JPH0262037B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は被処理物を金属ルツボに供給しつつ
マイクロ波をルツボ内に照射し、ルツボ内で溶融
固化処理するインキヤンメルト式のマイクロ波溶
融炉に関するものである。

（従来技術） インキヤンメルト式の溶融炉では金属ルツボの
中で被処理物を溶融固化処理する結果、貯蔵庫で
ルツボを貯蔵する場合、金属ルツボの断面形状が
貯蔵時の貯蔵効率に大きく影響する。すなわち貯
蔵庫での貯蔵効率を高めるにはルツボ相互間に生
じる空間スペースが極力存在しない形状にする必
要がある。この目的に合致するルツボの断面形状
としては丸形よりも角形状、すなわち四角形や六
角形のルツボを用いることが望ましい。

マイクロ波は100KHz以上の周波数を持つ電磁
波で、一般に加熱分野に用いられる周波数は
2450MHzと915MHzである。これらのマイクロ波
はマイクロ波発振器として主にマグネトロン管が
用いられ、発振されたマイクロ波は伝送効率の点
から、通常長方形の導波管を用いて目的箇所へ伝
送される。この結果、角形状のルツボを用いる溶
融炉としてこの長方形の導波管の先端部に導波管
と同じ断面形状を有する長方形のルツボあるいは
長方形の導波管の先端部を四角形に拡げ、この部
分に同じく四角形のルツボを取付けた溶融炉が使
用されている。このような溶融炉ではおよそ1000
℃以下の融点を持つ被処理物の溶融は可能である
が、1000℃以上の融点を持つ被処理物、例えば
紙、布ウエス等の焼却灰（融点はおよそ1250〜
1300℃）の溶融に対してはルツボ内で焼却灰の一
部が未溶融の状態で存在するという問題があり、
これが角形状のルツボを用いる際の大きな欠点で
あつた。

上記未溶融部が生じる理由は、以下に説明する
ようにマイクロ波の導波管における伝送特性によ
つて明らかにすることができる。すなわち、第６
図は導波管の先端部にルツボを取付けた溶融炉の
１例であり、Ａはマイクロ波伝送用導波管１と同
じ長方形のルツボ２１を用いた溶融炉を示し、導
波管のサイズは長方形の短面をａの長さとする
と、長面はおよび２ａの長さに導波管に規格によ
り認定されている。またＢは長方形の導波管１の
先端部をいずれも長面の２ａに拡大して正方形の
ルツボ２２を取付けた溶融炉である。被処理物は
いずれもホツパー４に入れられ、フイーダ５を通
してルツボ内へ供給され、導波管を通して伝送さ
れたマイクロ波を照射し、被処理物を加熱溶融し
て溶融物６を生成させるようにしている。加熱に
よつて発生するオフガスは排気管７を通して炉の
外へ排出させる。

第７図Ａは長方形導波管の断面におけるマイク
ロ波の電磁界分布を示し、導波管の断面には破線
で示す磁力線と実線で示す方向に電流が流れてお
り、加熱に影響する電界分布は磁力線と電流の流
れが密に交わる部分、すなわち長方形断面の中心
部で強く、左右に拡がるにつれて弱くなり、両端
の管壁面ではゼロになつている。なお、長方形の
導波管では、電流線と平行に面している管面をＥ
面、磁力線に平行な面をＨ面とそれぞれ呼んで位
置表示をし、また電磁波が伝搬する際の様式のこ
とをモードと称する。上記電磁界分布を有する伝
搬様式をTE₁₀モードと称する。第６図に示した
溶融炉ではいずれも導波管の先端部に導波管と同
じ角形のルツボを取付けたものであり、このよう
な溶融炉では第７図Ａに示した電界分布から解る
ように、Ｅ面近傍は電界分布がゼロになつている
ため加熱に必要なマイクロ波が存在せず、従つて
Ｅ面近傍の被処理物は充分に加熱されず、ルツボ
２１の場合は第７図Ｂに示すように、またルツボ
２２の場合はＣに示すように、それぞれＥ面近傍
に未溶融部が生じる。比較的融点が低い被処理物
ではルツボ中心部の高温部からの熱伝導によつて
Ｅ面近傍の被処理物が溶融し、このＥ面の影響を
少なくすることができるが、100℃以上の高融点
を有する被処理物の場合はＥ面近傍に未溶融部が
生じることになる。

このように、長方形状の導波管を用いて、角形
状のルツボで溶融するには前述した長方形導波管
固有の伝送様式であるTE₁₀モードが影響し、前
述した問題を生じることになる。この対策とし
て、長方形導波管の他の伝送様式としてのTM₀₁
モードを利用することが考えられ、この場合は均
一に溶融することが可能と考えられるが、TM₀₁
モードは現在の技術では安定な伝送が困難である
ためにこれを利用することはできない。

加熱のために必要な伝送様式としては、長方形
導波管と円形導波管を組合せることによつて各種
の伝送様式を容易に作ることができる。これには
TE₁₁モード、TM₀₁モード、TE₂₁モード、TE₀₁
モード、TM₁₁モード等がある。この場合の伝送
様式は円形導波管の管径によつて決まり、TE₁₁
モードが最も小さい管径から形成され、管径が大
きくなるに従つてTM₀₁モード、TE₂₁モードと順
次形成される。最もよく使われる円形伝送様式と
してはTE₁₁モードとTM₀₁モードとがあり、
TE₁₁モードは第８図Ａに示すように磁力線と電
流の流れる密な部分が中心部に存在する結果、加
熱部はＢのように帯状の加熱形状を呈する。この
TE₁₁モードは円形伝送様式の中で基本形状、す
なわち長方形の伝送様式TE₁₀モードを円形に投
影した形状で、管径を大きくするとTE₁₁モード
の形状が弱くなり、Ｄに示すように全面に加熱部
が拡がる形状を有するTM₀₁モードＣに変化す
る。このように円形伝送様式は多様のものを作る
ことができるので、これを利用して円形ルツボを
用いる溶融炉がすでに開発されている。

（発明の目的） この発明はこのような技術的背景のもとになさ
れたものであり、角形ルツボを用いて完全な溶融
が行えるようにし、これによつてルツボの収納を
効率よく行えるようにしたものである。

（発明の構成） この発明は、偶数角の角形形状を有するルツボ
中に被処理物を供給するととともに、マイクロ波
を照射することによつて溶融固化処理するインキ
ヤンメルト式の加熱溶融炉において、マイクロ波
発振器に長方形の導波管、円形導波管および角形
ルツボを順次接続し、上記円形導波管と角形ルツ
ボとの接続部では平面投影形状で円形導波管に角
形ルツボが外接するように、かつ角形ルツボの一
対の相対向する角部を結ぶ方向が長方形導波管の
Ｅ面と直交する方向に配置され、被処理物の供給
口がＥ面と平行に配置されるように円形導波管に
形成されているものである。

（実施例） 第１図において、図示しないマイクロ波発振器
に接続された長方形導波管１にはその先端に円形
の導波管８が接続され、円形導波管８の下端部に
は角形ルツボ２が接続されている。図面では角形
ルツボの平面形状を正方形としているが、これを
長方形としてもよい。円形導波管８にはその上端
部に炉内のマイクロ波の整合を行うための円筒形
のヘツドチユーナ１０が上下動可能に配置されて
いる。また円形導波管８にはホツパー４に接続さ
れたシユート５が結合され、またオフガスを排出
するための排気管７が取付けられている。円形導
波管８と角形ルツボ２とはフランジ９によつて互
いに結合され、その接続部は第２図に示すように
平面投影形状で角形ルツボ２が円形導波管８に外
接するように構成されている。角形ルツボ２の角
部ａとｃとを結ぶ方向が長方形導波管１のＥ面と
直交する方向に配置され、さらに被処理物の供給
用フイーダ５がＥ面と平行（コーナ部ｂ−ｄ方
向）になるように配置されている。

上記構成において、全面加熱が可能なTM₀₁モ
ードでマイクロ波を照射すると第２図Ｂに示すよ
うに未溶融部が生じることなく、全面が溶融され
る。

なお、第５図Ａに示すように角形ルツボ２の辺
ａ−ｄおよびｂ−ｃが長方形導波管１のＥ面と平
行になるように配置して、上記同様にTM₀₁モー
ドでマイクロ波を照射するとＢに示すように辺ａ
−ｄおよびｂ−ｃの近傍に未溶融部ｅが生じ、あ
るいはＣに示すように角部ａ，ｂ，ｃ，ｄにそれ
ぞれ未溶融部ｅが生じる。これに対し、角形ルツ
ボ２の代りに円形ルツボを取付けて同様に加熱を
行うと未溶融部分が生じない。この理由はつぎの
ように考えられる。すなわち、長方形導波管での
基本伝送様式はTE₁₀モードであり、これを円形
導波管でTM₀₁モードに変化させるが、この変化
はTE₁₀モード→TE₁₁モード→TM₀₁モードの過
程を通り、円形ルツボの場合は (1) 一辺が直線状でないために長方形導波管のＥ
面と平行な面が点として存在すること、 (2) Ｅ面に相当する部分が円弧を描いているため
に、中心近傍の高温加熱部の熱影響を受けやす
いことから熱伝導により溶融されること、 等のために全面が溶融されると考えられる。

一方角形ルツボでは (1) 伝送様式をTE₁₀モード→TE₁₁モード→
TM₀₁モードと変化させても、再び円形導波管
に角形ルツボが接続されているため、TM₀₁モ
ードがTE₁₀モードの基本伝送様式に戻りやす
いこと、 (2) 角形にすることにより角形のコーナ部がルツ
ボの中心部より最も遠い距離にあり、このため
中心部の高温部の影響を受けにくいこと、 (3) コーナ部は２つの面から構成され、熱の外部
への放散が大きいこと、 等のために未溶融部が生じるものと考えられる。

これらのことから、第２図に示すようにコーナ
部ａ，ｃをＥ面方向に配置するとともに、被処理
物の供給用フイーダ５をＥ面と平行に配置した。

なお、第９図Ａに示すようにフイーダ５をＥ面
に直交する方向に取付けた場合にはＢに示すよう
にＥ面に直交する方向の角部ａ，ｃに未溶融部ｅ
が生じる。この理由はつぎのように考えられる
が、第９図の場合はそのような効果はない。

(1) 第２図の場合、被処理物は長方形導波管１の
中心部、従つて高温加熱部に供給されることに
なり、ここで溶融されてルツボ内のコーナ部
ａ，ｃに流れるため、コーナ部ａ，ｃに未溶融
部が生じない。

(2) コーナ部ｂ，ｄは長方形導波管１の中心部、
従つて高温加熱部となるため、いずれの場合も
良好に溶融される。

第３図はこの発明の別の実施例を示し、角形ル
ツボ２５は平面形状が六角形に形成されて、その
角部ａ，ｃがＥ面と直交する方向に配置されてい
る。その他の構成については第１図のものと同様
である。このような六角形のルツボであつても上
記同様に完全な溶融を行わせることができる。

第４図はさらに別の実施例を示し、長方形導波
管１の先端部はテーパ状に拡げ、円形導波管８を
その軸方向に接続させている。このような構成に
しても作用効果は下記のものと同様である。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明はマイクロ波発
振器に長方形導波管、円形導波管、四角形または
六角形の角形ルツボを順次接続し、全面溶融が可
能なモードのマイクロ波を照射して溶融するよう
にしたものであり、ルツボが角形で互いに隙間な
く収納することができるために貯蔵効率を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す全体斜視図、
第２図Ａ，Ｂはその平面形状図および溶融状態説
明図、第３図は他の実施例を示す平面形状図、第
４図はさらに別の実施例を示す斜視図、第５図
Ａ，Ｂ，Ｃは導波管とルツボとの配置と溶融状態
との関係を示す説明図、第６図Ａ，Ｂはそれぞれ
従来構造の斜視図、第７図Ａ，Ｂ，Ｃはマイクロ
波のモードと溶融状態との関係説明図、第８図
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはさらに別のモードと溶融状態と
の関係説明図、第９図はシユートの取付け位置と
溶融状態との関係を説明するためのものでＡは平
面形状図、Ｂは溶融状態説明図である。 １……長方形導波管、２，２５……角形ルツ
ボ、５……フイーダ、８……円形導波管、ａ，
ｂ，ｃ，ｄ……角部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 偶数角の角形形状を有するルツボ中に被処理
   物を供給するとともに、マイクロ波を照射するこ
   とによつて溶融固化処理するインキヤンメルト式
   の加熱溶融炉において、マイクロ波発振器に長方
   形の導波管、円形導波管および角形ルツボを順次
   接続し、上記円形導波管と角形ルツボとの接続部
   では平面投影形状で円形導波管に角形ルツボが外
   接するように、かつ角形ルツボの一対の相対向す
   る角部を結ぶ方向が長方形導波管のＥ面と直交す
   る方向に配置され、被処理物の供給口がＥ面と平
   行に配置されるように円形導波管に形成されてい
   ることを特徴とするマイクロ波溶融炉。