JP6940059B2 - Heating element, manufacturing method of heating element and microwave heating device - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロ波を吸収して発熱する発熱体および発熱体を備えたマイクロ波加熱装置に関し、特に、発熱体の構成に関する。 The present invention relates to a heating element that absorbs microwaves and generates heat, and a microwave heating device including the heating element, and more particularly to a configuration of the heating element.
金属やセラミックスなどを焼成する炉として、マイクロ波を利用した焼成炉が知られている。そこでは、断熱材からなる容器の内壁に、マイクロ波を吸収して発熱する発熱体を塗布する。そして、容器内に金属粉末あるいはセラミック粉末を含有する被加熱物を設置し、電子レンジ内に容器を所定時間入れて焼成する(特許文献1参照)。発熱体としては、耐熱性の高い2種類の炭化ケイ素粉末と、水ガラス、粘土物質などの耐熱性材とを混合したものが使用される。 As a furnace for firing metals, ceramics, etc., a firing furnace using microwaves is known. There, a heating element that absorbs microwaves and generates heat is applied to the inner wall of the container made of a heat insulating material. Then, an object to be heated containing metal powder or ceramic powder is placed in the container, and the container is placed in a microwave oven for a predetermined time and fired (see Patent Document 1). As the heating element, a mixture of two types of silicon carbide powder having high heat resistance and a heat resistant material such as water glass or a clay substance is used.
マイクロ波加熱は、その安定した発熱と発熱速度のコントロールが容易であるという点で、近年様々な分野で使用され、あるいは注目されている。発熱体の加熱処理時間を短縮することが被加熱物の短時間による高速焼成をもたらすことから、熱源となる発熱体をできる限り高速昇温させることが重要である。 Microwave heating has been used or attracted attention in various fields in recent years because of its stable heat generation and easy control of heat generation rate. Since shortening the heat treatment time of the heating element brings about high-speed firing of the object to be heated in a short time, it is important to raise the temperature of the heating element as a heat source as high as possible.
しかしながら、容器内壁に発熱体を塗布する上記マイクロ波加熱装置では、電気抵抗が大きいケイ素が発熱体に含まれるため、今まで以上の高速昇温を実現することが難しい。 However, in the above-mentioned microwave heating device in which the heating element is applied to the inner wall of the container, it is difficult to realize a higher-speed temperature rise than before because the heating element contains silicon having a large electric resistance.
したがって、高速昇温を実現可能な発熱体およびそれを備えたマイクロ波加熱装置が求められる。 Therefore, there is a need for a heating element capable of achieving high-speed temperature rise and a microwave heating device provided with the heating element.
本発明の発熱体は、マイクロ波を吸収して発熱するカーボンを含む発熱部材(発熱材ともいう)と、マイクロ波を透過する容器とを備える。そして、発熱部材が容器内に配置されるとともに、発熱部材に対して不活性な流体が容器内に満たされる。容器としては、例えば、管状容器あるいは筒状容器が適用可能である。また、発熱部材としては、カーボンから成る発熱部材あるいはカーボンに他の物質を加えた発熱部材によって構成することが可能である。 The heating element of the present invention includes a heating member (also referred to as an exothermic material) containing carbon that absorbs microwaves to generate heat, and a container that transmits microwaves. Then, the heat-generating member is arranged in the container, and the container is filled with a fluid that is inert to the heat-generating member. As the container, for example, a tubular container or a tubular container can be applied. Further, the heat generating member can be composed of a heat generating member made of carbon or a heat generating member obtained by adding another substance to carbon.
流体は、発熱部材(特にカーボン)に不活性である流体が適用される。例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノンの少なくともいずれか1つを含む希ガスを容器内に満たすことが可能である。このとき、容器への封入ガス圧を1kPa〜10kPaに設定することができる。 As the fluid, a fluid that is inert to the heat generating member (particularly carbon) is applied. For example, the container can be filled with a noble gas containing at least one of helium, neon, argon, and xenon. At this time, the pressure of the gas filled in the container can be set to 1 kPa to 10 kPa.
上記発熱部材および流体を収容する容器で構成される発熱体に対してマイクロ波を照射すると、発熱部材のカーボンはマイクロ波を吸収して発熱する。一方、容器内で満たされる流体によって、カーボンが大気中の酸素と反応するようなことがなく、高温状態のカーボンが二酸化炭素となることによる減量が生じない。カーボン量が維持されることによって、短時間による昇温が可能となる。したがって、本発明の一態様として、このような発熱部材ととともに、発熱体にマイクロ波を照射するマイクロ波発振機と、発熱体および被加熱物を収容するマイクロ波反射容器とを備えたマイクロ波加熱装置を提供することが可能である。 When a heating element composed of the heating member and a container for accommodating a fluid is irradiated with microwaves, the carbon of the heating member absorbs the microwaves and generates heat. On the other hand, the fluid filled in the container does not cause carbon to react with oxygen in the atmosphere, and weight loss due to carbon dioxide in a high temperature state does not occur. By maintaining the amount of carbon, it is possible to raise the temperature in a short time. Therefore, as one aspect of the present invention, a microwave provided with such a heat generating member, a microwave oscillator for irradiating the heating element with microwaves, and a microwave reflecting container for accommodating the heating element and the object to be heated. It is possible to provide a heating device.
マイクロ波加熱装置における被加熱物の配置構成は様々であり、例えば容器が単管式容器である場合、被加熱物は、容器外に配置する(容器傍など)ことが可能である。また、容器は、外側管と内側管とを備えた二重管式容器で構成することが可能であり、発熱部材を外側管と内側管との間に配置し、被加熱物を内側管内部に配置すればよい。 There are various arrangement configurations of the object to be heated in the microwave heating device. For example, when the container is a single-tube container, the object to be heated can be arranged outside the container (near the container, etc.). Further, the container can be composed of a double-tube container having an outer tube and an inner tube, a heat generating member is arranged between the outer tube and the inner tube, and the object to be heated is placed inside the inner tube. It should be placed in.
発熱部材は、粒状あるいは塊状いずれも可能である。例えば、発熱部材はカーボンを含む粉粒体から構成することができる。この場合、発熱部材の全体厚さおよび粉粒体の粒径の少なくとも一方を、粒子間の熱伝導による昇温よりもマイクロ波吸収による昇温が支配的となるように、定めることができる。例えば、粉粒体は、1μm〜1.5mmの範囲の粒径もつように構成することができる。粉粒体で発熱部材を構成する場合、発熱部材と容器内面の鉛直方向に沿った上端面との間と、容器内に発熱部材を導入する導入管の内部は、流体で満たされた空間領域を形成することが可能である。 The heat generating member can be either granular or lumpy. For example, the heat generating member can be composed of powder or granular material containing carbon. In this case, at least one of the total thickness of the heat generating member and the particle size of the powder or granular material can be determined so that the temperature rise due to microwave absorption becomes dominant over the temperature rise due to heat conduction between the particles. For example, the powder or granular material can be configured to have a particle size in the range of 1 μm to 1.5 mm. When the heat-generating member is composed of powder or granular material, the space area between the heat-generating member and the upper end surface of the inner surface of the container along the vertical direction and the inside of the introduction pipe for introducing the heat-generating member into the container are filled with fluid. Is possible to form.
一方、発熱部材を塊状で構成する場合、発熱部材は、容器の外部に向けて開口する隙間を複数形成させた構造体にすることができる。例えば、発熱部材は、棒状カーボン材に対して複数のカーボン含有板を所定間隔で配置させた構造体で構成される。この場合、容器の軸方向に沿った隙間の大きさおよびカーボン含有板の厚さの少なくとも一方を、発熱体内の熱伝導による昇温よりも、隙間に入り込んだマイクロ波の吸収による昇温が支配的になるように、定めることができる。 On the other hand, when the heat generating member is configured in a lump shape, the heat generating member can be a structure in which a plurality of gaps that open toward the outside of the container are formed. For example, the heat generating member is composed of a structure in which a plurality of carbon-containing plates are arranged at predetermined intervals with respect to the rod-shaped carbon material. In this case, at least one of the size of the gap along the axial direction of the container and the thickness of the carbon-containing plate is dominated by the temperature rise due to the absorption of microwaves that have entered the gap, rather than the temperature rise due to heat conduction in the heat generating body. It can be determined to be the target.
本発明の他の態様における発熱体の製造方法は、マイクロ波を透過する素材を加熱して容器を成形し、マイクロ波を吸収して発熱するカーボンを含む発熱部材を容器内に配置し、発熱部材に対して不活性な流体を容器に導入し、容器を封止する。 In the method for producing a heating element in another aspect of the present invention, a material that transmits microwaves is heated to form a container, and a heat generating member containing carbon that absorbs the microwaves to generate heat is arranged in the container to generate heat. A fluid inert to the member is introduced into the container and the container is sealed.
本発明によれば、短時間で被加熱物を加熱、昇温することができる。 According to the present invention, the object to be heated can be heated and heated in a short time.
以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、第1の実施形態であるマイクロ波加熱装置の概略的構成図である。図2は、発熱管の概略的断面図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a microwave heating device according to a first embodiment. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the heating tube.
マイクロ波多重反射型加熱装置(マイクロ波焼成炉ともいう。以下では、「マイクロ波加熱装置」と称す)10は、マイクロ波を利用して被加熱物を加熱、焼成あるいは乾燥する装置であり、耐熱性のある矩形状のマイクロ波反射容器(以下、反射容器という)40を備える。反射容器40の異なる側面にはマイクロ波発振機50、60が装着されており、異なる2方向から反射容器内の発熱管20に向けてマイクロ波が発振される。
The microwave multiple reflection type heating device (also referred to as a microwave firing furnace; hereinafter referred to as a "microwave heating device") 10 is a device that heats, fires, or dries an object to be heated by using microwaves. A heat-resistant rectangular microwave reflecting container (hereinafter referred to as a reflecting container) 40 is provided.
反射容器40の空間領域40Mにおける中央部には、発熱管20が支持部材(図示せず)によって設置されており、その傍には、被加熱物30が保持部材(図示せず)によって保持されている。被加熱物としては、例えば、セラミックス、半導体、有機物である。さらに、マイクロ波加熱装置10は、マイクロ波発振機50、60を制御可能な電源回路(図示せず)と、発熱管20の温度を測定するサーモメータ(放射温度計)(図示せず)を備え、電源回路は、サーモメータによって検出される発熱管20の温度に基づいてマイクロ波発振機50、60を制御する。
A
図2に示すように、発熱管20は、発熱部材を配置する容器であり、ここでは、一方の端部に導入管22が形成された密閉性のある有底管状容器で構成され、マイクロ波を透過する石英材によって加熱成形されている。ただし、軸長さに対して内径が大きい円板状容器にしてもよい。発熱管20内には、カーボン発熱部材70が発熱管20内部全体をほぼ満たすように充填されている。
As shown in FIG. 2, the
カーボン発熱部材70は、ここでは流動可能なカーボン粉粒体70Mで構成されている。カーボン粉粒体70Mは、塊状のカーボン素材を粉砕することで得られ、いわゆる粗砕あるいは中砕によって、上記粒径をもつ粒子の集合体であるカーボン粉粒体70Mを生成する。
The carbon
カーボン粉粒体70Mの各粒子は不規則な凹凸表面を有するため、カーボン粉粒体70Mを発熱管20内に入れたとき、粒子間に隙間が生じる。粒子間の隙間はカーボン発熱部材70全体に存在する。発熱管20の内径、カーボン粉粒体70Mの粒径および充填率は、後述するように、マイクロ波吸収による発熱が支配的となるように定められている。
Since each particle of the carbon powder or
図2に示すように、カーボン発熱部材70と発熱管内面20Uの鉛直方向沿った上端面との間には、管軸方向全体に渡って希ガスで満たされた空間領域Sが形成されている。ただし、図2では空間領域Sのサイズを誇張して描いているため、カーボン粉粒体70Mから構成されるカーボン発熱部材70の全体厚さは発熱管20の内径と略等しい。また、発熱管20の端部に形成された導入管22の内部には、カーボン粉粒体70Mを充填させておらず、希ガスで満たされた空間領域が形成されている。
As shown in FIG. 2, a space region S filled with a rare gas is formed over the entire pipe axis direction between the
カーボン発熱部材70を除く発熱管20内の残余の空間領域は、希ガスによって満たされている。ここでは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノンのいずれかのガス、あるいはこれら二種類以上のガスが封入されている。希ガスは、カーボン発熱部材70に対して不活性であり、石英ガラスから成る発熱管20に対しても不活性である。
The remaining space area in the
粒子間に隙間のあるカーボン粉粒体70Mおよび希ガスを気密封入した発熱管20に対してマイクロ波を照射すると、マイクロ波がカーボン粉粒体70M全体に対して到達する。特に、発熱管20の中心(軸)付近にあるカーボン粉粒体にも到達する。
When the
その結果、短時間で高温状態に到達することができる。特に、希ガスが発熱管20内に封入されることによって、カーボン粉粒体70Mが大気中の酸素との反応により二酸化炭素化して減量し充填量が少なくなることを防止できる。
As a result, the high temperature state can be reached in a short time. In particular, by encapsulating the rare gas in the
カーボン粉粒体70Mが発熱すると、中心付近のカーボン粉粒体70Mで発生する熱が発熱管20外部へ放出される。その結果、発熱管20全体としての熱放射が高まり、被加熱物を短時間で高温状態に到達させることができる。
When the carbon powder or
発熱管20の内径、カーボン粉粒体70Mの粒径および充填率は、マイクロ波に照射されるカーボン発熱部材70の表面積を増やすことで、短時間による昇温を実現するように定められている。発熱管20の内径が小さすぎるとカーボン粉粒体70Mの量が少なくなり、発熱効果が小さくなる。一方、発熱管20の内径(カーボン発熱部材70の全体厚さ)が大きすぎると、発熱管20の中心付近までマイクロ波が届かず、熱伝導による昇温が支配的となって短時間で高温状態にならない。例えば、発熱管20の内径として、1mm〜100mmに設定することが可能である。
The inner diameter of the
カーボン粉粒体70Mの粒径が小さすぎると、粒子間隙が小さくなる結果、カーボン粉粒体70Mに対するマイクロ波の到達範囲が外側付近に制限されることになり、短時間で高温状態にすることが難しい。一方、粒径が大きすぎると、マイクロ波が発熱管20の中心付近に到達せず、中心付近のカーボン粉粒体70Mでは粒子間の熱伝導による昇温が支配的となり、発熱管20全体が高温状態に短時間で到達できない。
If the particle size of the carbon powder or
カーボン粉粒体70Mの粒径は、ここでは1μm〜1.5mmの範囲の粒径をもつカーボン粒子から成る。このような粒径をもつカーボン粉粒体70Mは、粉砕操作として、いわゆる「微粉砕」あるいは「中砕」を行うことにより得ることができる。
The particle size of the carbon powder or
カーボン粉粒体70Mの充填率が小さすぎると、充填量の少なさによって熱放射が低下するとともに、発熱管20内でのカーボン粉粒体70Mの径方向あるいは軸方向の偏りによって不均一な高温状態となり、発熱管20への負荷が大きくなる。一方、充填率が大き過ぎると、発熱管20の中心付近へマイクロ波の届きにくくなり、短時間での高温状態への到達が難しい。充填率は、ここでは0.05〜0.2の範囲に定められている。ただし、充填率は、発熱管20内の空間体積に対するカーボン粉粒体70Mの体積割合を表す。
If the filling rate of the carbon powder or
希ガス、カーボン発熱部材70を封入した発熱管20は、以下のように製造することができる。マイクロ波を透過する石英材を加熱して一端に導入管を設けた有底筒状容器に対し、マイクロ波を吸収して発熱するカーボン材(カーボン粉粒体)を導入管から容器内に充填する。その後、カーボン材に対して不活性である希ガスを、所定範囲となるように導入管から封入する。例えば、1kPa〜20kPaの範囲に定められる。そして、導入管を加熱軟化させて封止することで容器を密閉する。
The
希ガスの封入ガス圧は容器の耐圧特性と気圧がガスの絶対温度に比例する関係から決めることができる。例えば、最初常温300Kの発熱管をマイクロ波加熱して2000Kの高温度に上げ、そのときの発熱管内の圧力が大気圧と同じにする設計条件のときは、発熱管の常温でのガス圧力は15.195kPaとなる。また、常温300Kの発熱管をマイクロ波加熱して800Kの中温度に上げ、そのときの発熱管内の圧力が大気圧と同じにする設計条件のときは、発熱管の常温でのガス圧力を37.988kPaと大きくすることができる。 The filled gas pressure of the noble gas can be determined from the relationship between the pressure resistance characteristics of the container and the atmospheric pressure in proportion to the absolute temperature of the gas. For example, if the design conditions are such that the heating tube at room temperature of 300K is first microwave-heated to a high temperature of 2000K, and the pressure inside the heating tube at that time is the same as the atmospheric pressure, the gas pressure of the heating tube at room temperature is It becomes 15.195 kPa. If the design conditions are such that the heating tube at room temperature of 300K is heated by microwave to a medium temperature of 800K and the pressure inside the heating tube at that time is the same as the atmospheric pressure, the gas pressure of the heating tube at room temperature is 37. It can be as large as .988 kPa.
このように本実施形態のマイクロ波加熱装置は、気密性のある石英製の発熱管20と、発熱管20を格納する反射容器40と、反射容器内にマイクロ波を発振するマイクロ波発振機50、60とを備え、発熱管20の管内には、カーボン粉粒体70Mからなるカーボン発熱部材70が充填されるとともに、希ガスが封入されている。
As described above, the microwave heating device of the present embodiment includes the airtight
このような構成により、発熱管20が短時間で昇温し、被加熱物30を高速加熱、焼成することが可能となる。また、従来の電気炉などと比べて消費電力の低減をもたらす。また、熱源となる発熱管20を容易に交換する構成が可能となり、メンテナンスが簡素化する。
With such a configuration, the
上述したマイクロ波加熱装置(マイクロ波焼成炉)では、矩形状の反射容器であるが、円筒状や略球状であってもよい。また、反射容器内では発熱体である発熱管20の傍に被加熱物を配置する構成であるが、発熱管20に囲われた状態で被加熱物を設置する構成にしてもよい。例えば、複数の発熱管20に囲まれたマッフル炉として構成することが可能である。あるいは、他の熱処理装置の熱源としても使用可能である。
In the microwave heating device (microwave firing furnace) described above, the reflection container has a rectangular shape, but it may be cylindrical or substantially spherical. Further, in the reflection container, the object to be heated is arranged near the
次に、図3を用いて、第2の実施形態である発熱管について説明する。第2の実施形態では、発熱管内に流入した流体(希ガス)をカーボン発熱部材によって加熱し、昇温された流体を放出する。 Next, the heating tube according to the second embodiment will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the fluid (noble gas) that has flowed into the heating tube is heated by the carbon heating member, and the heated fluid is released.
図3は、第2の実施形態である発熱管の概略的断面図である。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the heating tube according to the second embodiment.
石英材を用いて、両端に流入口200Aと流出口200Bを設けた有底筒状に加熱成形された発熱管200の内部には、塊状であるカーボン発熱部材700が配置されている。被加熱物として発熱管200の内部に流入した流体を加熱して昇温させる。カーボン発熱部材700は、複数の円板状カーボン板720を同じカーボン素材である支持棒710によって軸支した構造であり、いわゆるポーラス状構造体(多気孔構造)と機能的に同等な立体構造となっている。複数のカーボン板720は、所定の距離間隔で発熱管200の軸方向に沿って配列されている。
A lumpy
カーボン板720の直径は、発熱管200の内径と略等しく、カーボン板720は発熱管内面200Iと接している。したがって、隣り合うカーボン板720の間は支持棒710と発熱管内面200Iとが対向する隙間となり、発熱管200の外部に向けて開口している。複数の径方向に沿った円筒状(ドーナツ状)隙間が管軸方向に沿って断続的に形成された構成となり、流入口200Aと流出口200Bとは発熱管200内を通じて空間的に接続され、流体が流れる構成となる。
The diameter of the
発熱管200の内径、発熱管200の軸方向に沿ったカーボン板720の厚さW、カーボン板720の間の距離間隔(隙間の大きさ)Dは、マイクロ波に照射されるカーボン発熱部材の表面積を増やすことで、短時間でカーボン発熱部材700が昇温するように定められている。発熱管200の内径が小さすぎると、カーボン発熱部材700自体のサイズも小さくなり、発熱効果が小さくなる。逆に発熱管200の内径が大きすぎると、マイクロ波が発熱管200の中心部に届きにくい。例えば発熱管200の内径を、1mm〜100mmの範囲に定めることができる。
The inner diameter of the
カーボン板720が薄すぎると、カーボン発熱部材700が振動や温度変化などによって構造体の形状を維持することが困難となって破損しやすくなる。一方、カーボン板720が厚すぎると、カーボン板720内の軸方向への熱伝導による昇温が支配的となる。例えばカーボン板720の厚さWを、1mm〜20mmに定めることができる。
If the
隣り合うカーボン板720の距離間隔D(発熱管20の外部に向けて開口した隙間)が大きすぎると、発熱効果が小さくなる。一方、カーボン板720の距離間隔Dが小さすぎると、マイクロ波の到達範囲が制限され、発熱管200全体として短時間での高温状態への到達達成が難しくなる。例えば、カーボン板720の距離間隔Dを、1mm〜20mmに定めることができる。
If the distance interval D (the gap opened toward the outside of the heating tube 20) between the
第1の実施形態と同様に、マイクロ波発振機からマイクロ波が発振されると、カーボン発熱部材700が発熱する。カーボン発熱部材700が上記立体的構造を採用しているため、発熱管200の中心までマイクロ波が届く。その結果、カーボン板720内の径方向への熱伝導による昇温よりも、カーボン板720全体のマイクロ波吸収による昇温が支配的となり、カーボン発熱部材700が短時間で高温状態となる。また、マイクロ波が隙間を通じて支持棒710付近に到達し、発熱管200中心付近からの熱放射が発熱管外部まで届く。その結果、発熱管200全体として熱放射が高くなる。
Similar to the first embodiment, when microwaves are oscillated from the microwave oscillator, the
マイクロ波照射によって高温状態になったカーボン発熱部材700に対し、被加熱物としての希ガスがガス流入口200Aから発熱管200に流れ込む。流入した希ガスは、高温状態のカーボン発熱部材700の隙間を通過することで加熱され、高温状態となった希ガスが流出口200Bから流出する。被加熱物である希ガスの流入出には、自然に発生する熱対流を利用してもよいし、プロペラやピストン等により強制的に流入出させてもよい。
A rare gas as an object to be heated flows into the
このように第2の実施形態によれば、マイクロ波加熱装置において、発熱管200内に、カーボン板720を軸方向に並べた塊状カーボン発熱部材700を配置し、希ガスを流入出する。これによって、被加熱物である流体を高速加熱、昇温することができる。
As described above, according to the second embodiment, in the microwave heating device, the massive
なお、発熱管200を流入口200Aまたは流出口200Bと同じ内径である管状とし、被加熱物である流体が流れるパイプの一部空間領域にカーボン発熱部材700を配置してもよい。
The
次に、図4を用いて、第3の実施形態である発熱管について説明する。第3の実施形態では、中空円筒状(二重管構造)の発熱管に対し、その中空部に被加熱物を配置して加熱する。 Next, the heating tube according to the third embodiment will be described with reference to FIG. In the third embodiment, a heat-generating tube having a hollow cylindrical shape (double tube structure) is heated by arranging an object to be heated in the hollow portion.
図4は、第3の実施形態である発熱管の概略的断面図である。 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the heating tube according to the third embodiment.
発熱管2000は、石英材からなる内側管2100と外側管2200の両端部において一体に封着することで、中空円筒状(ドーナツ状の二重管構造)に加熱成形され、内側管2100と外側管2200との間に形成された内部空間にカーボン発熱部材7000が配置されている。この内部空間残余の空間領域には希ガスが満たされている。カーボン発熱部材7000は、第1の実施形態で記載のカーボン粉粒体70Mや、第2の実施形態で記載のカーボン素材からなる立体構造が適用可能である。導入管と空間領域Sと隙間の記載は省略している。
The
被加熱物3000は、発熱管2000の中心軸に沿って形成された中空部分に配置されている。マイクロ波が到達可能な範囲であるカーボン発熱部材7000の全体厚さは、外側管2200の内径と内側管2100外径との差に略等しい。この全体厚さを、中空部分にはマイクロ波が殆ど届かない厚さに定めることで、被加熱物3000に伝搬するマイクロ波を遮蔽してもよい。
The object to be heated 3000 is arranged in a hollow portion formed along the central axis of the
第1の実施形態と同様のマイクロ波加熱装置によってマイクロ波発振機からマイクロ波が発振されると、カーボン発熱部材7000が発熱する。発熱管2000が高温状態になることで、発熱管2000の中空部分に配設された被加熱物3000が高速加熱される。
When microwaves are oscillated from the microwave oscillator by the microwave heating device similar to the first embodiment, the
被加熱物3000が発熱管2000の中空部分よりも軸方向に長いときには、被加熱物3000または発熱管2000を軸方向に移動させる機構を設けてもよい。また、被加熱物は流体であってもよく、カーボン発熱部材と被加熱物とが内側管により隔離されているので、反応することがない。
When the object to be heated 3000 is longer in the axial direction than the hollow portion of the
発熱管の素材は石英以外でもよく、マイクロ波を透過し、希ガスなどの流体に反応しなければよい。さらに、希ガス以外の流体であって、マイクロ波に不活性な流体を適用してもよい。 The material of the heating tube may be other than quartz, and it is sufficient that it transmits microwaves and does not react with a fluid such as a rare gas. Further, a fluid other than the noble gas, which is inert to microwaves, may be applied.
以下、第1の実施形態に相当する実施例について説明する。 Hereinafter, examples corresponding to the first embodiment will be described.
実施例は、第1の実施形態に相当するマイクロ波加熱装置であり、外径8mm、内径6mmとなる発熱管に対し、粒径約2μmのカーボン粉粒体を充填し、アルゴンを5kPaで封入した。そして、球状の反射容器内で2.45GHzのマイクロ波を照射して発熱実験を行った。カーボン表面温度の測定には、放射温度計(測定波長900nm)を用いた。さらに、粒径約1mmのカーボン粉粒体を代わりに充填して同様の実験を行った。 An embodiment is a microwave heating device corresponding to the first embodiment, in which a heating tube having an outer diameter of 8 mm and an inner diameter of 6 mm is filled with carbon powders having a particle size of about 2 μm and filled with argon at 5 kPa. bottom. Then, a heat generation experiment was conducted by irradiating a 2.45 GHz microwave in a spherical reflection container. A radiation thermometer (measurement wavelength 900 nm) was used for measuring the carbon surface temperature. Further, a carbon powder having a particle size of about 1 mm was filled instead, and the same experiment was performed.
実験の結果、粒径約2μmのカーボン粉粒体では、5秒以下で600℃以上、10秒以下で1000℃に到達した。一方、粒径約1mmのカーボン粉粒体では、30秒以下で600℃以上に到達した。これらは、従来得られなかった短時間による昇温を実現している。 As a result of the experiment, the carbon powder having a particle size of about 2 μm reached 600 ° C. or higher in 5 seconds or less and 1000 ° C. in 10 seconds or less. On the other hand, in the carbon powder granules having a particle size of about 1 mm, the temperature reached 600 ° C. or higher in 30 seconds or less. These have realized a temperature rise in a short time, which has not been obtained in the past.
10 マイクロ波加熱装置
20 発熱管
30 被加熱物
40 反射容器(容器)
50、60 マイクロ波発振機
70 カーボン発熱部材(発熱部材)
70M カーボン粉粒体
10
50, 60
70M carbon powder
Claims (11)
マイクロ波を透過する容器とを備え、
前記発熱材が、容器内面と前記発熱材との間に空間領域が形成されるように、前記容器内に充填されるとともに、前記発熱材に対して不活性な流体が前記容器内に満たされ、
前記発熱材が、各粒子が1μm〜1.5mmの範囲の粒径をもって不規則な凹凸表面を有し、粒子間に隙間のあるカーボン粉粒体から成り、
前記容器の空間体積に対する前記発熱材の体積割合を表す充填率が、0.05〜0.2の範囲となるように、前記発熱材が前記容器内に充填されていることを特徴とする発熱体。 A heat-generating material containing carbon that absorbs microwaves and generates heat,
Equipped with a container that allows microwaves to pass through
The heat generating material, such that a space region between an inner surface of the container and the heat generating material is formed, while being filled in the container, the inert fluid is filled into the container to said heat generating material ,
The exothermic material is composed of carbon powder particles in which each particle has an irregular uneven surface having a particle size in the range of 1 μm to 1.5 mm and there are gaps between the particles.
The exothermic material is filled in the container so that the filling rate representing the volume ratio of the exothermic material to the space volume of the container is in the range of 0.05 to 0.2. body.
マイクロ波を透過する容器とを備え、Equipped with a container that allows microwaves to pass through
前記発熱材が前記容器内に収容されるとともに、前記発熱材に対して不活性な流体が前記容器内に満たされ、The exothermic material is housed in the container, and the fluid that is inert to the exothermic material is filled in the container.
前記発熱材と前記容器内面の鉛直方向に沿った上端面との間と、前記容器内に前記発熱材を導入する導入管の内部には、前記流体で満たされた空間領域が形成されていることを特徴とする発熱体。A space region filled with the fluid is formed between the heating material and the upper end surface of the inner surface of the container along the vertical direction and inside the introduction pipe into which the heating material is introduced into the container. A heating element characterized by that.
マイクロ波を透過する容器とを備え、Equipped with a container that allows microwaves to pass through
前記発熱材が前記容器内に収容されるとともに、前記発熱材に対して不活性な流体が前記容器内に満たされ、The exothermic material is housed in the container, and the fluid that is inert to the exothermic material is filled in the container.
前記発熱材が、前記容器の外部に向けて開口する隙間を複数形成させた構造体であることを特徴とする発熱体。A heating element characterized in that the exothermic material is a structure in which a plurality of gaps that open toward the outside of the container are formed.
前記容器の軸方向に沿った前記隙間の大きさおよびカーボン含有板の厚さの少なくとも一方が、前記発熱体内の熱伝導による昇温よりも、隙間に入り込んだマイクロ波の吸収による昇温が支配的になるように、定められていることを特徴とする請求項4に記載の発熱体。At least one of the size of the gap and the thickness of the carbon-containing plate along the axial direction of the container is dominated by the temperature rise due to the absorption of microwaves entering the gap rather than the temperature rise due to heat conduction in the heating element. The heating element according to claim 4, wherein the heating element is defined so as to be a target.
前記発熱体にマイクロ波を照射するマイクロ波発振機と、A microwave oscillator that irradiates the heating element with microwaves,
前記発熱体および被加熱物を収容するマイクロ波反射容器と、A microwave reflecting container for accommodating the heating element and the object to be heated,
を備えたことを特徴とするマイクロ波加熱装置。A microwave heating device characterized by being equipped with.
前記被加熱物が、前記容器外に配置されることを特徴とする請求項8に記載のマイクロ波加熱装置。The microwave heating device according to claim 8, wherein the object to be heated is arranged outside the container.
前記発熱体にマイクロ波を照射するマイクロ波発振機と、A microwave oscillator that irradiates the heating element with microwaves,
前記発熱体および被加熱物を収容するマイクロ波反射容器とを備え、A microwave reflecting container for accommodating the heating element and the object to be heated is provided.
前記容器が、外側管と内側管とを備えた二重管容器であり、The container is a double-tube container including an outer tube and an inner tube.
前記発熱材が、前記外側管と前記内側管との間に配置され、The exothermic material is arranged between the outer tube and the inner tube,
前記被加熱物が、前記内側管内部に配置されることを特徴とするマイクロ波加熱装置。A microwave heating device characterized in that the object to be heated is arranged inside the inner tube.
マイクロ波を吸収して発熱する発熱材であって、各粒子が1μm〜1.5mmの範囲の粒径をもって不規則な凹凸表面を有し、粒子間に隙間のあるカーボン粉粒体から成る発熱材を、容器内面と前記発熱材との間に空間領域が形成されるように、前記容器内に充填し、It is an exothermic material that absorbs microwaves and generates heat. Each particle has an irregular uneven surface with a particle size in the range of 1 μm to 1.5 mm, and heat is generated from carbon powder particles with gaps between the particles. The material is filled in the container so that a space region is formed between the inner surface of the container and the exothermic material.
前記カーボンに対して不活性な流体を前記容器に導入し、A fluid that is inert to the carbon is introduced into the container.
前記容器を封止することを特徴とする発熱体の製造方法であって、A method for producing a heating element, which comprises sealing the container.
前記容器の空間体積に対する前記発熱材の体積割合を表す充填率が0.05〜0.2の範囲となるように、前記発熱材を前記容器内に充填することを特徴とする発熱体の製造方法。Manufacture of a heating element, characterized in that the exothermic material is filled in the container so that the filling rate representing the volume ratio of the exothermic material to the space volume of the container is in the range of 0.05 to 0.2. Method.
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