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微波处理装置、以及微波处理方法与流程

2022-11-30 21:22:55 来源:中国专利 TAG:


1.本发明涉及向圆筒形状的空腔内的对象物照射微波的微波处理装置以及微波处理方法。


背景技术:

2.以往,通过向规定的空腔内的对象物(被加热物)照射微波进行加热,来进行对象物的干燥、反应等(参照专利文献1)。此外,由于微波加热能够实现选择性的加热,因此能够从内部高速地向对象物进行加热,存在加热效率高的特征。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1:日本特开2019-125534号公报


技术实现要素:

6.本发明所要解决的技术问题
7.然而,也有可能根据微波的照射方向等,对于要加热的区域的一部分局部地进行加热。因此,存在要更加均匀地对要加热的区域进行加热的需求。
8.本发明是为了解决上述技术问题而提出的,目的在于提供一种微波处理装置以及微波处理方法,其能够在向圆筒形状的空腔内的对象物照射微波的情况下,对于要加热的区域实现更加均匀的微波的照射。
9.用于解决技术问题的技术方案
10.为了达成上述目的,本发明的一个方式的微波处理装置包括:圆筒状形状的空腔,在内部具有配置微波的照射对象物的空间,且在轴方向上的一部分的区域设置有微波的通过区域;微波发生器,产生微波;圆筒状形状的旋转部件,可旋转地设置在空腔的外周侧,且在微波的通过区域的外周侧具有设置有微波能够通过的多个区域的圆筒状形状的圆筒状部件;以及罩部件,设置成在整个圆周方向上覆盖圆筒状部件,在圆筒状部件的外周侧形成从微波发生器导入的微波的波导。
11.根据这种结构,能够从设置在旋转的圆筒状部件上的微波能够通过的多个区域向空腔内部的对象物照射经形成于圆筒状部件的周围的波导传播的微波。因此,从圆周方向的各个方向对对象物的要加热的区域照射微波,能够实现对要加热的区域的更加均匀的微波的照射。
12.另外,在本发明的一个方式的微波处理装置中,圆筒状部件中的微波能够通过的区域也可以是狭缝状的区域。
13.根据这种结构,与从泄漏波导管的槽泄漏微波一样,微波更加均等地照射到空腔内部的对象物。
14.另外,在本发明的一个方式的微波处理装置中,狭缝状的区域也可以在圆筒状部件的圆周方向上延伸。
15.根据这种结构,与狭缝的区域在圆筒状部件的轴方向上延伸的情况相比,能够实现更高效率的微波的照射。
16.另外,在本发明的一个方式的微波处理装置中,也可以由微波透过性材料的部件形成微波的通过区域。
17.根据这种结构,例如,即使是在根据对象物的加热产生水蒸气或气体等的情况下,也能够防止该水蒸气或气体等向微波发生器侧移动。其结果是,能够防止微波发生器的故障等。
18.另外,在本发明的一个方式的微波处理装置中,微波的通过区域也可以设置在整个圆周方向上。
19.根据这种结构,能够从圆周方向的全方向对对象物照射微波,能够实现对整个对象物的更加均匀的微波的照射。
20.另外,本发明的一个方式的微波处理方法包括:在设置于圆筒状形状的空腔的轴方向上的一部分区域的、微波的通过区域的外周侧,使设置有微波能够通过的多个区域的圆筒状形状的圆筒状部件旋转的步骤,其中在该空腔的内部具有配置微波的照射对象物的空间;以及通过由设置成在整个圆周方向上覆盖圆筒状部件的罩部件将微波导入到形成在圆筒状部件的外周侧的微波的波导,从而向空腔内的微波的照射对象物照射微波的步骤。
21.发明的效果
22.根据本发明的一个方式的微波处理装置,能够对空腔内的对象物的要加热的区域,实现更加均匀的微波的照射。
附图说明
23.图1是示出本发明的实施方式的微波处理装置的立体图。
24.图2是示出该实施方式中的空腔以及旋转部件的立体图。
25.图3是示出该实施方式中的空腔的立体图。
26.图4a是该实施方式中的圆筒部件的主视图。
27.图4b是该实施方式中的圆筒部件的纵剖视图。
28.图5是该实施方式中的微波处理装置的、与轴方向垂直的平面的剖视图。
29.图6是该实施方式中的微波处理装置的、经过中心轴的平面的剖视图。
30.图7是用于说明该实施方式中的旋转部件的旋转机构的图。
具体实施方式
31.以下,利用实施方式,对本发明的微波处理装置以及微波处理方法进行说明。此外,在以下的实施方式中,赋予相同附图标记的结构要素相同或者对应,存在省略再次的说明的情况。本实施方式的微波处理装置在圆筒形状的空腔的轴方向上的一部分设置有微波的通过区域,在该通过区域的外周侧的整个圆周方向上形成微波的波导,通过在微波的通过区域的外周侧在圆周方向旋转的具有微波能够通过的多个区域的圆筒部件向空腔内的对象物照射经该波导传播的微波。
32.图1是示出本实施方式的微波处理装置1的主要结构的立体图。图2是示出可旋转地设置在空腔11的外周侧的旋转部件12的立体图。此外,图2是示出在图1中卸下罩部件13
的状态的图。图3是示出空腔11的外观的立体图。此外,图3是示出在图2中卸下旋转部件12的状态的图。图4a是示出旋转部件12所具有的圆筒部件12a的结构的主视图,图4b是图4a的ivb-ivb线剖视图。图5是仅示出图1所示的微波处理装置1的与轴方向垂直且经过波导管13a的平面的剖切面的端面的纵剖视图。此外,在图5中,省略了微波发生器14。图6是图1所示的微波处理装置1的与轴方向平行的平面的纵剖视图。此外,在图6中,示出了微波处理装置1的仅上部侧的剖面。图7是用于说明旋转部件12的旋转机构的图。
33.本实施方式的微波处理装置1具备空腔11、旋转部件12、罩部件13、微波发生器14以及旋转驱动部15。被照射微波并作为微波加热的对象的对象物5可以是任意的。对象物5例如既可以是实心的长条状,也可以是中空的长条状,还可以是其他的长条状。此外,进入空腔11的内部的长条的对象物5例如既可以是一个,或者,也可以是两个以上。另外,对象物5也可以是长条以外的、例如粒状固体或粉体、流体等。粒状固体或粉体、流体等的对象物5例如也可以流经配设在空腔11的内部的管道等的内部。也可以由微波透过性材料构成该管道等。微波透过性材料的一例如后文所述。另外,也可以在对象物5为长条的情况下,还在空腔11的内部或者外部存在支承对象物5的结构。对象物5优选配置在空腔11的内部的空间11c中的中心轴附近。
34.在正在照射微波时,配置在空腔11的内部的空间11c的对象物5既可以移动,或者,也可以不移动。即,通过照射微波进行的对对象物5的处理既可以以连续式的方式进行,也可以以间歇式的方式进行。在以连续式的方式进行对对象物5的处理的情况下,对象物5例如既可以持续地移动,也可以反复进行移动与停止。在以连续式的方式进行对对象物5的处理的情况下,例如,也可以在空腔11的内部或者外部存在用于搬送对象物5的机构。
35.微波向对象物5的照射例如既可以为了对象物5的干燥而进行,也可以为了对象物5的融化或升华、蒸发而进行,也可以为了对象物5的反应而进行,也可以为了对象物5的杀菌而进行,还可以为了其他用途而进行。对象物的反应例如也可以是化学反应。
36.空腔11是在内部具有配置微波的照射对象物5的空间11c的圆筒形状的空腔。在空腔11的内部的空间11c,向对象物5照射微波。空间11c中的微波的模式通常是多模式。如图3所示,空腔11具有空腔本体11a、以及设置在空腔11的轴方向上的一部分区域的微波的通过区域11b。微波的通过区域11b既可以设置在空腔11的整个圆周方向上,也可以设置在圆周方向的一部分。在后者的情况下,例如,既可以仅在圆周方向的一部分的区域设置微波的通过区域11b,也可以对于圆周方向,交替地设置微波的通过区域11b、与微波不通过的区域。也可以由微波反射性的材料来构成微波不通过的区域。微波反射性的材料的示例将在后面进行说明。在本实施方式中,主要对微波的通过区域11b设置在空腔11的整个圆周方向上的情况进行说明。空腔本体11a、以及微波的通过区域11b通常为中空的圆筒形状、即管道形状。此外,轴方向是指,作为空腔11的圆筒形状的中心轴的方向。另外,也可以将该圆筒形状的圆周的方向称为圆周方向。另外,也可以将该圆筒形状的与轴方向垂直的面上的经过中心轴的直线的方向称为半径方向。另外,空腔11通常配设成中心轴在水平方向上,但是也可以配设成除此之外的方向,例如,垂直方向等。
37.空腔本体11a优选不通过微波。也可以由微波反射性的材料构成空腔本体11a。微波反射性的材料例如也可以是金属。金属不受特别限制,但是,例如,也可以是不锈钢、碳钢、镍、镍合金、铜、铜合金等。如图7所示,空腔本体11a也可以由支承部22固定于基座7。此
外,图7是从与轴方向垂直的方向观察微波处理装置1的图。另外,在图1~图3中,省略了旋转驱动部15、和基座7、支承部22。也可以由绝热材料或套管(jacket)等覆盖空腔本体11a的外周中未被旋转部件12或罩部件13覆盖的区域。
38.在以连续式的方式进行对对象物5的处理的情况下,也可以在空腔11的轴方向上的端部设置供对象物5通过的入口货出口。另外,为了防止空腔11的内部的微波泄漏至外部,也可以在该入口或出口设置白垩构造等的微波的泄漏防止机构。另外,在以间歇式的方式进行微波的照射的情况下,也可以封闭空腔11的轴方向上的端部。此外,为了进行对象物5向空腔11内部的进出,例如,也可以使该端部构成为能够开闭。
39.微波的通过区域11b例如既可以是不存在物体而开口的区域,也可以由微波透过性材料的部件来形成。在本实施方式中,主要对后者的情况、即由微波透过性材料的圆筒形状的部件形成微波的通过区域11b的情况进行说明。这样,通过使微波的通过区域11b封闭,能够防止配置在空腔11的内部的空间11c的对象物5被加热而产生的水蒸气或气体等经由微波的通过区域11b流向微波发生器14侧,能够防止微波发生器14的故障等。因此,优选在由微波透过性材料的圆筒形状的部件形成的微波的通过区域11b、与空腔本体11a之间不存在间隙。例如也可以通过螺纹固定或粘接等来连接空腔本体11a、与作为圆筒形状的部件的微波的通过区域11b。
40.微波透过性材料是相对介电损耗小的材料,不受特别限制,但是,例如,也可以是聚四氟乙烯等氟树脂、石英、玻璃等。微波透过性材料的相对介电损耗例如在微波处理装置1工作时的微波的频率以及温度中,优选为小于1,更加优选为小于0.1,进一步优选为小于0.01。
41.也可以在空腔11的内部,在轴方向上进行送风。例如,在通过微波的照射来干燥对象物5的情况下,也可以通过进行该送风,来对湿度高的空气进行排气。另外,也可以在照射微波之前,通过微波以外的加热单元来向对象物5进行预加热。微波以外的加热单元例如也可以是电加热器、气体加热器等。
42.旋转部件12是可旋转地设置在空腔11的外周侧的圆筒形状的部件,如图2所示,具备圆筒部件12a、以及从轴方向的两侧支承圆筒部件12a的旋转支承部件12b。此外,圆筒部件12a、与旋转支承部件12b例如既可以是单独的部件,或者,也可以一体地构成。在本实施方式中,主要对两者是单独的部件的情况进行说明。在圆筒部件12a与旋转支承部件12b为单独的部件的情况下,两者例如也可以通过螺纹固定或粘接、焊接等来连接。
43.圆筒部件12a是圆筒形状的部件,配置在微波的通过区域11b的外周侧。此外,圆筒部件12a的轴方向上的长度、与微波的通过区域11b的轴方向上的长度优选为相同。另外,圆筒部件12a与微波的通过区域11b的轴方向上的位置优选为相同。如图4a、图4b所示,在圆筒部件12a的表面、即圆筒形状的侧面设置有微波能够通过的多个区域12c。多个区域12c例如既可以是不存在物体而开口的区域,也可以由微波透过性材料的部件形成。在后者的情况下,例如,也可以由微波透过性材料的物体来堵塞设置在由微波反射性材料形成的圆筒部件12a的侧面的开口。微波透过性材料以及微波反射性材料的示例如上所述。多个区域12c通常均匀地设置在圆筒部件12a的表面,但是也可以不是。区域12c的形状例如如图4a所示可以是狭缝状,也可以是圆形状或正方形状等。在区域12c为狭缝状的情况下,狭缝状的区域12c例如可以如图4a所示在圆筒形状的圆周方向上延伸,也可以在圆筒形状的轴方向或
其他方向上延伸。在图4a中,示出了狭缝状的区域12c设置在轴方向上的两个位置的情况、即狭缝状的区域12c设置成两列的情况,但是狭缝状的区域12c既可以仅设置1列,也可以设置3列以上。另外,在图4a、图4b中,示出了在各列的圆周方向上每隔90度在四处设置狭缝状的区域12c的情况,但是也可以在各列的圆周方向上,每隔(360/n)度在n处设置狭缝状的区域12c。此处,n是2以上的任意的整数。另外,多个区域12c也可以设置成不按每个列对齐。
44.此外,为了使微波有效地从由罩部件13形成的波导13b经由区域12c向圆筒部件12a的内侧通过,狭缝状的区域12c优选在圆筒形状的圆周方向上延伸。另外,在圆周方向上延伸的狭缝状的区域12c的圆周方向上的间隔、以及轴方向上的间隔优选设定成使得微波容易进入圆筒部件12a的内部。作为该间隔,例如,也可以采用与在方形波导管的一面设置有在长度方向上延伸的狭缝状的多个槽的公知的泄漏波导管同样的间隔。
45.旋转支承部件12b支承圆筒部件12a,通过旋转支承部件12b旋转空腔11的外周侧,使圆筒部件12a也一并旋转。因此,旋转支承部件12b以圆筒部件12a能够在微波的通过区域11b的外周侧旋转的方式支承圆筒部件12a。
46.除了多个区域12c以外的圆筒部件12a、以及旋转支承部件12b优选由微波不通过的材料构成。除了多个区域12c以外的圆筒部件12a、以及旋转支承部件12b也可以由微波反射性的材料构成。微波反射性的材料例如也可以是金属。金属的示例如上所述。
47.罩部件13设置成在整个圆周方向上覆盖圆筒部件12a。罩部件13不相对于空腔11旋转。因此,旋转部件12在空腔11与罩部件13之间,在圆周方向上旋转。如图7所示,罩部件13也可以固定在基座7。由罩部件13在圆筒部件12a的外周侧形成从微波发生器14导入的微波的波导13b。波导13b为中空圆柱形状。也可以认为波导13b是与通过使方形波导管弯曲成圆形状形成的中空圆柱形状同样的形状。也使用罩部件13以外的部件来形成波导13b。在本实施方式中,如图5、图6所示,由圆筒部件12a、旋转支承部件12b、和罩部件13形成波导13b。更具体而言,由罩部件13形成波导13b的外周面,由圆筒部件12a的外周面形成波导13b的内周面,由罩部件13和旋转支承部件12b形成波导13b的侧面(即,连接外周面与内周面的面)。此外,在旋转支承部件12b的半径方向上的厚度与圆筒部件12a为相同程度的情况下,也可以由圆筒部件12a和罩部件13来形成波导13b。
48.波导13b具有用于导入由微波发生器14产生的微波的开口13c。罩部件13也可以具有连接到开口13c的波导管13a。通过波导管13a,来自微波发生器14的微波被引导至波导13b。如图5所示,波导管13a优选设置为在作为中空圆柱形状的波导13b的接线方向上延伸。此外,在罩部件13不具有波导管13a的情况下,微波发生器14也可以直接连接到开口13c的部分。
49.波导13b的与圆周方向垂直的平面上的剖面优选为与适于经波导13b传播的微波的频率的方形波导管的剖面同样的尺寸。例如,可以在2.45ghz的微波经波导13b传播的情况下,波导13b的轴方向上的长度为109.2(mm),半径方向上的长度为54.6(mm)。
50.罩部件13优选不通过微波。罩部件13也可以由微波反射性的材料构成。微波反射性的材料例如也可以是金属。金属的示例如上所述。
51.此外,在本实施方式中,示出了罩部件13的外形为圆柱形状的情况,但是也可以不是。罩部件13的外形也可以是立方体形状等。在这种情况下,为了形成波导13b或者能够使旋转部件12旋转,罩部件的内周面呈圆筒形状。
52.如图6所示,旋转部件12也可以通过滚珠轴承41可旋转地设置在空腔11的外周侧。此外,在空腔11的外周面与旋转支承部件12b的内周面之间形成的间隙的半径方向的长度优选为恒定。另外,旋转部件12也可以通过滚珠轴承42可旋转地设置在罩部件13的内周侧。此外,在旋转支承部件12b的外周面与罩部件13的内周面之间形成的间隙的半径方向的长度优选为恒定。滚珠轴承41、42既可以设置在与图6不同的位置,另外,也可以设置更多的滚珠轴承。此外,为了不被微波照射,滚珠轴承41、42也可以设置在由将在后面进行说明的泄漏防止机构屏蔽微波进入的部位。在图1~图3中,为了便于说明,省略了滚珠轴承41、42。
53.另外,作为用于不使经波导13b传播的微波从空腔11与旋转支承部件12b的间隙、以及罩部件13与旋转支承部件12b的间隙泄漏至外侧的泄漏防止机构,设置有图6所示的白垩构造31、32。此外,白垩构造是已公知的,因此省略其详细的说明。在本实施方式中,示出白垩构造31、32设置在旋转支承部件12b的情况,但是白垩构造例如也可以设置在空腔11侧,还可以设置在罩部件13侧。
54.另外,空腔11、圆筒部件12a、旋转支承部件12b、罩部件13的波导13b部分的内周面以及与旋转部件12的外周面相对置的罩部件13的内周面优选形成为同轴。另外,优选旋转部件12的旋转轴也与空腔11等的中心轴一致。
55.微波发生器14产生微波。微波发生器14例如既可以使用磁控管、速调管、回旋管等产生微波,也可以使用半导体元件产生微波。微波的频率例如既可以是915mhz或2.45ghz、5.8ghz、24ghz,也可以是其他的、从300mhz至300ghz的范围内的频率。另外,也可以通过未图示的控制部来适当地控制微波的强度。该控制例如也可以是使用空腔11的内部的温度、或对象物5的温度、对象物5的水分量等的感测结果的反馈控制。
56.旋转驱动部15使旋转部件12相对于空腔11旋转。旋转驱动部15例如也可以是电机等。,旋转驱动部15例如可以如图7所示固定于罩部件13,也可以固定于基座7。如图7所示,链条21挂设于借助于旋转驱动部15旋转的链轮15a、与设置于旋转部件12的链轮12d,通过借助于旋转驱动部15旋转链轮15a,旋转部件12进行旋转。该旋转既可以是与经波导13b传播的微波相同的方向,或者,也可以是相反方向。在前者的情况下,在图5中,使圆筒部件12a顺时针旋转,在后者的情况下,在图5中,使圆筒部件12a逆时针旋转。另外,旋转驱动部15也可以使旋转部件12摇动。此外,优选在微波均匀地照射到对象物5的角度的范围内进行该摇动。此外,作为使旋转部件12旋转的旋转机构,理所当然地,也可以使用图7以外的机构。
57.旋转驱动部15既可以使旋转部件12以恒定的旋转速度旋转,或者,也可以不是。另外,在旋转部件12向一个方向旋转,并进行连续式的处理的情况下,旋转驱动部15例如也可以在对象物5前进波导13b的轴方向上的长度的期间,使旋转部件12以旋转部件12旋转360度以上的旋转速度进行旋转。另外,在旋转部件12向一个方向旋转,并进行连续式的处理,且圆筒部件12a的区域12c呈m次对称的情况下(即,在使圆筒部件12a旋转(360/m)度时区域12c的位置一致的情况下),旋转驱动部15例如也可以在对象物5前进波导13b的轴方向上的长度的期间,使旋转部件12以旋转部件12旋转(360/m)度以上的旋转速度进行旋转。在此,m为2以上的任意的整数。
58.接下来,简单地于本实施方式的微波处理装置1对对象物5的微波的照射方法进行说明。在间歇式的情况下,以静止状态将对象物5配置在空腔11内,在连续式的情况下,在空腔11内使对象物5在轴方向上移动。而且,由微波发生器14产生微波,并且借助于旋转驱动
部15使旋转部件12旋转。其结果是,从微波发生器14引导至波导13b的微波经由正在旋转的圆筒部件12a的区域12c以及微波的通过区域11b照射至对象物5。在此,圆筒部件12a在空腔11的外周侧旋转,因此,微波从圆周方向的各种位置照射至对象物5。其结果是,能够实现微波向对象物5均匀的照射。
59.如上所述,根据本实施方式的微波处理装置1,通过在波导13b的内周侧旋转的圆筒部件12a的多个区域12c向空腔11内的对象物5照射经设置在空腔11的外周侧的波导13b传播的微波,由此能够实现对象物5的更加均匀的加热。其结果是,例如,能够实现对象物5的更加均匀的干燥、或更加均匀的反应等。此外,如上所述,微波的通过区域11b也可以设置在空腔11的圆周方向上的一部分。具体而言,微波的通过区域11b也可以仅设置在空腔11的下方。在这种情况下,对对象物5,仅进行来自下方的微波的照射,但是在该照射中,也通过旋转的圆筒部件12a中的微波能够通过的多个区域12c进行照射,因此对对象物5的要照射微波的区域(例如,在这种情况下为下方区域),能够实现更加均匀的加热。
60.此外,在本实施方式中,对在空腔11的轴方向上的一处进行微波的照射的情况进行了说明,但是也可以在空腔11的轴方向上的两处以上进行微波的照射。在这种情况下,也可以在空腔11的轴方向上的两处以上设置微波的通过区域11b或圆筒部件12a,形成微波的波导13b。此外,旋转部件12或罩部件13、旋转驱动部15例如既可以针对每个微波的波导13b设置,也可以对于多个微波的波导13b使用一个旋转部件12或罩部件13、旋转驱动部15。在后者的情况下,旋转部件12具有多个圆筒部件12a,罩部件13形成多个波导13b。另外,在空腔11的轴方向上的两处以上进行微波的照射的情况下,微波处理装置1既可以具备一个微波发生器14,或者,也可以具备多个微波发生器14。在前者的情况下,由一个微波发生器14产生的微波也可以被分支照射。另外,在使用多个微波发生器14的情况下,由各微波发生器14产生的微波的频率既可以相同,也可以不同。
61.另外,在本实施方式中,对由微波发生器14产生的微波由波导管13a导入至波导13b的情况进行了说明,但是由微波发生器14产生的微波也可以由同轴电缆等的其他传送单元导入至波导13b。在由同轴电缆传送微波的情况下,也可以在波导13b中设置连接到同轴电缆的用于辐射微波的天线。
62.另外,在本实施方式中,示出了在轴方向上,旋转部件12比罩部件13长的情况,但是也可以不是。只要能够设置使旋转部件12旋转的机构,也可以在轴方向上罩部件13比旋转部件12长。
63.另外,在本实施方式中,以空腔11为圆筒形状即空腔11的与轴方向垂直的剖面为正圆作为前提进行了说明,但是也可以是剖面稍微偏离正圆的形状、例如、椭圆形状或者正多边形状,有时将它们都称为圆筒状形状(cylinder-like shape)的情况。在后者的情况下,旋转部件12也构成为与轴方向垂直的剖面稍微偏离正圆的圆筒状部件,另外,也可以构成为能够在空腔11的外周侧旋转。
64.另外,本发明不局限于以上的实施方式,能够进行各种变更,理所当然地,这些也包含在本发明的范围内。
65.产业上的实用性
66.综上,根据本发明的一个方式的微波处理装置以及微波处理方法,可以获得能够更加均匀地向空腔内的对象物照射微波的效果,作为向对象物照射微波的微波处理装置以
及微波处理方法有用。
再多了解一些

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