（従来技術） インキヤンメルト式の溶融炉では金属ルツボの
中で被処理物を溶融固化処理する結果、貯蔵庫で
ルツボを貯蔵する場合、金属ルツボの断面形状が
貯蔵時の貯蔵効率に大きく影響する。すなわち貯
蔵庫での貯蔵効率を高めるにはルツボ相互間に生
じる空間スペースが極力存在しない形状にする必
要がある。この目的に合致するルツボの断面形状
としては丸形よりも角形状、すなわち四角形や六
角形のルツボを用いることが望ましい。

マイクロ波は100KHz以上の周波数を持つ電磁
波で、一般に加熱分野に用いられる周波数は
2450MHzと915MHzである。これらのマイクロ波
はマイクロ波発振器として主にマグネトロン管が
用いられ、発振されたマイクロ波は伝送効率の点
から、通常長方形状の導波管を用いて目的箇所へ
伝送される。この結果、角形状のルツボを用いる
溶融炉としてこの長方形の導波管の先端部に導波
管と同じ断面形状を有する長方形のルツボあるい
は長方形の導波管の先端部を四角形に拡げ、この
部分に同じく四角形のルツボを取付けた溶融炉が
使用されている。このような溶融炉ではおよそ
1000℃以下の融点を持つ被処理物の溶融は可能で
あるが、1000℃以上の融点を持つ被処理物、例え
ば紙、布ウエス等の焼却灰（融点はおよそ1250〜
1300℃）の溶融に対してはルツボ内で焼却灰の一
部が未溶融の状態で存在するという問題があり、
これが角形状のルツボを用いる際の大きな欠点で
あつた。

上記未溶融部が生じる理由は、以下に説明する
ようにマイクロ波の導波管における伝送特性によ
つて明らかにすることができる。すなわち、第５
図は導波管の先端部にルツボを取付けた溶融炉の
１例であり、Ａはマイクロ波伝送用導波管１と同
じ長方形のルツボ２１を用いた溶融炉を示し、導
波管のサイズは長方形の短面をａの長さとする
と、長面はおよそ2aの長さに導波管の規格によ
り設定されている。またＢは長方形の導波管１の
先端部をいずれも長面の2aに拡大して正方形の
ルツボ２２を取付けた溶融炉である。被処理物は
いずれもホツパー４に入れられ、フイーダ５を通
してルツボ内へ供給され、導波管を通して伝送さ
れたマイクロ波を照射し、被処理物を加熱溶融し
て溶融物６を生成させるようにしている。加熱に
よつて発生するオフガスは排気管７を通して炉の
外へ排出させる。

第６図Ａは長方形導波管の断面におけるマイク
ロ波の電磁界分布を示し、導波管の断面には破線
で示す磁力線と実線で示す方向に電流が流れてお
り、加熱に影響する電界分布は磁力線と電流の流
れが密に交わる部分、すなわち長方形断面の中心
部で強く、左右に拡がるにつれて弱くなり、両端
の管壁面ではゼロになつている。なお、長方形の
導波管では、電流線と平行に面している管面をＥ
面、磁力線に平行な面をＨ面とそれぞれ呼んで位
置表示をし、また電磁波が伝搬する際の様式のこ
とをモードと称する。上記電磁界分布を有する伝
搬様式をTE₁₀モードと称する。第５図に示した
溶融炉ではいずれも導波管の先端部に導波管と同
じ角形のルツボを取付けたものであり、このよう
な溶融炉では第６図Ａに示した電界分布から解る
ように、Ｅ面近傍は電界分布がゼロになつている
ため加熱に必要なマイクロ波が存在せず、従つて
Ｅ面近傍の被処理物は充分に加熱されず、ルツボ
２１の場合は第６図Ｂに示すように、またルツボ
２２の場合はＣに示すように、それぞれＥ面近傍
に未溶融部が生じる。比較的融点が低い被処理物
ではルツボ中心部の高温部からの熱伝導によつて
Ｅ面近傍の被処理物が溶融し、このＥ面の影響を
少なくすることができるが、1000℃以上の高融点
を有する被処理物の場合はＥ面近傍に未溶融部が
生じることになる。

このように、長方形の導波管を用いて、角形状
のルツボで溶融するには前述した長方形導波管固
有の伝送様式であるTE₁₀モードが影響し、前述
した問題を生じることになる。この対策として、
長方形導波管の他の伝送様式としてのTM₀₁モー
ドを利用することが考えられ、この場合は均一に
溶融することが可能と考えられるが、TM₀₁モー
ドは現在の技術では安定な伝送が困難であるため
にこれを利用することはできない。

加熱のために必要な伝送様式としては、長方形
導波管と円形導波管を組合せることによつて各種
の伝送様式を容易に作ることができる。これには
TE₁₁モード、TM₀₁モード、TE₂₁モード、TE₀₁
モード、TM₁₁モード等がある。この場合の伝送
様式は円形導波管の管径によつて決まり、TE₁₁
モードが最も小さい管径から形成され、管径が大
きくなるに従つてTM₀₁モード、TE₂₁モードと順
次形成される。最もよく使われる円形伝送様式と
してはTE₁₁モードとTM₀₁モードとがあり、
TE₁₁モードは第７図Ａに示すように磁力線と電
流の流れる密な部分が中心部に存在する結果、加
熱部はＢのように帯状の加熱形状を呈する。この
TE₁₁モードは円形伝送様式の中で基本形状、す
なわち長方形の伝送様式TE₁₀モードを円形に投
影した形状で、管径を大きくするとTE₁₁モード
の形状が弱くなり、Ｄに示すように全面に加熱部
が拡がる形状を有するTM₀₁モードＣに変化す
る。このように円形伝送様式は多様のものを作る
ことができるので、これを利用して円形ルツボを
用いる溶融炉がすでに開発されている。

（発明の目的） この発明はこのような技術的背景のもとになさ
れたものであり、角形ルツボを用いて完全な溶融
が行えるようにし、これによつてルツボの収納を
効率よく行えるようにしたものである。

（発明の構成） この発明は、角形形状を有するルツボ中に被処
理物を供給するとともに、TM₀₁モードのマイク
ロ波を照射することによつて溶融固化処理するイ
ンキヤンメルト式の加熱溶融炉において、マイク
ロ波発振器に長方形の導波管、円形導波管および
角形ルツボを順次接続し、上記円形導波管と角形
ルツボとの接続部では平面投影形状で円形導波管
に角形ルツボが外接するように、かつ角形ルツボ
の対角線が長方形導波管と平行および直交方向に
向くように配置され、被処理物の供給口が長方形
導波管と平行または直角方向に配置されるように
円形導波管に形成されているものである。

（実施例） 第１図において、図示しないマイクロ波発振器
に接続された長方形導波管１にはその先端に円形
の導波管８が接続され、円形導波管８の下端部に
は角形ルツボ２が接続されている。図面では角形
ルツボの平面形状を正方形としているが、これを
長方形としてもよい。円形導波管８にはその上端
部に炉内のマイクロ波の整合を行うための円筒形
のヘツドチユーナ１０が上下動可能に配置されて
いる。また円形導波管８にはホツパー４に接続さ
れたシユート５が結合され、またオフガスを排出
するための排気管７が取付けられている。円形導
波管８と角形ルツボ２とはフランジ９によつて互
いに結合され、その接続部は第２図に示すように
平面投影形状で角形ルツボ２が円形導波管８に外
接するように構成されている。

角形ルツボ２はその角部ａとｃおよびｂとｄを
結ぶ線（対角線）が長方形導波管１と平行および
直交方向を向くように配置され、さらに被処理物
供給用フイーダ５が長方形導波管１と平行（角形
ルツボ２の角部ｂ―ｄの方向）になるように配置
されている。

第３図はこの考案の別の実施例を示し、角形ル
ツボ２はその角部ａとｃおよびｂとｄとを結ぶ線
（対角線）が長方形導波管１と平行および直交方
向を向くように配置され、さらに被処理物供給用
フイーダ５が長方形導波管１と直角（角形ルツボ
２の角部ａ―ｃの方向）になるように配置されて
いる。

上記構成において、ルツボ２の一辺を11.2cmの
断面正方形とし、TM₀₁モードでマイクロ波を照
射すると、第４図Ａ〜Ｈに示すようになる。すな
わち、第２図Ａの配置のものではマイクロ波出力
が4KWでは第４図Ａに示すように角部ａ，ｃに
７〜10mm程度の未溶融部が残り、4.5KWではＢ
に示すように未溶融部が４〜６mmになり、5KW
および5.5KWではＣ，Ｄに示すように全面が溶
融された。すなわち、第２図Ａの配置ではルツボ
の断面積当りのマイクロ波出力が5KW（ルツボの
断面積当りのマイクロ波電力40W／cm²）以上では
第２図Ｂに示すように角部ａ，ｂ，ｃ，ｄに未溶
融部が生じることなく、全面が溶融された。一
方、第３図Ａの配置のものでは、マイクロ波出力
が4KWでは第４図Ｅに示すように角部ａ，ｃに
８〜11mm程度の未溶融部が残り、4.5KWではＦ
に示すように未溶融部が４〜７mmになり、5KW
ではＧに示すように３〜５mmの未溶融部が残り、
5.5KWではＨに示すように角部に未溶融部を生
じることなく、全面が溶融することが判明した。
すなわち、第３図Ａの配置ではルツボの断面積当
りのマイクロ波出力が5.5KW（ルツボの断面積当
りのマイクロ波電力44W／cm²）以上では第３図Ｂ
に示すように角部ａ，ｂ，ｃ，ｄに未溶融部が生
じることなく、全面が溶融された。

この理由については、つぎのように考えられ
る。

(1) 角部ｂ，ｄは長方形導波管の中心部、したが
つて高温加熱部となるため、マイクロ波出力
4KW（ルツボの断面積当りのマイクロ波電力
32W／cm²）以上で溶融すれば第２図Ａおよび第
３図Ａの配置のいずれの場合でも良好に溶融さ
れる。

(2) 一方、角部ａ，ｃは長方形導波管の周壁部に
対応する位置することになり、したがつてマイ
クロ波の電力が中心部に比べて小さい。このた
め第２図Ａの配置の場合は被処理物が高温加熱
部に供給されることになり、マイクロ波出力
5KWで照射すると、ここで溶融されてルツボ
内の角部ａ，ｃに流れるため、角部ａ，ｃに未
溶融部が生じないが、第３図Ａの配置の場合
は、被処理物の一部が直接、角部ａ，ｃに供給
されるので、マイクロ波出力5KWでは角部ａ，
ｃに未溶融部が幅３〜５mm程度生じる。しかし
マイクロ波出力を5.5KWに上げると、角部ａ，
ｃのマイクロ波電力が、供給したマイクロ波出
力に比例して大きくなり、かつ中心部の高温部
の影響も大きくなり、角部ａ，ｃが良好に溶融
するようになると考えられる。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明はマイクロ波発
振器に長方形導波管、円形導波管、四角形または
六角形の角形ルツボを順次接続し、TM₀₁モード
のマイクロ波を照射して溶融するようにしたもの
であり、ルツボ内全体に亘つて溶融させることが
でき、またルツボが角形で互いに隙間なく収納す
ることができるために貯蔵効率を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す全体斜視図、
第２図Ａ，Ｂはその平面形状図および溶融状態説
明図、第３図Ａ，Ｂはこの考案の他の実施例を示
す平面形状図およびその溶融状態の説明図、第４
図Ａ〜Ｈはそのマイクロ波出力の大きさと溶融状
態との関係を示す説明図、第５図Ａ，Ｂはそれぞ
れ従来構造の斜視図、第６図Ａ，Ｂ，Ｃはマイク
ロ波のモードと溶融状態との関係説明図、第７図
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはさらに別のモードと溶融状態と
の関係図である。 １…長方形導波管、２…角形ルツボ、５…フイ
ーダ、８…円形導波管、９…フランジ、ａ，ｂ，
ｃ，ｄ…角部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 角形形状を有するルツボ中に被処理物を供給
   するとともに、TM₀₁モードのマイクロ波を照射
   することによつて溶融固化処理するインキヤンメ
   ルト式の加熱溶融炉において、マイクロ波発振器
   に長方形の導波管、円形導波管および角形ルツボ
   を順次接続し、上記円形導波管と角形ルツボとの
   接続部では平面投影形状で円形導波管に角形ルツ
   ボが外接するように、かつ角形ルツボの対角線が
   長方形導波管と平行および直交方向に向くように
   配置され、被処理物の供給口が長方形導波管と平
   行または直角方向に配置されるように円形導波管
   に形成されていることを特徴とするマイクロ波溶
   融炉。