JPH09112873A - Microwave melting equipment - Google Patents
Microwave melting equipmentInfo
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- JPH09112873A JPH09112873A JP26285195A JP26285195A JPH09112873A JP H09112873 A JPH09112873 A JP H09112873A JP 26285195 A JP26285195 A JP 26285195A JP 26285195 A JP26285195 A JP 26285195A JP H09112873 A JPH09112873 A JP H09112873A
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- Gasification And Melting Of Waste (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 加熱効率が悪く、炉設計に際して種々の制約
があり、被溶融物の状態変化に応じてインピーダンスを
調整する必要がある。
【解決手段】 ジャイロトロンを用いてマイクロ波を発
生するマイクロ波発生器5、このマイクロ波発生器で発
生したマイクロ波を伝送する導波管6、導波管の端部に
設けられて伝送されたマイクロ波を照射する照射器1
4、この照射器に対向して設けられ、照射器から照射さ
れたマイクロ波を集束させて被溶融物4に照射する反射
鏡アンテナ15、およびマイクロ波を閉じ込めて被溶融
物を加熱、溶融するための溶融炉8を備えたもの。
(57) [Abstract] [Problem] The heating efficiency is poor, and there are various restrictions in designing the furnace, and it is necessary to adjust the impedance according to the change in the state of the material to be melted. A microwave generator (5) for generating microwaves using a gyrotron, a waveguide (6) for transmitting microwaves generated by the microwave generator, and a waveguide (6) provided at an end of the waveguide for transmission. Irradiator for irradiating microwave
4, a reflector antenna 15 that is provided so as to face the irradiator and focuses the microwave radiated from the irradiator to irradiate the object to be melted 4, and confine the microwave to heat and melt the object to be melted. Equipped with a melting furnace 8 for.
Description
【000l】[000l]
【発明の属する技術分野】この発明は、ジャイロトロン
で発生した大電力のマイクロ波を、放射能汚染されたコ
ンクリート片、ごみ焼却炉から出てくる焼却灰などの被
溶融物に照射することにより、その被溶融物を加熱、溶
融するマイクロ波溶融装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention irradiates a high power microwave generated by a gyrotron onto a radioactively contaminated concrete piece or a material to be melted such as incineration ash discharged from a refuse incinerator. , A microwave melting device for heating and melting the material to be melted.
【0002】[0002]
【従来の技術】西暦2010年以降において、現在稼働
中の原子力発電所施設の中にその寿命を迎えるものが多
く出てくる。また、原子力発電所の立地難は今後とも解
消される見通しがなく、増加の一途にある電力需要を満
たすためには原子力発電所を同一場所に再建設できるこ
とが望ましい。そのためには、必ず原子力発電所施設の
解体が伴い、その解体の際の放射線被爆を可能な限り減
少するために、事前に放射性物質を撤去することが必須
条件となる。2. Description of the Related Art Since 2010, many nuclear power plant facilities currently in operation have reached the end of their lives. Moreover, the difficulty of locating a nuclear power plant is not expected to be resolved in the future, and it is desirable to be able to reconstruct the nuclear power plant in the same place in order to meet the ever-increasing power demand. For that purpose, the nuclear power plant facilities must be dismantled, and in order to reduce the radiation exposure during the dismantling as much as possible, it is essential to remove radioactive materials in advance.
【0003】一般に、原子力発電所施設(110万kW
e級)の廃炉措置において、発生するコンクリート廃棄
物量の占める割合は、以下の表1に示すように、いずれ
の試算においても91.7%〜93.2%と90%を越
えているが、このコンクリート廃棄物の中で多量の放射
能を含む放射性廃棄物となる部分の割合は、いずれの試
算においても0.21%〜0.65%と1%にも満たな
いものである。その他の非放射性コンクリート廃棄物は
フラッシング後再利用するが、放射性コンクリート廃棄
物は減容、固化した後に深地層処分する方針がとられて
いる。Generally, nuclear power plant facilities (1.1 million kW
In the e-class) decommissioning measures, the ratio of the amount of concrete waste generated is 91.7% to 93.2%, which is more than 90% in any calculation, as shown in Table 1 below. The proportion of the portion of the concrete waste that becomes radioactive waste containing a large amount of radioactivity is 0.21% to 0.65%, which is less than 1% in any calculation. Other non-radioactive concrete wastes are reused after flushing, but the radioactive concrete wastes are planned to be deep-layered after volume reduction and solidification.
【0004】[0004]
【表1】 [Table 1]
【0005】一方、産業廃棄物は産業構造の変化、経済
活動の発展に伴って増大する傾向にある。近年の地球環
境問題に対する認識の高まりにより、再資源化率は向上
の兆しを見せているが、依然として焼却処理、直接投棄
が廃棄物処分の主流を占めている。これまでわが国の廃
棄物処理は、焼却により減容化し、安定化した後に埋立
処分する方針がとられてきた。また、一般廃棄物は処分
量の逼迫に対応するための新たな処分場の確保が難し
く、その延命策として更なる減容化と無害化が課題とな
っている。On the other hand, industrial waste tends to increase with changes in the industrial structure and development of economic activities. Although the recycling rate has been showing signs of improvement due to the growing awareness of global environmental problems in recent years, incineration and direct disposal still dominate waste disposal. Up until now, Japan's waste treatment policy has been to reduce the volume by incineration and stabilize it before landfilling it. In addition, it is difficult to secure a new disposal site for general waste to cope with the tight disposal amount, and further reduction of volume and detoxification are issues as a life extension measure.
【0006】ここで、コンクリートおよび焼却灰などの
主成分は二酸化珪素(SiO2 )であり、その融点は1
414℃である。一般に融点の高い物体(1000〜2
500℃)の溶融には電気炉が用いられている。ここ
で、コンクリート片や焼却灰などの溶融には、直接抵抗
加熱または誘導加熱による炉は適さないので、輻射によ
る間接抵抗加熱(抵抗炉)が多く用いられている。この
場合、抵抗炉の使用温度は発熱体(ニクロム線、鉄クロ
ム線、モリブデン線、タングステン線等)の許容温度上
昇から決まる。The main component of concrete and incineration ash is silicon dioxide (SiO 2 ), and its melting point is 1
414 ° C. Generally, objects with high melting points (1000-2
An electric furnace is used for melting at 500 ° C. Here, since a furnace by direct resistance heating or induction heating is not suitable for melting concrete pieces, incineration ash, etc., indirect resistance heating by radiation (resistance furnace) is often used. In this case, the operating temperature of the resistance furnace is determined by the allowable temperature rise of the heating element (nichrome wire, iron chrome wire, molybdenum wire, tungsten wire, etc.).
【0007】このような抵抗炉の構成を図2に示す。図
において、1は構造物、2は耐火材料で構成された炉
壁、3は発熱体、4はコンクリート片や焼却灰などの被
溶融物である。The construction of such a resistance furnace is shown in FIG. In the figure, 1 is a structure, 2 is a furnace wall made of refractory material, 3 is a heating element, and 4 is a melted material such as concrete pieces or incinerated ash.
【0008】次に動作について説明する。この抵抗炉は
図示のように、構造物1の中に耐火材料による炉壁2を
構成し、その炉壁2に沿って発熱体3を配置している。
この発熱体3が配置された炉壁2内の空間にコンクリー
ト片や焼却灰などの被溶融物4を投入して発熱体3に通
電すると発熱体3は熱を発生する。この発生熱が放射さ
れて被溶融物4を外部から加熱し溶融させる。このよう
にして溶融した被溶融物4は減容化され、その後固化さ
れて処分される。Next, the operation will be described. As shown, this resistance furnace has a furnace wall 2 made of a refractory material in a structure 1, and a heating element 3 is arranged along the furnace wall 2.
When the melted material 4 such as concrete pieces or incinerated ash is put into the space inside the furnace wall 2 where the heating element 3 is arranged and the heating element 3 is energized, the heating element 3 generates heat. This generated heat is radiated to heat and melt the melted material 4 from the outside. The material 4 to be melted in this manner is reduced in volume, then solidified and disposed.
【0009】一方、図3は従来のマイクロ波溶融装置を
示す概念図である。図において、4は被溶融物、5はマ
グネトロンによるマイクロ波発生器、6は導波管、7は
アイソレータ、8は共振器タイプの溶融炉、9はマッチ
ング・スタブ、10はスクリュウフィーダ、11は排気
管であり、従来のマイクロ波溶融装置はこれらによって
構成されている。On the other hand, FIG. 3 is a conceptual diagram showing a conventional microwave melting apparatus. In the figure, 4 is a material to be melted, 5 is a microwave generator by a magnetron, 6 is a waveguide, 7 is an isolator, 8 is a resonator type melting furnace, 9 is a matching stub, 10 is a screw feeder, 11 is a It is an exhaust pipe, and the conventional microwave melting device is constituted by these.
【0010】次に動作について説明する。なお、マイク
ロ波発生器5に用いられるマグネトロンとしては、例え
ばその発振周波数が915MHz、出力が25kWのも
のが用いられる。マイクロ波発生器5にて発生したマイ
クロ波は、導波管6によってアイソレータ7、マッチン
グ・スタブ9などを経由して溶融炉8に導かれる。一
方、被溶融物4はスクリュウフィーダ10によって所定
量ずつ溶融炉8内に投入される。ここで、溶融炉8は共
振器タイプで、炉そのものが共振器の役割を果たしてい
るものであり、電界強度の強いところに被溶融物4を置
くことにより、それを溶融することができる。この被溶
融物4の溶融時に発生する水蒸気や他のガス類は排気管
11より外部に排気される。Next, the operation will be described. The magnetron used for the microwave generator 5 has an oscillation frequency of 915 MHz and an output of 25 kW, for example. The microwave generated by the microwave generator 5 is guided to the melting furnace 8 by the waveguide 6 via the isolator 7, the matching stub 9, and the like. On the other hand, the melted material 4 is put into the melting furnace 8 by a predetermined amount by the screw feeder 10. Here, the melting furnace 8 is a resonator type, and the furnace itself plays a role of a resonator, and by placing the melted material 4 in a place where the electric field strength is strong, it can be melted. Water vapor and other gases generated when the melted material 4 is melted are exhausted to the outside through the exhaust pipe 11.
【0011】なお、アイソレータ7は反射波を吸収して
マイクロ波発生器5を保護する役割を果たしている。ま
た、被溶融物4の状態変化(固体→液体)に伴ってイン
ピーダンスが大幅に変化(炉内電界分布も変化)するの
で、インピーダンス・マッチングをとるためにマッチン
グ・スタブ9が設けられている。The isolator 7 absorbs reflected waves and protects the microwave generator 5. In addition, since the impedance changes significantly (the electric field distribution in the furnace also changes) with the state change of the melted object 4 (solid → liquid), the matching stub 9 is provided for impedance matching.
【0012】なお、このような従来のマイクロ波溶融装
置に関連のある技術が記載されている文献としては、例
えば特公昭69−60880号公報などがある。Note that, as a document in which a technique related to such a conventional microwave melting apparatus is described, there is, for example, Japanese Patent Publication No. 69-60880.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】放射能汚染されたコン
クリート片やごみ焼却炉から出てくる焼却灰等の被溶融
物を溶融する従来の溶融炉はそれぞれ以上のように構成
されているので、以下に述べるような課題があった。Since the conventional melting furnaces for melting the material to be melted, such as radioactively contaminated concrete pieces and incinerator ash discharged from the refuse incinerator, are constructed as described above, There were problems as described below.
【0014】すなわち、抵抗炉では物量にも依存する
が、発熱体3からの放射熱で被溶融物4をその表面より
加熱するものであるため、被溶融物を融点まで温度を上
昇させるのに長い時間がかかって加熱効率が悪く、特に
コンクリート片や焼却灰のように熱伝達の悪い物質を加
熱・溶融する場合には、さらに加熱効率が悪くなるとい
う課題があった。That is, in the resistance furnace, although it depends on the amount of material, the radiant heat from the heating element 3 heats the material to be melted 4 from its surface, so that the temperature of the material to be melted can be raised to the melting point. It takes a long time and the heating efficiency is low, and particularly when heating and melting a substance having poor heat transfer such as concrete pieces and incineration ash, there is a problem that the heating efficiency is further deteriorated.
【0015】一方、従来のマイクロ波溶融装置では、マ
イクロ波が誘電体の内部に浸透して被溶融物4の内部を
直接加熱する利点を有するが、共振器タイプであるた
め、炉の長さをλ/2の整数倍(λはマイクロ波の波
長)にする必要があり、炉の設計に際して炉壁材料の選
択や被溶融物の設置位置などに種々の制約が生じるばか
りか、被溶融物4の状態変化に応じてインピーダンスを
調整するためのマッチング・スタブ9が必要になるなど
の課題があった。On the other hand, the conventional microwave melting apparatus has an advantage that the microwave penetrates into the inside of the dielectric and directly heats the inside of the material to be melted 4, but since it is a resonator type, the length of the furnace is long. Is required to be an integral multiple of λ / 2 (λ is the wavelength of the microwave), which not only causes various restrictions on the selection of the furnace wall material and the installation position of the melted material, but also the melted material. There was a problem that the matching stub 9 for adjusting the impedance according to the state change of 4 was required.
【0016】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、ジャイロトロンの発生する大電力
マイクロ波を集束して被溶融物に照射することにより、
電力密度の高いマイクロ波で被溶融物を誘電加熱するこ
とができる、加熱効率の高いマイクロ波溶融装置を得る
ことを目的とする。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and by focusing the high power microwave generated by the gyrotron and irradiating the object to be melted,
An object of the present invention is to obtain a microwave melting device with high heating efficiency, which is capable of dielectrically heating a material to be melted with a microwave having a high power density.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明に係
るマイクロ波溶融装置は、ジャイロトロンを用いたマイ
クロ波発生器で大電力のマイクロ波を発生させ、そのマ
イクロ波を導波管で溶融炉内に伝送して、当該導波管の
端部に設けられた照射器より照射し、照射されたマイク
ロ波をこの照射器に対向させて配置された反射鏡アンテ
ナで集束させて溶融炉内の被溶融物に照射し、それを加
熱して溶融させるものである。A microwave melting apparatus according to the present invention is a microwave generator using a gyrotron for generating high power microwaves, and the microwaves are guided by a waveguide. It is transmitted to the melting furnace and irradiated by an irradiator provided at the end of the waveguide, and the irradiated microwave is focused by a reflector antenna arranged facing this irradiator to melt the melting furnace. The material to be melted inside is irradiated and heated to melt it.
【0018】請求項2記載の発明に係るマイクロ波溶融
装置は、反射鏡アンテナとして、ビーム状に集束された
マイクロ波の焦点の位置を、2次元もしくは3次元的に
移動可能なビーム集束型反射鏡アンテナを用いたもので
ある。The microwave melting apparatus according to the second aspect of the present invention is a beam converging type reflection device capable of moving the focal point of a microwave focused in a beam shape two-dimensionally or three-dimensionally as a reflector antenna. It uses a mirror antenna.
【0019】請求項3記載の発明に係るマイクロ波溶融
装置は、被溶融物の状態変化に伴うインピーダンス不整
合によって生ずる反射波を溶融炉側に戻すための反射器
を設けたものである。The microwave melting apparatus according to the third aspect of the present invention is provided with a reflector for returning the reflected wave generated by the impedance mismatch caused by the change in the state of the material to be melted to the melting furnace side.
【0020】請求項4記載の発明に係るマイクロ波溶融
装置は、反射鏡アンテナとして、被溶融物にビーム状に
集束されないビーム強度の弱いマイクロ波を照射するも
のを用いたものである。In a microwave melting device according to a fourth aspect of the present invention, a reflector antenna is used which irradiates a microwave having a weak beam intensity which is not focused in a beam shape on the object to be melted.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態1.図1はこの発明の実施の形態1によるマ
イクロ波溶融装置を示す概念図である。図において、4
はコンクリート片や焼却灰などの、溶融されて減容・固
化された後に処分される被溶融物である。5は被溶融物
4を誘電加熱するためのマイクロ波を発生させるマイク
ロ波発生器であるが、ジャイロトロンを用いて大電力の
マイクロ波を発生させている点で、図3に同一符号を付
して示した従来のマイクロ波発生器とは異なっている。
6はこのマイクロ波発生器5に接続され、マイクロ波発
生器5の発生した大電力マイクロ波を伝送する導波管で
ある。8はこの導波管5で伝送されてきたマイクロ波を
閉じ込め、外部と断熱して被溶融物4を加熱し、溶融さ
せるための溶融炉であるが、ここでは図3に示した従来
のマイクロ波溶融装置とは異なり、共振器タイプではな
く電界集束タイプの溶融炉が用いられている。11は被
溶融物4の溶融時に溶融炉8内に発生する水蒸気や他の
ガス類を外部に排気する排気管であり、12は被溶融物
4を溶融炉8内に投入するための投入口、13は被溶融
物4が溶融し、ガラス状に固化して減容されたものを溶
融炉8の外部に取り出すための取出口である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below. Embodiment 1 FIG. 1 is a conceptual diagram showing a microwave melting device according to a first embodiment of the present invention. In the figure, 4
Is a melted material such as concrete pieces and incineration ash that is disposed of after being melted, reduced in volume and solidified. Reference numeral 5 is a microwave generator for generating a microwave for dielectrically heating the melted material 4, and the same reference numeral is given to FIG. 3 in that a high power microwave is generated by using a gyrotron. Different from the conventional microwave generator shown in FIG.
Reference numeral 6 is a waveguide which is connected to the microwave generator 5 and transmits the high-power microwave generated by the microwave generator 5. Reference numeral 8 denotes a melting furnace for confining the microwaves transmitted by the waveguide 5 and heating the material 4 to be melted by insulating it from the outside. Here, the conventional microwave oven shown in FIG. 3 is used. Unlike the wave melting device, the electric field focusing type melting furnace is used instead of the resonator type. Reference numeral 11 is an exhaust pipe for exhausting water vapor and other gases generated in the melting furnace 8 when the melted material 4 is melted, and 12 is an inlet for charging the melted material 4 into the melting furnace 8. , 13 are outlets for taking out the melted material 4 which is solidified into glass and reduced in volume to the outside of the melting furnace 8.
【0022】また、14は導波管6の先端部に設けら
れ、マイクロ波発生器5から導波管6を介して伝送され
た大電力のマイクロ波を照射する照射器である。15は
この照射器14に対向して設置され、照射器14から照
射された大電力マイクロ波をビーム状に鋭く集束させて
被溶融物4に照射するビーム集束型反射鏡アンテナ(反
射鏡アンテナ)であり、16はこのビーム集束型反射鏡
アンテナ15を駆動して、集束されたマイクロ波ビーム
の焦点の位置を2次元もしくは3次元的に移動させるた
めのアンテナ駆動部である。なお、このビーム集束型反
射鏡アンテナ15は、TE0nモードを伝送する円形導波
管と、この円形導波管の管軸を焦線とする放物筒鏡と、
この放物筒鏡の対称面内で、円形導波管の開口より内側
に向く管軸とのなす角θが次の式(1)で与えられる軸
を鏡軸とする回転放物面鏡とを備えている。また、アン
テナ駆動部16はこの回転放物面鏡をその鏡軸のまわり
に回転させる機構と、回転放物面鏡をその鏡軸に沿って
平行移動させる機構とを備えている。Reference numeral 14 is an irradiator which is provided at the tip of the waveguide 6 and irradiates high-power microwaves transmitted from the microwave generator 5 through the waveguide 6. A beam focusing reflector antenna (reflector antenna) 15 is installed so as to face the irradiator 14 and sharply focuses the high-power microwave radiated from the irradiator 14 into a beam and irradiates the object to be melted 4. Reference numeral 16 denotes an antenna driving unit for driving the beam focusing type reflecting mirror antenna 15 to move the focus position of the focused microwave beam two-dimensionally or three-dimensionally. The beam focusing reflector antenna 15 includes a circular waveguide for transmitting the TE0n mode, a parabolic mirror whose focal axis is the tube axis of the circular waveguide,
In the symmetry plane of this parabolic mirror, a rotary parabolic mirror whose axis θ forms an angle θ with the tube axis facing inward from the opening of the circular waveguide is given by the following formula (1): Is equipped with. The antenna drive unit 16 also includes a mechanism for rotating the parabolic mirror about its mirror axis and a mechanism for moving the parabolic mirror in parallel along the mirror axis.
【0023】 θ=sin-1(kcn/k) kcn=χ’0n/a、 k=2π/λ0 ・・・・・・ (1) ただし、χ’0n:J’0 (χ) =0 の第n根 a :導波管半径 λ0 :自由空間波長Θ = sin −1 (k cn / k) k cn = χ′0n / a, k = 2π / λ 0 (1) where χ′0n: J′0 (χ) N root of = 0 a: Waveguide radius λ 0 : Free space wavelength
【0024】17はビーム集束型反射鏡アンテナ15に
よってビーム状に集束されて被溶融物4に照射された大
電力マイクロ波の、被溶融物4の状態変化に伴うインピ
ーダンス不整合によって生ずる反射波を溶融炉8側に戻
すための反射器である。18はマイクロ波発生器5に用
いられているジャイロトロンを発振動作させるための電
源を供給するジャイロトロン電源であり、19はマイク
ロ波の発振によって発熱したジャイロトロンを冷却する
ジャイロトロン冷却器である。なお、被溶融物4の投入
口12、取出口13、アンテナ駆動装置16、ジャイロ
トロン電源18、ジャイロトロン冷却装置19などは、
別の場所に設置されており、図示を省略した遠隔制御装
置によって遠隔制御されている。Reference numeral 17 denotes a high-power microwave that is focused into a beam by the beam-focusing reflector antenna 15 and irradiates the object 4 to be melted, which is a reflected wave generated by impedance mismatching accompanying a change in the state of the object 4 to be melted. It is a reflector for returning to the melting furnace 8 side. Reference numeral 18 is a gyrotron power supply that supplies power for oscillating the gyrotron used in the microwave generator 5, and 19 is a gyrotron cooler that cools the gyrotron that has been heated by microwave oscillation. . In addition, the inlet 12, the outlet 13, the antenna driving device 16, the gyrotron power supply 18, the gyrotron cooling device 19, etc. of the melted material 4 are
It is installed in another place and is remotely controlled by a remote control device (not shown).
【0025】次に動作について説明する。このように構
成されたマイクロ波溶融装置を用いて被溶融物4を溶融
する場合には、まず、低レベルの放射性廃棄物(コンク
リート片)またはごみ焼却灰などの被溶融物4をベルト
コンベアで投入口12より溶融炉8内に投入する。次
に、ジャイロトロン電源18より電源を供給してマイク
ロ波発生器5のジャイロトロンを発振させ、発生した大
電力のマイクロ波を導波管6にて溶融炉8内に導き、照
射器14よりそれを対向配置されたビーム集束型反射鏡
アンテナ15に照射する。次に、アンテナ駆動部16を
作動させてそのビーム集束型反射鏡アンテナ15を制御
し、当該ビーム集束型反射鏡アンテナ15を回転および
平行移動させる。これによって、大電力マイクロ波を溶
融炉8内の所定の範囲にビーム状に鋭く集束させて照射
し、さらにはその集束したマイクロ波のビームを走査さ
せることにより、溶融炉8内に投入された被溶融物4を
その誘電損にて内部より発熱させて溶融させる。この被
溶融物4の溶融時には水蒸気やその他のガス類が発生す
るので、それらを排気管11に接続された排気装置(図
示省略)で処理する。溶融炉8内のコンクリート片や焼
却灰などが溶融して一定時間経過した後、ガラス状に固
化した固化物を取出口13より溶融炉8の外に取り出し
て処分する。なお、これにより被溶融物4は、ガラス状
に固化すること、および水分やガス成分が気化すること
などによってその容積は約1/7程度に減少する。Next, the operation will be described. When melting the melted material 4 using the microwave melting device configured as described above, first, the melted material 4 such as low-level radioactive waste (concrete piece) or refuse incineration ash is conveyed by the belt conveyor. It is charged into the melting furnace 8 through the charging port 12. Next, power is supplied from the gyrotron power supply 18 to cause the gyrotron of the microwave generator 5 to oscillate, the generated high-power microwave is guided into the melting furnace 8 by the waveguide 6, and the irradiator 14 is used. The beam converging-type reflecting mirror antenna 15 arranged to face it is irradiated with it. Next, the antenna driving unit 16 is operated to control the beam focusing reflection mirror antenna 15, and the beam focusing reflection mirror antenna 15 is rotated and translated. As a result, the high-power microwave is sharply focused and irradiated in a beam shape in a predetermined range in the melting furnace 8, and further, the focused microwave beam is scanned to be introduced into the melting furnace 8. The material 4 to be melted is caused to generate heat from the inside by its dielectric loss and melted. Since water vapor and other gases are generated when the melted material 4 is melted, they are processed by an exhaust device (not shown) connected to the exhaust pipe 11. After the concrete pieces and the incineration ash in the melting furnace 8 are melted and a certain period of time has passed, the solidified material which is solidified into a glass is taken out of the melting furnace 8 through the outlet 13 and disposed of. As a result, the volume of the melted material 4 is reduced to about 1/7 due to solidification into glass and evaporation of water and gas components.
【0026】次に、マイクロ波の発生源として、従来の
マグネトロンとこの発明のジャイロトロンを用いた場合
の、単位体積当たりの発生熱量について比較説明する。
ここで、マイクロ波を誘電体であるコンクリートや焼却
灰などの被照射体4に照射した場合、その誘電体内部に
おける単位体積あたりの発生熱量Pは次の式(2)で表
される。Next, the heat generation amount per unit volume when the conventional magnetron and the gyrotron of the present invention are used as the microwave generation source will be compared and explained.
Here, when the microwave is applied to the irradiated body 4 such as concrete which is a dielectric or incineration ash, the heat generation amount P per unit volume inside the dielectric is expressed by the following equation (2).
【0027】 P=5/9×εr ×tanδ×f×E2 ×10-10 (W/m3 ) ・・・・・・・ (2) ここで、εr :物質の比誘電率 tanδ:物質の誘電正接 f :マイクロ波の周波数(Hz) E :電界強度(V/m)P = 5/9 × ε r × tan δ × f × E 2 × 10 −10 (W / m 3 ) ... (2) where ε r : relative permittivity of material tan δ : Dielectric loss tangent of material f: Microwave frequency (Hz) E: Electric field strength (V / m)
【0028】上記式(2)より、マイクロ波の周波数、
物質の比誘電率および誘電正接、電界強度等の値が大き
いほど、単位体積あたりの発生熱量Pが大きくなること
がわかる。From the above equation (2), the microwave frequency,
It can be seen that the larger the relative permittivity and dielectric loss tangent of the substance, the electric field strength, and the like, the larger the amount of heat P generated per unit volume.
【0029】これをマイクロ波の発生源として、先に説
明した915MHz、25kWのマグネトロンと、28
GHz、10kWのジャイロトロンを使用する場合につ
いて比較すると以下のようになる。ここで、コンクリー
トの比誘電率εr と誘電正接tanδは3〜30GHz
ではほぼ一定(なお、典型的な値としてεr =4、ta
nδ=0.05程度。ただし、tanδは温度上昇によ
り急激に増大するとの報告もある)である。また、導波
管6内で放電が発生せず、マイクロ波を溶融炉8まで伝
送できる電界強度については、キルパトリック(kil
patrick)放電限界で考えれば、915MHzで
の上限値は275kV/mであり、28GHzでの上限
値は1350kV/mとなる。Using this as a microwave generation source, the magnetron of 915 MHz and 25 kW described above and 28
The following is a comparison when a gyrotron of GHz and 10 kW is used. Here, the relative permittivity ε r and the dielectric loss tangent tan δ of concrete are 3 to 30 GHz.
Is almost constant (note that, as a typical value, ε r = 4, ta
nδ = about 0.05. However, there is also a report that tan δ rapidly increases as the temperature rises). Regarding the electric field strength at which the microwave can be transmitted to the melting furnace 8 without causing the discharge in the waveguide 6,
Considering the discharge limit, the upper limit value at 915 MHz is 275 kV / m, and the upper limit value at 28 GHz is 1350 kV / m.
【0030】今、比誘電率εr と誘電正接tanδが一
定として、915MHzと28GHzにおける発生熱量
P1、P2を比較検討するに、上記(2)式からこれら
両発生熱量の比P2/P1は、 P2/P1=(f2/f1)×(E2/E1)2 =(28/0.915)×(1350/275)2 =737 となる。実際には、前述のように誘電正接tanδが温
度上昇とともに急激に増大するので、そのような場合、
この発熱量の比はさらに大きくなることが想定される。Now, with the relative permittivity ε r and the dielectric loss tangent tan δ being constant, the heat generation amounts P1 and P2 at 915 MHz and 28 GHz are compared and examined. From the above equation (2), the ratio P2 / P1 of both heat generation amounts is P2 / P1 = (f2 / f1) × (E2 / E1) 2 = (28 / 0.915) × (1350/275) 2 = 737. Actually, as described above, the dielectric loss tangent tan δ rapidly increases with the temperature rise. Therefore, in such a case,
It is expected that the ratio of this heat generation amount will be further increased.
【0031】したがって、マイクロ波発生器5として、
発振周波数が28GHzのジャイロトロンを使用する場
合は、発振周波数が915MHzのマグネトロンを使用
する場合に比べて、単位体積当たりの発生熱量は737
倍以上になる。また、マイクロ波加熱は、電気炉などの
ような外部からの加熱ではなく、被溶融物4の内部から
の加熱であるため、均一加熱、急速加熱ができる特性を
有しており、加熱効率の高いマイクロ波溶融装置を提供
することができる。Therefore, as the microwave generator 5,
When a gyrotron with an oscillating frequency of 28 GHz is used, the amount of heat generated per unit volume is 737, compared with the case of using a magnetron with an oscillating frequency of 915 MHz.
More than double. Further, since the microwave heating is heating from the inside of the material to be melted 4 rather than heating from the outside such as in an electric furnace, it has a characteristic that uniform heating and rapid heating can be performed, and the heating efficiency can be improved. A high microwave melting device can be provided.
【0032】なお、この実施の形態1によるマイクロ波
溶融装置では、溶融炉8に電界集束タイプの炉を用いて
いるが、この溶融炉8においても被溶融物4の状態変化
(固体→液体)に伴って、インピーダンス不整合が発生
して反射波が増加することが考えられる。すなわち、マ
イクロ波を被溶融物4に照射すると、被溶融物4は内部
から加熱されて、その温度が1000℃以上になると電
気抵抗率が下がりはじめ、1400℃程度においては数
Ωcmになる。一方、導波管5のインピーダンスは通常
400Ω程度であり、このインピーダンス不整合によっ
てマイクロ波の反射波が増大することが想定される。こ
の実施の形態1における溶融炉8では、ジャイロトロン
の動作を安定にするためには照射器14と導波管6との
間に反射器17を配置している。この反射器17は被溶
融物4の状態変化に伴うインピーダンス不整合によって
発生した、TE0nモード以外のモードの反射波を再度溶
融炉8側へ戻して、それを被溶融物4の溶融のために活
用できるようにしている。In the microwave melting apparatus according to the first embodiment, an electric field focusing type furnace is used as the melting furnace 8. In this melting furnace 8 as well, the state change of the material 4 to be melted (solid → liquid). It is conceivable that the impedance mismatch will occur and the reflected wave will increase. That is, when the material to be melted 4 is irradiated with microwaves, the material to be melted 4 is heated from the inside, and when the temperature rises to 1000 ° C. or higher, the electrical resistivity begins to decrease and becomes about several Ωcm at about 1400 ° C. On the other hand, the impedance of the waveguide 5 is usually about 400Ω, and it is assumed that the reflected wave of the microwave increases due to the impedance mismatch. In the melting furnace 8 according to the first embodiment, a reflector 17 is arranged between the irradiator 14 and the waveguide 6 in order to stabilize the operation of the gyrotron. This reflector 17 returns the reflected wave of a mode other than the TE0n mode generated by the impedance mismatching accompanying the change of the state of the melted material 4 to the melting furnace 8 side again and melts it for melting the melted material 4. I am making it available.
【0033】このように、溶融炉8を電界集束タイプの
炉としたため、共振器タイプの炉のようにマイクロ波の
波長に依存する炉長や、被溶融物4の設置場所などに関
する炉設計についての制約もなくなり、その上、被溶融
物4から反射してくる反射波を反射器17によって溶融
炉8側に戻すことにより、ジャイロトロンの発生した大
電力マイクロ波のエネルギーを被溶融物4の溶融に有効
に活用することが可能となる。As described above, since the melting furnace 8 is an electric field focusing type furnace, as in the case of a resonator type furnace, the furnace length depending on the wavelength of the microwave, the furnace design regarding the installation location of the material 4 to be melted, etc. In addition, the reflected wave reflected from the melted object 4 is returned to the melting furnace 8 side by the reflector 17 so that the energy of the high-power microwave generated by the gyrotron is transferred to the melted object 4 of the melted object 4. It can be effectively used for melting.
【0034】実施の形態2.なお、上記実施の形態1で
は、照射器14から照射されたマイクロ波をビーム集束
型反射鏡アンテナ15でビーム状に鋭く集束させて被溶
融物4に照射する場合について説明したが、発振器の出
力が1桁大きくなった場合には集束度をゆるめたブロー
ドなビームでも所定の電力密度を得ることができる。す
なわち、マイクロ波発生器5に、例えば出力が100k
Wを越えるような大出力のジャイロトロンを使用した場
合には、ビーム集束型反射鏡アンテナ15にてマイクロ
波をビーム状に鋭く集束させずに、ブロードなビームを
被溶融物4に照射し、この場合、被溶融物に対するビー
ムの照射範囲が広いため実施の形態1の場合よりも溶融
効率が良くなる。Embodiment 2 In the first embodiment, the case where the microwave radiated from the irradiator 14 is sharply focused into a beam by the beam focusing reflector antenna 15 and radiated to the melted object 4 has been described. Is larger by one digit, it is possible to obtain a predetermined power density even with a broad beam with a reduced degree of focusing. That is, the microwave generator 5 outputs, for example, 100 k
When a high-power gyrotron exceeding W is used, the beam focusing reflector antenna 15 does not sharply focus the microwave into a beam, but a broad beam is applied to the melted material 4, In this case, since the irradiation range of the beam to the melted object is wide, the melting efficiency becomes better than that in the first embodiment.
【0035】[0035]
【発明の効果】以上のように、請求項1記載の発明によ
れば、大電力のマイクロ波をジャイロトロンを用いたマ
イクロ波発生器で発生させ、そのマイクロ波を導波管で
溶融炉内に伝送してその端部に設けられた照射器より照
射し、照射されたマイクロ波をこの照射器に対向させて
配置された反射鏡アンテナで集束させて溶融炉内の被溶
融物に照射するように構成したので、マイクロ波加熱
(照射したマイクロ波が被溶融物の内部に浸透し、誘電
損失によって被溶融物に吸収されて熱に変換されること
を利用した加熱)を行うことが可能となって、電気炉な
どのような外部からの加熱ではなく、被溶融物をその内
部から加熱することができるため、被溶融物の均一加
熱、急速加熱が可能となって、加熱効率の高いマイクロ
波溶融装置が得られるばかりか、被溶融物の状態変化に
応じてインピーダンスを調整する必要がなくなり、共振
器タイプの溶融炉のように、マイクロ波の波長に依存す
る炉長や、被溶融物の設置場所などに関する炉設計につ
いての制約もなくなる効果がある。As described above, according to the first aspect of the present invention, a high-power microwave is generated by a microwave generator using a gyrotron, and the microwave is guided by a waveguide in a melting furnace. And irradiate it from an irradiator provided at its end, and the irradiated microwave is focused by a reflector antenna arranged facing this irradiator and irradiates the material to be melted in the melting furnace. Since it is configured as described above, it is possible to perform microwave heating (heating that utilizes the fact that the irradiated microwave penetrates into the melted material and is absorbed by the melted material due to dielectric loss and converted to heat). Therefore, the material to be melted can be heated from the inside, not from the outside such as in an electric furnace, so that uniform heating and rapid heating of the material to be melted are possible, and the heating efficiency is high. A microwave melting device is obtained On the other hand, there is no need to adjust the impedance according to the change in the state of the melted object, and like the resonator type melting furnace, the furnace length that depends on the wavelength of the microwave and the installation location of the melted object, etc. The effect is that there are no restrictions on the design.
【0036】請求項2記載の発明によれば、反射鏡アン
テナとして、ビーム状に集束されたマイクロ波の焦点を
2次元もしくは3次元的に移動させることができるビー
ム集束型反射鏡アンテナを用いるように構成したので、
溶融炉内のどこにでもビーム状に鋭く集束させたマイク
ロ波を照射することができ、さらにそのマイクロ波ビー
ムを走査させることも可能となり、溶融炉内に投入され
た被溶融物を効率的に発熱させて溶融させることができ
る効果がある。According to the second aspect of the invention, as the reflector antenna, a beam focusing reflector antenna capable of moving the focus of the beam-focused microwave in a two-dimensional or three-dimensional manner is used. Since it was configured to
It is possible to irradiate microwaves that are sharply focused into a beam shape anywhere in the melting furnace, and it is also possible to scan the microwave beam, which efficiently heats the material to be melted put into the melting furnace. There is an effect that it can be melted.
【0037】請求項3記載の発明によれば、反射器を設
けて、被溶融物の状態変化に伴うインピーダンス不整合
によって被溶融物から反射してくる反射波を溶融炉側に
戻すように構成したので、ジャイロトロンの保護もでき
かつジャイロトロンの発生した大電力マイクロ波のエネ
ルギーを被溶融物の溶融に有効に活用することができる
効果がある。According to the third aspect of the present invention, a reflector is provided so that the reflected wave reflected from the melted material is returned to the melting furnace side due to impedance mismatch caused by the change in the state of the melted material. Therefore, there is an effect that the gyrotron can be protected and the energy of the high-power microwave generated by the gyrotron can be effectively used for melting the material to be melted.
【0038】請求項4記載の発明によれば、反射鏡アン
テナとして、被溶融物にブロードなビームを照射できる
ように構成したので、大出力のジャイロトロンを用いて
マイクロ波を発生している場合、被溶融物に広範囲に照
射できるので、より効率的に被溶融物を溶融することが
できる効果がある。According to the fourth aspect of the present invention, since the reflector antenna is configured to irradiate a broad beam to the melted object, when a microwave is generated using a high output gyrotron. Since the material to be melted can be irradiated over a wide range, there is an effect that the material to be melted can be more efficiently melted.
【図1】 この発明の実施の形態1によるマイクロ波溶
融装置を示す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing a microwave melting device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】 従来の抵抗炉による溶融装置を示す概念図で
ある。FIG. 2 is a conceptual diagram showing a melting device using a conventional resistance furnace.
【図3】 従来のマイクロ波溶融装置を示す概念図であ
る。FIG. 3 is a conceptual diagram showing a conventional microwave melting device.
4 被溶融物、5 マイクロ波発生器、6 導波管、8
溶融炉、14 照射器、15 ビーム集束型反射鏡ア
ンテナ(反射鏡アンテナ)、17 反射器。4 melted object, 5 microwave generator, 6 waveguide, 8
Melting furnace, 14 irradiator, 15 beam focusing reflector antenna (reflector antenna), 17 reflector.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H05B 6/64 H05B 6/64 H (72)発明者 佐藤 文武 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 逸見 和久 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 浅野 啓行 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 内藤 出 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Reference number within the agency FI Technical indication location H05B 6/64 H05B 6/64 H (72) Inventor Fumitake Sato 2-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo No. 3 Sanryo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Kazuhisa Itami 2-32 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Sanryo Electric Co., Ltd. (72) Hiroyuki Asano 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Sanryo Electric Co., Ltd. (72) Inventor, Ito Naito 2-3-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Sanryo Electric Co., Ltd.
Claims (4)
生させるマイクロ波発生器と、このマイクロ波発生器に
接続され、前記マイクロ波発生器で発生したマイクロ波
を伝送する導波管と、この導波管の端部に設けられ、前
記マイクロ波発生器から前記導波管を介して伝送された
前記マイクロ波を照射する照射器と、この照射器に対向
して設けられ、前記照射器から照射されたマイクロ波を
集束させて被溶融物に照射する反射鏡アンテナと、前記
マイクロ波を閉じ込めて前記被溶融物を加熱、溶融する
ための溶融炉とを備えたマイクロ波溶融装置。1. A microwave generator for generating a microwave using a gyrotron, a waveguide connected to the microwave generator for transmitting the microwave generated by the microwave generator, and a waveguide for the microwave. An irradiator provided at an end portion of the wave tube for irradiating the microwave transmitted from the microwave generator through the waveguide, and an irradiator provided so as to face the irradiator and irradiate from the irradiator. A microwave melting device comprising: a reflector antenna for focusing the irradiated microwaves and irradiating the object to be melted; and a melting furnace for confining the microwaves to heat and melt the object to be melted.
によってビーム状に集束されたマイクロ波の焦点の位置
を、2次元もしくは3次元的に移動可能なビーム集束型
反射鏡アンテナであることを特徴とする請求項1記載の
マイクロ波溶融装置。2. The reflector antenna is a beam focusing reflector antenna capable of two-dimensionally or three-dimensionally moving the position of the focal point of the microwave focused by the reflector antenna in a beam shape. The microwave melting device according to claim 1.
該被溶融物の状態変化に伴うインピーダンスの不整合に
よって発生する反射波を、溶融炉側に戻すための反射器
を設けたことを特徴とする請求項1記載のマイクロ波溶
融装置。3. A reflector is provided for returning to the melting furnace the reflected wave generated by the impedance mismatching of the microwave radiated to the material to be melted due to the state change of the material to be melted. The microwave melting apparatus according to claim 1, which is characterized in that.
を、被溶融物に広範囲に照射することを特徴とする請求
項1記載のマイクロ波溶融装置。4. The microwave melting apparatus according to claim 1, wherein the reflector antenna irradiates the material to be melted with a broad beam over a wide range.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26285195A JPH09112873A (en) | 1995-10-11 | 1995-10-11 | Microwave melting equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26285195A JPH09112873A (en) | 1995-10-11 | 1995-10-11 | Microwave melting equipment |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09112873A true JPH09112873A (en) | 1997-05-02 |
Family
ID=17381512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26285195A Pending JPH09112873A (en) | 1995-10-11 | 1995-10-11 | Microwave melting equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09112873A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO1999018758A1 (en) * | 1997-10-07 | 1999-04-15 | Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Device for heating up meals using millimetre waves |
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| JP2008231465A (en) * | 2007-03-16 | 2008-10-02 | Nippon Yakin Kogyo Co Ltd | Microwave heating carbon reduction method for valuable metal-containing by-products containing Cr |
| CN112804805A (en) * | 2019-11-13 | 2021-05-14 | 新奥科技发展有限公司 | Microwave transmitting antenna of electron cyclotron resonance heating system |
-
1995
- 1995-10-11 JP JP26285195A patent/JPH09112873A/en active Pending
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