JP3631211B2

JP3631211B2 - 高温用マイクロ波加熱炉と、それに使用する支持体

Info

Publication number: JP3631211B2
Application number: JP2002033992A
Authority: JP
Inventors: 恒夫桐山; 晃彦根岸; 正人大沢; 安雄三須
Original assignee: Saint Gobain TM KK
Current assignee: Saint Gobain TM KK
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2022-02-12
Also published as: JP2003243145A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高温用マイクロ波加熱炉と、それに使用する支持体および棚板部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波加熱は、マイクロ波電力を誘電体の被加熱物に吸収させて誘電体の被加熱物の内部より自己発熱させる方法である。
【０００３】
このため、ガス、電気抵抗等を熱源とした、熱伝導や輻射による従来の加熱方式に比べて、マイクロ波加熱は、急速加熱が可能となり、しかも熱効率が高いため短時間で加熱処理を行うことができる。
【０００４】
この原理を応用して、マイクロ波加熱は、ゴムの加熱加硫装置や木材の接着乾燥装置に広く利用されている。
【０００５】
また、これら低温用途の他に、高温用途としてセラミックや陶器等の焼成用のマイクロ波加熱炉が特公昭５９−２５９３７号公報に記載されている。電子レンジを利用して焼成を行う焼成炉が特開平７−３１８２６２号公報に記載されている。このような高温用途においては、被加熱物の自己発熱によって発生した熱を放散させないように、被加熱物を断熱材で囲む必要がある。
【０００６】
高温用途のマイクロ波加熱炉は、主に、マイクロ波発振装置、マイクロ波の発振口である導波管、マイクロ波をなるべく均等に分散させるためのファン、マイクロ波の漏洩を防ぐ遮蔽体としてのケーシング、及び断熱材からなる。
【０００７】
上記公報に示すような、これまでの高温用途のマイクロ波加熱炉は、小型であった。そのため、被加熱物を囲んで構成する閉空間（炉内）を断熱材で構築する際に、側壁、天井部分をほぼ一体に成形した単体の断熱材を用いることができた。その結果、断熱材を支持するための支持体は特に必要がなかった。即ち、一体に成形した単体の断熱材は、そのままで力学的に安定に自立することができた。
【０００８】
しかし、炉を大型化する場合、炉内に広い閉空間が必要になる。この広い空間を構築するためには、複数の断熱材を組み合わせて壁や天井部分を構成する必要が生じた。その結果、複数の断熱材を支持し、固定する必要が生じた。
【０００９】
一方、従来のガス、電気抵抗等を熱源とした加熱方式の大型炉においては、断熱材の固定方法としては、棒状あるいは爪状の金属製支持体を介して、外枠を兼ねた強度のある金属製ケーシングに断熱部材を固定する方法が一般的である。
【００１０】
また、金属は、マイクロ波の一部を吸収して熱を発生するが、マイクロ波の大部分を反射する性質を持つ。この性質は必要に応じて使い分けられている。例えば、一般の電子調理器、またマイクロ波を熱源とした加熱炉では、マイクロ波が金属によって反射する性質を利用して、金属で調理器や炉全体を囲い、炉外ヘマイクロ波が漏れないようにして危険防止を図っている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
高温のマイクロ波加熱を行うためには、次のことが必要である。
【００１２】
ａ）被加熱物を断熱材で覆い、断熱材の外側にマイクロ波発振器及び導波管を配置しなければならない。つまり、断熱材の使用により、被加熱物自身から発生する熱を、断熱材の内側に閉じこめて、被加熱物を高温に保つと共に、断熱材の外側を低温に保ち、被加熱物から発生する熱でマイクロ波発振器及び導波管が損傷しないようにするためである。従って内側より、被加熱物、断熱材、発振器及び導波管の順で設けることが必要となる。
【００１３】
ｂ）産業界では、現在、炉の大型化の要請があるが、炉の大型化に伴って、従来のように大型の断熱材を成形段階で一体に成形するのは困難である。分割またはモジュール化した多数の小さな断熱材をそれぞれ自立させるか、または安定的に支持して固定する構造が求められる。
【００１４】
ｃ）一方、マイクロ波は発振器から導波管を通して発振され、断熱材を透過して、効率よく被加熱物に達する必要がある。従って、少なくとも導波管と被加熱物の間には、それを妨げるような部材を配置することは避ける必要がある。また、自身が溶損などして本来の機能を失うような部材を配置することは避ける必要がある。例えば、金属製の板、支持体等はそのままでは配置すべきではない。
【００１５】
ｄ）断熱材は、マイクロ波による被加熱物の発熱を妨げないような材質、つまり、マイクロ波に対して透過性の優れた材質であることが必要である。
【００１６】
ｅ）人体に対して安全性を高めるため、マイクロ波が炉の外側に漏れ出ることは防止しなければならない。即ち、少なくとも断熱材の外側を覆い、閉空間を作る金属製ケーシングが必要である。
【００１７】
本発明の課題は、マイクロ波を熱源とし、高温かつ大型にすることができる高温用マイクロ波加熱炉と、それに使用する支持体を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段を例示すると、各請求項に記載の高温用マイクロ波加熱炉とそれに使用する支持体である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明は、マイクロ波を加熱源として用いる高温用マイクロ波加熱炉を改良したものである。内側より順に、被加熱物、断熱材、金属製ケーシングが配置される。断熱材は被加熱物を囲うように設けられる。断熱材は、断熱部材（好ましくは複数個の断熱部材）で構成される。支持体は、非金属かつ無機質材料からなる。
【００２０】
支持体は、導波管よりも内側に安全に配する。マイクロ波透過性及び耐熱性に優れ、高温での強度があり、成形や加工が容易な支持体とする。この支持体の材料として、非金属かつ無機質材料を選択する。
【００２１】
好ましくは、高温用マイクロ波加熱炉用の支持体および棚板部材は、誘電損失が被加熱物と同じか、または被加熱物よりも小さいものにする。さらに、支持体は、アルミナ質、ムライト質、ステアタイト質、ジルコン質、コーディエライト質、シリカ質、石英、炭化ケイ素、窒化ケイ素等の材料のうち１種以上を選択したものからなる耐火物で作るのが好ましい。
【００２２】
本発明における断熱材用の支持体の材料としては、マイクロ波透過性及び耐熱性に優れ、高温での強度があり、加工が容易である、非金属かつ無機質の材料が適している。さらに、マイクロ波の透過、反射、吸収を考えた場合、マイクロ波の透過性に優れた材料は、言い換えればマイクロ波を反射、吸収しにくい性質を持っているものである。その性質を表すひとつの要素として誘電損失がある。誘電損失が大きい材料は、マイクロ波を吸収しやすく、その結果、材料の発熱量が多くなる。従って高温用のマイクロ波加熱炉においては、被加熱物よりも誘電損失の大きい材料は、被加熱物よりも発熱しやすく、従って被加熱物よりも高温になってしまい、高温で必要な強度を維持できなくなり、また、変形しやすくなる。つまり、炉の最高使用温度を低下させることになる。また、このような支持体が被加熱物の近くにあれば、支持体からの熱の影響を受け、被加熱物の正確な温度制御が困難となる。さらに、マイクロ波が、被加熱物に届く前に支持体に吸収されてしまい、被加熱物の発熱効率が悪くなるため好ましくない。つまり、高温用のマイクロ波加熱炉においては、断熱材を支持する支持体は、その誘電損失が被加熱物と同じか、または、被加熱物よりも小さいことが好ましい。例えば、被加熱物がムライトである場合は、支持体は、ムライトまたはアルミナが好ましい材料であり、被加熱物がアルミナである場合には、支持体は、アルミナで作るのが好ましい。
【００２３】
支持体は、断面の形状、断面の幅、径等は任意のものでよい。ただし、幅、径が小さすぎると、支持体としての強度が不足し、大きすぎると、支持体にマイクロ波が吸収される量が多くなり、被加熱物を効率よく加熱できなくなる。支持体は、材料の入手のしやすさ、価格、加工性、施工性を考慮することが好ましい。支持体の形としては、チューブ状が最も好ましいものとして採用できる。
【００２４】
側壁を構成する断熱部材に対しては、対向面に位置する金属製ケーシング側面の一方の側から、対向する他方の側面に支持体を渡して、断熱材を支持体により支持する。さらに、支持体は、金属製ケーシングと接した部分で支持されて固定される。この場合、支持体は、少なくとも、上述のケーシングの側面間の距離を渡すことのできる長尺の支持体が適している。長尺支持体は、少なくともその一部で断熱部材の外側または表面を支持すれば良い。また、支持体で断熱部材を貫通して支持しても良い。
【００２５】
さらに、複数の断熱部材は、支持体を貫通した形で一体とした断熱材の形にすることができる。この場合、支持体は、短くてよく、たとえば少なくとも隣り合う断熱部材を支持して一体とすることができる程度の長さの短尺支持体が適している。支持体の長さは、一体としたい断熱部材の大きさや数量に応じて決めることができる。
【００２６】
天井部分に配置する断熱材は、複数個の断熱部材で構成したアーチの端部を、側壁断熱材の上端で支持する構造が適している。複数個の断熱部材をせり合わせてアーチ構造とし、アーチの両端を、側壁断熱材の上端部分で支持することで、この場合、支持体なしで天井部分の断熱材（天井部分の炉壁）を構成できる。
【００２７】
また、天井部分の断熱材は、アーチ構造とせず、断熱部材を長尺支持体で貫通し、長尺支持体を金属製ケーシングで固定する方法でも良い。
【００２８】
また、側壁断熱材の外側と導波管の間には空間を設け、空気流の自然対流によって、支持体を自然冷却することが好ましい。
【００２９】
断熱材は、側壁と天井のいずれにおいても、多数の断熱部材を組み合わせて組立てたものとするのが好ましい。断熱部材は、種々のものを採用できる。
【００３０】
【実施例】
アルミナ繊維、無機粉体、結合材を水で分散させたスラリーを作り、そのスラリーをモールドを用いて真空成形して、厚さ７５ｍｍのボード状の断熱部材１を得る。それらの断熱部材１を断熱部材の厚さ方向に積層し、その積層方向が床と平行な方向になるようにして、側壁断熱材を構成する。側壁断熱材の外側の面に接するように、支持体として、外径３５ｍｍのアルミナチューブ２を側壁断熱材の積層方向と同方向に配して、それらのアルミナチューブ２により側壁断熱材を支持した。
【００３１】
アルミナチューブ２は、金属製ケーシング３の一方の側から、対向する他方の側面に渡した。アルミナチューブ２の端部は、金属製ケーシング３に開けた穴に差し込んで固定した。金属製ケーシング３は、金属製台座４の部分を除き、６面について側壁の断熱材１と、天井部分の断熱材１を囲むように配した。
【００３２】
天井部分の断熱材１は、ボード状の断熱部材１を、加工後にせり合わせてアーチ状としたものを使用し、断熱部材１の厚さ方向に積層し、その方向が床と平行となるようにして天井部分の断熱材１を構成した。このとき、アーチ状天井部分の両端部は側壁断熱材１の上端によって支持されている構造とした。断熱材１で囲む閉空間（炉内）は、幅１１４０ｍｍ、長さ１１４０ｍｍ、有効高さ３７５ｍｍであった。
【００３３】
炉の床部分は、金属製台座４の上にボード状断熱部材１とアルミナ耐火物５を敷き、金属製台座４は昇降する構造とした。この昇降構造は従来のものを採用できる。さらに、側壁断熱材１及び天井部分の断熱材１と、金属製ケーシング３との間は、約２００ｍｍの間隔を設け、空気流の自然対流で冷却できる構造とした。
【００３４】
炉内には、３×２００×２００ｍｍのアルミナ板状の棚板部材１０と、外径３５ｍｍ、高さ５０ｍｍのアルミナチューブ状棚板部材１１を組み合わせて使用し、棚板部材として構成して配置した。
【００３５】
図示例のマイクロ波加熱炉で、被加熱物として陶磁器材料を１３００℃で加熱したところ、陶磁器材料に歪みや割れを生じることなく加熱できた。また、支持体は、断熱材を安全に支持して固定できた。棚板部材は、被加熱物を安定的に支持することができた。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、非金属かつ無機質材料からなる支持体を使用するので、支持体は、マイクロ波透過性及び耐熱性に優れ、高温での強度があり、加工が容易である。
【００３７】
高温用マイクロ波加熱炉において、このような支持体を導波管よりも内側に配して、複数の断熱部材を組み合わせて支持体により支持すると、断熱材を安全に支持して、固定でき、高温用マイクロ波加熱炉を大型化することが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による高温用マイクロ波加熱炉の一例を示す概略説明図。
【符号の説明】
１断熱材（断熱部材）
２アルミナチューブ
３金属製ケーシング
４金属製台座
５アルミナ耐火物
６被加熱物
７マイクロ波発振器
８導波管
９高温用マイクロ波加熱炉
１０アルミナ板状の棚板部材
１１アルミナチューブ状の棚板部材

Claims

マイクロ波が加熱源として用いられ、内側より順に、被加熱物、断熱材、金属製ケーシングが配置され、断熱材は被加熱物を囲うように設けられ、断熱材が、複数本の長尺の支持体で支持され、長尺の支持体が、金属製ケーシングの側面の一方の側から、対向する他方の側面に渡されていて、断熱材を支持しており、各支持体は、非金属かつ無機質材料からなることを特徴とする高温用マイクロ波加熱炉。
支持体がチューブ状であることを特徴とする請求項１に記載の高温用マイクロ波加熱炉。
マイクロ波が加熱源として用いられ、内側より順に、被加熱物、断熱材、金属製ケーシングが配置され、断熱材は被加熱物を囲うように設けられ、支持体を断熱材に貫通した形で、断熱材が支持体により支持されており、長尺の支持体が、金属製ケーシングの側面の一方の側から、対向する他方の側面に渡されていて、断熱材を支持しており、支持体が非金属かつ無機質材料からなることを特徴とする高温用マイクロ波加熱炉。
複数の断熱部材に支持体を貫通して、一体として断熱材を構成していることを特徴とする請求項３に記載の高温用マイクロ波加熱炉。
マイクロ波が加熱源として用いられ、内側より順に、被加熱物、断熱材、金属製ケーシングが配置され、断熱材は被加熱物を囲うように設けられ、支持体を断熱材に貫通した形で、断熱材が支持体により支持されており、支持体が非金属かつ無機質材料からなり、複数の断熱部材に支持体を貫通して、一体として断熱材を構成していることを特徴とする高温用マイクロ波加熱炉。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の高温用マイクロ波加熱炉に使用される支持体であって、支持体の誘電損失が被加熱物と同じか、または被加熱物よりも小さいことを特徴とする高温用マイクロ波加熱炉用支持体。
支持体が、アルミナ質、ムライト質、ステアタイト質、ジルコン質、コーディエライト質、シリカ質、石英、炭化ケイ素、窒化ケイ素の１種以上からなる耐火物で作られていることを特徴とする請求項６に記載の高温用マイクロ波加熱炉用支持体。