(57)【要約】【課題】本発明は、粉体又は粒体状の被加熱物をマイクロ波加熱するに当たって、堆積粉粒体の内部温度を測定してマイクロ波出力を適切に調整することのできるマイクロ波加熱炉を提供することを課題とする。【解決手段】本発明のマイクロ波加熱炉１０は、炉殻１２と、この炉殻１２で区画され被加熱物Ｍを収容する加熱室１４と、被加熱物を加熱するマイクロ波加熱手段１６と、被加熱物の温度を測定する温度測定手段２２と、温度測定手段で測定された温度に基づいて、マイクロ波加熱手段のマイクロ波出力を制御する制御手段２４とを備えるマイクロ波加熱炉において、被加熱物Ｍは粉体および／または粒体であり、温度測定手段２２は、熱電対を内蔵する棒体２６と、この棒体２６を挿抜自在に支持する炉殻１２を貫通して炉殻１２に固設されている支持部材３０とを備える。【選択図】図１
2007113873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉殻と、該炉殻で区画され被加熱物を収容する加熱室と、
前記被加熱物を加熱するマイクロ波加熱手段と、
前記被加熱物の温度を測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段で測定された温度に基づいて、前記マイクロ波加熱手段のマイクロ波出力を制御する制御手段とを備えるマイクロ波加熱炉において、
前記被加熱物は粉体および／または粒体であり、
前記温度測定手段は、熱電対を内蔵する棒体と該棒体を挿抜自在に支持する前記炉殻を貫通して該炉殻に固設されている支持部材とを備えることを特徴とするマイクロ波加熱炉。
【請求項２】
前記棒体はシース熱電対である請求項１に記載のマイクロ波加熱炉。
【請求項３】
前記棒体は、鉛直方向に対して５〜７５°傾斜して挿抜される請求項１又は２に記載のマイクロ波加熱炉。
【請求項４】
前記温度測定手段は、前記支持部材の開口周縁からのマイクロ波の漏洩を防止するマイクロ波漏洩防止手段を備える請求項１〜３のいずれかに記載のマイクロ波加熱炉。
【請求項５】
前記マイクロ波漏洩防止手段は、前記支持部材の開口部に設けられ前記棒体と摺接するλ／４チョーク構造部材と、前記棒体に固着され該λ／４チョーク構造部材と嵌合してマイクロ波の漏洩を遮蔽する遮蔽部材とからなる請求項５に記載のマイクロ波加熱炉。
【請求項６】
前記マイクロ波漏洩防止手段は、一端を前記棒体に、他端を前記支持部材に固着し該支持部材の開口部を閉塞してマイクロ波を吸収するカーボン含有部材で形成された伸縮自在の蛇腹体である請求項４に記載のマイクロ波加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロ波加熱炉に関し、特に、粉体や粒体の被加熱物の加熱温度を適切に制御して加熱することのできるマイクロ波加熱炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のバーナやヒータなどの外部加熱式の加熱炉では、被加熱物は燃焼空気や加熱された雰囲気からの輻射又は対流などによりその外周面から順次内部に向かって加熱される。この場合には、雰囲気温度を測定監視することで被加熱物の温度を適切に制御することが可能であるが、昇温には長時間を要した。
【０００３】
近年、被加熱物を自己発熱によりその内部から加熱するマイクロ波加熱が盛んに研究されるようになった。このようなマイクロ波加熱は、極めて短時間で昇温加熱することができるので、従来の外部加熱に代えてこのマイクロ波加熱を採用することで生産性を飛躍的に向上することが期待されている。
【０００４】
ところで、一般に、被加熱物である誘電体をマイクロ波で加熱すると、被加熱物を表面からのみでなくその内部からも同時に加熱される。しかし、通常は加熱処理時のマイクロ波加熱炉の炉内温度は、被加熱物の表面温度よりもかなり低いために被加熱物の表面から熱が放射され、結果的に被加熱物の中心部と表面部との間に温度差を生じる。このため成形された被加熱物では変形したりクラックなどの欠陥が発生しやすいということが知られている（特許文献１など参照）。
【０００５】
また、マイクロ波の特性として、誘電体（被加熱物）が高温になればなるほどその誘電体のマイクロ波吸収率は大きくなる。従って、被加熱物に部位による温度差が生じると、温度の低い部位に比べて温度の高い部位のマイクロ波吸収率が高くなるので、その部位の温度はさらに高くなる。このように、一旦被加熱物に部位による温度差が生じると、マイクロ波加熱を継続することによってさらに部位間の温度差が拡大されることになる。
【０００６】
一般に、マイクロ波加熱時の被加熱物の温度測定は非接触式の赤外線放射温度計などが用いられているが、このような温度計では被加熱物の表面温度しか知ることができない。しかし、被加熱物が堆積した状態で容器に収容されている粉体粒体（以後、粉粒体という）である場合には、マイクロ波加熱により堆積した粉粒体の内部の粉粒体が急速に昇温するので、非接触式の赤外線放射温度計などによる温度測定は適当ではない。このため、マイクロ波加熱中に堆積粉粒体の内部温度を測定して、内部温度が急上昇（いわゆる暴走）しないようにマイクロ波出力を調整することのできる連続式マイクロ波加熱炉の開発が望まれていた。
【特許文献１】特開平６−３４５５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のような要請に鑑みてなされたもので、粉粒体状の被加熱物をマイクロ波加熱するに当たって、堆積粉粒体の内部温度を測定してマイクロ波出力を適切に調整することのできるマイクロ波加熱炉を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のマイクロ波加熱炉は、炉殻と、この炉殻で区画され被加熱物を収容する加熱室と、被加熱物を加熱するマイクロ波加熱手段と、被加熱物の温度を測定する温度測定手段と、温度測定手段で測定された温度に基づいて、前記マイクロ波加熱手段のマイクロ波出力を制御する制御手段とを備えるマイクロ波加熱炉において、被加熱物は粉体および／または粒体であり、温度測定手段は、熱電対を内蔵する棒体と、この棒体を挿抜自在に支持する炉殻を貫通して炉殻に固設されている支持部材とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明のマイクロ波加熱炉は、粉体および／または粒体の被加熱物にシース熱電対を挿通して粉体の内部温度を測定することができる。そして、その測定温度に基づいてマイクロ波出力を制御することができるので、粉粒体の内部温度の上昇が暴走することなく粉粒体を均一に加熱処理することができる。
【００１０】
ここで、温度測定手段の棒体は、先端部を封止した金属製のパイプに熱電対を内蔵して棒体としたものであり周知のシース熱電対を用いてもよい。
【００１１】
本発明のマイクロ波加熱炉において、棒体は鉛直方向に対して５〜７５°傾斜して挿抜されることが望ましい。棒体を粉粒体の被加熱物に傾斜して挿抜することで、棒体を破損することなくかつ容易に堆積している粉粒体の目標内部深さまで挿入することができる。
【００１２】
また、本発明のマイクロ波加熱炉において、温度測定手段は、支持部材の開口周縁からのマイクロ波の漏洩を防止するマイクロ波漏洩防止手段を備えることが望ましい。マイクロ波漏洩防止手段を備えることで、マイクロ波加熱炉の周辺近傍で安全に作業を行うことができる。
【００１３】
本発明におけるこのようなマイクロ波漏洩防止手段は、支持部材の開口部に設けられシース熱電対と摺接するλ／４チョーク構造部材と、棒体に固着されこのλ／４チョーク構造部材と嵌合してマイクロ波の漏洩を遮蔽する遮蔽部材とからなることが好ましい。このような構成のマイクロ波漏洩防止手段は、λ／４チョーク構造 とシートリングを含む遮蔽構造との二重構造となっているのでマイクロ波の外部への漏洩を確実に防止することができる。
【００１４】
また、本発明におけるこのようなマイクロ波漏洩防止手段は、一端を棒体に、他端を支持部材に固着し、この支持部材の開口部を閉塞してマイクロ波を吸収するカーボン含有部材で形成された伸縮自在の蛇腹体であってもよい。
【００１５】
このようなマイクロ波を吸収する蛇腹体は、マイクロ波の外部への漏洩を確実に防止することができるとともに、棒体のスムースな挿抜を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明のマイクロ波加熱炉の一実施の形態を模式的に示したものである。
【００１７】
本発明のマイクロ波加熱炉１０は、炉殻１２と、この炉殻１２で区画され被加熱物Ｍを収容する加熱室１４と、被加熱物Ｍを加熱するマイクロ波加熱手段１６と、被加熱物Ｍの温度を測定する温度測定手段２２と、この温度測定手段２２で測定された温度に基づいて、マイクロ波発振器１８のマイクロ波出力を制御する制御手段２４とを備えている。
【００１８】
マイクロ波加熱手段１６は、所定の出力でマイクロ波を発振するマイクロ波発振器１８と、このマイクロ波発振器１８から加熱室１４へマイクロ波を導く導波管２０とを有している。
【００１９】
温度測定手段２２は、先端を被加熱物Ｍに挿入して、堆積した被加熱物Ｍの内部温度を測定する熱電対を内蔵した棒体２６と、マイクロ波漏洩防止手段２７を有し、この棒体２６を加熱室１４へ挿抜可能に支持する支持部材３０とを備えている。なお、図１は棒体２６を矢印Ａ１方向へ押し込むことで加熱室１４へ挿入して、被加熱物Ｍの内部温度を測定している状態を示し、図３は、例えば、被処理物Ｍを入れ替えるために棒体２６を矢印Ａ２方向へ引き上げて温度測定を中断する様子を示している。
【００２０】
図２に示すように、棒体２６は、図示しないアロメル・クロメルなどの熱電対を収容する先端封止の金属パイプからなるケース部２６ａと、この熱電対とリード線３２とを接続する接続部２６ｂとを備える。このような棒体２６として、周知のシース熱電対を好適に用いることができる。
【００２１】
また、ケース部２６ａには遮蔽部材２６ｃが挿通して固定されており、支持部材３０の開口部に同軸状に固設されたλ／４チョーク構造部材２８と嵌合して、マイクロ波漏洩防止手段２７を構成してマイクロ波の外部への漏洩を防止するようになっている。
【００２２】
支持部材３０は炉殻１２を貫通して炉殻１２に溶接などで固定されている。また、同軸状に固設されたλ／４チョーク構造部材２８の軸芯部には、棒体２６のケース部２６ａを支持部材３０の軸線に沿って摺動可能に挿通する挿通孔２８ａが穿設されている。
【００２３】
λ／４チョーク構造部材２８には、挿通孔２８ａの周りにマイクロ波の波長を考慮した空洞２８ｂが、λ／４チョーク構造として機能するように形成されている。さらに、遮蔽部材２６ｃに対向するλ／４チョーク構造部材２８の対向面２８ｂには、環状の溝部２８ｃが形成されており、この溝部２８ｃには、カーボン含有パッキンなどからなるマイクロ波を吸収するシールリング３４が嵌着されている。シールリング３４は遮蔽部材２６ｃの対向面と当接することで、マイクロ波の外部への漏洩を防止することができる。
【００２４】
例えば、λ／４チョーク構造部材２８の代わりに、外径が同じで空洞２８ｂが形成されていない円柱体を支持部材３０の開口部に同軸状に設置して、遮蔽部材２６ｃと嵌合してマイクロ波の漏洩量を測定したところ、マイクロ波出力が０．７５ｋｗで１〜２ｍＷ／ｃｍ2であった。しかし、本発明の二重構造では、マイクロ波出力が１．５ｋｗで、マイクロ波の漏洩量は０．０１〜０．０５ｍＷ／ｃｍ2であり、漏洩防止手段を設けない場合の約１／１００程度にまで抑制することができた。つまり、本発明の温度測定手段２２におけるマイクロ波漏洩防止手段２７は、λ／４チョーク構造部材２８によるチョーク効果とシールリング３４による遮蔽効果との二重のマイクロ波漏洩防止機能を有しているので、マイクロ波の漏洩防止効果の大きいことが分かる。
【００２５】
被加熱物Ｍは、平均粒径が数μｍ〜数十ｍｍまでの粉体や、それ以上である粒体であり、シュレッダーダストなどの金属粉末、あるいはセラミックボールや軽量骨材などのセラミック粒体などを例示することができる。本実施形態では、被加熱物Ｍは被加熱物とほぼ等しい誘電率を持つ耐火物で形成され、加熱室１４内にほぼ水平に配置された上部開口の例えば匣鉢などの容器３６に堆積して収容されている。
【００２６】
支持部材３０は、炉殻１２に角度αを持って固着されており、棒体２６のケース部２６ａは、この支持部材３０の軸線に沿って摺動可能に固定されている。つまり、ケース部２６ａの先端２６ｄは水平状態で堆積されている被加熱物Ｍに同様の角度αで挿抜される。この時、角度αは、鉛直線Ｌに対して５〜７５°の範囲にするとよい。αが５°未満、すなわち棒体２６を被加熱物Ｍの堆積面に対してほぼ垂直に挿入すると、被加熱物Ｍの平均粒径がケース部２６ａの外径の約１／４以上の場合には、シース部２６ａの先端２６ｄが被加熱物Ｍの粉粒体と干渉してしまい、先端２６ｄを粉粒体内部の所定の測定部位まで挿入することができない。甚だしい場合には、ケース部２６ａが曲がったり、棒体２６が破損したりする。また、αが７５°を越えて大きくなると、容器３６と干渉することがあるので適当ではない。より好ましくは１０〜３０°である。
【００２７】
棒体２６を角度を設けて被加熱物Ｍに挿入することで、挿入する力Ｆは水平の分力ｆ１を生じる。棒体２６は、この分力ｆ１で粉粒体を順次移動させて隙間を作り、ケース部先端２６ｄを所望の内部まで挿通させることができる。
【００２８】
以上のような構成をもつ本発明のマイクロ波加熱炉においては、上記のマイクロ波発生手段や制御手段に制限はなく、従来技術と同様の周知のものを用いることができる。
【００２９】
なお、本発明のマイクロ波加熱炉は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更してもよい。例えば、実施の形態では、支持部材３０に同軸状に固設したλ／４チョーク部材２８とシールリング３４およびケース部２６ａに設けた遮蔽部材２６ｃとでマイクロ波漏洩防止手段２７を構成したが、図４に示すように、マイクロ波を吸収するカーボン含有ラバーなどで蛇腹状のカバー部材（蛇腹体ともいう）３８を形成して、支持部材３０’を覆うようにしてもよい。すなわち、図２の遮蔽部材２６ｃに代えて、カバー部材３８の一端側３８ａをケース部２６ａに隙間なく固着し、他端部３８ｂを支持部材３０’の開口部３０’ａを完全に閉塞するように支持部材３０’又は炉殻１２に隙間なく固定する。ここで、支持部材３０’の内径はケース部２６ａと摺接するように形成されており、棒体２６を矢印Ｋのように摺動できるようになっている。カバー部材３８は、マイクロ波の漏洩を防止できる変形自在のものであればよく、マイクロ波を反射する金属製の網体や有孔シートなどで形成してもよい。
【００３０】
また、炉殻１２の内周面にはセラミック繊維などからなる耐火性の断熱材を貼設してもよい。さらに、上記の実施の形態では、加熱源をマイクロ波加熱のみとしたが、化石燃料を用いるバーナ加熱や電気ヒータ加熱などの外部加熱手段を併設してもよい。このような外部加熱手段を併用することで、被加熱物の内部と表層部との温度差を縮小して加熱できるので、特に低温時には効率のよい加熱を施すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、金属原料の粉粒体や軽量骨材などの加熱処理、例えば、溶融処理やゼオライト化処理などに好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施の形態のマイクロ波加熱炉の主要構成を示す説明図である。
【図２】図１におけるマイクロ波漏洩防止手段２８の主要部拡大図である。
【図３】被加熱物からシース熱電対を抜去した様子を示す概略図である。
【図４】他のマイクロ波漏洩防止手段を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１２：炉殻  １４：加熱室  １６：マイクロ波加熱手段  ２２：温度測定手段  ２４：制御手段  ２６：棒体  ２７：マイクロ波漏洩防止手段  ２８：λ／４チョーク構造部材  ２８ｂ：空洞（チョーク）  ３０：支持部材  ３４：シールリング  ３６：容器（匣鉢）  ３８：カバー部材（蛇腹体）  Ｍ：被加熱物
【図１】
2007113873.tif 000003
【図２】
2007113873.tif 000004
【図３】
2007113873.tif 000005
【図４】
2007113873.tif 000006