JP6726617B2 - マイクロ波複合加熱炉 - Google Patents
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Description
(1)反応温度の低下
(2)反応時間の短縮
(3)高純度材料の生成(反応選択性)
など、これまでの火炎や高温ガスによる加熱とは異なる化学的・物理的な挙動が生じることが知られるようになってきている。これらはマイクロ波の電磁気エネルギーが熱に緩和する前に直接に物質の分子構造に作用するために生じる「マイクロ波効果」と呼ばれるものであり、様々な分野で応用が図られようとしている。
次に、発明者は、熱平衡系の速度分布関数f0(v)に、1次のオーダーの揺らぎf0(v)・(v- vph)・g(v-vph)を加え、Eyring の絶対反応速度理論に基づいて、マイクロ波非平衡系に対する反応速度定数K*を導いた。ここで、音波の振幅ξについて、ξ2≪RT/m*を仮定した。
このため、十分なマイクロ波効果を奏するには、ただ出力を増大させるという手段に依存し、装置コスト、運転コストが増大するという問題があった。
断熱材からなる筐体と、
前記筐体の内部に配置され、被加熱物を収容し、加熱するための加熱容器と、
マイクロ波発生装置によりマイクロ波を発生させ、当該マイクロ波を伝送するマイクロ波伝送手段により前記加熱容器に収容された被加熱物に、前記加熱容器の外壁を介さずにマイクロ波を照射するためマイクロ波照射装置と、
前記加熱容器を外部から加熱するための加熱手段と、
を備え、
前記加熱容器は導電性を有し、マイクロ波を内部で反射可能である炭素系材料を主成分として形成されており、
被加熱物をマイクロ波と前記加熱手段とにより加熱可能に構成されている、
という技術的手段を用いる。
前記加熱容器は、炭化けい素粒子とカーボンとを結合させて形成された複合材料からなる、
という技術的手段を用いる。
請求項3に記載の発明では、請求項1または請求項2に記載のマイクロ波複合加熱炉において、
前記複合材料は、炭化けい素の含有率が20〜70%であり、高周波に対する電気伝導率が銅の1/10以上である、
という技術的手段を用いる。
前記加熱容器内に雰囲気を調整するガスを導入するためのガス導入手段と、
被加熱物を加熱処理したときに発生するガスを回収、処理するガス回収手段と、を備えた、
という技術的手段を用いる。
前記マイクロ波伝送手段は導波管であり、
前記ガス導入手段は当該導波管に接続されており、
前記ガス回収手段は前記ガス導入手段を介して当該導波管に接続されており、
当該導波管の先端から、前記ガス導入手段から導入するガス、または前記ガス導入手段から導入するガスと前記ガス回収手段において処理されたガスとの混合ガスを前記加熱容器の内部に導入する、
という技術的手段を用いる。
前記マイクロ波伝送手段は、前記マイクロ波発生装置により発生されたマイクロ波を反射するマイクロ波反射手段により、マイクロ波を前記加熱容器内部に誘導するように構成されている、
という技術的手段を用いる。
前記マイクロ波伝送手段は、加熱された被加熱物が放射する赤外線を反射して前記加熱容器内に誘導する赤外線反射手段を備えた、
という技術的手段を用いる。
前記赤外線反射手段は、前記マイクロ波反射手段のマイクロ波の反射面に階段状に形成された反射面として構成されている、
という技術的手段を用いる。
前記マイクロ波照射装置は、
複数個の前記マイクロ波発生装置が、筐体側壁に加熱容器を囲むように配置されており、当該複数のマイクロ波発生装置が発生させるマイクロ波の波面を制御することにより、任意の照射面を形成可能に構成されている、
という技術的手段を用いる。
前記加熱容器内に被加熱物を供給する被加熱物供給手段と、
加熱処理された被加熱物を回収するための回収手段と、
を備えた、
という技術的手段を用いる。
本発明のマイクロ波複合加熱炉の第1実施形態について図を参照して説明する。
図1に示すように、マイクロ波複合加熱炉1は、筺体10と、筐体10の内部に配置され、被加熱物を収納し、加熱するための加熱容器11と、加熱容器11を外部から加熱する加熱手段12と、マイクロ波照射装置13と、加熱容器11内に被加熱物を供給する被加熱物供給装置14と、加熱容器11内に雰囲気を調整するガスを導入するためのガス導入手段15と、被加熱物を加熱処理したときに発生するガスを回収、処理するガス回収手段16と、図示しない制御装置と、を備えている。
次に、加熱炉1を用いた被加熱物の加熱方法について、スポンジ鉄または銑鉄の製造を例に説明する。
ガス回収手段16は熱交換器を備えた構成とすることもできる。これによれば、反応ガスなどの排熱を被加熱物の予熱やコージェネバーナーなどに用いることができる。
本実施形態の加熱炉1によれば、被加熱物への熱供給は、主に加熱手段12により加熱容器11に与えられる熱流によって行い、マイクロ波は高温となった被加熱物に選択的に吸収させる。加熱容器11内部にマイクロ波を閉じ込めて、電磁界密度を向上させることにより、マイクロ波が熱エネルギーに緩和する前に、マイクロ波効果を十分に奏することができるようにすることができる。加熱手段12により、温度分布を均一にすることができるとともに、反応効率及びエネルギー効率の向上を図ることができ、装置コスト、運転コストの低い加熱を行うことができる。
第2実施形態に係るマイクロ波複合加熱炉について図を参照して説明する。
マイクロ波複合加熱炉2によれば、第1実施形態のマイクロ波複合加熱炉1が奏することができる効果に加え、以下の効果を奏することができる。
マイクロ波の波面を制御することにより、マイクロ波の指向性を電気的に可変とし、任意の照射面を形成することができる。これにより、加熱容器21が攪拌機構などを要さず、被加熱物の均一な加熱が可能となる。
加熱された被加熱物から放射される赤外線を加熱容器21内に戻して加熱に用いることができるので、より効率的な加熱が可能である。
マイクロ波照射装置として、発明者らが開発した(特開2013−11384号公報:マイクロ波加熱炉)加熱方式を採用することもできる。マイクロ波源はモジュール化し、位相制御によって指向性を持った波源ユニットとする。この波源ユニットを合成したマイクロ波アンテナを加熱容器の周りにラジアル状に設置する。指向性を持ったマイクロ波ビームを反射鏡により、加熱容器中央に向かって照射し、被加熱物表面で最大になるよう集束させ、被加熱物を加熱する。
10…筐体
11…加熱容器
12…加熱手段
13…マイクロ波照射装置
13a…マイクロ波発生装置
13b…導波管
14…被加熱物供給装置
15…ガス導入手段
16…ガス回収手段
18…被加熱物供給路
19…予熱用マイクロ波照射装置
20…筐体
21…加熱容器
22…加熱手段
23…マイクロ波照射装置
23a…マイクロ波発生装置
23b…反射鏡
23c…マイクロ波窓
23d…マイクロ波照射路23d
24…被加熱物供給装置
25…ガス導入手段
26…ガス回収手段
29…予熱用マイクロ波発生装置
Claims (10)
- 断熱材からなる筐体と、
前記筐体の内部に配置され、被加熱物を収容し、加熱するための加熱容器と、
マイクロ波発生装置によりマイクロ波を発生させ、当該マイクロ波を伝送するマイクロ波伝送手段により前記加熱容器に収容された被加熱物に、前記加熱容器の外壁を介さずにマイクロ波を照射するためのマイクロ波照射装置と、
前記加熱容器を外部から加熱するための加熱手段と、
を備え、
前記加熱容器は導電性を有し、マイクロ波を内部で反射可能である炭素系材料を主成分として形成されており、
被加熱物をマイクロ波と前記加熱手段とにより加熱可能に構成されていることを特徴とするマイクロ波複合加熱炉。 - 前記加熱容器は、炭化けい素粒子とカーボンとを結合させて形成された複合材料からなることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波複合加熱炉。
- 前記複合材料は、炭化けい素の含有率が20〜70%であり、高周波に対する電気伝導率が銅の1/10以上であることを特徴とする請求項2に記載のマイクロ波複合加熱炉。
- 前記加熱容器内に雰囲気を調整するガスを導入するためのガス導入手段と、
被加熱物を加熱処理したときに発生するガスを回収、処理するガス回収手段と、を備えたことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1つに記載のマイクロ波複合加熱炉。 - 前記マイクロ波伝送手段は導波管であり、
前記ガス導入手段は当該導波管に接続されており、
前記ガス回収手段は前記ガス導入手段を介して当該導波管に接続されており、
当該導波管の先端から、前記ガス導入手段から導入するガス、または前記ガス導入手段から導入するガスと前記ガス回収手段において処理されたガスとの混合ガスを前記加熱容器の内部に導入することを特徴とする請求項4に記載のマイクロ波複合加熱炉。 - 前記マイクロ波伝送手段は、前記マイクロ波発生装置により発生されたマイクロ波を反射するマイクロ波反射手段により、マイクロ波を前記加熱容器内部に誘導するように構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1つに記載のマイクロ波複合加熱炉。
- 前記マイクロ波伝送手段は、加熱された被加熱物が放射する赤外線を反射して前記加熱容器内に誘導する赤外線反射手段を備えたことを特徴とする請求項6に記載のマイクロ波複合加熱炉。
- 前記赤外線反射手段は、前記マイクロ波反射手段のマイクロ波の反射面に階段状に形成された反射面として構成されていることを特徴とする請求項7に記載のマイクロ波複合加熱炉。
- 前記マイクロ波照射装置は、
複数個の前記マイクロ波発生装置が、筐体側壁に加熱容器を囲むように配置されており、当該複数のマイクロ波発生装置が発生させるマイクロ波の波面を制御することにより、任意の照射面を形成可能に構成されていることを特徴とする請求項6ないし請求項8のいずれか1つに記載のマイクロ波複合加熱炉。 - 前記加熱容器内に被加熱物を供給する被加熱物供給手段と、
加熱処理された被加熱物を回収するための回収手段と、
を備えたことを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか1つに記載のマイクロ波複合加熱炉。
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