(57)【要約】【課題】本発明は、堆積した粉体又は粒体状の被加熱物を連続的に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連続的に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連続式マイクロ波加熱炉の提供を課題とする。【解決手段】粉体および／または粒体である被加熱物を連続的にマイクロ波加熱するマイクロ波加熱炉であって、堆積粉粒体Ｍの内部温度を測定する温度測定手段を有し、この温度測定手段２２は、炉体１２の所定箇所に形成したスリット部３０と、このスリット部３０を介して被加熱物Ｍの内部温度を測定する熱電対を内蔵する棒体３２と、この棒体３２を移動する移動機構４０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に被加熱物の入口を、他端に被加熱物の出口を有し、少なくとも加熱帯を備えた炉体と、
前記加熱帯で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、
前記入口から出口へ前記炉体を貫通して前記被加熱物を搬送する搬送手段と、を備える連続式マイクロ波加熱炉であって、
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、前記炉体の所定箇所に形成したスリット部と、該スリット部を介して前記被加熱物の内部温度を測定する熱電対を内蔵する棒体と、該棒体を移動する移動機構とを備えることを特徴とする連続式マイクロ波加熱炉。
【請求項２】
前記移動機構は、前記棒体を支持して下降動作、水平進行動作、上昇動作、水平後退動作を順次繰り返す請求項１に記載の連続式マイクロ波加熱炉。
【請求項３】
前記水平進行動作は前記棒体を前記被加熱物の搬送速度に同調して進行させる動作である請求項２に記載の連続式マイクロ波加熱炉。
【請求項４】
前記棒体は、鉛直方向に対して５〜７５°傾斜している請求項１〜３のいずれかに記載の連続式マイクロ波加熱炉。
【請求項５】
前記棒体は、シース熱電対である請求項１〜４のいずれかに記載の連続式マイクロ波加熱炉。
【請求項６】
前記スリット部は、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１〜５のいずれかに記載の連続式マイクロ波加熱炉。
【請求項７】
前記マイクロ波漏洩防止手段は、カーボンラバー材チョーク構造である請求項６に記載の連続式マイクロ波加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は連続式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連続式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、熱源からの輻射あるいは燃焼空気や加熱された雰囲気の対流などにより被加熱物はその外周面から加熱される。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。
【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、極めて短時間で被加熱物を昇温することができるので、大幅な生産性の向上が可能であるとされている。
【０００４】
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、被加熱物は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（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。例えば、被加熱物が堆積した状態で容器に収容されている粉体である場合には、マイクロ波加熱により堆積した粉体の内部の粉体が急速に昇温するので、従来の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、堆積した粉体又は粒体状の被加熱物（以後、粉粒体という）を連続的に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連続的に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連続式マイクロ波加熱炉の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは従来の赤外線放射温度計などに代えて熱電対を内蔵したシース熱電対などの棒体を用いることで、堆積した粉粒体の内部温度を精度よく簡便に測定できること着目して本発明を完成させた。
【０００９】
本発明の連続式マイクロ波加熱炉は、一端に被加熱物の入口を、他端に被加熱物の出口を有し、少なくとも加熱帯を備えた炉体と、加熱帯で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、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、入口から出口へ炉体を貫通して被加熱物を搬送する搬送手段とを備える連続式マイクロ波加熱炉であって、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、炉体の所定箇所に形成したスリット部と、このスリット部を介して被加熱物の内部温度を測定する熱電対を内蔵する棒体と、この棒体を移動する移動機構とを備えることを特徴とする。
【００１０】
温度測定手段の移動機構は、棒体を支持して下降動作、水平進行動作、上昇動作、水平後退動作を順次繰り返すことができ、水平進行動作では棒体を被加熱物の搬送速度に同調して進行させることができる。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】
また、本発明の連続式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°傾斜して被加熱物に挿抜されるようにしてもよい。
【００１２】
本発明の連続式マイクロ波加熱炉において、炉体の所定箇所に形成したスリット部には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く、マイクロ波漏洩防止手段としてはカーボンラバー材チョーク構造が好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の連続式マイクロ加熱炉は、粉粒体を被加熱物とするので、熱電対を内蔵する棒体を挿入することで堆積した粉粒体の内部温度を容易に測定することができる。また、棒体を所定の軌跡に沿って移動する移動機構を備えているので、加熱帯の所定の位置で連続して搬送される各容器ごとの粉粒体の内部温度を測定することができる。そして、この測定温度に基づいてマイクロ波の出力を適切に制御できるので、本発明の連続式マイクロ加熱炉によれば、所望の加熱処理を施した均一な品質を有する粉粒体を効率よく、また、安定した品質で得ることができる。
【００１４】
また、棒体を傾斜して粉粒体へ挿抜することで、棒体が破損す危険を回避しかつ挿入動作を容易にすることができる。
【００１５】
また、スリット部にマイクロ波漏洩防止手段を備えるので、マイクロ波が外部へ漏れることがなく、炉体近傍でも安全に作業することができる。マイクロ波漏洩防止手段にカーボンラバー材チョーク構造を用いることで、移動機構による棒体の移動動作を阻害することなくマイクロ波の漏洩を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な一実施形態につて図を参照しながら説明する。図３は本発明の連続式マイクロ波加熱炉の全体構成を示す側面概要図であり、図１は図３のＡ部断面拡大図であり、図２は図３のＢ−Ｂ断面を示す。
【００１７】
本発明のマイクロ波加熱炉１０は、被加熱物の入口５１と出口５２とを有する炉体１２と、入口５１から出口５２へ炉体１２を貫通して被加熱物Ｍを搬送する搬送手段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から加熱帯Ｈへマイクロ波を導く導波管２０とを有している。ここで、マイクロ波加熱手段には特に制限はなく、従来用いられている周知のものを用いることができる。
【００１９】
炉体１２は、加熱帯Ｈと冷却帯Ｃとを有し、加熱帯Ｈはステンレス鋼などの耐熱性の鋼材をマイクロ波が漏洩しないように溶接などで密閉構造とした炉殻２６で区画されている。
【００２０】
被加熱物Ｍは、平均粒径が数μｍ〜数十ｍｍまでの粉体や、平均粒径が数十ｍｍを越える粒体であり、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２８に堆積して収容されている。
【００２１】
温度測定手段２２は、炉殻２６に炉体１２の長手方向に所定の幅で開口したスリット部３０と、先端を被加熱物Ｍに挿入して、堆積した粉粒体の内部温度を測定する棒体３２と、この棒体３２を容器２８の搬送速度に同調して移動させる移動機構４０とからなっている。
【００２２】
棒体３２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３２ａと、この熱電対とリード線３６とを接続する接続部３２ｂとを備える。このような棒体３２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。なお、ケース部３２ａには係止部材３２ｃが固着されており、移動機構Ｄと係止して棒体３２を後述する軌跡に沿って移動させることができる。
【００２３】
移動機構４０としては、図４に示すような構成を例示することができる。この移動機構４０は、棒体３２を矢印Ｘのように水平方向に移動させる第１シリンダ４２と、棒体３２を矢印Ｙのように上下方向に移動させる第２シリンダ４４とを備えている。第２シリンダ４４は、第１シリンダ４２のシリンダロッド４２ａの先端に固設された移動可能な台車４６に固定されている。また、第２シリンダ４４のシリンダロッド４４ａには支持部材４８の一端が固定されており、支持部材４８の他端は棒体３２の係止部材３２ｃと係止して棒体３２を支持するようになっている。台車４６はスリット３０の上方に配置した軌道５０上をシリンダロッド４４ａの動作に合わせて進退することができる。このように構成される移動機構４０を用いることで、棒体３２を図６の軌跡に沿って移動させることができる。
【００２４】
また、スリット部３０には、棒体３２のケース部３２ａと摺接しスリット部３０の開口を閉塞するカーボンラバー材チョーク構造３４が設けられており、加熱帯Ｈからのマイクロ波の外部への漏洩を防止している。カーボンラバー材チョーク構造３４は、マイクロ波の吸収率が高いカーボン粉末を練り込んでシート状に形成した弾性体（カーボン含有ラバーなど）を、図２に示すようにスリット３０の長辺に沿って対向するように配置して、その弾性を利用して互いに曲面で当接させることでスリットの開口を閉塞するとともに、その当接部に棒体３２のケース部３２ａを移動可能に摺接する構造であり、マイクロ波漏洩防止手段として機能する。
【００２５】
本実施形態の連続式マイクロ波加熱炉１０は、従来のローラハース加熱炉の加熱源をマイクロ波加熱手段１６としたものである。搬送手段１４は、被加熱物Ｍの進行方向に対して直角に所定の間隔で平行に配置された複数のローラ３８と、図示しないチェーンなどで連結した駆動装置とからなる。搬送手段１４は、ローラ３８を回転駆動することにより、被加熱物Ｍを収容した容器２８を炉体１２の入口５１から出口５２に向かって搬送する。なお、搬送手段１４はローラ３８と駆動装置との組み合わせに限定されるものではなく、被加熱物を炉体１２の入口から出口まで搬送できればよく、ネットコンベアあるいはプッシャー方式などでもよい。
【００２６】
次に、移動機構４０の動作と棒体（以後、シース熱電対という）３２による温度測定方法とについて説明する。
【００２７】
移動機構４０は、図６に示す軌跡に沿ってシース熱電対３２を移動させる。すなわち、下降動作Ｓ１→水平進行動作Ｓ２→上昇動作Ｓ３→水平後退動作Ｓ４である。これらの動作によりシース熱電対３２は以下のように作用して容器２８に堆積して収容されている粉粒体Ｍの温度を容器ごとに連続して測定することができる。なお、本明細書では、加熱帯Ｈのスリット３０が設けられた範囲を温度測定ゾーンＴとし、また、この温度測定ゾーンＴの入口側を測定開始点Ｔｓ、出口側を測定終了点Ｔｅとする。
【００２８】
まず、シース熱電対３２は、測定開始点Ｔｓで、シース部先端が粉粒体Ｍや容器２８に接触しない位置で待機している。次に、一の容器に入った粉粒体ｍ1がシース熱電対３２の直下に搬送されたら、シース熱電対３２をｄだけ下降させて先端を粉粒体ｍ1の所定の深さまで挿入する（下降動作Ｓ１）。
【００２９】
粉粒体ｍ1は搬送手段１４により所定の速度で搬送されるので、シース熱電対３２を搬送速度に同調させて進行方向にｌだけ移動させる（水平進行動作Ｓ２）。なお、ここではシース熱電対３２は粉粒体ｍ1に挿入されたままであるので、この水平進行動作Ｓ２の間に一の容器に入った粉粒体ｍ1の温度が測定される。
【００３０】
進行方向にｌだけ移動させて測定終了点Ｔｅに到達したら、シース熱電対３２をｄだけ上昇させて先端を粉粒体ｍ1から抜却する（上昇動作Ｓ３）。
【００３１】
シース熱電対３２のシース部先端を粉粒体ｍ1から抜却したら、シース熱電対３２をそのまま水平に進行方向とは反対方向に測定開始点Ｔｓまで後退させる（後退動作Ｓ４）。そして、次の容器に入った粉粒体ｍ2がシース熱電対３２の直下に搬送されるまで待機する。このＳ１〜Ｓ４の動作を繰り返すことで、温度測定ゾーンＴにおける粉粒体Ｍの温度を所望の温度に維持することができる。
【００３２】
なお、粉粒体Ｍの温度測定に当たっては、図５に示すようにシース熱電対３２を鉛直線Ｌに対して角度αをもって挿抜するようにしてもよい。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、すなわちシース熱電対３２を粉粒体Ｍの堆積面に対してほぼ垂直に挿入すると、粉粒体Ｍの平均粒径がシース部３２ａの外径の約１／４以上の場合には、シース部３２ａの先端が個々の粉粒体と干渉してしまい、堆積している粉粒体の所望の測定部位までシース部３２ａの先端を到達させることができない場合がある。甚だしい場合には、シース部３２ａが曲がったり、シース熱電対３２が破損したりすることがある。また、αが７５°を越えて大きくなると、容器２８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。
【００３３】
シース熱電対３２を角度を設けて粉粒体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。シース部３２ａは、この分力ｆ1で粉体粒子を順次移動させて隙間を作り、シース部３２ａの先端を所望の内部まで容易にかつ安全に挿入させることができる。この場合には、移動機構４０の第２シリンダが台車４６上に角度αを設けて固定されているので、移動機構４０は図６の点線で示すＳ１’→Ｓ２’→Ｓ３’→Ｓ４の軌跡に沿て動作する。すなわち、シース熱電対３２を下降させるステップＳ１’と、上昇させるステップＳ３’ではシース熱電対３２を角度αだけ傾斜させて動作（挿抜）させるわけである。
【００３４】
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、加熱帯Ｈの炉殻１２の内周面に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。このような断熱材を貼設することで、表面からの熱の放射を抑制して被加熱物の表面と内部との温度差を縮小することができる。
【００３５】
また、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。
【００３６】
本発明の連続式マイクロ波加熱炉によれば、粉粒体Ｍの内部温度を常に測定してその測定温度によりマイクロ波発生器のマイクロ波出力を制御することができる。従って、粉粒体Ｍが過熱することを回避して、所望の加熱処理を施した安定した品質の粉粒体を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
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】
【００３８】
【図１】本実施の形態の連続式マイクロ波加熱炉の構成を示す縦断面概要図である。
【図２】図１の横断面概要図である。
【図３】本実施の形態の連続式マイクロ波加熱炉の側面概要図である。
【図４】移動機構の一例を示す概要図である。（ａ）は側面概略図、（ｂ）はＥ視正面概要図である。
【図５】他の実施の形態を示す部分断面概要図である。
【図６】移動機構の動作を示す軌跡である。
【符号の説明】
【００３９】
１２：炉体  １４：搬送手段  １６：マイクロ波加熱手段  １８：マイクロ波発生器  ２０：導波管  ２２：温度測定手段  ２４：制御手段  ２６：炉殻  ３０：スリット部  ３２：棒体  ３４：カーボンラバー材チョーク構造  ３８：ローラ  ４０：移動機構  ４２：第１シリンダ  ４４：第２シリンダ  ４６：台車  ４８：支持部材  ５０：軌道  Ｃ：冷却帯  Ｈ：加熱帯  Ｔ：温度測定ゾーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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