マイクロ波乾燥装置及びマイクロ波乾燥方法
【課題】マイクロ波を利用して乾燥炉内に装入された被乾燥物の下層部位を選択的に加熱すること。
【解決手段】本発明に係るマイクロ波乾燥装置は、被乾燥物をコンベアにより搬送する際に熱風を吹き付ける熱風式の乾燥炉に対して設置され、マイクロ波を発振するマイクロ波発振機と、被乾燥物層の内部に対し、加熱範囲が被乾燥物層の最下層を含む深さまで挿入された複数の導波管と、コンベアの直上に設けられ、複数の開口部を有する複数のスリットアンテナとを備え、導波管それぞれの加熱範囲及びスリットアンテナの開口部が全体として乾燥炉の炉幅方向の全体を覆うように設けられる。
【解決手段】本発明に係るマイクロ波乾燥装置は、被乾燥物をコンベアにより搬送する際に熱風を吹き付ける熱風式の乾燥炉に対して設置され、マイクロ波を発振するマイクロ波発振機と、被乾燥物層の内部に対し、加熱範囲が被乾燥物層の最下層を含む深さまで挿入された複数の導波管と、コンベアの直上に設けられ、複数の開口部を有する複数のスリットアンテナとを備え、導波管それぞれの加熱範囲及びスリットアンテナの開口部が全体として乾燥炉の炉幅方向の全体を覆うように設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波乾燥装置及びマイクロ波乾燥方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気炉による鋼材の製造が盛んになるにつれ、その主原料であるスクラップの需要は逼迫し、電気炉での高級鋼製造に対する要請から還元鉄の需要が増大しつつある。
【０００３】
還元鉄を製造する方法の一つとして、粉状の鉄鉱石や製鉄ダスト等の酸化鉄原料と、粉状の石炭やコークス等の炭材とを混合して、例えばペレットやブリケットのような塊成化物とし、この塊成化物を回転炉床炉等の還元炉に装入して高温に加熱することで酸化鉄原料を還元し、固体状の金属鉄を得る方法がある。このような方法において、酸化鉄原料と炭材とを含む塊成化物の水分含有率を調整することが、塊成化物の還元率を高める上で重要となる。
【０００４】
以上のような還元鉄の製造工程において、塊成化物等の水分含有率を調整するための装置として、金網状のコンベア上に装入された被乾燥物を熱風により乾燥させるトンネル状の炉がある（例えば、以下の特許文献１を参照。）。このような乾燥炉は、炉の上方から下方に向けて熱風を通過させることで、装入された被乾燥物を乾燥させる。
【０００５】
上記特許文献１に開示されているような乾燥炉は、熱風を上方に供給することによる熱風乾燥であるため、被乾燥物である小塊原料の下層部分（金網状のコンベアに近い部分）の乾燥が遅れ、下層部分に位置する小塊原料の乾燥が不十分になってしまう。小塊原料の乾燥が不足すると小塊原料の強度が不足し、次工程において小塊原料が粉化することで生産歩留まりの低減が生じてしまう。また、このような生産歩留まりの低減を防止するためには、小塊原料に混合する各種バインダーを余分に添加することが必要となり、製造コストが増加してしまうという問題がある。
【０００６】
また、小塊原料は石炭やコークス等の炭材を含有しているため、小塊原料を加熱しすぎると発火の恐れがあり、熱風の温度を上げて乾燥効率の改善を図ることは困難である。従って、発火防止の観点から、十分に乾燥される上層部分ではなく、水分の残留する下層部分を選択的に加熱することが求められている。
【０００７】
また、上記のような熱風を利用する乾燥炉以外にも、ヒーターによる乾燥を補助するために被加工物の外部から乾燥室の自由空間内にマイクロ波を照射する乾燥炉が提案されている（例えば、以下の特許文献２を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１１３１９７号公報
【特許文献２】特開平６−３４７１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のような還元鉄の製造工程では、被乾燥物である塊成化物の乾燥炉内での層厚は約２００ｍｍ以上と厚い。そのため、上記特許文献２に記載されているように炉内の自由空間に対してマイクロ波を照射した場合、塊成化物層の上層部位にマイクロ波を作用させることは可能であるが、以下で詳述するように、本発明者らによる検討の結果、塊成化物の下層部位にマイクロ波を作用させることが出来ないことが明らかとなった。
【００１０】
また、重量物である塊成化物を搬送するためのコンベアは金属製の金網であるため、コンベアの裏面から塊成化物の下層部位へマイクロ波を照射したとしても、金属製のコンベアによりマイクロ波が反射されてしまい、塊成化物の下層部位へマイクロ波を作用させることができない。
【００１１】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、マイクロ波を利用して乾燥炉内に装入された被乾燥物の下層部位を選択的に加熱することが可能な、マイクロ波乾燥装置及びマイクロ波乾燥方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、被乾燥物をコンベアにより搬送する際に当該被乾燥物に対して熱風を吹き付けることで前記被乾燥物に含まれる水分を低減させる熱風式の乾燥炉に対して設置されるマイクロ波乾燥装置であって、前記被乾燥物を乾燥させるために用いられるマイクロ波を発振するマイクロ波発振機と、搬送される前記被乾燥物からなる被乾燥物層の内部に対し、前記マイクロ波によって前記被乾燥物が加熱される加熱範囲が前記被乾燥物層の最下層を含む深さまで挿入され、前記被乾燥物に対して前記マイクロ波を照射する複数の導波管と、前記コンベアの直上に設けられ、前記マイクロ波を導波する導波管の上面に複数の開口部を有し、当該複数の開口部それぞれから前記被乾燥物に対して前記マイクロ波を照射する複数のスリットアンテナと、を備え、前記導波管それぞれの前記加熱範囲、及び、前記スリットアンテナの前記開口部が、全体として前記乾燥炉の炉幅方向全体を覆うマイクロ波乾燥装置が提供される。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、被乾燥物をコンベアにより搬送する際に当該被乾燥物に対して熱風を吹き付けることで前記被乾燥物に含まれる水分を低減させる熱風式の乾燥炉に対して設置されるマイクロ波乾燥装置であって、前記被乾燥物を乾燥させるために用いられるマイクロ波を発振するマイクロ波発振機と、搬送される前記被乾燥物からなる被乾燥物層の内部に対し、前記マイクロ波によって前記被乾燥物が加熱される加熱範囲が前記被乾燥物層の最下層を含む深さまで挿入され、前記被乾燥物に対して前記マイクロ波を照射する複数の同軸アンテナと、前記コンベアの直上に設けられ、前記マイクロ波を導波する導波管の上面に複数の開口部を有し、当該複数の開口部それぞれから前記被乾燥物に対して前記マイクロ波を照射する複数のスリットアンテナと、を備え、前記同軸アンテナそれぞれの前記加熱範囲、及び、前記スリットアンテナの前記開口部が、全体として前記乾燥炉の炉幅方向全体を覆うマイクロ波乾燥装置が提供される。
【００１４】
前記複数の導波管又は同軸アンテナのうち少なくとも２つは、前記乾燥炉の炉幅方向の互いに異なる位置に配置されており、前記炉幅方向に互いに隣り合う前記導波管又は前記同軸アンテナの前記搬送方向の位置は、互いに相違することが好ましい。
【００１５】
前記複数の導波管は、当該導波管を前記被乾燥物層に挿入した際に前記搬送コンベアと対向する端部が開口となっていてもよい。
【００１６】
前記複数の導波管は、前記導波管の先端部と前記コンベアとの間の離隔距離が、自由空間における前記マイクロ波の波長の４分の１以上となるように前記被乾燥物層に挿入されることが好ましい。
【００１７】
前記複数の導波管は、少なくとも、当該導波管を前記被乾燥物層に挿入した際に前記乾燥炉の被乾燥物層搬送方向に対して平行となる側面に切り欠き部が設けられており、当該切り欠き部から前記マイクロ波が照射されてもよい。
【００１８】
前記複数の導波管は、前記切り欠き部の前記被乾燥物層の高さ方向の上端が当該被乾燥物層の高さ以下となるように前記被乾燥物層に挿入されることが好ましい。
【００１９】
前記複数の導波管は、前記切り欠き部の被乾燥物層の高さ方向の上端と前記コンベアとの間の距離が、自由空間における前記マイクロ波の波長の４分の１以上となるように前記被乾燥物層に挿入されることが好ましい。
【００２０】
前記スリットアンテナは、当該スリットアンテナの直軸方向が前記乾燥炉幅方向に対して平行になるように配置されてもよい。
【００２１】
前記スリットアンテナは、当該スリットアンテナの直軸方向が前記乾燥炉幅方向に対して斜めになるように配置されてもよい。
【００２２】
前記導波管は、前記マイクロ波の進行方向に垂直な断面の形状が矩形状であり、矩形状の前記切断面の短辺が前記搬送方向に対して直交しており、前記矩形状の切断面の長辺が前記搬送方向と平行であってもよい。
【００２３】
前記同軸アンテナは、中空又は中実の金属管である中心導体と、当該中心導体の更に外側に設けられる中空の金属管である外周導体と、を有し、前記中心導体の前記被乾燥物層側の端部は、前記外周導体の前記被乾燥物層側の端部よりも、前記同軸アンテナ内で伝搬される前記マイクロ波の波長の４分の１に対応する長さだけ突出していることが好ましい。
【００２４】
前記同軸アンテナの前記中心導体と前記外周導体とは、誘電損失係数が０．０２未満である無機材料セラミックスで形成されたスペーサーにより、互いの位置関係が固定されることが好ましい。
【００２５】
前記導波管の先端部もしくは切り欠き部又は前記同軸アンテナの先端部、及び、前記スリットアンテナの少なくとも前記開口部の部分には、誘電損失係数が０．０２未満である無機材料セラミックスで形成されたセラミックスカバーが設けられることが好ましい。
【００２６】
前記導波管又は前記同軸アンテナ、及び、前記スリットアンテナに対して、前記被乾燥物の搬送に伴って発生する振動を緩和する振動緩和機構を設けることが好ましい。
【００２７】
前記振動緩和機構として、前記導波管、前記同軸アンテナ又は前記スリットアンテナと、前記マイクロ波発振機と、の間に、軸方向のスライドを可能にするスライド機構を有するスライド導波管、又は、金属製の蛇腹部を有するフレキシブル導波管の少なくとも何れか一方を配設することが好ましい。
【００２８】
前記振動緩和機構として、前記導波管又は前記同軸アンテナ、及び、前記スリットアンテナをそれぞれ支持する支持体の一部に、弾性部材を設けることが好ましい。
【００２９】
前記導波管又は前記同軸アンテナ及び前記スリットアンテナを、前記搬送方向に前記加熱範囲が連続するように当該搬送方向に並べて配設することが好ましい。
【００３０】
前記導波管を、前記搬送方向に前記加熱範囲が連続するように分岐させてもよい。
【００３１】
前記導波管又は前記同軸アンテナ、及び、前記スリットアンテナの内部には防塵ガスが導入されており、前記導波管又は前記同軸アンテナ、及び、前記スリットアンテナの内部に正圧がかかった状態となっていることが好ましい。
【００３２】
前記導波管又は前記同軸アンテナの前記搬送方向上流側の端部には、当該搬送方向上流側に向かうほど搬送方向に垂直な断面の面積が小さくなるテーパー部が設けられてもよい。
【００３３】
前記スリットアンテナの前記搬送方向上流側の端部に、当該搬送方向上流側に向かうほど高さが低くなるテーパー部が設けられてもよい。
【００３４】
前記スリットアンテナの前記テーパー部に対し、１又は複数のローラーが更に設けられてもよい。
【００３５】
前記マイクロ波乾燥装置は、前記マイクロ波発振機と前記複数の導波管又は前記複数の同軸アンテナとの間に、前記マイクロ波発振機から発振された前記マイクロ波のインピーダンスと、前記乾燥炉内で反射し前記マイクロ波発振機に向かう前記マイクロ波のインピーダンスとの整合を行う自動整合器を更に備えることが好ましい。
【００３６】
前記無機材料セラミックスは、アルミナ、窒化ケイ素、サイアロン、窒化アルミニウム、窒化ホウ素及びこれらの混合物からなる群より選択されてもよい。
【００３７】
また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、被乾燥物をコンベアにより搬送する際に当該被乾燥物に対して熱風を吹き付けることで前記被乾燥物に含まれる水分を低減させる熱風式の乾燥炉に対して実施されるマイクロ波乾燥方法であって、前記被乾燥物を乾燥させるために用いられるマイクロ波を発振させ、搬送される前記被乾燥物からなる被乾燥物層の内部に対し、前記マイクロ波によって前記被乾燥物が加熱される加熱範囲が前記被乾燥物層の最下層を含む深さまで挿入された複数の導波管それぞれ、及び、前記コンベアの直上に設けられ、前記マイクロ波を導波する導波管の上面に複数の開口部を有し、当該複数の開口部それぞれから前記被乾燥物に対して前記マイクロ波を照射する複数のスリットアンテナそれぞれから前記被乾燥物層に対して前記マイクロ波を照射するものであり、前記導波管それぞれの前記加熱範囲、及び、前記スリットアンテナの前記開口部が、全体として前記乾燥炉の炉幅方向全体を覆うマイクロ波乾燥方法が提供される。
【００３８】
また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、被乾燥物をコンベアにより搬送する際に当該被乾燥物に対して熱風を吹き付けることで前記被乾燥物に含まれる水分を低減させる熱風式の乾燥炉に対して実施されるマイクロ波乾燥方法であって、前記被乾燥物を乾燥させるために用いられるマイクロ波を発振させ、搬送される前記被乾燥物からなる被乾燥物層の内部に対し、前記マイクロ波によって前記被乾燥物が加熱される加熱範囲が前記被乾燥物層の最下層を含む深さまで挿入された複数の同軸アンテナそれぞれ、及び、前記コンベアの直上に設けられ、前記マイクロ波を導波する導波管の上面に複数の開口部を有し、当該複数の開口部それぞれから前記被乾燥物に対して前記マイクロ波を照射する複数のスリットアンテナそれぞれから前記被乾燥物層に対して前記マイクロ波を照射するものであり、前記同軸アンテナそれぞれの前記加熱範囲、及び、前記スリットアンテナの前記開口部が、全体として前記乾燥炉の炉幅方向全体を覆うマイクロ波乾燥方法が提供される。
【発明の効果】
【００３９】
以上説明したように本発明によれば、マイクロ波照射部材を被乾燥物層の上方から所定の位置まで挿入したマイクロ波照射部材及びコンベアの直上に設けられたマイクロ波照射部材の双方からマイクロ波を照射することにより、乾燥炉内に装入された被乾燥物の下層部位を選択的に加熱することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】一般的な還元鉄の製造方法の流れについて示した説明図である。
【図２】乾燥炉内における塊成化物の状態について説明するための説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係るマイクロ波乾燥方法の概略を示した説明図である。
【図４】マイクロ波を用いた加熱方法に関する検討結果を説明するための説明図である。
【図５】マイクロ波を用いた加熱方法に関する検討結果を説明するための説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係るマイクロ波乾燥装置の構成を示した説明図である。
【図７】本発明の第１の参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図８】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図９】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図１０】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図１１】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図１２】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図１３Ａ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１３Ｂ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１３Ｃ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１３Ｄ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１３Ｅ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１４】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１５】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１６Ａ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１６Ｂ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１７Ａ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１７Ｂ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１８Ａ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１８Ｂ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１９】本発明の第２の参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図２０】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図２１】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図２２】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図２３】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図２４】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図２５Ａ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図２５Ｂ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図２６】本発明の第３の参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図２７】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図２８】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図２９】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図３０】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図３１】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図３２Ａ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図３２Ｂ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図３３Ａ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図３３Ｂ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図３４】本発明の第１の実施形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図３５】同実施形態に係るマイクロ波照射部材の第１変形例について示した説明図である。
【図３６】同実施形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図３７Ａ】同実施形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図３７Ｂ】同実施形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００４２】
（還元鉄の製造工程について）
本発明の実施形態に係るマイクロ波乾燥装置及びマイクロ波乾燥方法について説明するに先立ち、まず、図１を参照しながら、還元鉄の製造工程について、詳細に説明する。図１は、還元鉄の製造工程を説明するための説明図である。
【００４３】
まず、製鉄ダスト（酸化鉄粉）及び鉄鉱石、粉鉱石などの酸化鉄原料と、石炭、コークス、微粒カーボン等の還元材とは、予めホッパー１等に格納されている。酸化鉄原料及び還元材は、予め設定された配合比となるように配合されて、粉砕機２に装入される。
【００４４】
ボールミル等の振動ミルに代表される粉砕機２は、装入された酸化鉄原料及び還元材を、混合しながら所定の粒径まで粉砕する。粉砕後の酸化鉄原料及び還元材の粒径は、還元鉄の製造に用いられる回転炉床炉、流動床炉、シャフト炉等の固体還元炉に適した値とすることができる。粉砕後の酸化鉄原料及び還元材からなる混合物は、混練機３に運搬される。
【００４５】
混練機３は、粉砕機２により所定の粒径に粉砕された混合物を混練する。また、混練機３は、混合物の混練に際して、還元鉄の製造に用いる固体還元炉に適した水分量となるまで混合物に加水を行う調湿処理を施してもよい。混練機３の一例として、例えば、ミックスマーラー等を挙げることができる。混練機３によって混練された混合物は、成型機４に搬送される。
【００４６】
パンペレタイザー（皿型造粒機）、ダブルロール圧縮機（ブリケット製造機）、押し出し成型機等の成型機４は、酸化鉄原料及び還元材を含む混合物を成型し、例えばペレットのような塊成化物とする。ここで、塊成化物とは、ペレット、ブリケット、押し出し成型して裁断した成型品、粒度調整された塊状物等の粒状物・塊状物をいう。成型機４は、後述する乾燥・加熱還元後、例えば熱間にて溶解炉７に装入する際、炉内上昇ガス流で飛散しない程度の粒径以上の大きさとなるように、上記混合物を塊成化する。生成された塊成化物は、乾燥炉５へと装入される。
【００４７】
乾燥炉５は、塊成化物を乾燥して、後述する加熱還元工程に適した水分含有率（換言すれば、還元鉄の製造に用いる固体還元炉ごとに適した水分含有率：例えば、１％以下）となるようにする。所定の水分含有率となった塊成化物は、後述する固体還元炉６へと搬送される。
【００４８】
例えば回転炉床炉（Ｒｏｔａｒｙ Ｈｅａｒｔｈ Ｆｕｒｎａｃｅ：ＲＨＦ）、流動床炉、シャフト炉等のような固体還元炉６は、装入された塊成化物を、ＬＮＧバーナーやＣＯＧバーナー等の加熱雰囲気で加熱および還元し、還元鉄とする。固体還元炉は、塊成化物を例えば１０００〜１３００℃程度まで加熱して塊成化物の還元処理を行い、還元鉄を製造する。製造された還元鉄は、溶解炉７に搬送される。溶解炉７では、固体還元炉６で製造された還元鉄を溶解し、溶銑を生成する。生成された溶銑は、脱硫／脱炭工程、二次精錬工程、連続鋳造工程、圧延工程等を経て、各種鉄鋼製品へと加工されることとなる。
【００４９】
（マイクロ波を用いた乾燥方法の概略）
以上のような還元鉄の製造工程において、通常、乾燥炉５は、熱風を用いて塊成化物を乾燥させるトンネル状の炉が用いられる。この乾燥炉５の内部には、通常、ブリケット等の塊成化物が例えば高さ２５０ｍｍ程度となるまで装入され、炉内を網目状の金属コンベアで搬送される。搬送される個々の塊成化物は、還元炉や溶解炉の型式等によって様々な大きさのものがあるが、例えば１０φ〜２０φ程度の概球形状のものや、３０φ〜５０φ×厚み２５ｍｍ程度の大きさであり、高さ２５０ｍｍ程度まで積層されることで、網目状コンベアには、約３００ｋｇ／ｍ２の荷重がかかる。この搬送の過程で、熱風によって塊成化物中の水分が除去され、塊成化物の水分含有率が所望の値となるように制御される。また、先だって説明したように、塊成化物中に含まれる石炭成分の発火を防止するために、使用する熱風は約２００℃以下とする制約がある。
【００５０】
しかしながら、本発明者らが乾燥炉内の水分の残存状況を調査した結果、図２に模式的に示したように、上方からの熱風による乾燥では、塊成化物層の上層部位は乾燥するものの、下層部位（網目状コンベアに近い部位）では水分の残留量が大きく、下層部位の塊成化物は、乾燥不良となっていることが多いことが明らかとなった。このような要因のために、塊成化物の平均乾燥化率は歩留まりが低下することとなり、乾燥度合いを高めるために、乾燥時間を長くしなければならなくなる。
【００５１】
そこで、本発明者らは、塊成化物層の下層部位を選択的に加熱する方法について鋭意検討を行った。かかる検討において懸案事項となった事象は、例えば以下のようなものである。
【００５２】
すなわち、乾燥炉の床面は金属を用いた網目状のコンベアとなっているため、単にコンベアの下方からマイクロ波を照射した場合には、照射したマイクロ波がコンベアで反射されてしまい、塊成化物を加熱することはできない。また、コンベアの材質を、例えばテフロンやナイロンのようにマイクロ波の吸収が少ない材質に変更することも考えられるが、このような材質は金属網ベルトに比べて高価であり、設備費用が高額になるとともに、約３００ｋｇ／ｍ２という荷重に耐えることができない。また、マイクロ波を上方から照射する場合であっても、塊成化物層の上下を乾燥炉内で反転させることで以前は下層に位置していた塊成化物を加熱することができるかもしれないが、このような上下反転を実施してしまうと、塊成化物が互いに衝突することにより砕けてしまい、塊成化物が粉化してしまうという問題が生じうる。
【００５３】
従って、塊成化物のようなある程度の硬度を有している被乾燥体が炉内を動いている（すなわち、被乾燥体が静止していない）状況下において塊成化物を十分に乾燥させるために、例えばｋＷクラスの高出力のマイクロ波を、マイクロ波照射部材の耐摩耗性等を維持しながら効率良く塊成化物の下層部位に対して照射することが可能な方法を検討する必要があった。
【００５４】
その結果、図３に模式的に示したように、塊成化物層の下層部位に対して網目状コンベアを介さずにマイクロ波を供給することによって、マイクロ波加熱により下層に位置する塊成化物を選択的に加熱することが可能な４種類の方法に想到した。
【００５５】
図３に模式的に示したような乾燥方法を用いることにより、塊成化物層の下層部位の乾燥進行を改善し、塊成化物の平均乾燥化率を向上させ、乾燥時間の短縮を図ることが可能となり、ひいては、乾燥工程の生産性を向上させることができる。
【００５６】
本発明の実施形態に係るマイクロ波乾燥装置及びマイクロ波乾燥方法について説明するに先立ち、本発明者らによるマイクロ波加熱を利用した塊成化物の乾燥方法に対する各種の検討結果について、図４及び図５を参照しながら、具体的に説明する。
【００５７】
＜マイクロ波による加熱が及ぶ範囲についての検討＞
本発明者らは、マイクロ波による加熱が及ぶ範囲について検討するために、以下のような実験を行った。図４は、塊成化物（ブリケット）に対してマイクロ波を上方から照射した場合について、マイクロ波加熱が及ぶ範囲を検証するための実験装置を模式的に示したものである。
【００５８】
図４に示したように、本発明者らは、金属製の容器に４０φ×２０ｍｍ程度の未乾燥ブリケット（実際の操業で用いられるもの）を積層し、チャンバー内に配置した。この際、金属製容器の略中央部分に位置するブリケットに熱電対を挿入するとともに、それぞれの層と層との間（例えば、図４下図における層Ａ−層Ｂ間、層Ｂ−層Ｃ間・・・等）にも熱電対を設置し、温度上昇の様子をモニターできるようにした。その上で、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を照射可能な３．０ｋＷマイクロ波発振機と、チャンバーへの入射マイクロ波出力と反射マイクロ波出力とを計測可能なパワーモニタと、反射マイクロ波を低減させるための自動整合器とを導波管で接続し、自動整合器から出力されるマイクロ波を、導波管を介してチャンバーの上方から照射した。この実験において、マイクロ波の入射電力は６００Ｗであり、マイクロ波の照射時間は６０秒とした。
【００５９】
その結果、図４下図に示した層Ａに位置するブリケットに挿入した熱電対、及び、層Ａ−層Ｂ間に挿入した熱電対では、明らかな温度上昇が確認され、層Ｂに位置するブリケットでも、層Ａに位置するブリケット程ではないものの温度上昇が確認された。しかしながら、層Ｃよりも下層に位置するブリケットでは、温度上昇が確認できなかった。この実験結果は、塊成化物の上方からマイクロ波を照射した場合には、マイクロ波による加熱が及ぶ範囲は、せいぜい最表層から２層目までであることを示している。
【００６０】
ところで、物質に吸収される単位体積あたりのマイクロ波のエネルギーＰａｂｓは、以下の式１１のように表される。以下の式１１を参照するとわかるように、加熱される物質（被加熱物質）に吸収される単位体積あたりのマイクロ波のエネルギーＰａｂｓは、被加熱物質の導電率、誘電率及び透磁率に依存していることがわかる。従って、下記式１１で表されるＰａｂｓは、被加熱物質のマイクロ波の吸収効率に関係する量であるともいえる。
【００６１】
【数１】
【００６２】
ここで、上記式１１において、
σ ：被加熱物質の導電率 ［Ｓ／ｍ］
ｆ ：マイクロ波の周波数 ［Ｈｚ］
ε０：真空中の誘電率 ［Ｆ／ｍ］
ε”：被加熱物質の比誘電率の虚数部
μ０：真空中の透磁率 ［Ｈ／ｍ］
μ”：被加熱物質の比透磁率の虚数部
Ｅ ：マイクロ波により形成される電界強度 ［Ｖ／ｍ］
Ｈ ：マイクロ波により形成される磁界強度 ［Ａ／ｍ］
π ：円周率
である。
【００６３】
以下に、塊成化物の原料となる酸化鉄及び炭素材（還元材）と、一般的に使用される耐火炉材とについて、比誘電率の虚数部ε”の値をまとめて示す。
【００６４】
比誘電率の虚数部ε”
・代表的な耐火炉材であるアルミナ：０．００４〜０．０１
・粉状の炭素粉：１０〜５０
・酸化鉄：０．１〜１０
【００６５】
上記より明らかなように、塊成化物の原料となる酸化鉄及び炭素材は、乾燥炉等において一般的に使用される耐火炉材に対して比誘電率の虚数部ε”の値が大きく、酸化物及び炭素材（還元材）にマイクロ波のエネルギーをより多く吸収させることが可能である。また、酸化鉄及び炭素粉の値に比べ、代表的な耐火炉材であるアルミナの値は、１０００分の１程度の小さな値となっており、耐火炉材は、マイクロ波のエネルギーを多く吸収しないことがわかる。従って、塊成化物が挿入された炉内でマイクロ波を照射した場合、耐火炉材で被覆されている炉壁等へのエネルギー供給は少なく、炉内温度の上昇を抑制したまま原料である塊成化物の温度のみを、効率よく上昇させることが可能となる。
【００６６】
しかしながら、まさに上記で説明したような特徴により、図４に示したようなマイクロ波を炉内の自由空間に照射するという実験状況では、上方から照射されたマイクロ波が上層部位に位置する塊成化物に非常に良く吸収されてしまい、乾燥促進のために熱供給を必要とする下層部位にマイクロ波が浸透しないと考えられる。従って、本発明者らは、従来のように、炉天井部や側壁や炉底面から炉内の空間に向かってマイクロ波を照射した場合には、下層部位に位置する塊成化物を加熱することはできないと判断した。
【００６７】
ところで、マイクロ波が誘電損失により物質に吸収されると、マイクロ波のエネルギーは熱に変換されて、結果的にマイクロ波を吸収した物質が加熱されることとなる。この際、マイクロ波がどのくらいまで物質の内部に浸透するかは、以下の式１２で算出することが可能である。
【００６８】
【数２】
【００６９】
ここで、上記式１２において、
δ ：マイクロ波の浸透深さ ［ｃｍ］
λ ：自由空間におけるマイクロ波の波長 ［ｃｍ］
ε’ ：物質の比誘電率（実部）
ｔａｎ δ：物質の誘電正接
である。
また、ｔａｎ δは、物質の誘電率εｒ’及び誘電損失係数εｒ”を用いて、（εｒ’／εｒ”）で算出することが可能である。
【００７０】
本発明者らによる更なる実験の結果、ブリケットは３０φ〜５０φ×厚み２５ｍｍの塊状であり、各ブリケットの間に空隙を持っていること、及び、搬送中のブリケットでは各ブリケットの間の空隙の状態が変化するため、マイクロ波加熱範囲が拡大し、上記式１２で求めた浸透深さδの１０倍までの範囲が実効的な加熱範囲（以下、δｅｆｆとも表記する。）であることが明らかとなった。ブリケットの物性値から上記浸透深さδを算出すると、その大きさは、約１ｃｍ程度となるため、マイクロ波加熱による実効的な加熱範囲δｅｆｆは、約１０ｃｍ程度となる。従って、側面からのマイクロ波照射では、操業で用いられる幅２〜２．５ｍ程度、搬送距離２０〜３０ｍ程度の乾燥炉の下層部全体を加熱することは出来ないことも明らかとなった。
【００７１】
そこで、本発明者らは、上記のような実験により得られた知見に基づいて更なる検討を行った結果、乾燥炉の下層部位全体を加熱することが可能なマイクロ波の照射方法に想到し、以下で説明するようなマイクロ波乾燥装置及びマイクロ波乾燥方法に想到したのである。
【００７２】
図５は、塊成化物の乾燥後の水分量（％）と塊成化物の圧潰強度との関係を模式的に示したグラフ図である。塊成化物を製造するにあたっては、コーンスターチ等のデンプン系糊剤をバインダーとして使用し、求められる強度を実現するが、デンプン系糊剤は、図５に例示したように乾燥する程強度が高くなる。そのため、以下で説明するような方法により塊成化物全体の乾燥率を向上させることによって、バインダー量を変更することなく、塊成化物の圧潰強度を上昇させることができる。その結果、搬送中に砕けて使用できなくなる塊成化物の量を減少させることができ、歩留まりの向上を図ることができる。また、乾燥率を向上させることで、同じ強度を得るために添加すべきバインダーの量を減少させることが可能であるため、製造コストの削減を図ることも可能となる。
【００７３】
（使用するマイクロ波について）
続いて、本発明の実施形態に係るマイクロ波乾燥装置及びマイクロ波乾燥方法に用いられるマイクロ波について、簡単に説明する。
【００７４】
マイクロ波は、一般的には、波長１ｍｍ〜１ｍ、周波数３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚの電磁波をいう。しかしながら、本実施形態に係る塊成化物の加熱方法で着目しているように、マイクロ波を加熱手段として用いる（いわゆるマイクロ波加熱を行う）場合には、マイクロ波とは、いわゆるＩＳＭ（Ｉｎｄｕｓｔｒｙ−Ｓｃｉｅｎｃｅ−Ｍｅｄｉｃａｌ）バンドに属する周波数帯域の電磁波を指す。
【００７５】
以下で説明する本発明の実施形態では、ＩＭＳバンドに属する周波数を有する電磁波であれば特に限定されず、例えば、２．４５ＧＨｚ帯（２．４０ＧＨｚ〜２．５０ＧＨｚ）、５．８ＧＨｚ帯（５．７２５ＧＨｚ〜５．８７５ＧＨｚ）、及び、２４ＧＨｚ帯（２４．０ＧＨｚ〜２４．２５ＧＨｚ）に属する周波数等を適宜選択することが可能である。しかしながら、マイクロ波の被加熱物内部への浸透は、上記式１２で表わされるようにマイクロ波の波長に比例するため、上記ＩＳＭバンドのマイクロ波では、２．４５ＧＨｚ帯の浸透深さδが一番大きく、したがって数少ない同軸アンテナあるいは導波管の本数、乾燥炉全幅にわたって原料ブリケットの加熱を行うことができる。また、２．４５ＧＨｚは電子レンジやその他のマイクロ波加熱応用に広く用いられており装置が安価である点や、発振機１台で数十ｋＷまでの大出力の放射が可能である点などから、ｋＷクラスの大出力が求められる本発明の設備コストとしても、他の２種の周波数の装置よりも安価に導入することができる。このため、本発明に用いるＩＳＭバンドのマイクロ波装置としては、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振可能なものが好ましい。
【００７６】
（マイクロ波乾燥装置の構成について）
次に、図６を参照しながら、本発明の実施形態に係るマイクロ波乾燥装置の構成について、詳細に説明する。図６は、本発明の実施形態に係るマイクロ波乾燥装置の構成を説明するための説明図である。
【００７７】
本実施形態に係るマイクロ波乾燥装置１０は、粉体又は小塊状の原料を網目状コンベアで搬送する過程で、この原料の上方から熱風を吹き付けて当該熱風を原料の上方から下方へと通過させることにより、原料中に含まれる水分を低減させる熱風式のトンネル乾燥炉に対して利用されるものである。
【００７８】
本実施形態に係るマイクロ波乾燥装置１０は、図６に示したように、マイクロ波発振機１０１と、サーキュレータ１０３と、自動整合器１０７と、マイクロ波照射部材１０９と、を主に備え、これらの機器が導波管１１１により接続されている。なお、図６では、導マイクロ波照射部材１０９や導波管１１１等といった各部材を支持する支持機構は、図示していない。
【００７９】
マイクロ波発振機１０１は、例えばＩＳＭバンドに属する周波数を有するマイクロ波を発振する機器である。このマイクロ波発振機１０１は、ｋＷクラスの出力を有するマイクロ波を発振可能な機器であることが好ましい。このマイクロ波発振機１０１により、例えば２．４５ＧＨｚ帯に属する周波数のマイクロ波が、後述するサーキュレータ１０３へと出力されることとなる。このマイクロ波発振機１０１は、公知のものを適宜選択して使用することが可能である。
【００８０】
サーキュレータ１０３は、例えば磁石を利用したマイクロ波の進行制御を行うことで、サーキュレータ１０３に入力されるマイクロ波を、マイクロ波発振機１０１から出力された入射波と、後述する自動整合器１０７側から戻ってきた反射波とに分離する。サーキュレータ１０３は、分離した入射マイクロ波を後述する自動整合器１０７側へと導波するとともに、反射マイクロ波を、アイソレータ１０５の側へと導波する。これにより、反射マイクロ波は、アイソレータ１０５内に設けられたダミー負荷（例えば、水など）に吸収され、マイクロ波発振機１０１側に戻らないようにすることができる。このようなサーキュレータ１０３を設けることにより、本実施形態に係るマイクロ波乾燥装置１０では、安定したマイクロ波の出力を行うことができる。このサーキュレータ１０３は、公知のものを適宜選択して使用することが可能である。
【００８１】
自動整合器１０７は、入射側のインピーダンスと、負荷側（すなわち、塊成化物からなる原料層側）のインピーダンスとの整合を取ることで負荷側からの反射波を低減し、反射波をほぼゼロとする機器である。この自動整合器１０７は、反射電界の位相及び強度を測定し、インピーダンス整合を自動で行うことで、上記のような反射波の低減を実現する。
【００８２】
本実施形態に係るマイクロ波乾燥装置１０の乾燥対象は、乾燥炉５内を搬送されている塊成化物等の小塊原料である。そのため、移動している小塊原料と後述するマイクロ波照射部材１０９との接触状況は絶えず変化し、負荷側のインピーダンスが変動するため、マイクロ波の照射効率は変動することとなる。自動整合器１０７を設けて負荷側のインピーダンスにあわせた自動整合処理を実現することで、後述するマイクロ波照射部材１０９から、マイクロ波エネルギーを、安定して効率良く原料層に照射することが可能となる。
【００８３】
マイクロ波照射部材１０９は、熱風式の乾燥炉５において塊成化物からなる原料層の下層部位を選択的に加熱するために、マイクロ波を原料層の下層部位へと照射する部材である。このマイクロ波照射部材１０９の構成については、以下で改めて詳細に説明する。
【００８４】
導波管１１１は、マイクロ波を導波して所望の箇所へと導く管である。この導波管１１１の形状については、マイクロ波の導波特性等を考慮して適宜決定すればよく、導波管１１１自体についても、使用するマイクロ波の周波数や出力強度等に応じて、公知のものを適宜選択することができる。
【００８５】
（第１の参考形態）
＜マイクロ波照射部材の構成について＞
続いて、図７〜図１２を参照しながら、本発明の第１の参考形態に係るマイクロ波照射部材の構成について、詳細に説明する。図７〜図１２は、本参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【００８６】
図７に例示したように、本参考形態では、中空の金属管である導波管１１１を、マイクロ波照射部材１０９として利用し、図７において紙面奥行き方向に搬送されている塊成化物からなる原料層に対して、導波管１１１が乾燥炉５の上方から挿入される。また、図７では、説明を分かり易くするために、乾燥炉５に挿入される導波管１１１のうちの１本のみを記載しているが、乾燥炉５には、複数個の導波管１１１が上方から挿入される。この導波管１１１は、網目状コンベアからなる乾燥炉５の底面に対して略垂直となるように挿入される。
【００８７】
マイクロ波照射部材１０９として利用される導波管１１１の断面形状（原料層の搬送方向と平行な方向での断面形状）や断面の大きさは、所望の周波数及び強度を有するマイクロ波を導波することが可能な形状及び大きさとなるように適宜決定することが可能であり、例えば断面形状を矩形状（方形導波管）や円形状（円形導波管）とすることが好ましい。
【００８８】
特に、方形導波管においては、伝送可能なマイクロ波の自由空間における波長をλ、方形導波管の長辺の長さをａとした場合、以下の式１３で表される関係を満足すればマイクロ波の基本波であるＴＥ１０モードの伝送が可能である。このとき、方形導波管の短辺ｂにはマイクロ波伝送に関するする制約が無く、導波管内の電界強度が内部媒質（内部気体）の絶縁破壊電圧を超えない条件下において短辺ｂを小さくすることができる。従って、方形導波管においては、乾燥炉中に挿入する際に搬送方向と概垂直に設置する短辺に当たる導波管の幅を、円筒導波管よりも十分に小さくすることが可能である。すなわち、方形導波管においては、導波管挿入によるブリケットの搬送への影響を小さくすることができ、本参考形態においては、円筒導波管を用いるよりも方形導波管を用いる方が好ましい。
【００８９】
λ／２＜ａ＜λ ・・・（式１３）
【００９０】
乾燥炉５の内部では塊成化物が搬送方向に向かって移動しているため、導波管１１１は、塊成化物の流れに対して抵抗とならないように（すなわち、塊成化物の流れに正対する面積が少なくなるように）原料層中に挿入される。例えば導波管１１１の断面形状が矩形状である場合、矩形状の長辺が搬送方向に対して略平行になり、かつ、矩形状の短辺が搬送方向に対して略直交するように、原料層に挿入される。また、塊成化物の搬送抵抗を軽減するために、導波管１１１は原料層の搬送方向下流側に下端を向けるように傾いて設置されていてもよい。
【００９１】
また、導波管１１１は、搬送中の塊成化物から受ける単位面あたりの荷重を考慮して、断面形状が荷重を受けて座屈変形しないような強度を有するように、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）や非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ）やこれらを含む合金等の各種金属を利用して製造される。また、導波管１１１自体を、乾燥炉５が設置されている場所の上部（例えば、天井など）に固定する場合には、導波管自体が塊成化物からの荷重を受けて座屈変形し、搬送方向に折れ曲がらないような強度を有することが好ましい。
【００９２】
乾燥炉５の原料層内部は、下層部位において約８０℃以上の温度を有し、約１００％に近い湿度を有する高温多湿状態にあり、このような状況下で塊成化物が移動している。そのため、導波管１１１の内部に湿気が侵入することによるアーキングの発生を防止するとともに、導波管１１１の内部への粉塵の侵入を防止するために、乾燥空気や乾燥窒素や乾燥アルゴン等の防塵ガスを中空の導波管内部に導入して、導波管１１１に正圧がかかっている状態とすることが好ましい。
【００９３】
また、マイクロ波照射部材１０９として用いられる導波管１１１の先端にセラミックスカバー１１３を設け、このセラミックスカバーの周囲からマイクロ波が放射されるようにすることで、導波管周囲の加熱範囲を広げるようにすることが好ましい。
ここで、セラミックスカバー１１３の形状は、図７に示すように、導波管１０９の断面形状が矩形の場合には直方体状とし、導波管１０９の断面形状が円形の場合には円柱状とすることが好ましい。
【００９４】
セラミックスカバー１１３は、加熱源であるマイクロ波の吸収が少なく、高温多湿状態でも利用可能であり、塊成化物との接触に耐えうる強度、耐摩耗性、加工性を備える無機材料セラミックスを用いて形成される。セラミックスカバー１１３に用いられる無機材料セラミックスは、マイクロ波の吸収特性に関与する誘電損失係数εｒ”が、０．０２未満であることが好ましい。誘電損失係数εｒ”を０．０２未満とすることで、マイクロ波吸収による無機材料セラミックスの自己発熱を抑制することが可能となる。
【００９５】
このような無機材料セラミックスの例として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ、化学式：Ｓｉ３Ｎ４・Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）等がある。これらの無機材料セラミックスを単独で使用してセラミックスカバー１１３を製造してもよく、これらの無機材料セラミックスを混合してセラミックスカバー１１３を製造してもよい。
【００９６】
本参考形態では、導波管１１１の加熱範囲が原料層の最下層まで及ぶような深さまで、乾燥炉５の上方から導波管１１１を挿入する。このように導波管１１１を原料層に挿入することで、導波管１１１の先端から照射されるマイクロ波エネルギーにより原料層の下層部位に位置する塊成化物を選択的に加熱することが可能となる。
【００９７】
この際、導波管１１１の先端と網目状コンベアとの間の離隔距離が小さくなりすぎると、導波管先端からのマイクロ波放射ができなくなる。そのため、例えば図８に示したように、導波管先端と網目状コンベアとの間の離隔距離Ｌ１を、加熱源として利用するマイクロ波の波長λの４分の１以上とすることが好ましい。
【００９８】
本発明者らによる検討の結果、離隔距離Ｌ１をλ／４以上とすることで、導波管先端から放射されるマイクロ波の割合を７０％超過とすることができ、網目状コンベアからの反射マイクロ波の割合を３０％未満とすることができることが明らかとなった。反射マイクロ波の割合が大きい状態では、干渉によりマイクロ波の発振波長が乱れた状態となるため、自動整合器１０７の動作が不安定になる可能性がある。一方、反射マイクロ波の割合が３０％程度であれば、自動整合器１０７を用いて位相整合することで、反射マイクロ波をほぼゼロにすることが可能となる。また、反射マイクロ波の割合が大きい状態では、大きな反射電力を押し返してマイクロ波を放射させることとなるため、導波管のつなぎ目部分等といった通常では加熱されない部分での異常加熱が発生する可能性があり、マイクロ波乾燥装置１０の動作安定性が低下する可能性がある。
【００９９】
また、導波管１１１の先端にセラミックスカバー１１３を設ける場合であっても、離隔距離Ｌ１は、λ／４以上とすることが好ましい。更に、導波管１１１の先端にセラミックスカバー１１３を設ける場合、図９に示したように、セラミックスカバー１１３の先端と網目状コンベアとの間の離隔距離Ｌ２を、塊成化物が入り込まない程度の大きさ（例えば、塊成化物の平均高さ程度の大きさ）とすることが好ましい。
【０１００】
本参考形態では、マイクロ波照射部材１０９である導波管１１１を乾燥炉５の幅方向に複数本配設するにあたり、配置した複数の導波管１１１により、塊成化物を乾燥炉５の炉幅方向に均一に加熱するため、複数本の導波管１１１のうち少なくとも２本は、乾燥炉の炉幅方向の互いに異なる位置に配置する。
【０１０１】
そのうえで、配置した複数の導波管１１１が塊成化物の流れの抵抗とならないようにするため、例えば図１０に示したように、図１１に示した投影図において互いに幅方向に隣り合う位置の導波管の搬送方向位置が、同一とならないようにする。すなわち、図１０に示した乾燥炉５を上方から見た図において、乾燥炉５の幅方向を便宜的にＡ〜Ｅの５つの領域に区分し、原料層の搬送方向をＸ方向、乾燥炉の幅方向をＹ方向とする。この場合に、本参考形態では、互いに隣り合う領域（例えば、領域Ａ及び領域Ｂ）に属する導波管１１１のＸ方向位置が同一とならないように、各導波管１１１を分散させて配置する。
【０１０２】
また、例えば図１１に示した投影図のように、乾燥炉５を搬送方向に向かって見た場合に、各導波管１１１により加熱される範囲（加熱範囲）が乾燥炉５の幅方向の略全体をカバーするような間隔で、導波管１１１を配置することが好ましい。この際に、各導波管１１１の加熱範囲が互いに重畳するように、導波管１１１の配置間隔を決定することが好ましい。換言すれば、単一の導波管１１１による加熱範囲の最大幅をＬとし、乾燥炉５の幅をＷとし、図１１に示した投影図において乾燥炉５の幅方向の導波管の個数をＮとした場合に、Ｌ×Ｎ≧Ｗを見たすように、乾燥炉５の幅方向における最大の導波管数を決定することが好ましい。
【０１０３】
具体的には、上記式１２に示したマイクロ波の浸透深さδの１０倍を実効的な加熱範囲δｅｆｆと考えると、上記単一の導波管１１１による加熱範囲の最大幅Ｌは２×δｅｆｆとなり、幅方向に隣り合うそれぞれの導波管の間の幅方向距離がＬ以下となるように、導波管１１１の幅方向の配置間隔を決定することが好ましい。このような間隔で導波管１１１を配置することにより、乾燥炉全幅分の塊成化物を、ムラなく加熱することができる。
【０１０４】
複数の導波管の間隔が上記Ｌよりも大きい場合は、マイクロ波による加熱範囲が炉全幅に及ばず、炉の幅方向に対して塊成化原料の加熱ムラができるため、原料の乾燥ムラにつながって好ましくない。しかしながら、マイクロ波により加熱が行われた部分については原料の乾燥が改善されるため、挿入した導波管の本数に応じて、原料全体としてみた平均値としての乾燥は改善される。
【０１０５】
また、乾燥炉の特性として炉幅方向における熱風乾燥の効率が異なる場合には、乾燥効率が劣位で塊成化原料の乾燥が遅れている部分にのみ導波管を挿入し、マイクロ波を照射することも有効である。
【０１０６】
また、どのように各導波管１１１を配置するかについては、特に限定されるわけではなく、例えば、乾燥炉５の残留水分の偏り状況に関する知見等に基づき、この偏りを解消可能なように導波管の配設位置を決定すればよい。従って、例えば図１１において、同一の領域に複数個の導波管１１１が配設されていてもよい。
【０１０７】
なお、例えば図１２に示したように、導波管１１１の短辺の搬送方向上流側に対し、当該搬送方向上流側に行くに従い幅が狭くなるようなテーパー部１１５を設けてもよい。このようなテーパー部１１５を設けることで、導波管１１１による塊成化物の搬送抵抗を更に低減することが可能となる。また、導波管１１１の短辺の搬送方向上流側だけでなく、搬送方向下流側に対しても上記テーパー部１１５を設けてもよい。
【０１０８】
以上、図７〜図１２を参照しながら、本発明の第１の参考形態に係るマイクロ波乾燥装置１０及びマイクロ波乾燥方法について、詳細に説明した。
【０１０９】
＜第１の参考形態の変形例＞
次に、図１３Ａ〜図１８Ｂを参照しながら、本発明の第１の参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について説明する。図１３Ａ〜図１８Ｂは、本発明の第１の参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について説明するための説明図である。
【０１１０】
［導波管の側面からのマイクロ波照射］
上記説明における導波管１１１は、導波管１１１を原料層に挿入した際に、網目状コンベアと対向する端部（すなわち、図７等における導波管１１１の底面）が開口となっており、この底面からマイクロ波が照射されるものであった。導波管１１１の底面に開口が設けられる場合には、導波管周囲の加熱範囲を広げつつ、導波管１１１の内部への塊成化物等の侵入を防止するために、導波管１１１の先端に無機材料セラミックスからなるセラミックスカバー１１３を設けることが好ましいものであった。
【０１１１】
かかる無機材料セラミックスは、塊成化物原料の摩擦に耐える硬さを有するものであるため、セラミックスカバー１１３の加工に手間がかかる。従って、例えば図１２に示したような、塊成化物の搬送を妨げないために抵抗を少なくするためのテーパー形状等への形状加工を行う場合、導波管及びセラミックスカバーの製造コストが増加してしまう。
【０１１２】
そこで、本変形例では、導波管１１１の底面ではなく、導波管１１１の側面（より詳細には、導波管１１１を原料層に挿入した際に原料層搬送方向に対して平行となる側面）に切り欠き部を形成し、かかる側面からマイクロ波を照射する方法について説明する。
【０１１３】
図１３Ａは、本変形例に係る導波管１１１の先端部を模式的に示したものである。図１３Ａに示した導波管１１１には、原料層の搬送方向上流側にテーパー部１１５が設けられている。また、図１３Ａの左側の図に示したように、導波管１１１を原料層に挿入した際に乾燥炉の原料層搬送方向に対して平行となる側面（すなわち、図１３Ａの紙面と平行な側面）には、切り欠き部１５１が形成されている。
【０１１４】
このような切り欠き部１５１を導波管１１１の側面に形成することで、かかる切り欠き部１５１がマイクロ波の放射窓となり、切り欠き部１５１から原料層へとマイクロ波が照射されることとなる。
【０１１５】
切り欠き部１５１から導波管１１１の内部へ塊成化物が入り込むことを防止するため、図１３Ａの右側の図に示したように、上述のような無機材料セラミックスで形成された板状のセラミックスカバー１５３により、切り欠き部１５１を覆うことが好ましい。
【０１１６】
乾燥炉５では、原料層の上方から熱風を供給することで原料層の構成する塊成化物を乾燥させているため、積層している塊成化物の下層に行くに従って水分が多く残存することとなる。従って、マイクロ波照射による乾燥効果をより向上させるためには、原料層のなるべく下方にマイクロ波を照射することが好ましく、切り欠き部１５１は、図１３Ｂに示すように、下層部に近い導波管の先端部まで設けることが望ましい。また、導波管１１１の底面の金属部分１１１ａはマイクロ波の反射体であるため、図１３Ｃに示した底面の金属部分１１１ａの幅Ａを変更することによって、放射されるマイクロ波の分布が変化することとなる。
【０１１７】
具体的には、図１３Ｄに示すように導波管１１１の底面部分の幅Ａを狭くすることにより、図１３Ｃに示した場合と比較して、より下層部近い部分へのマイクロ波の放射が行われるようにすることも可能である。ただし、底部の金属部分１１１ａの幅は、マイクロ波の放射部分のインピーダンスに影響を与えるため、導波管へのマイクロ波の反射があまり大きくならない適当な幅とすることが望ましく、周囲の塊成化原料の電磁気物性値（誘電率、透磁率、導電率等）や塊成化原料の大きさ、充填密度等に応じてマイクロ波の反射量が少なくなるように幅Ａを設計することが望ましい。
【０１１８】
なお、導波管１１１の底面には、マイクロ波を吸収しない材質からなる部材であれば存在していてもよい。従って、図１３Ｃ及び図１３Ｄに示したように、防塵用にセラミックスカバー１５３ａを設けても良い。また、図１３Ｄに示すように、底面の金属部分１１１ａの幅Ａが狭くなる場合には、導波管１１１の底面にセラミックスカバー１５３ａを設けることが好ましい。
【０１１９】
また、図１３Ｅに示したＢ−Ｂ切断線での概略断面図に示したように、セラミックスカバー１５３は、乾燥炉の内部でも使用可能な公知の材料を用いた治具により切り欠き部１５１に固定すればよい。
【０１２０】
なお、切り欠き部１５１の原料層搬送方向の幅Ｗは、特に限定されるものではなく、導波管１１１の大きさ、使用するマイクロ波の周波数や出力強度等に応じて適宜決定すればよい。
【０１２１】
次に、図１４を参照しながら、本変形例に係る導波管１１１の原料層への挿入方法について説明する。図１４は、本変形例に係る導波管１１１を乾燥炉５の上方から挿入した様子を乾燥炉５の側面から見た場合を模式的に示した説明図である。なお、図１４では、便宜上、板状のセラミックスカバー１５３を省略して図示している。
【０１２２】
導波管１１１の側面に対して切り欠き部１５１を設けた場合、切り欠き部１５１のマイクロ波発振機１０１に近い部分（すなわち、切り欠き部１５１の原料層高さ方向の上端部）の放射強度が大きくなる。一方、乾燥炉５では、原料層の上方から熱風を供給することで原料層の構成する塊成化物を乾燥させているため、積層している塊成化物の下層に行くに従って水分が多く残存することとなる。従って、マイクロ波照射による乾燥効果をより向上させるためには、原料層のなるべく下方にマイクロ波を照射することが好ましい。
【０１２３】
そこで、本変形例では、マイクロ波で加熱したい原料層の厚みをＬと表し、切り欠き部１５１の原料層高さ方向の上端の位置（すなわち、図１４における網目状コンベアと切り欠き部１５１の上端との間の離隔距離）をＬ３と表した場合に、Ｌ３≦Ｌという関係を満たすように導波管１１１を挿入することが好ましい。マイクロ波で加熱したい原料層の厚みＬを、原料層の最下層に対応する厚みとすることで、原料層の最下層を効果的にマイクロ波により加熱することが可能となる。
【０１２４】
なお、厚みＬの選択方法については、特に限定されるものではなく、過去の操業実績等から得られる知見に基づいて適宜選択すればよい。
【０１２５】
また、切り欠き部１５１から放射されるマイクロ波の割合を増やし、かつ、網目状コンベアからの反射マイクロ波の割合を減らすために、離隔距離Ｌ３を、加熱源として利用するマイクロ波の波長（自由空間における波長）λの４分の１以上とすることが好ましい。
【０１２６】
一方、導波管１１１の先端部と網目状コンテナとの間に塊成化物が入り込まないようにするために、図１４に示した導波管の先端部と網目状コンテナとの間の離隔距離Ｌ４を、塊成化物が入り込まない程度の大きさ（例えば、塊成化物の平均高さ程度の大きさ）とすることが好ましい。
【０１２７】
以上、図１３Ａ〜図１４を参照しながら、本変形例に係る導波管１１１の構成について、詳細に説明した。
なお、切り欠き部１５１は、導波管１１１を原料層に挿入した際に乾燥炉の原料層搬送方向に対して平行となる側面のどちらか一方にのみ形成されてもよいが、該当する側面の両方に対して形成されることが好ましい。また、乾燥炉の原料層搬送方向に対して平行となる側面に加えて、導波管１１１の原料層搬送方向下流側の側面に対して切り欠き部１５１を形成してもよい。
【０１２８】
［導波管の原料層搬送方向の配設方法］
次に、図１５〜図１７Ｂを参照しながら、本変形例に係る導波管の原料層搬送方向の配設方法について説明する。
【０１２９】
乾燥炉５の内部を搬送されている塊成化物原料が、本変形例に係る導波管１１１一つから照射されるマイクロ波によって加熱される時間ｔは、導波管１１１の切り欠き部１５１の原料層搬送方向の幅をＷ［ｍｍ］とし、塊成化物の搬送速度をＶ［ｍｍ／ｓｅｃ］とした場合に、おおよそ（Ｗ／Ｖ）秒となる。
【０１３０】
一方、導波管を用いてマイクロ波を導波する場合、導波管内部に複数の伝播モードが発生しないようにし、マイクロ波の伝送効率を維持するために、導波管の幅を導波するマイクロ波の波長未満とすることが多い。例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いる場合、導波管の搬送方向の最大幅は、１２０ｍｍ程度の大きさとなる。従って、導波管１本の最大幅が１２０ｍｍ程度である場合、通常の網目状コンベアの搬送速度を考慮すると、上記時間ｔは極めて短時間となる。
【０１３１】
このような短時間の間に塊成化物をマイクロ波によって十分に乾燥させるために、方策の一つとして、出力強度の大きなマイクロ波を利用することが考えられる。しかしながら、導波管の周囲に存在し、マイクロ波によって加熱される塊成化物は、塊成化物の位置により加熱の大小に差が生じるため、必ずしも均一に加熱されるわけではない。また、大出力のマイクロ波を用い短時間での乾燥を得ようとする場合には、一部の塊成化物が過剰加熱され、塊成化物に含まれる揮発成分が発火してしまう可能性がある。そのため、塊成化物をマイクロ波によって十分に乾燥させるためには、塊成化物が過剰加熱しない程度の出力を有するマイクロ波を利用し、マイクロ波の作用時間を長くすることで、乾燥の促進を図ることが重要となる。
【０１３２】
そこで、本変形例では、例えば図１５に示したように、原料層の搬送方向に導波管１１１の加熱範囲が連続するように、導波管１１１を原料層の搬送方向に並べて配設する。このような導波管の配設方法を採用することで、マイクロ波が照射されている区間を長くすることができ、ひいては、塊成化物へのマイクロ波の作用時間を長くすることが可能となる。
【０１３３】
ここで、導波管１１１の搬送方向の配列方法は、搬送方向に隣り合う互いの導波管１１１の加熱範囲が連続するようにすれば、特に限定されるものではなく、隣り合う導波管１１１が互いに接触していてもよいし、離隔していてもよい。なお、隣り合う導波管１１１を離隔して配置する場合には、隣り合う導波管１１１の間の空間に塊成化物が詰らないように、カバー等を設けることが好ましい。
【０１３４】
また、図１５では、２つの導波管１１１を搬送方向に連続して配設する場合について図示しているが、搬送方向に３個以上の導波管１１１を連続して配設してもよいことは言うまでもない。
【０１３５】
複数の導波管１１１を互いに接触させて配置する場合には、例えば図１６Ａと、図１６ＡのＡ−Ａ切断線での概略断面図である図１６Ｂとに示したように、相隣接する導波管１１１に亘るように切り欠き部１５１を連続して設けてもよい。この場合、図１６Ｂに示した間仕切りｄの厚みは、マイクロ波の導波を維持可能な範囲で薄くすることが可能である。
【０１３６】
なお、図１５に示したような導波管の配設方法は、本変形例に係る導波管１１１だけでなく、図７に例示した第１の参考形態に係る導波管１１１に対しても適用することが可能であることは言うまでもない。
【０１３７】
また、マイクロ波の作用時間を長くするために、例えば図１７Ａ及び図１７Ｂに示したように、導波管の終端部を分岐させることで導波管の幅を広げ、マイクロ波が照射される面積を増加させるようにしてもよい。この場合、導波管１１１の内部にインピーダンスの整合を目的とした整合ピン１５５と分岐板１５７を設ける等といった公知のマイクロ波の分岐技術を適用することが可能である。この場合、１本の導波管を導波しているマイクロ波を２本の導波管それぞれに導波させるため、導波管の幅がマイクロ波の波長未満という条件を満足しつつ導波管１１１の加熱範囲を長くすることが可能となる。また、マイクロ波の加熱範囲を広げつつ乾燥炉５の上方に突出する導波管１１１の本数を削減することが可能となるため、設備の省スペース化を図ることが可能となる。
【０１３８】
［搬送方向の振動緩和機構］
次に、図１８Ａ及び図１８Ｂを参照しながら、塊成化物の搬送に伴って導波管１１１に発生する振動を緩和するための技術について説明する。
【０１３９】
本発明の第１の参考形態とその変形例に係るマイクロ波乾燥装置１０では、塊成化物を網目状コンベア上に積層して原料層とした上で搬送しながら、原料層の上部から下部に向かって熱風を通過させることで塊成化物を乾燥させる乾燥炉に対して、乾燥炉の上方から導波管１１１を挿入し、原料層下層部に対してマイクロ波を照射することで、該当する部位の乾燥を促進させる装置である。
【０１４０】
この際、乾燥炉５の上方から挿入している導波管１１１には、塊成化物の搬送に伴って変動する応力が働く。導波管に作用する応力が変動する理由としては、網目状コンベアによる搬送速度が一定ではなくわずかながら変動すること、塊成化物の密度が厳密には均一ではないため、導波管に接触する塊成化物の状態が搬送に伴って時々刻々と変化すること、等が考えられる。このような変動する応力が導波管１１１に作用すると、導波管１１１には原料層搬送方向の振動が生じることとなる。このような状況下で導波管の長期使用を考えた場合、かかる振動が導波管の疲労破壊の原因となることが懸念される。
【０１４１】
そこで、本変形例に係るマイクロ波乾燥装置１０では、導波管１１１に対して、塊成化物の搬送に伴って発生する振動を緩和する振動緩和機構を設置する。このような振動緩和機構としては、以下の２種類の機構を挙げることができる。
【０１４２】
第１の振動緩和機構として、マイクロ波発振機１０１で発生したマイクロ波を導波する導波管１１１のうち振動発生部位になるべく近い部位に、振動を緩和する機構を備える導波管を設けることが挙げられる。
【０１４３】
振動を緩和する機構を備える導波管としては、例えば、導波管の中心軸方向のスライドを可能にするスライド機構を有する導波管（以下、スライド導波管と称する。）や、マイクロ波を導波可能な金属材（より好ましくは、導波管と同様の金属材）により形成された蛇腹部を有する導波管（以下、フレキシブル導波管と称する。）等を挙げることができる。
【０１４４】
スライド導波管は、スライド機構を有することで、導波管の中心軸方向の伸縮が可能となるため、導波管の中心軸方向と略平行な振動を緩和することができる。また、フレキシブル導波管は、金属製の蛇腹部を有することで、導波管の中心軸方向に対して略直交する方向に湾曲することが可能となるため、導波管の中心軸方向に対して略直交する方向の振動を緩和することが可能となる。
【０１４５】
また、第２の振動緩和機構として、マイクロ波照射部材である導波管１１１を支持する支持体の一部に弾性部材を設けることが挙げられる。バネ機構やゴム製部材等といった弾性部材を支持体の一部に設けることで、支持体が支持する導波管１１１に発生する振動を弾性部材によって緩和することが可能となる。
【０１４６】
以上説明したような振動緩和機構を設けることで、塊成化物の搬送に伴って発生する振動を緩和することが可能となり、導波管１１１が疲労破壊することを防止することができる。
【０１４７】
図１８Ａは、導波管１１１に対して、第１の振動緩和機構としてフレキシブル導波管１６１を設置するとともに、第２の振動緩和機構として支持体１６３の一部に例えばバネ機構からなる弾性部材１６５を設けた例を示している。
【０１４８】
図１８Ａに示した例では、マイクロ波発振機１０１、サーキュレータ１０３、自動整合器１０７等といったマイクロ波発振機構から延設された導波管１１１のうち、鉛直方向に延びる導波管の一部に、フレキシブル導波管１６１が設置されている。フレキシブル導波管１６１は、上記のように、導波管の軸方向に対して略直交する方向の振動を緩和するものであるため、図１８Ａに示したように、乾燥炉５へと挿入するために略鉛直方向に設けられる導波管１１１の一部に設置されることが好ましい。
【０１４９】
また、図１８Ａでは、導波管１１１を支持し、水平方向に延設される支持体１６３の一部に、バネ機構からなる弾性部材１６５が設けられている。バネ機構は、バネがバネの中心軸方向に伸縮することで応力を緩和する機構である。
【０１５０】
図１８Ａに示したように、マイクロ波発振機構や支持体１６３の末端は、壁等の強固な部材に固定されている。その上で、上記のようなフレキシブル導波管１６１や弾性部材１６５を設置することで、フレキシブル導波管１６１より下流側かつ弾性部材１６５よりも前方に位置する導波管１１１が構造的に分離され、ある程度自由に動くことが可能となる。なお、導波管１１１の乾燥炉５への挿入部分には、導波管１１１のある程度の動きを許容しつつ、乾燥炉５の気密を維持するための埋め込み材１６７を設けておくことが好ましい。
【０１５１】
図１８Ｂは、図１８Ａに示したフレキシブル導波管１６１に代えて、スライド導波管１６９を設置した例を示している。スライド導波管１６９は、上記のように、導波管の軸方向の振動を緩和するものであるため、図１８Ｂに示したように、略水平方向に延設される導波管１１１の一部に設置されることが好ましい。
【０１５２】
なお、図１８Ａ及び図１８Ｂでは、一つの導波管１１１に対してフレキシブル導波管１６１又はスライド導波管１６９の一方を配設する場合について図示しているが、フレキシブル導波管１６１とスライド導波管１６９を併用しても良い。また、図１８Ａ及び図１８Ｂでは、フレキシブル導波管１６１、弾性部材１６５、スライド導波管１６９を一つ用いる場合について図示しているが、これらの部材を一つの導波管１１１に対して複数設置してもよい。
【０１５３】
また、図１８Ａ及び図１８Ｂでは、フレキシブル導波管１６１又はスライド導波管１６９と、弾性部材１６５と、を併用する場合について図示しているが、塊成化物の搬送速度等によっては、弾性部材１６５を用いずに、フレキシブル導波管１６１又はスライド導波管１６９のみを配設するようにしてもよい。
【０１５４】
なお、図１８Ａ及び図１８Ｂでは、変動する応力を受ける導波管を構造的に分離するための機構について説明したが、マイクロ波発振機構を含む導波管１１１全体を可動式にして、振動を緩和するようにすることも考えられる。
【０１５５】
以上、図１３Ａ〜図１８Ｂを参照しながら、本発明の第１の参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について説明した。
【０１５６】
（第２の参考形態）
本発明の第１の参考形態に係るマイクロ波乾燥装置１０は、マイクロ波照射部材１０９として、中空の金属管である導波管１１１を用いたものであったが、マイクロ波照射部材１０９として、同軸アンテナを利用することも可能である。以下では、図１９〜図２３を参照しながら、マイクロ波照射部材として同軸アンテナを利用した、本発明の第２の参考形態に係るマイクロ波乾燥装置及びマイクロ波乾燥方法について、詳細に説明する。
【０１５７】
なお、本参考形態に係るマイクロ波乾燥装置１０の全体構成は、図６に示した本発明の実施形態に係るマイクロ波乾燥装置１０の全体構成と同様であるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０１５８】
＜マイクロ波照射部材の構成について＞
以下では、図１９〜図２３を参照しながら、本参考形態に係るマイクロ波照射部材の構成について、詳細に説明する。図１９〜図２３は、本参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【０１５９】
図１９に示したように、本参考形態では、マイクロ波照射部材１０９として、自動整合器１０７と導波管１１１で接続された変換器１２１と、変換器１２１に接続された同軸アンテナ１２３と、を利用する。
【０１６０】
変換器１２１は、導波管１１１内で導波されるマイクロ波を、同軸アンテナ１２３を伝播するように変換する機器である。この変換器１２１は、公知の機器を適宜選択して利用することが可能である。
【０１６１】
同軸アンテナ１２３は、図１９において紙面奥行き方向に搬送されている塊成化物からなる原料層に対して、乾燥炉５の上方から挿入される。また、図１９では、説明を分かり易くするために、乾燥炉５に挿入される同軸アンテナ１２３のうちの１個のみを記載しているが、乾燥炉５には、複数個の同軸アンテナ１２３が上方から挿入される。この同軸アンテナ１２３は、網目状コンベアからなる乾燥炉５の底面に対して略垂直となるように挿入される。また、塊成化物の搬送抵抗を軽減するために、同軸アンテナ１２３は原料層の搬送方向下流側に下端を向けるように傾いて設置されていてもよい。
【０１６２】
図２０は、本参考形態に係る同軸アンテナ１２３を説明するための説明図である。
図２０に示したように、同軸アンテナ１２３は、中心導体１２３ａと、中心導体１２３ａを取り囲む外周導体１２３ｂとからなる２層構造となっている。ここで、図２０のＡ−Ａ切断線による断面図から明らかなように、中心導体１２３ａは、中実な棒状の金属を用いて形成されており、外周導体１２３ｂは、中空の金属管を用いて形成される。また、中心導体１２３ａは、中実な棒状の金属ではなく中空の金属管を用いて形成されてもよい。更に、図２０のＢ−Ｂ切断線による断面図から明らかなように、外周導体１２３ｂの一部には、中心導体１２３ａを保持し、中心導体１２３ａと外周導体１２３ｂとの位置関係を固定するスペーサー１２３ｃが設けられている。
【０１６３】
また、同軸アンテナ１２３は、中心導体１２３ａの先端が外周導体１２３ｂの先端から距離Ｌ３だけ突出するように形成される。突出距離Ｌ３の長さは、同軸アンテナ１２３内で伝播されるマイクロ波の波長をλ’とした場合に、λ’／４で表される長さである。同軸アンテナ１２３内で伝播されるマイクロ波は、この突出部の周囲から放射されることとなる。
【０１６４】
マイクロ波は、同軸アンテナ１２３の内部で導波されるため、中心導体１２３ａの断面形状や断面の大きさは、所望の周波数及び強度を有するマイクロ波を導波することが可能な形状及び大きさとなるように決定することが好ましく、例えば、断面形状を矩形状にしたり、図２０に示したような円形状としたりすることが好ましい。また、外周導体１２３ｂの断面形状は特に限定されるものではないが、塊成化物の搬送抵抗を軽減するために、図１４に示したような円形状であることが好ましい。
【０１６５】
同軸アンテナ１２３（特に、外周導体１２３ｂ）は、搬送中の塊成化物から受ける単位面あたりの荷重を考慮して、断面形状が荷重を受けて座屈変形しないような強度を有するように、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）や非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ）やこれらを含む合金等の各種金属を利用して製造される。また、同軸アンテナ１２３自体を、乾燥炉５が設置されている場所の上部（例えば、天井など）に固定する場合には、同軸アンテナ自体が塊成化物からの荷重を受けて座屈変形し、搬送方向に折れ曲がらないような強度を有することが好ましい。また、同軸アンテナ１２３の中心導体１２３ａは、外周導体１２３ｂと同様の金属を用いて形成することが可能である。
【０１６６】
また、同軸アンテナ１２３からのマイクロ波出力は、ｋＷのオーダーとなるように設定されるため、電解密度が高く誘電損失のある物質をスペーサー１２３ｃの材質として使用してしまうと、スペーサー１２３ｃがマイクロ波を吸収して自己加熱する可能性がある。また、同軸アンテナ１２３の使用雰囲気は、１００℃〜２００℃と想定されるため、テフロン製の支持板等を用いることはできない。そのため、スペーサー１２３ｃは、誘電損失の少ないセラミックス（例えば、誘電損失係数εｒ”が、０．０２未満のセラミックス）を用いて形成されることが好ましい。このようなセラミックスの例として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ、化学式：Ｓｉ３Ｎ４・Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）等がある。これらのセラミックスを単独で使用してスペーサー１２３ｃを製造してもよく、これらのセラミックスを混合してスペーサー１２３ｃを製造してもよい。
【０１６７】
乾燥炉５の原料層内部は、下層部位において約８０℃以上の温度を有し、約１００％に近い湿度を有する高温多湿状態にあり、このような状況下で塊成化物が移動している。そのため、同軸アンテナ１２３の内部に湿気が侵入することによるアーキングの発生を防止するとともに、同軸アンテナ１２３の内部への粉塵の侵入を防止するために、乾燥空気や乾燥窒素や乾燥アルゴン等の防塵ガスを中空の同軸アンテナ１２３（中心導体１２３ａ及び外周導体１２３ｂ）の内部に導入して、同軸アンテナ１２３に正圧がかかっている状態とすることが好ましい。
【０１６８】
また、同軸アンテナ１２３の先端部（特に、中心導体１２３ａの突出部）は、塊成化物や塊成化物が粉化したものが衝突し、これらとの間の摩擦が生じる箇所であるため、保護することが好ましい。従って、図１９及び図２０に示したように、同軸アンテナ１２３の先端部にセラミックスカバー１２５を設け、同軸アンテナ１２３の先端部を保護することが好ましい。
【０１６９】
セラミックスカバー１２５は、加熱源であるマイクロ波の吸収が少なく、高温多湿状態でも利用可能であり、塊成化物との接触に耐えうる強度、耐摩耗性、加工性を備える無機材料セラミックスを用いて形成される。セラミックスカバー１２５に用いられる無機材料セラミックスは、マイクロ波の吸収特性に関与する誘電損失係数εｒ”が、０．０２未満であることが好ましい。誘電損失係数εｒ”を０．０２未満とすることで、マイクロ波吸収による無機材料セラミックスの自己発熱を抑制することが可能となる。
【０１７０】
このような無機材料セラミックスの例として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ、化学式：Ｓｉ３Ｎ４・Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）等がある。これらの無機材料セラミックスを単独で使用してセラミックスカバー１２５を製造してもよく、これらの無機材料セラミックスを混合してセラミックスカバー１２５を製造してもよい。
ここで、セラミックスカバー１２５の形状は、図１９に示すように半ドーム型としても良いし、図７に示す導波管１０９の場合と同様に、円柱状としても良い。
【０１７１】
本参考形態では、同軸アンテナ１２３の加熱範囲が原料層の最下層まで及ぶような深さまで、乾燥炉５の上方から同軸アンテナ１２３を挿入する。このように同軸アンテナ１２３を原料層に挿入することで、同軸アンテナ１２３の先端部から照射されるマイクロ波エネルギーにより原料層の下層部位に位置する塊成化物を選択的に加熱することが可能となる。
【０１７２】
本参考形態では、マイクロ波照射部材１０９である同軸アンテナ１２３を乾燥炉５の幅方向に複数本配設するにあたり、配置した複数の同軸アンテナ１２３により、塊成化物を乾燥炉５の炉幅方向に均一に加熱するため、複数本の同軸アンテナ１２３のうち少なくとも２本は、乾燥炉の炉幅方向の互いに異なる位置に配置する。
【０１７３】
そのうえで、配置した複数の同軸アンテナ１２３が塊成化物の流れの抵抗とならないようにするため、例えば図２１に示したように、図２２に示した投影図において互いに隣り合う位置の同軸アンテナの搬送方向位置が、同一とならないようにする。すなわち、図２１に示した乾燥炉５を上方から見た図において、乾燥炉５の幅方向を便宜的Ａ〜Ｅの５つの領域に区分し、原料層の搬送方向をＸ方向、乾燥炉の幅方向をＹ方向とする。この場合に、本参考形態では、互いに隣り合う領域（例えば、領域Ａ及び領域Ｂ）に属する同軸アンテナ１２３のＸ方向位置が同一とならないように、各同軸アンテナ１２３を分散させて配置する。
【０１７４】
また、本参考形態では、同軸アンテナ１２３を乾燥炉５の幅方向に複数本配設するにあたり、例えば図２２に示した投影図のように、乾燥炉５を搬送方向に向かって見た場合に、各同軸アンテナ１２３により加熱される範囲（加熱範囲）が乾燥炉５の幅方向の略全体をカバーするような間隔で、同軸アンテナ１２３を配置することが好ましい。この際に、各同軸アンテナ１２３の加熱範囲が互いに重畳するように、同軸アンテナ１２３の配置間隔を決定することが好ましい。換言すれば、単一の同軸アンテナ１２３による加熱範囲の最大幅をＬとし、乾燥炉５の幅をＷとし、図２２に示した投影図において乾燥炉５の幅方向の同軸アンテナの個数をＮとした場合に、Ｌ×Ｎ≧Ｗを見たすように、乾燥炉５の幅方向における最大の同軸アンテナ数を決定することが好ましい。
【０１７５】
具体的には、上記式１２に示したマイクロ波の浸透深さδの１０倍を実効的な加熱範囲δｅｆｆと考えると、上記単一の同軸アンテナ１２３による加熱範囲の最大幅Ｌは２×δｅｆｆとなり、幅方向に隣り合うそれぞれの同軸アンテナ間の距離がＬ以下となるように、同軸アンテナ１２３の幅方向の配置間隔を決定することが好ましい。このような間隔で同軸アンテナ１２３を配置することにより、乾燥炉全幅分の塊成化物を、むらなく加熱することができる。
【０１７６】
複数の同軸アンテナの間隔が前記Ｌよりも大きい場合は、マイクロ波による加熱範囲が炉全幅に及ばず、炉の幅方向に対して塊成化原料の加熱ムラができるため、原料の乾燥ムラにつながって好ましくない。しかしながら、マイクロ波により加熱が行われた部分については原料の乾燥が改善されるため、挿入した同軸アンテナの本数に応じて、原料全体としてみた平均値としての乾燥は改善される。
【０１７７】
また、乾燥炉の特性として炉幅方向における熱風乾燥の効率が異なる場合は、乾燥効率が劣位で塊成化原料の乾燥が遅れている部分にのみ同軸アンテナを挿入し、マイクロ波を照射することも有効である。
【０１７８】
また、どのように各同軸アンテナ１２３を配置するかについては、特に限定されるわけではなく、例えば、乾燥炉５の残留水分の偏り状況に関する知見等に基づき、この偏りを解消可能なように同軸アンテナの配設位置を決定すればよい。従って、例えば図２１において、同一の領域に複数個の同軸アンテナ１２３が配設されていてもよい。
【０１７９】
なお、例えば図２３に示したように、同軸アンテナ１２３の搬送方向上流側の端部に対して、当該搬送方向上流側に行くに従い幅が狭くなるようなテーパー部１２７を設けてもよい。このようなテーパー部１２７を設けることで、同軸アンテナ１２３による塊成化物の搬送抵抗を更に低減することが可能となる。また、同軸アンテナ１２３の搬送方向上流側の端部だけでなく、搬送方向下流側の端部に対しても上記テーパー部１２７を設けてもよい。
【０１８０】
以上、図１９〜図２３を参照しながら、本発明の第２の参考形態に係るマイクロ波乾燥装置１０及びマイクロ波乾燥方法について、詳細に説明した。
【０１８１】
＜第２の参考形態の変形例＞
次に、図２４〜図２５Ｂを参照しながら、本発明の第２の参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について説明する。図２４〜図２５Ｂは、本発明の第２の参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について説明するための説明図である。
【０１８２】
［同軸アンテナの原料層搬送方向の配設方法］
まず、図２４を参照しながら、本変形例に係る同軸アンテナの原料層搬送方向の配設方法について説明する。
【０１８３】
乾燥炉５の内部を搬送されている塊成化物原料が、本変形例に係る同軸アンテナ１２３一つから照射されるマイクロ波によって加熱される時間ｔは、同軸アンテナ１２３の加熱範囲（２×δｅｆｆ）をＷ［ｍｍ］とし、塊成化物の搬送速度をＶ［ｍｍ／ｓｅｃ］とした場合に、おおよそ（Ｗ／Ｖ）秒となる。
【０１８４】
一方、同軸アンテナを用いてマイクロ波を導波する場合、アンテナ内部に複数の伝播モードが発生しないようにし、マイクロ波の伝送効率を維持するために、同軸アンテナの径の大きさには、マイクロ波の波長と関係する条件が伴うことが多い。その結果、同軸アンテナ１２３の径を任意の大きさとすることは困難である。そのため、上記の加熱される時間ｔは、ある程度の決まった値になることが考えられる。
【０１８５】
このような所定時間の間に塊成化物をマイクロ波によって十分に乾燥させるために、方策の一つとして、出力強度の大きなマイクロ波を利用することが考えられる。しかしながら、同軸アンテナの周囲に存在し、マイクロ波によって加熱される塊成化物は、塊成化物の位置により加熱の大小に差が生じるため、必ずしも均一に加熱されるわけではない。また、大出力のマイクロ波を用い短時間での乾燥を得ようとする場合には、一部の塊成化物が過剰加熱され、塊成化物に含まれる揮発成分が発火してしまう可能性がある。そのため、塊成化物をマイクロ波によって十分に乾燥させるためには、塊成化物が過剰加熱しない程度の出力を有するマイクロ波を利用し、マイクロ波の作用時間を長くすることで、乾燥の促進を図ることが重要となる。
【０１８６】
そこで、本変形例では、例えば図２４に示したように、原料層の搬送方向に同軸アンテナ１２３の加熱範囲が連続するように、同軸アンテナ１２３を原料層の搬送方向に並べて配設する。このような同軸アンテナの配設方法を採用することで、マイクロ波が照射されている区間を長くすることができ、ひいては、塊成化物へのマイクロ波の作用時間を長くすることが可能となる。
【０１８７】
ここで、同軸アンテナ１２３の搬送方向の配列方法は、搬送方向に隣り合う互いの同軸アンテナ１２３の加熱範囲が連続するようにすれば、特に限定されるものではなく、隣り合う同軸アンテナ１２３が互いに接触していてもよいし、離隔していてもよい。なお、隣り合う同軸アンテナ１２３を離隔して配置する場合には、隣り合う同軸アンテナ１２３の間の空間に塊成化物が詰らないように、カバー等を設けることが好ましい。
【０１８８】
また、図２４では、２つの同軸アンテナ１２３を搬送方向に連続して配設する場合について図示しているが、搬送方向に３個以上の同軸アンテナ１２３を連続して配設してもよいことは言うまでもない。
【０１８９】
［搬送方向の振動緩和機構］
次に、図２５Ａ及び図２５Ｂを参照しながら、塊成化物の搬送に伴って同軸アンテナ１２３に発生する振動を緩和するための技術について説明する。
【０１９０】
本発明の第２の参考形態とその変形例に係るマイクロ波乾燥装置１０では、塊成化物を網目状コンベア上に積層して原料層とした上で搬送しながら、原料層の上部から下部に向かって熱風を通過させることで塊成化物を乾燥させる乾燥炉に対して、乾燥炉の上方から同軸アンテナ１２３を挿入し、原料層下層部に対してマイクロ波を照射することで、該当する部位の乾燥を促進させる装置である。
【０１９１】
この際、乾燥炉５の上方から挿入している同軸アンテナ１２３には、塊成化物の搬送に伴って変動する応力が働く。同軸アンテナに作用する応力が変動する理由としては、網目状コンベアによる搬送速度が一定ではなくわずかながら変動すること、塊成化物の密度が厳密には均一ではないため、同軸アンテナに接触する塊成化物の状態が搬送に伴って時々刻々と変化すること、等が考えられる。このような変動する応力が同軸アンテナ１２３に作用すると、同軸アンテナ１２３には原料層搬送方向の振動が生じることとなる。このような状況下で同軸アンテナの長期使用を考えた場合、かかる振動が導波管１１１や同軸アンテナ１２３の疲労破壊の原因となることが懸念される。
【０１９２】
そこで、本変形例に係るマイクロ波乾燥装置１０では、変換器１２１の上流側に位置する導波管１１１に対して、塊成化物の搬送に伴って発生する振動を緩和する振動緩和機構を設置する。このような振動緩和機構としては、以下の２種類の機構を挙げることができる。
【０１９３】
第１の振動緩和機構として、マイクロ波発振機１０１で発生したマイクロ波を導波する導波管１１１に、振動を緩和する機構を備える導波管を設けることが挙げられる。
【０１９４】
振動を緩和する機構を備える導波管としては、例えば、導波管の中心軸方向のスライドを可能にするスライド機構を有する導波管（以下、スライド導波管と称する。）や、マイクロ波を導波可能な金属材（より好ましくは、導波管と同様の金属材）により形成された蛇腹部を有する導波管（以下、フレキシブル導波管と称する。）等を挙げることができる。
【０１９５】
スライド導波管は、スライド機構を有することで、導波管の中心軸方向の伸縮が可能となるため、導波管の中心軸方向と略平行な振動を緩和することができる。また、フレキシブル導波管は、金属製の蛇腹部を有することで、導波管の中心軸方向に対して略直交する方向に湾曲することが可能となるため、導波管の中心軸方向に対して略直交する方向の振動を緩和することが可能となる。
【０１９６】
また、第２の振動緩和機構として、マイクロ波照射部材である同軸アンテナ１２３を支持する支持体の一部に弾性部材を設けることが挙げられる。バネ機構やゴム製部材等といった弾性部材を支持体の一部に設けることで、支持体が支持する同軸アンテナ１２３に発生する振動を弾性部材によって緩和することが可能となる。
【０１９７】
以上説明したような振動緩和機構を設けることで、塊成化物の搬送に伴って発生する振動を緩和することが可能となり、導波管１１１や同軸アンテナ１２３が疲労破壊することを防止することができる。
【０１９８】
図２５Ａは、変換器１２１の上流側に位置する導波管１１１に対して、第１の振動緩和機構としてフレキシブル導波管１６１を設置するとともに、第２の振動緩和機構として支持体１６３の一部に例えばバネ機構からなる弾性部材１６５を設けた例を示している。
【０１９９】
図２５Ａに示した例では、マイクロ波発振機１０１、サーキュレータ１０３、自動整合器１０７等といったマイクロ波発振機構から延設された導波管１１１のうち、変換器１２１よりも上流側に位置し、かつ、鉛直方向に延びる導波管の一部に、フレキシブル導波管１６１が設置されている。フレキシブル導波管１６１は、上記のように、導波管の軸方向に対して略直交する方向の振動を緩和するものであるため、図２５Ａに示したように、乾燥炉５へと挿入するために略鉛直方向に設けられる導波管１１１の一部に設置されることが好ましい。
【０２００】
また、図２５Ａでは、同軸アンテナ１２３を支持し、水平方向に延設される支持体１６３の一部に、バネ機構からなる弾性部材１６５が設けられている。バネ機構は、バネがバネの中心軸方向に伸縮することで応力を緩和する機構である。
【０２０１】
図２５Ａに示したように、マイクロ波発振機構や支持体１６３の末端は、壁等の強固な部材に固定されている。その上で、上記のようなフレキシブル導波管１６１や弾性部材１６５を設置することで、フレキシブル導波管１６１より下流側かつ弾性部材１６５よりも前方に位置する変換器１２１及び同軸アンテナ１２３が構造的に分離され、ある程度自由に動くことが可能となる。なお、同軸アンテナ１２３の乾燥炉５への挿入部分には、同軸アンテナ１２３のある程度の動きを許容しつつ、乾燥炉５の気密を維持するための埋め込み材１６７を設けておくことが好ましい。
【０２０２】
図２５Ｂは、図２５Ａに示したフレキシブル導波管１６１に代えて、スライド導波管１６９を設置した例を示している。スライド導波管１６９は、上記のように、導波管の軸方向の振動を緩和するものであるため、図２５Ｂに示したように、変換器１２１の上流側の略水平方向に延設される導波管１１１の一部に設置されることが好ましい。
【０２０３】
なお、図２５Ａ及び図２５Ｂでは、一つの導波管１１１に対してフレキシブル導波管１６１又はスライド導波管１６９の一方を配設する場合について図示しているが、フレキシブル導波管１６１とスライド導波管１６９を併用しても良い。また、図２５Ａ及び図２５Ｂでは、フレキシブル導波管１６１、弾性部材１６５、スライド導波管１６９を一つ用いる場合について図示しているが、これらの部材を一つの導波管１１１や同軸アンテナ１２３に対して複数設置してもよい。
【０２０４】
また、図２５Ａ及び図２５Ｂでは、フレキシブル導波管１６１又はスライド導波管１６９と、弾性部材１６５と、を併用する場合について図示しているが、塊成化物の搬送速度等によっては、弾性部材１６５を用いずに、フレキシブル導波管１６１又はスライド導波管１６９のみを配設するようにしてもよい。
【０２０５】
なお、図２５Ａ及び図２５Ｂでは、変動する応力を受ける同軸アンテナを構造的に分離するための機構について説明したが、マイクロ波発振機構を含む同軸アンテナ１２３全体を可動式にして、振動を緩和するようにすることも考えられる。
【０２０６】
以上、図２４〜図２５Ｂを参照しながら、本発明の第２の参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について説明した。
【０２０７】
（第３の参考形態）
本発明の第１の参考形態及び第２の参考形態に係るマイクロ波乾燥装置１０は、マイクロ波照射部材１０９を乾燥炉５の上方から挿入することで、塊成化物からなる原料層の下層部位を選択的に加熱するものであった。本発明の第３の参考形態に係るマイクロ波乾燥装置１０は、マイクロ波照射部材１０９としてスリットアンテナを乾燥炉５の側壁から挿入することで、塊成化物からなる原料層の下層部位を選択的に加熱する。以下では、図２６〜図３１を参照しながら、マイクロ波照射部材としてスリットアンテナを利用したマイクロ波乾燥装置及びマイクロ波乾燥方法について、詳細に説明する。
【０２０８】
なお、本参考形態に係るマイクロ波乾燥装置１０の全体構成は、図６に示した本発明の実施形態に係るマイクロ波乾燥装置１０の全体構成と同様であるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０２０９】
＜マイクロ波照射部材の構成について＞
以下では、図２６〜図３１を参照しながら、本参考形態に係るマイクロ波照射部材の構成について、詳細に説明する。図２６〜図３１は、本参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【０２１０】
図２６に示したように、本参考形態では、マイクロ波照射部材１０９としてスリットアンテナ（スロットアンテナとも呼ばれる。）１３１を使用し、このスリットアンテナ１３１を、図２６において紙面奥行き方向に搬送されている塊成化物からなる原料層に対して、網目状コンベアの直上近傍に位置する乾燥炉５の側壁から挿入する。また、図２６では、スリットアンテナ１３１は、乾燥炉５を幅方向に貫通するように挿入した場合について図示しているが、スリットアンテナ１３１の乾燥炉幅方向の端部は、乾燥炉５を貫通していなくともよい。また、図２６では、説明を分かり易くするために、乾燥炉５に挿入されるスリットアンテナ１３１のうちの１個のみを記載しているが、乾燥炉５には、複数個のスリットアンテナ１３１が乾燥炉５の側壁から挿入される。
【０２１１】
図２７は、マイクロ波照射部材１０９として使用されるスリットアンテナ１３１の構成を説明するための説明図である。図２７上段に示した図は、スリットアンテナ１３１を上方からみた場合の図であり、図２７下段に示した図は、上段に示したスリットアンテナ１３１をＡ−Ａ切断線で切断した場合の断面を模式的に示したものである。
【０２１２】
図２７に示したように、本参考形態に係るスリットアンテナ１３１は、矩形状の金属管と、この金属管の上面に設けられた複数の開口部（スリット）１３３とを有している。開口部１３３は、互いに隣り合う開口部１３３との間の距離が金属管内部を伝播するマイクロ波の波長の半分の長さに対応するように、矩形状の金属管の上面に設けられている。金属管に設けられる開口部１３３の個数は、乾燥炉５の幅に応じて適宜決定すればよく、特に制限されるものではない。また、開口部１３３の形状や大きさは、所望の周波数及び強度を有するマイクロ波を導波することが可能な形状及び大きさとなるように決定すればよい。
【０２１３】
また、スリットアンテナ１３１の乾燥炉幅方向の端部には、終端反射板（ターミネーション）１３５が設けられている。この終端反射板１３５は、マイクロ波帯域に属する電磁波を全反射させる部材である。終端反射板１３５の乾燥炉幅方向の設置位置を微調整することで、スリットアンテナ１３１の内部を伝播するマイクロ波の強度分布の山に対応する部分が開口部１３３の位置に適合するように調整を行うことができる。このような調整を行うことで、開口部１３３から放射されるマイクロ波の強度を最大化することができる。
【０２１４】
図２６に示したように、スリットアンテナ１３１の開口部１３３が設けられた面には、塊成化物からなる原料層の重さが重畳することとなる。従って、スリットアンテナ１３１は、搬送中の塊成化物から受ける単位面あたりの荷重を考慮して、断面形状が荷重を受けて座屈変形しないような強度を有するように、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）や非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ）やこれらを含む合金等の各種金属を利用して製造される。
【０２１５】
乾燥炉５の原料層内部は、下層部位において約８０℃以上の温度を有し、約１００％に近い湿度を有する高温多湿状態にあり、このような状況下で塊成化物が移動している。そのため、スリットアンテナ１３１の内部に湿気が侵入することによるアーキングの発生を防止するとともに、スリットアンテナ１３１の内部への粉塵の侵入を防止するために、乾燥空気や乾燥窒素等の保護ガスをスリットアンテナ１３１の内部に導入して、スリットアンテナ１３１に正圧がかかっている状態とすることが好ましい。
【０２１６】
また、スリットアンテナ１３１の開口部１３３を保護するために、少なくとも開口部１３３の直上には、セラミックスカバー１３７が設けられることが好ましい。セラミックスカバー１３７は、スリットアンテナ１３１自体と同じ平面投影寸法を持ち、開口部１３３を含めて、スリットアンテナ１３１の上面全体を覆うものとするのが望ましい。
【０２１７】
セラミックスカバー１３７は、加熱源であるマイクロ波の吸収が少なく、高温多湿状態でも利用可能であり、塊成化物との接触に耐えうる強度、耐摩耗性、加工性を備える無機材料セラミックスを用いて形成される。セラミックスカバー１３７に用いられる無機材料セラミックスは、マイクロ波の吸収特性に関与する誘電損失係数εｒ”が、０．０２未満であることが好ましい。誘電損失係数εｒ”を０．０２未満とすることで、マイクロ波吸収による無機材料セラミックスの自己発熱を抑制することが可能となる。
【０２１８】
このような無機材料セラミックスの例として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ、化学式：Ｓｉ３Ｎ４・Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）等がある。これらの無機材料セラミックスを単独で使用してセラミックスカバー１３７を製造してもよく、これらの無機材料セラミックスを混合してセラミックスカバー１３７を製造してもよい。
【０２１９】
本参考形態では、このようなスリットアンテナ１３１を、図２８に示したように、スリットアンテナ１３１の長軸方向が乾燥炉幅方向と略平行となるように、乾燥炉の搬送方向にわたって複数配置する。この際、図２８に示したように、各スリットアンテナ１３１は、網目状コンベアのほぼ直上に位置するように、乾燥炉５の側壁から挿入される。これにより、乾燥炉５中の塊成化物は、スリットアンテナ１３１を乗り越えるようにして搬送されることとなり、スリットアンテナ１３１を乗り越える間にマイクロ波によって加熱されることとなる。
【０２２０】
また、本参考形態では、複数のスリットアンテナ１３１全体の加熱範囲（すなわち、スリット開口部分）が、乾燥炉５の幅方向の略全体をカバーするように、スリットアンテナ１３１を設置する。
【０２２１】
この際、図２８に示したように、スリットアンテナ１３１の開口部１３３の位置を、搬送方向で互いに隣り合うスリットアンテナ１３１間でずらして配置して、互いの加熱範囲を補完しあうようにする。
【０２２２】
複数のスリットアンテナの開口部が乾燥炉５の幅方向の略全体をカバーしない場合は、スリットアンテナから放射されるマイクロ波の加熱範囲が炉全幅に及ばず、炉の幅方向に対して塊成化原料の加熱ムラができるため、原料の乾燥ムラにつながって好ましくない。しかしながら、マイクロ波により加熱が行われた部分については、原料の乾燥が改善されるため、挿入した導波管の本数に応じて、原料全体としてみた平均値としての乾燥は改善される。
【０２２３】
また、乾燥炉の特性として炉幅方向における熱風乾燥の効率が異なる場合は、乾燥効率が劣位で塊成化原料の乾燥が遅れている部分にのみスリットアンテナの開口部を設け、マイクロ波を照射することも有効である。
【０２２４】
また、どのように各スリットアンテナ１３１を配置するかについては、図２８に示した例に特に限定されるわけではなく、例えば、乾燥炉５の残留水分の偏り状況に関する知見等に基づき、この偏りを解消可能なようにスリットアンテナ１３１の配設位置を決定すればよい。
【０２２５】
ここで、図２８では、スリットアンテナ１３１の長軸方向が乾燥炉５の幅方向と略平行となるようにスリットアンテナ１３１を配設する場合について示しているが、例えば図２９に示したように、スリットアンテナ１３１を斜めに配設してもよい。このような配置を行うことで、各スリットアンテナ１３１が加熱可能な炉幅方向範囲を更に広げることが可能となり、より広範囲の塊成化物を加熱することができる。なお、図２９では、スリットアンテナ１３１の長軸方向と乾燥炉幅方向とのなす角度（傾斜角度）が一定である場合について図示しているが、それぞれのスリットアンテナ１３１の傾斜角度が互いに異なるように、スリットアンテナ１３１を配設してもよい。
【０２２６】
乾燥炉５内を搬送される塊成化物がスリットアンテナ１３１を乗り越えやすくするために、例えば図３０に示したように、スリットアンテナ１３１の側面に対して、テーパー部１３９ａを設けたり、ローラー部１３９ｂを設けたりしてもよい。
【０２２７】
具体的には、図３０上段に示したように、スリットアンテナ１３１の搬送方向上流側の側面に対して、当該搬送方向上流側に行くに従い高さが低くなるようなテーパー部１３９ａを設けてもよい。また、図３０下段に示したように、スリットアンテナ１３１の搬送方向上流側の側面に対して、当該搬送方向上流側に行くに従い高さが低くなるようなテーパー部を設け、このテーパー部に複数のローラーを設けてローラー部１３９ｂとしてもよい。このようなテーパー部１３９ａ又はローラー部１３９ｂを設けることで、塊成化物がスリットアンテナ１３１を乗り越えやすくなり、スリットアンテナ１３１による塊成化物の搬送抵抗を更に低減することが可能となる。また、スリットアンテナ１３１の搬送方向上流側の端部だけでなく、搬送方向下流側の端部に対しても上記テーパー部１３９ａや、テーパー部に更にローラーを有するローラー部１３９ｂを設けてもよい。
【０２２８】
また、図３１に示したように、網目状コンベアの直上付近だけでなく、網目状コンベアの上方に、網目状コンベア面から離隔するようなかたちで、スリットアンテナ１３１を配設してもよい。スリットアンテナ１３１を乾燥炉５の高さ方向に上下に配置することで、乾燥炉５内を搬送される原料層の様々な部位をマイクロ波により加熱することが可能となる。
【０２２９】
以上、図２６〜図３１を参照しながら、本発明の第３の参考形態に係るマイクロ波乾燥装置１０及びマイクロ波乾燥方法について、詳細に説明した。
【０２３０】
＜第３の参考形態の変形例＞
次に、図３２Ａ〜図３３Ｂを参照しながら、本発明の第３の参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について説明する。図３２Ａ〜図３３Ｂは、本発明の第３の参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について説明するための説明図である。
【０２３１】
［スリットアンテナの原料層搬送方向の配設方法］
次に、図３２Ａ及び図３２Ｂを参照しながら、本変形例に係るスリットアンテナの原料層搬送方向の配設方法について説明する。
【０２３２】
乾燥炉５の内部を搬送されている塊成化物原料が、本変形例に係るスリットアンテナ１３１一つから照射されるマイクロ波によって加熱される時間ｔは、スリットアンテナ１３１の幅（搬送方向の幅）をＷ［ｍｍ］とし、塊成化物の搬送速度をＶ［ｍｍ／ｓｅｃ］とした場合に、おおよそ（Ｗ／Ｖ）秒となる。
【０２３３】
一方、スリットアンテナを用いてマイクロ波を導波する場合、スリットアンテナ内部に複数の伝播モードが発生しないようにし、マイクロ波の伝送効率を維持するために、スリットアンテナの幅を導波するマイクロ波の波長未満とすることが多い。例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いる場合、スリットアンテナの搬送方向の最大幅は、１２０ｍｍ程度の大きさとなる。従って、スリットアンテナ１本の最大幅が１２０ｍｍ程度である場合、通常の網目状コンベアの搬送速度を考慮すると、上記時間ｔは極めて短時間となる。
【０２３４】
このような短時間の間に塊成化物をマイクロ波によって十分に乾燥させるために、方策の一つとして、出力強度の大きなマイクロ波を利用することが考えられる。しかしながら、スリットアンテナの上部に存在し、マイクロ波によって加熱される塊成化物は、塊成化物の位置により加熱の大小に差が生じるため、必ずしも均一に加熱されるわけではない。また、大出力のマイクロ波を用い短時間での乾燥を得ようとする場合には、一部の塊成化物が過剰加熱され、塊成化物に含まれる揮発成分が発火してしまう可能性がある。そのため、塊成化物をマイクロ波によって十分に乾燥させるためには、塊成化物が過剰加熱しない程度の出力を有するマイクロ波を利用し、マイクロ波の作用時間を長くすることで、乾燥の促進を図ることが重要となる。
【０２３５】
そこで、本変形例では、例えば図３２Ａ及び図３２Ｂに示したように、原料層の搬送方向にスリットアンテナ１３１の加熱範囲が連続するように、スリットアンテナ１３１を原料層の搬送方向に並べて配設する。このようなスリットアンテナの配設方法を採用することで、マイクロ波が照射されている区間を長くすることができ、ひいては、塊成化物へのマイクロ波の作用時間を長くすることが可能となる。
【０２３６】
ここで、スリットアンテナ１３１の搬送方向の配列方法は、搬送方向に隣り合う互いのスリットアンテナ１３１の加熱範囲が連続するようにすれば、特に限定されるものではなく、隣り合うスリットアンテナ１３１が互いに接触していてもよいし、離隔していてもよい。なお、隣り合うスリットアンテナ１３１を離隔して配置する場合には、隣り合うスリットアンテナ１３１の間の空間に塊成化物が詰らないように、カバー等を設けることが好ましい。
【０２３７】
また、図３２Ａ及び図３２Ｂでは、２つのスリットアンテナ１３１を搬送方向に連続して配設する場合について図示しているが、搬送方向に３個以上のスリットアンテナ１３１を連続して配設してもよいことは言うまでもない。
【０２３８】
［搬送方向の振動緩和機構］
次に、図３３Ａ及び図３３Ｂを参照しながら、塊成化物の搬送に伴ってスリットアンテナ１３１に発生する振動を緩和するための技術について説明する。
【０２３９】
本発明の第３の参考形態とその変形例に係るマイクロ波乾燥装置１０では、塊成化物を網目状コンベア上に積層して原料層とした上で搬送しながら、原料層の上部から下部に向かって熱風を通過させることで塊成化物を乾燥させる乾燥炉に対して、乾燥炉の側壁からスリットアンテナ１３１を挿入し、原料層下層部に対してマイクロ波を照射することで、該当する部位の乾燥を促進させる装置である。
【０２４０】
この際、乾燥炉５の側壁から挿入しているスリットアンテナ１３１には、塊成化物の搬送に伴って変動する応力が働く。スリットアンテナ１３１に作用する応力が変動する理由としては、網目状コンベアによる搬送速度が一定ではなくわずかながら変動すること、塊成化物の密度が厳密には均一ではないため、スリットアンテナ１３１に接触する塊成化物の状態が搬送に伴って時々刻々と変化すること、等が考えられる。このような変動する応力がスリットアンテナ１３１に作用すると、スリットアンテナ１３１には原料層搬送方向の振動が生じることとなる。このような状況下でスリットアンテナの長期使用を考えた場合、かかる振動が導波管１１１やスリットアンテナ１３１の疲労破壊の原因となることが懸念される。
【０２４１】
そこで、本変形例に係るマイクロ波乾燥装置１０では、スリットアンテナ１３１に接続されている導波管１１１に対して、塊成化物の搬送に伴って発生する振動を緩和する振動緩和機構を設置する。このような振動緩和機構としては、以下の２種類の機構を挙げることができる。
【０２４２】
第１の振動緩和機構として、マイクロ波発振機１０１で発生したマイクロ波を導波する導波管１１１に、振動を緩和する機構を備える導波管を設けることが挙げられる。
【０２４３】
振動を緩和する機構を備える導波管としては、例えば、導波管の中心軸方向のスライドを可能にするスライド機構を有する導波管（以下、スライド導波管と称する。）や、マイクロ波を導波可能な金属材（より好ましくは、導波管と同様の金属材）により形成された蛇腹部を有する導波管（以下、フレキシブル導波管と称する。）等を挙げることができる。
【０２４４】
スライド導波管は、スライド機構を有することで、導波管の中心軸方向の伸縮が可能となるため、導波管の中心軸方向と略平行な振動を緩和することができる。また、フレキシブル導波管は、金属製の蛇腹部を有することで、導波管の中心軸方向に対して略直交する方向に湾曲することが可能となるため、導波管の中心軸方向に対して略直交する方向の振動を緩和することが可能となる。
【０２４５】
また、第２の振動緩和機構として、マイクロ波照射部材であるスリットアンテナ１３１を支持する支持体の一部に弾性部材を設けることが挙げられる。バネ機構やゴム製部材等といった弾性部材を支持体の一部に設けることで、支持体が支持するスリットアンテナ１３１に発生する振動を弾性部材によって緩和することが可能となる。
【０２４６】
以上説明したような振動緩和機構を設けることで、塊成化物の搬送に伴って発生する振動を緩和することが可能となり、導波管１１１やスリットアンテナ１３１が疲労破壊することを防止することができる。
【０２４７】
図３３Ａは、導波管１１１に対して、第１の振動緩和機構としてフレキシブル導波管１６１を設置した例を示している。
【０２４８】
図３３Ａに示した例では、マイクロ波発振機１０１、サーキュレータ１０３、自動整合器１０７等といったマイクロ波発振機構から延設された導波管１１１のうち、鉛直方向に延びる導波管の一部に、フレキシブル導波管１６１が設置されている。フレキシブル導波管１６１は、上記のように、導波管の軸方向に対して略直交する方向の振動を緩和するものであるため、図３３Ａに示したように、乾燥炉５へと挿入するために略鉛直方向に設けられる導波管１１１の一部に設置されることが好ましい。
【０２４９】
図３３Ｂは、図３３Ａに示したフレキシブル導波管１６１に代えて、スライド導波管１６９を設置した例を示している。また、図３３Ｂでは、第２の振動緩和機構として支持体１６３の一部に例えばバネ機構からなる弾性部材１６５を設けた例を示している。
【０２５０】
スライド導波管１６９は、上記のように、導波管の軸方向の振動を緩和するものであるため、図３３Ｂに示したように、略水平方向に延設される導波管１１１の一部に設置されることが好ましい。
【０２５１】
また、図３３Ｂでは、スリットアンテナ１３１を支持し、水平方向に延設される支持体１６３の一部に、バネ機構からなる弾性部材１６５が設けられている。バネ機構は、バネがバネの中心軸方向に伸縮することで応力を緩和する機構である。
【０２５２】
図３３Ａ及び図３３Ｂに示したように、マイクロ波発振機構や支持体１６３の末端は、壁等の強固な部材に固定されている。その上で、上記のようなフレキシブル導波管１６１又はスリット導波管１６９や弾性部材１６５を設置することで、フレキシブル導波管１６１又はスリット導波管１６９より下流側かつ弾性部材１６５よりも前方に位置するスリットアンテナ１３１が構造的に分離され、ある程度自由に動くことが可能となる。なお、スリットアンテナ１３１の乾燥炉５への挿入部分には、スリットアンテナ１３１のある程度の動きを許容しつつ、乾燥炉５の気密を維持するための埋め込み材を設けておくことが好ましい。
【０２５３】
なお、図３３Ａ及び図３３Ｂでは、一つの導波管１１１に対してフレキシブル導波管１６１又はスライド導波管１６９の一方を配設する場合について図示しているが、フレキシブル導波管１６１とスライド導波管１６９を併用しても良い。また、図３３Ａ及び図３３Ｂでは、フレキシブル導波管１６１、弾性部材１６５、スライド導波管１６９を一つ用いる場合について図示しているが、これらの部材を一つの導波管１１１やスリットアンテナ１３１に対して複数設置してもよい。
【０２５４】
また、図３３Ａでは、図示の便宜上、支持体１６３及び弾性部材１６５を図示していないが、フレキシブル導波管１６１に加えて支持体１６３及び弾性部材１６５を利用してもよいことは言うまでもない。逆に、図３３Ｂでは、スライド導波管１６９と、弾性部材１６５と、を併用する場合について図示しているが、塊成化物の搬送速度等によっては、弾性部材１６５を用いずに、フレキシブル導波管１６１又はスライド導波管１６９のみを配設するようにしてもよい。
【０２５５】
なお、図３３Ａ及び図３３Ｂでは、変動する応力を受けるスリットアンテナを構造的に分離するための機構について説明したが、マイクロ波発振機構を含むスリットアンテナ１３１全体を可動式にして、振動を緩和するようにすることも考えられる。
【０２５６】
以上、図３２Ａ〜図３３Ｂを参照しながら、本発明の第３の参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について説明した。
【０２５７】
（第１の実施形態）
以上説明した第１〜第３の参考形態では、マイクロ波照射部材１０９として、導波管１１１、同軸アンテナ１２３又はスリットアンテナ１３１を用いる場合について説明を行ったが、これらの参考形態及び変形例に係るマイクロ波照射部材１０９を組み合わせて用いることも可能である。以下では、図３４〜図３７Ｂを参照しながら、異なる種類のマイクロ波照射部材１０９を組み合わせて用いる本発明の第１の実施形態について説明する。
【０２５８】
なお、本実施形態に係るマイクロ波乾燥装置１０の全体構成は、図６に示した本発明の実施形態に係るマイクロ波乾燥装置１０の全体構成と同様であるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０２５９】
＜マイクロ波照射部材の構成について＞
以下では、図３４〜図３７Ｂを参照しながら、本実施形態に係るマイクロ波照射部材の構成について、詳細に説明する。図３４〜図３７Ｂは、本実施形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【０２６０】
図３４及び図３５は、本実施形態に係るマイクロ波照射部材１０９の一例を示した説明図である。
図３４に示したように、本実施形態に係るマイクロ波照射部材１０９として、第１の参考形態で説明した導波管１１１と、第３の参考形態で説明したスリットアンテナ１３１とを併用することが可能である。また、図３５に示したように、本実施形態に係るマイクロ波照射部材１０９として、第２の参考形態で説明した同軸アンテナ１２３と、第３の参考形態で説明したスリットアンテナ１３１とを併用することが可能である。
【０２６１】
導波管１１１、同軸アンテナ１２３及びスリットアンテナ１３１の詳細な構成及び乾燥炉への設置方法については、先だって説明した各参考形態とその変形例と同様であり、同様の効果を奏するものであるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０２６２】
ここで、導波管１１１又は同軸アンテナ１２３と、スリットアンテナ１３１との配設位置であるが、例えば図３６に示したように、各照射部材の加熱範囲が、全体として乾燥炉５の幅方向の略全域をカバーするように、導波管１１１又は同軸アンテナ１２３の少なくとも一方と、スリットアンテナ１３１と、を配設する。
【０２６３】
また、どのように導波管１１１、同軸アンテナ１２３及びスリットアンテナ１３１を配置するかについては、例えば図３６に示した場合に限定されるわけではなく、例えば、乾燥炉５の残留水分の偏り状況に関する知見等に基づき、この偏りを解消可能なように各照射部材の配設位置を決定すればよい。また、第１の参考形態の変形例〜第３の参考形態の変形例にて示したように、導波管１１１や同軸アンテナ１２３やスリットアンテナ１３１の加熱範囲が搬送方向に連続するように、これらのマイクロ波照射部材を搬送方向に並べて配設してもよい。
【０２６４】
なお、図３６では、導波管１１１及びスリットアンテナ１３１を併用した場合を示しているが、導波管１１１、同軸アンテナ１２３及びスリットアンテナ１３１の３種類の照射部材を併用してもよい。
【０２６５】
本発明の対象とする乾燥炉５では、前述のとおり上方からの熱風による乾燥が主体であるため、積層されたブリケット等の塊成化物からなる原料層の下層ほど乾燥不良として水分が残留しやすい環境にある。ここで、導波管１１１や同軸アンテナ１２３による原料層下層部分へのマイクロ波照射において、図３７Ａ及び図３７Ｂに示したように、導波管１１１あるいは同軸アンテナ１２３の出口近傍のマイクロ波電界が強くなり、原料層の最下層近傍におけるマイクロ波電界の強度は、出口近傍に比べてやや低くなる。その結果、図３４及び図３５において実線で囲んだ領域Ａ近傍の塊成化物が加熱されやすく、最下層に位置する塊成化物（点線で囲んだ領域Ｂ近傍）への加熱効率が低下する傾向となる。
【０２６６】
一方、スリットアンテナ１３１においては、図３４及び図３５において、マイクロ波の出口であるスリット直上に存在する最下層の塊成化物（図３４及び図３５において点線で囲んだ領域Ｂ近傍）への加熱効率が最大となる。
【０２６７】
従って、導波管１１１や同軸アンテナ１２３を単独で使用する場合には、図３７Ａ及び図３７Ｂにおいて、「加熱やや低下」と示した部分においても十分な個数の導波管１１１又は同軸アンテナ１２３の設置が求められるが、導波管１１１や同軸アンテナ１２３と、スリットアンテナ１３１と、を組み合わせることによって、塊成化物の積層方向（乾燥炉の高さ方向）の加熱範囲を拡大し、積層方向でのより広い範囲で塊成化物を加熱し乾燥の進行を改善させることが可能となる。
【０２６８】
また、乾燥炉５の幅方向への加熱に関し、スリットアンテナ１３１は、マイクロ波を放射する開口部１３３の間隔をアンテナ中を伝搬するマイクロ波の管内波長の１／２とすることで、マイクロ波の放射が効率的に行われる。周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波させる導波管においては、例えばＥＩＡＪ規格のＷＲＩ−２２導波管の場合、管内波長は１４．８ｃｍであり、スリットの間隔は７．４ｃｍになるなど、開口部１３３の間隔は最短で７ｃｍ程度と、比較的狭い間隔でマイクロ波を放射することができる。従って、スリットアンテナ１３１を用いると、搬送コンベアの幅方向の広い範囲を均一に加熱することが可能となる。
【０２６９】
従って、スリットアンテナ１３１を導波管１１１や同軸アンテナ１２３と組み合わせて用いることで、乾燥炉５全体の加熱のために原料層に挿入する導波管１１１あるいは同軸アンテナ１２３の個数を削減することが可能となり、設備コストの削減を実現することができる。
【０２７０】
本実施形態は、マイクロ波を原料層の内部（下層部）で放射することにより、放射したマイクロ波エネルギーの大部分が放射点の周辺の原料に吸収され、原料の加熱に使用されるものであり、加熱のエネルギー効率の高い加熱方法である。
【０２７１】
以上、図３４〜図３７Ｂを参照しながら、本発明の第１の実施形態に係るマイクロ波乾燥装置１０及びマイクロ波乾燥方法について説明した。
【０２７２】
なお、上記説明では、第１の参考形態又は第２の参考形態に係るマイクロ波照射部材と、第３の参考形態に係るマイクロ波照射部材と、を組み合わせて用いる場合について説明したが、本実施形態において、マイクロ波照射部材の組み合わせ方は、上記の場合に限定されるわけではない。すなわち、第１の参考形態の変形例又は第２の参考形態の変形例に係るマイクロ波照射部材と、第３の参考形態に係るマイクロ波照射部材と、を組み合わせても良いし、第１の参考形態又は第２の参考形態に係るマイクロ波照射部材と、第３の参考形態の変形例に係るマイクロ波照射部材と、を組み合わせても良い。また、第１の参考形態の変形例又は第２の参考形態の変形例に係るマイクロ波照射部材と、第３の参考形態の変形例に係るマイクロ波照射部材と、を組み合わせても良い。
【０２７３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０２７４】
１０ マイクロ波乾燥装置
１０１ マイクロ波発振機
１０３ サーキュレータ
１０５ アイソレータ
１０７ 自動整合器
１０９ マイクロ波照射部材
１１１ 導波管
１１３，１２５，１３７，１５３ セラミックスカバー
１１５，１２７，１３９ａ テーパー部
１２１ 変換器
１２３ 同軸アンテナ
１２３ａ 中心導体
１２３ｂ 外周導体
１２３ｃ スペーサー
１３１ スリットアンテナ
１３３ 開口部
１３５ 終端反射板
１３９ｂ ローラー部
１５１ 切り欠き部
１５５ 整合ピン
１５７ 分岐板
１６１ フレキシブル導波管
１６３ 支持体
１６５ 弾性部材
１６７ 埋め込み材
１６９ スライド導波管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波乾燥装置及びマイクロ波乾燥方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気炉による鋼材の製造が盛んになるにつれ、その主原料であるスクラップの需要は逼迫し、電気炉での高級鋼製造に対する要請から還元鉄の需要が増大しつつある。
【０００３】
還元鉄を製造する方法の一つとして、粉状の鉄鉱石や製鉄ダスト等の酸化鉄原料と、粉状の石炭やコークス等の炭材とを混合して、例えばペレットやブリケットのような塊成化物とし、この塊成化物を回転炉床炉等の還元炉に装入して高温に加熱することで酸化鉄原料を還元し、固体状の金属鉄を得る方法がある。このような方法において、酸化鉄原料と炭材とを含む塊成化物の水分含有率を調整することが、塊成化物の還元率を高める上で重要となる。
【０００４】
以上のような還元鉄の製造工程において、塊成化物等の水分含有率を調整するための装置として、金網状のコンベア上に装入された被乾燥物を熱風により乾燥させるトンネル状の炉がある（例えば、以下の特許文献１を参照。）。このような乾燥炉は、炉の上方から下方に向けて熱風を通過させることで、装入された被乾燥物を乾燥させる。
【０００５】
上記特許文献１に開示されているような乾燥炉は、熱風を上方に供給することによる熱風乾燥であるため、被乾燥物である小塊原料の下層部分（金網状のコンベアに近い部分）の乾燥が遅れ、下層部分に位置する小塊原料の乾燥が不十分になってしまう。小塊原料の乾燥が不足すると小塊原料の強度が不足し、次工程において小塊原料が粉化することで生産歩留まりの低減が生じてしまう。また、このような生産歩留まりの低減を防止するためには、小塊原料に混合する各種バインダーを余分に添加することが必要となり、製造コストが増加してしまうという問題がある。
【０００６】
また、小塊原料は石炭やコークス等の炭材を含有しているため、小塊原料を加熱しすぎると発火の恐れがあり、熱風の温度を上げて乾燥効率の改善を図ることは困難である。従って、発火防止の観点から、十分に乾燥される上層部分ではなく、水分の残留する下層部分を選択的に加熱することが求められている。
【０００７】
また、上記のような熱風を利用する乾燥炉以外にも、ヒーターによる乾燥を補助するために被加工物の外部から乾燥室の自由空間内にマイクロ波を照射する乾燥炉が提案されている（例えば、以下の特許文献２を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１１３１９７号公報
【特許文献２】特開平６−３４７１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のような還元鉄の製造工程では、被乾燥物である塊成化物の乾燥炉内での層厚は約２００ｍｍ以上と厚い。そのため、上記特許文献２に記載されているように炉内の自由空間に対してマイクロ波を照射した場合、塊成化物層の上層部位にマイクロ波を作用させることは可能であるが、以下で詳述するように、本発明者らによる検討の結果、塊成化物の下層部位にマイクロ波を作用させることが出来ないことが明らかとなった。
【００１０】
また、重量物である塊成化物を搬送するためのコンベアは金属製の金網であるため、コンベアの裏面から塊成化物の下層部位へマイクロ波を照射したとしても、金属製のコンベアによりマイクロ波が反射されてしまい、塊成化物の下層部位へマイクロ波を作用させることができない。
【００１１】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、マイクロ波を利用して乾燥炉内に装入された被乾燥物の下層部位を選択的に加熱することが可能な、マイクロ波乾燥装置及びマイクロ波乾燥方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、被乾燥物をコンベアにより搬送する際に当該被乾燥物に対して熱風を吹き付けることで前記被乾燥物に含まれる水分を低減させる熱風式の乾燥炉に対して設置されるマイクロ波乾燥装置であって、前記被乾燥物を乾燥させるために用いられるマイクロ波を発振するマイクロ波発振機と、搬送される前記被乾燥物からなる被乾燥物層の内部に対し、前記マイクロ波によって前記被乾燥物が加熱される加熱範囲が前記被乾燥物層の最下層を含む深さまで挿入され、前記被乾燥物に対して前記マイクロ波を照射する複数の導波管と、前記コンベアの直上に設けられ、前記マイクロ波を導波する導波管の上面に複数の開口部を有し、当該複数の開口部それぞれから前記被乾燥物に対して前記マイクロ波を照射する複数のスリットアンテナと、を備え、前記導波管それぞれの前記加熱範囲、及び、前記スリットアンテナの前記開口部が、全体として前記乾燥炉の炉幅方向全体を覆うマイクロ波乾燥装置が提供される。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、被乾燥物をコンベアにより搬送する際に当該被乾燥物に対して熱風を吹き付けることで前記被乾燥物に含まれる水分を低減させる熱風式の乾燥炉に対して設置されるマイクロ波乾燥装置であって、前記被乾燥物を乾燥させるために用いられるマイクロ波を発振するマイクロ波発振機と、搬送される前記被乾燥物からなる被乾燥物層の内部に対し、前記マイクロ波によって前記被乾燥物が加熱される加熱範囲が前記被乾燥物層の最下層を含む深さまで挿入され、前記被乾燥物に対して前記マイクロ波を照射する複数の同軸アンテナと、前記コンベアの直上に設けられ、前記マイクロ波を導波する導波管の上面に複数の開口部を有し、当該複数の開口部それぞれから前記被乾燥物に対して前記マイクロ波を照射する複数のスリットアンテナと、を備え、前記同軸アンテナそれぞれの前記加熱範囲、及び、前記スリットアンテナの前記開口部が、全体として前記乾燥炉の炉幅方向全体を覆うマイクロ波乾燥装置が提供される。
【００１４】
前記複数の導波管又は同軸アンテナのうち少なくとも２つは、前記乾燥炉の炉幅方向の互いに異なる位置に配置されており、前記炉幅方向に互いに隣り合う前記導波管又は前記同軸アンテナの前記搬送方向の位置は、互いに相違することが好ましい。
【００１５】
前記複数の導波管は、当該導波管を前記被乾燥物層に挿入した際に前記搬送コンベアと対向する端部が開口となっていてもよい。
【００１６】
前記複数の導波管は、前記導波管の先端部と前記コンベアとの間の離隔距離が、自由空間における前記マイクロ波の波長の４分の１以上となるように前記被乾燥物層に挿入されることが好ましい。
【００１７】
前記複数の導波管は、少なくとも、当該導波管を前記被乾燥物層に挿入した際に前記乾燥炉の被乾燥物層搬送方向に対して平行となる側面に切り欠き部が設けられており、当該切り欠き部から前記マイクロ波が照射されてもよい。
【００１８】
前記複数の導波管は、前記切り欠き部の前記被乾燥物層の高さ方向の上端が当該被乾燥物層の高さ以下となるように前記被乾燥物層に挿入されることが好ましい。
【００１９】
前記複数の導波管は、前記切り欠き部の被乾燥物層の高さ方向の上端と前記コンベアとの間の距離が、自由空間における前記マイクロ波の波長の４分の１以上となるように前記被乾燥物層に挿入されることが好ましい。
【００２０】
前記スリットアンテナは、当該スリットアンテナの直軸方向が前記乾燥炉幅方向に対して平行になるように配置されてもよい。
【００２１】
前記スリットアンテナは、当該スリットアンテナの直軸方向が前記乾燥炉幅方向に対して斜めになるように配置されてもよい。
【００２２】
前記導波管は、前記マイクロ波の進行方向に垂直な断面の形状が矩形状であり、矩形状の前記切断面の短辺が前記搬送方向に対して直交しており、前記矩形状の切断面の長辺が前記搬送方向と平行であってもよい。
【００２３】
前記同軸アンテナは、中空又は中実の金属管である中心導体と、当該中心導体の更に外側に設けられる中空の金属管である外周導体と、を有し、前記中心導体の前記被乾燥物層側の端部は、前記外周導体の前記被乾燥物層側の端部よりも、前記同軸アンテナ内で伝搬される前記マイクロ波の波長の４分の１に対応する長さだけ突出していることが好ましい。
【００２４】
前記同軸アンテナの前記中心導体と前記外周導体とは、誘電損失係数が０．０２未満である無機材料セラミックスで形成されたスペーサーにより、互いの位置関係が固定されることが好ましい。
【００２５】
前記導波管の先端部もしくは切り欠き部又は前記同軸アンテナの先端部、及び、前記スリットアンテナの少なくとも前記開口部の部分には、誘電損失係数が０．０２未満である無機材料セラミックスで形成されたセラミックスカバーが設けられることが好ましい。
【００２６】
前記導波管又は前記同軸アンテナ、及び、前記スリットアンテナに対して、前記被乾燥物の搬送に伴って発生する振動を緩和する振動緩和機構を設けることが好ましい。
【００２７】
前記振動緩和機構として、前記導波管、前記同軸アンテナ又は前記スリットアンテナと、前記マイクロ波発振機と、の間に、軸方向のスライドを可能にするスライド機構を有するスライド導波管、又は、金属製の蛇腹部を有するフレキシブル導波管の少なくとも何れか一方を配設することが好ましい。
【００２８】
前記振動緩和機構として、前記導波管又は前記同軸アンテナ、及び、前記スリットアンテナをそれぞれ支持する支持体の一部に、弾性部材を設けることが好ましい。
【００２９】
前記導波管又は前記同軸アンテナ及び前記スリットアンテナを、前記搬送方向に前記加熱範囲が連続するように当該搬送方向に並べて配設することが好ましい。
【００３０】
前記導波管を、前記搬送方向に前記加熱範囲が連続するように分岐させてもよい。
【００３１】
前記導波管又は前記同軸アンテナ、及び、前記スリットアンテナの内部には防塵ガスが導入されており、前記導波管又は前記同軸アンテナ、及び、前記スリットアンテナの内部に正圧がかかった状態となっていることが好ましい。
【００３２】
前記導波管又は前記同軸アンテナの前記搬送方向上流側の端部には、当該搬送方向上流側に向かうほど搬送方向に垂直な断面の面積が小さくなるテーパー部が設けられてもよい。
【００３３】
前記スリットアンテナの前記搬送方向上流側の端部に、当該搬送方向上流側に向かうほど高さが低くなるテーパー部が設けられてもよい。
【００３４】
前記スリットアンテナの前記テーパー部に対し、１又は複数のローラーが更に設けられてもよい。
【００３５】
前記マイクロ波乾燥装置は、前記マイクロ波発振機と前記複数の導波管又は前記複数の同軸アンテナとの間に、前記マイクロ波発振機から発振された前記マイクロ波のインピーダンスと、前記乾燥炉内で反射し前記マイクロ波発振機に向かう前記マイクロ波のインピーダンスとの整合を行う自動整合器を更に備えることが好ましい。
【００３６】
前記無機材料セラミックスは、アルミナ、窒化ケイ素、サイアロン、窒化アルミニウム、窒化ホウ素及びこれらの混合物からなる群より選択されてもよい。
【００３７】
また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、被乾燥物をコンベアにより搬送する際に当該被乾燥物に対して熱風を吹き付けることで前記被乾燥物に含まれる水分を低減させる熱風式の乾燥炉に対して実施されるマイクロ波乾燥方法であって、前記被乾燥物を乾燥させるために用いられるマイクロ波を発振させ、搬送される前記被乾燥物からなる被乾燥物層の内部に対し、前記マイクロ波によって前記被乾燥物が加熱される加熱範囲が前記被乾燥物層の最下層を含む深さまで挿入された複数の導波管それぞれ、及び、前記コンベアの直上に設けられ、前記マイクロ波を導波する導波管の上面に複数の開口部を有し、当該複数の開口部それぞれから前記被乾燥物に対して前記マイクロ波を照射する複数のスリットアンテナそれぞれから前記被乾燥物層に対して前記マイクロ波を照射するものであり、前記導波管それぞれの前記加熱範囲、及び、前記スリットアンテナの前記開口部が、全体として前記乾燥炉の炉幅方向全体を覆うマイクロ波乾燥方法が提供される。
【００３８】
また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、被乾燥物をコンベアにより搬送する際に当該被乾燥物に対して熱風を吹き付けることで前記被乾燥物に含まれる水分を低減させる熱風式の乾燥炉に対して実施されるマイクロ波乾燥方法であって、前記被乾燥物を乾燥させるために用いられるマイクロ波を発振させ、搬送される前記被乾燥物からなる被乾燥物層の内部に対し、前記マイクロ波によって前記被乾燥物が加熱される加熱範囲が前記被乾燥物層の最下層を含む深さまで挿入された複数の同軸アンテナそれぞれ、及び、前記コンベアの直上に設けられ、前記マイクロ波を導波する導波管の上面に複数の開口部を有し、当該複数の開口部それぞれから前記被乾燥物に対して前記マイクロ波を照射する複数のスリットアンテナそれぞれから前記被乾燥物層に対して前記マイクロ波を照射するものであり、前記同軸アンテナそれぞれの前記加熱範囲、及び、前記スリットアンテナの前記開口部が、全体として前記乾燥炉の炉幅方向全体を覆うマイクロ波乾燥方法が提供される。
【発明の効果】
【００３９】
以上説明したように本発明によれば、マイクロ波照射部材を被乾燥物層の上方から所定の位置まで挿入したマイクロ波照射部材及びコンベアの直上に設けられたマイクロ波照射部材の双方からマイクロ波を照射することにより、乾燥炉内に装入された被乾燥物の下層部位を選択的に加熱することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】一般的な還元鉄の製造方法の流れについて示した説明図である。
【図２】乾燥炉内における塊成化物の状態について説明するための説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係るマイクロ波乾燥方法の概略を示した説明図である。
【図４】マイクロ波を用いた加熱方法に関する検討結果を説明するための説明図である。
【図５】マイクロ波を用いた加熱方法に関する検討結果を説明するための説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係るマイクロ波乾燥装置の構成を示した説明図である。
【図７】本発明の第１の参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図８】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図９】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図１０】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図１１】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図１２】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図１３Ａ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１３Ｂ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１３Ｃ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１３Ｄ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１３Ｅ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１４】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１５】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１６Ａ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１６Ｂ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１７Ａ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１７Ｂ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１８Ａ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１８Ｂ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図１９】本発明の第２の参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図２０】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図２１】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図２２】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図２３】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図２４】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図２５Ａ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図２５Ｂ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図２６】本発明の第３の参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図２７】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図２８】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図２９】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図３０】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図３１】同参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図３２Ａ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図３２Ｂ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図３３Ａ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図３３Ｂ】同参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について示した説明図である。
【図３４】本発明の第１の実施形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図３５】同実施形態に係るマイクロ波照射部材の第１変形例について示した説明図である。
【図３６】同実施形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図３７Ａ】同実施形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【図３７Ｂ】同実施形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００４２】
（還元鉄の製造工程について）
本発明の実施形態に係るマイクロ波乾燥装置及びマイクロ波乾燥方法について説明するに先立ち、まず、図１を参照しながら、還元鉄の製造工程について、詳細に説明する。図１は、還元鉄の製造工程を説明するための説明図である。
【００４３】
まず、製鉄ダスト（酸化鉄粉）及び鉄鉱石、粉鉱石などの酸化鉄原料と、石炭、コークス、微粒カーボン等の還元材とは、予めホッパー１等に格納されている。酸化鉄原料及び還元材は、予め設定された配合比となるように配合されて、粉砕機２に装入される。
【００４４】
ボールミル等の振動ミルに代表される粉砕機２は、装入された酸化鉄原料及び還元材を、混合しながら所定の粒径まで粉砕する。粉砕後の酸化鉄原料及び還元材の粒径は、還元鉄の製造に用いられる回転炉床炉、流動床炉、シャフト炉等の固体還元炉に適した値とすることができる。粉砕後の酸化鉄原料及び還元材からなる混合物は、混練機３に運搬される。
【００４５】
混練機３は、粉砕機２により所定の粒径に粉砕された混合物を混練する。また、混練機３は、混合物の混練に際して、還元鉄の製造に用いる固体還元炉に適した水分量となるまで混合物に加水を行う調湿処理を施してもよい。混練機３の一例として、例えば、ミックスマーラー等を挙げることができる。混練機３によって混練された混合物は、成型機４に搬送される。
【００４６】
パンペレタイザー（皿型造粒機）、ダブルロール圧縮機（ブリケット製造機）、押し出し成型機等の成型機４は、酸化鉄原料及び還元材を含む混合物を成型し、例えばペレットのような塊成化物とする。ここで、塊成化物とは、ペレット、ブリケット、押し出し成型して裁断した成型品、粒度調整された塊状物等の粒状物・塊状物をいう。成型機４は、後述する乾燥・加熱還元後、例えば熱間にて溶解炉７に装入する際、炉内上昇ガス流で飛散しない程度の粒径以上の大きさとなるように、上記混合物を塊成化する。生成された塊成化物は、乾燥炉５へと装入される。
【００４７】
乾燥炉５は、塊成化物を乾燥して、後述する加熱還元工程に適した水分含有率（換言すれば、還元鉄の製造に用いる固体還元炉ごとに適した水分含有率：例えば、１％以下）となるようにする。所定の水分含有率となった塊成化物は、後述する固体還元炉６へと搬送される。
【００４８】
例えば回転炉床炉（Ｒｏｔａｒｙ Ｈｅａｒｔｈ Ｆｕｒｎａｃｅ：ＲＨＦ）、流動床炉、シャフト炉等のような固体還元炉６は、装入された塊成化物を、ＬＮＧバーナーやＣＯＧバーナー等の加熱雰囲気で加熱および還元し、還元鉄とする。固体還元炉は、塊成化物を例えば１０００〜１３００℃程度まで加熱して塊成化物の還元処理を行い、還元鉄を製造する。製造された還元鉄は、溶解炉７に搬送される。溶解炉７では、固体還元炉６で製造された還元鉄を溶解し、溶銑を生成する。生成された溶銑は、脱硫／脱炭工程、二次精錬工程、連続鋳造工程、圧延工程等を経て、各種鉄鋼製品へと加工されることとなる。
【００４９】
（マイクロ波を用いた乾燥方法の概略）
以上のような還元鉄の製造工程において、通常、乾燥炉５は、熱風を用いて塊成化物を乾燥させるトンネル状の炉が用いられる。この乾燥炉５の内部には、通常、ブリケット等の塊成化物が例えば高さ２５０ｍｍ程度となるまで装入され、炉内を網目状の金属コンベアで搬送される。搬送される個々の塊成化物は、還元炉や溶解炉の型式等によって様々な大きさのものがあるが、例えば１０φ〜２０φ程度の概球形状のものや、３０φ〜５０φ×厚み２５ｍｍ程度の大きさであり、高さ２５０ｍｍ程度まで積層されることで、網目状コンベアには、約３００ｋｇ／ｍ２の荷重がかかる。この搬送の過程で、熱風によって塊成化物中の水分が除去され、塊成化物の水分含有率が所望の値となるように制御される。また、先だって説明したように、塊成化物中に含まれる石炭成分の発火を防止するために、使用する熱風は約２００℃以下とする制約がある。
【００５０】
しかしながら、本発明者らが乾燥炉内の水分の残存状況を調査した結果、図２に模式的に示したように、上方からの熱風による乾燥では、塊成化物層の上層部位は乾燥するものの、下層部位（網目状コンベアに近い部位）では水分の残留量が大きく、下層部位の塊成化物は、乾燥不良となっていることが多いことが明らかとなった。このような要因のために、塊成化物の平均乾燥化率は歩留まりが低下することとなり、乾燥度合いを高めるために、乾燥時間を長くしなければならなくなる。
【００５１】
そこで、本発明者らは、塊成化物層の下層部位を選択的に加熱する方法について鋭意検討を行った。かかる検討において懸案事項となった事象は、例えば以下のようなものである。
【００５２】
すなわち、乾燥炉の床面は金属を用いた網目状のコンベアとなっているため、単にコンベアの下方からマイクロ波を照射した場合には、照射したマイクロ波がコンベアで反射されてしまい、塊成化物を加熱することはできない。また、コンベアの材質を、例えばテフロンやナイロンのようにマイクロ波の吸収が少ない材質に変更することも考えられるが、このような材質は金属網ベルトに比べて高価であり、設備費用が高額になるとともに、約３００ｋｇ／ｍ２という荷重に耐えることができない。また、マイクロ波を上方から照射する場合であっても、塊成化物層の上下を乾燥炉内で反転させることで以前は下層に位置していた塊成化物を加熱することができるかもしれないが、このような上下反転を実施してしまうと、塊成化物が互いに衝突することにより砕けてしまい、塊成化物が粉化してしまうという問題が生じうる。
【００５３】
従って、塊成化物のようなある程度の硬度を有している被乾燥体が炉内を動いている（すなわち、被乾燥体が静止していない）状況下において塊成化物を十分に乾燥させるために、例えばｋＷクラスの高出力のマイクロ波を、マイクロ波照射部材の耐摩耗性等を維持しながら効率良く塊成化物の下層部位に対して照射することが可能な方法を検討する必要があった。
【００５４】
その結果、図３に模式的に示したように、塊成化物層の下層部位に対して網目状コンベアを介さずにマイクロ波を供給することによって、マイクロ波加熱により下層に位置する塊成化物を選択的に加熱することが可能な４種類の方法に想到した。
【００５５】
図３に模式的に示したような乾燥方法を用いることにより、塊成化物層の下層部位の乾燥進行を改善し、塊成化物の平均乾燥化率を向上させ、乾燥時間の短縮を図ることが可能となり、ひいては、乾燥工程の生産性を向上させることができる。
【００５６】
本発明の実施形態に係るマイクロ波乾燥装置及びマイクロ波乾燥方法について説明するに先立ち、本発明者らによるマイクロ波加熱を利用した塊成化物の乾燥方法に対する各種の検討結果について、図４及び図５を参照しながら、具体的に説明する。
【００５７】
＜マイクロ波による加熱が及ぶ範囲についての検討＞
本発明者らは、マイクロ波による加熱が及ぶ範囲について検討するために、以下のような実験を行った。図４は、塊成化物（ブリケット）に対してマイクロ波を上方から照射した場合について、マイクロ波加熱が及ぶ範囲を検証するための実験装置を模式的に示したものである。
【００５８】
図４に示したように、本発明者らは、金属製の容器に４０φ×２０ｍｍ程度の未乾燥ブリケット（実際の操業で用いられるもの）を積層し、チャンバー内に配置した。この際、金属製容器の略中央部分に位置するブリケットに熱電対を挿入するとともに、それぞれの層と層との間（例えば、図４下図における層Ａ−層Ｂ間、層Ｂ−層Ｃ間・・・等）にも熱電対を設置し、温度上昇の様子をモニターできるようにした。その上で、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を照射可能な３．０ｋＷマイクロ波発振機と、チャンバーへの入射マイクロ波出力と反射マイクロ波出力とを計測可能なパワーモニタと、反射マイクロ波を低減させるための自動整合器とを導波管で接続し、自動整合器から出力されるマイクロ波を、導波管を介してチャンバーの上方から照射した。この実験において、マイクロ波の入射電力は６００Ｗであり、マイクロ波の照射時間は６０秒とした。
【００５９】
その結果、図４下図に示した層Ａに位置するブリケットに挿入した熱電対、及び、層Ａ−層Ｂ間に挿入した熱電対では、明らかな温度上昇が確認され、層Ｂに位置するブリケットでも、層Ａに位置するブリケット程ではないものの温度上昇が確認された。しかしながら、層Ｃよりも下層に位置するブリケットでは、温度上昇が確認できなかった。この実験結果は、塊成化物の上方からマイクロ波を照射した場合には、マイクロ波による加熱が及ぶ範囲は、せいぜい最表層から２層目までであることを示している。
【００６０】
ところで、物質に吸収される単位体積あたりのマイクロ波のエネルギーＰａｂｓは、以下の式１１のように表される。以下の式１１を参照するとわかるように、加熱される物質（被加熱物質）に吸収される単位体積あたりのマイクロ波のエネルギーＰａｂｓは、被加熱物質の導電率、誘電率及び透磁率に依存していることがわかる。従って、下記式１１で表されるＰａｂｓは、被加熱物質のマイクロ波の吸収効率に関係する量であるともいえる。
【００６１】
【数１】
【００６２】
ここで、上記式１１において、
σ ：被加熱物質の導電率 ［Ｓ／ｍ］
ｆ ：マイクロ波の周波数 ［Ｈｚ］
ε０：真空中の誘電率 ［Ｆ／ｍ］
ε”：被加熱物質の比誘電率の虚数部
μ０：真空中の透磁率 ［Ｈ／ｍ］
μ”：被加熱物質の比透磁率の虚数部
Ｅ ：マイクロ波により形成される電界強度 ［Ｖ／ｍ］
Ｈ ：マイクロ波により形成される磁界強度 ［Ａ／ｍ］
π ：円周率
である。
【００６３】
以下に、塊成化物の原料となる酸化鉄及び炭素材（還元材）と、一般的に使用される耐火炉材とについて、比誘電率の虚数部ε”の値をまとめて示す。
【００６４】
比誘電率の虚数部ε”
・代表的な耐火炉材であるアルミナ：０．００４〜０．０１
・粉状の炭素粉：１０〜５０
・酸化鉄：０．１〜１０
【００６５】
上記より明らかなように、塊成化物の原料となる酸化鉄及び炭素材は、乾燥炉等において一般的に使用される耐火炉材に対して比誘電率の虚数部ε”の値が大きく、酸化物及び炭素材（還元材）にマイクロ波のエネルギーをより多く吸収させることが可能である。また、酸化鉄及び炭素粉の値に比べ、代表的な耐火炉材であるアルミナの値は、１０００分の１程度の小さな値となっており、耐火炉材は、マイクロ波のエネルギーを多く吸収しないことがわかる。従って、塊成化物が挿入された炉内でマイクロ波を照射した場合、耐火炉材で被覆されている炉壁等へのエネルギー供給は少なく、炉内温度の上昇を抑制したまま原料である塊成化物の温度のみを、効率よく上昇させることが可能となる。
【００６６】
しかしながら、まさに上記で説明したような特徴により、図４に示したようなマイクロ波を炉内の自由空間に照射するという実験状況では、上方から照射されたマイクロ波が上層部位に位置する塊成化物に非常に良く吸収されてしまい、乾燥促進のために熱供給を必要とする下層部位にマイクロ波が浸透しないと考えられる。従って、本発明者らは、従来のように、炉天井部や側壁や炉底面から炉内の空間に向かってマイクロ波を照射した場合には、下層部位に位置する塊成化物を加熱することはできないと判断した。
【００６７】
ところで、マイクロ波が誘電損失により物質に吸収されると、マイクロ波のエネルギーは熱に変換されて、結果的にマイクロ波を吸収した物質が加熱されることとなる。この際、マイクロ波がどのくらいまで物質の内部に浸透するかは、以下の式１２で算出することが可能である。
【００６８】
【数２】
【００６９】
ここで、上記式１２において、
δ ：マイクロ波の浸透深さ ［ｃｍ］
λ ：自由空間におけるマイクロ波の波長 ［ｃｍ］
ε’ ：物質の比誘電率（実部）
ｔａｎ δ：物質の誘電正接
である。
また、ｔａｎ δは、物質の誘電率εｒ’及び誘電損失係数εｒ”を用いて、（εｒ’／εｒ”）で算出することが可能である。
【００７０】
本発明者らによる更なる実験の結果、ブリケットは３０φ〜５０φ×厚み２５ｍｍの塊状であり、各ブリケットの間に空隙を持っていること、及び、搬送中のブリケットでは各ブリケットの間の空隙の状態が変化するため、マイクロ波加熱範囲が拡大し、上記式１２で求めた浸透深さδの１０倍までの範囲が実効的な加熱範囲（以下、δｅｆｆとも表記する。）であることが明らかとなった。ブリケットの物性値から上記浸透深さδを算出すると、その大きさは、約１ｃｍ程度となるため、マイクロ波加熱による実効的な加熱範囲δｅｆｆは、約１０ｃｍ程度となる。従って、側面からのマイクロ波照射では、操業で用いられる幅２〜２．５ｍ程度、搬送距離２０〜３０ｍ程度の乾燥炉の下層部全体を加熱することは出来ないことも明らかとなった。
【００７１】
そこで、本発明者らは、上記のような実験により得られた知見に基づいて更なる検討を行った結果、乾燥炉の下層部位全体を加熱することが可能なマイクロ波の照射方法に想到し、以下で説明するようなマイクロ波乾燥装置及びマイクロ波乾燥方法に想到したのである。
【００７２】
図５は、塊成化物の乾燥後の水分量（％）と塊成化物の圧潰強度との関係を模式的に示したグラフ図である。塊成化物を製造するにあたっては、コーンスターチ等のデンプン系糊剤をバインダーとして使用し、求められる強度を実現するが、デンプン系糊剤は、図５に例示したように乾燥する程強度が高くなる。そのため、以下で説明するような方法により塊成化物全体の乾燥率を向上させることによって、バインダー量を変更することなく、塊成化物の圧潰強度を上昇させることができる。その結果、搬送中に砕けて使用できなくなる塊成化物の量を減少させることができ、歩留まりの向上を図ることができる。また、乾燥率を向上させることで、同じ強度を得るために添加すべきバインダーの量を減少させることが可能であるため、製造コストの削減を図ることも可能となる。
【００７３】
（使用するマイクロ波について）
続いて、本発明の実施形態に係るマイクロ波乾燥装置及びマイクロ波乾燥方法に用いられるマイクロ波について、簡単に説明する。
【００７４】
マイクロ波は、一般的には、波長１ｍｍ〜１ｍ、周波数３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚの電磁波をいう。しかしながら、本実施形態に係る塊成化物の加熱方法で着目しているように、マイクロ波を加熱手段として用いる（いわゆるマイクロ波加熱を行う）場合には、マイクロ波とは、いわゆるＩＳＭ（Ｉｎｄｕｓｔｒｙ−Ｓｃｉｅｎｃｅ−Ｍｅｄｉｃａｌ）バンドに属する周波数帯域の電磁波を指す。
【００７５】
以下で説明する本発明の実施形態では、ＩＭＳバンドに属する周波数を有する電磁波であれば特に限定されず、例えば、２．４５ＧＨｚ帯（２．４０ＧＨｚ〜２．５０ＧＨｚ）、５．８ＧＨｚ帯（５．７２５ＧＨｚ〜５．８７５ＧＨｚ）、及び、２４ＧＨｚ帯（２４．０ＧＨｚ〜２４．２５ＧＨｚ）に属する周波数等を適宜選択することが可能である。しかしながら、マイクロ波の被加熱物内部への浸透は、上記式１２で表わされるようにマイクロ波の波長に比例するため、上記ＩＳＭバンドのマイクロ波では、２．４５ＧＨｚ帯の浸透深さδが一番大きく、したがって数少ない同軸アンテナあるいは導波管の本数、乾燥炉全幅にわたって原料ブリケットの加熱を行うことができる。また、２．４５ＧＨｚは電子レンジやその他のマイクロ波加熱応用に広く用いられており装置が安価である点や、発振機１台で数十ｋＷまでの大出力の放射が可能である点などから、ｋＷクラスの大出力が求められる本発明の設備コストとしても、他の２種の周波数の装置よりも安価に導入することができる。このため、本発明に用いるＩＳＭバンドのマイクロ波装置としては、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振可能なものが好ましい。
【００７６】
（マイクロ波乾燥装置の構成について）
次に、図６を参照しながら、本発明の実施形態に係るマイクロ波乾燥装置の構成について、詳細に説明する。図６は、本発明の実施形態に係るマイクロ波乾燥装置の構成を説明するための説明図である。
【００７７】
本実施形態に係るマイクロ波乾燥装置１０は、粉体又は小塊状の原料を網目状コンベアで搬送する過程で、この原料の上方から熱風を吹き付けて当該熱風を原料の上方から下方へと通過させることにより、原料中に含まれる水分を低減させる熱風式のトンネル乾燥炉に対して利用されるものである。
【００７８】
本実施形態に係るマイクロ波乾燥装置１０は、図６に示したように、マイクロ波発振機１０１と、サーキュレータ１０３と、自動整合器１０７と、マイクロ波照射部材１０９と、を主に備え、これらの機器が導波管１１１により接続されている。なお、図６では、導マイクロ波照射部材１０９や導波管１１１等といった各部材を支持する支持機構は、図示していない。
【００７９】
マイクロ波発振機１０１は、例えばＩＳＭバンドに属する周波数を有するマイクロ波を発振する機器である。このマイクロ波発振機１０１は、ｋＷクラスの出力を有するマイクロ波を発振可能な機器であることが好ましい。このマイクロ波発振機１０１により、例えば２．４５ＧＨｚ帯に属する周波数のマイクロ波が、後述するサーキュレータ１０３へと出力されることとなる。このマイクロ波発振機１０１は、公知のものを適宜選択して使用することが可能である。
【００８０】
サーキュレータ１０３は、例えば磁石を利用したマイクロ波の進行制御を行うことで、サーキュレータ１０３に入力されるマイクロ波を、マイクロ波発振機１０１から出力された入射波と、後述する自動整合器１０７側から戻ってきた反射波とに分離する。サーキュレータ１０３は、分離した入射マイクロ波を後述する自動整合器１０７側へと導波するとともに、反射マイクロ波を、アイソレータ１０５の側へと導波する。これにより、反射マイクロ波は、アイソレータ１０５内に設けられたダミー負荷（例えば、水など）に吸収され、マイクロ波発振機１０１側に戻らないようにすることができる。このようなサーキュレータ１０３を設けることにより、本実施形態に係るマイクロ波乾燥装置１０では、安定したマイクロ波の出力を行うことができる。このサーキュレータ１０３は、公知のものを適宜選択して使用することが可能である。
【００８１】
自動整合器１０７は、入射側のインピーダンスと、負荷側（すなわち、塊成化物からなる原料層側）のインピーダンスとの整合を取ることで負荷側からの反射波を低減し、反射波をほぼゼロとする機器である。この自動整合器１０７は、反射電界の位相及び強度を測定し、インピーダンス整合を自動で行うことで、上記のような反射波の低減を実現する。
【００８２】
本実施形態に係るマイクロ波乾燥装置１０の乾燥対象は、乾燥炉５内を搬送されている塊成化物等の小塊原料である。そのため、移動している小塊原料と後述するマイクロ波照射部材１０９との接触状況は絶えず変化し、負荷側のインピーダンスが変動するため、マイクロ波の照射効率は変動することとなる。自動整合器１０７を設けて負荷側のインピーダンスにあわせた自動整合処理を実現することで、後述するマイクロ波照射部材１０９から、マイクロ波エネルギーを、安定して効率良く原料層に照射することが可能となる。
【００８３】
マイクロ波照射部材１０９は、熱風式の乾燥炉５において塊成化物からなる原料層の下層部位を選択的に加熱するために、マイクロ波を原料層の下層部位へと照射する部材である。このマイクロ波照射部材１０９の構成については、以下で改めて詳細に説明する。
【００８４】
導波管１１１は、マイクロ波を導波して所望の箇所へと導く管である。この導波管１１１の形状については、マイクロ波の導波特性等を考慮して適宜決定すればよく、導波管１１１自体についても、使用するマイクロ波の周波数や出力強度等に応じて、公知のものを適宜選択することができる。
【００８５】
（第１の参考形態）
＜マイクロ波照射部材の構成について＞
続いて、図７〜図１２を参照しながら、本発明の第１の参考形態に係るマイクロ波照射部材の構成について、詳細に説明する。図７〜図１２は、本参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【００８６】
図７に例示したように、本参考形態では、中空の金属管である導波管１１１を、マイクロ波照射部材１０９として利用し、図７において紙面奥行き方向に搬送されている塊成化物からなる原料層に対して、導波管１１１が乾燥炉５の上方から挿入される。また、図７では、説明を分かり易くするために、乾燥炉５に挿入される導波管１１１のうちの１本のみを記載しているが、乾燥炉５には、複数個の導波管１１１が上方から挿入される。この導波管１１１は、網目状コンベアからなる乾燥炉５の底面に対して略垂直となるように挿入される。
【００８７】
マイクロ波照射部材１０９として利用される導波管１１１の断面形状（原料層の搬送方向と平行な方向での断面形状）や断面の大きさは、所望の周波数及び強度を有するマイクロ波を導波することが可能な形状及び大きさとなるように適宜決定することが可能であり、例えば断面形状を矩形状（方形導波管）や円形状（円形導波管）とすることが好ましい。
【００８８】
特に、方形導波管においては、伝送可能なマイクロ波の自由空間における波長をλ、方形導波管の長辺の長さをａとした場合、以下の式１３で表される関係を満足すればマイクロ波の基本波であるＴＥ１０モードの伝送が可能である。このとき、方形導波管の短辺ｂにはマイクロ波伝送に関するする制約が無く、導波管内の電界強度が内部媒質（内部気体）の絶縁破壊電圧を超えない条件下において短辺ｂを小さくすることができる。従って、方形導波管においては、乾燥炉中に挿入する際に搬送方向と概垂直に設置する短辺に当たる導波管の幅を、円筒導波管よりも十分に小さくすることが可能である。すなわち、方形導波管においては、導波管挿入によるブリケットの搬送への影響を小さくすることができ、本参考形態においては、円筒導波管を用いるよりも方形導波管を用いる方が好ましい。
【００８９】
λ／２＜ａ＜λ ・・・（式１３）
【００９０】
乾燥炉５の内部では塊成化物が搬送方向に向かって移動しているため、導波管１１１は、塊成化物の流れに対して抵抗とならないように（すなわち、塊成化物の流れに正対する面積が少なくなるように）原料層中に挿入される。例えば導波管１１１の断面形状が矩形状である場合、矩形状の長辺が搬送方向に対して略平行になり、かつ、矩形状の短辺が搬送方向に対して略直交するように、原料層に挿入される。また、塊成化物の搬送抵抗を軽減するために、導波管１１１は原料層の搬送方向下流側に下端を向けるように傾いて設置されていてもよい。
【００９１】
また、導波管１１１は、搬送中の塊成化物から受ける単位面あたりの荷重を考慮して、断面形状が荷重を受けて座屈変形しないような強度を有するように、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）や非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ）やこれらを含む合金等の各種金属を利用して製造される。また、導波管１１１自体を、乾燥炉５が設置されている場所の上部（例えば、天井など）に固定する場合には、導波管自体が塊成化物からの荷重を受けて座屈変形し、搬送方向に折れ曲がらないような強度を有することが好ましい。
【００９２】
乾燥炉５の原料層内部は、下層部位において約８０℃以上の温度を有し、約１００％に近い湿度を有する高温多湿状態にあり、このような状況下で塊成化物が移動している。そのため、導波管１１１の内部に湿気が侵入することによるアーキングの発生を防止するとともに、導波管１１１の内部への粉塵の侵入を防止するために、乾燥空気や乾燥窒素や乾燥アルゴン等の防塵ガスを中空の導波管内部に導入して、導波管１１１に正圧がかかっている状態とすることが好ましい。
【００９３】
また、マイクロ波照射部材１０９として用いられる導波管１１１の先端にセラミックスカバー１１３を設け、このセラミックスカバーの周囲からマイクロ波が放射されるようにすることで、導波管周囲の加熱範囲を広げるようにすることが好ましい。
ここで、セラミックスカバー１１３の形状は、図７に示すように、導波管１０９の断面形状が矩形の場合には直方体状とし、導波管１０９の断面形状が円形の場合には円柱状とすることが好ましい。
【００９４】
セラミックスカバー１１３は、加熱源であるマイクロ波の吸収が少なく、高温多湿状態でも利用可能であり、塊成化物との接触に耐えうる強度、耐摩耗性、加工性を備える無機材料セラミックスを用いて形成される。セラミックスカバー１１３に用いられる無機材料セラミックスは、マイクロ波の吸収特性に関与する誘電損失係数εｒ”が、０．０２未満であることが好ましい。誘電損失係数εｒ”を０．０２未満とすることで、マイクロ波吸収による無機材料セラミックスの自己発熱を抑制することが可能となる。
【００９５】
このような無機材料セラミックスの例として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ、化学式：Ｓｉ３Ｎ４・Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）等がある。これらの無機材料セラミックスを単独で使用してセラミックスカバー１１３を製造してもよく、これらの無機材料セラミックスを混合してセラミックスカバー１１３を製造してもよい。
【００９６】
本参考形態では、導波管１１１の加熱範囲が原料層の最下層まで及ぶような深さまで、乾燥炉５の上方から導波管１１１を挿入する。このように導波管１１１を原料層に挿入することで、導波管１１１の先端から照射されるマイクロ波エネルギーにより原料層の下層部位に位置する塊成化物を選択的に加熱することが可能となる。
【００９７】
この際、導波管１１１の先端と網目状コンベアとの間の離隔距離が小さくなりすぎると、導波管先端からのマイクロ波放射ができなくなる。そのため、例えば図８に示したように、導波管先端と網目状コンベアとの間の離隔距離Ｌ１を、加熱源として利用するマイクロ波の波長λの４分の１以上とすることが好ましい。
【００９８】
本発明者らによる検討の結果、離隔距離Ｌ１をλ／４以上とすることで、導波管先端から放射されるマイクロ波の割合を７０％超過とすることができ、網目状コンベアからの反射マイクロ波の割合を３０％未満とすることができることが明らかとなった。反射マイクロ波の割合が大きい状態では、干渉によりマイクロ波の発振波長が乱れた状態となるため、自動整合器１０７の動作が不安定になる可能性がある。一方、反射マイクロ波の割合が３０％程度であれば、自動整合器１０７を用いて位相整合することで、反射マイクロ波をほぼゼロにすることが可能となる。また、反射マイクロ波の割合が大きい状態では、大きな反射電力を押し返してマイクロ波を放射させることとなるため、導波管のつなぎ目部分等といった通常では加熱されない部分での異常加熱が発生する可能性があり、マイクロ波乾燥装置１０の動作安定性が低下する可能性がある。
【００９９】
また、導波管１１１の先端にセラミックスカバー１１３を設ける場合であっても、離隔距離Ｌ１は、λ／４以上とすることが好ましい。更に、導波管１１１の先端にセラミックスカバー１１３を設ける場合、図９に示したように、セラミックスカバー１１３の先端と網目状コンベアとの間の離隔距離Ｌ２を、塊成化物が入り込まない程度の大きさ（例えば、塊成化物の平均高さ程度の大きさ）とすることが好ましい。
【０１００】
本参考形態では、マイクロ波照射部材１０９である導波管１１１を乾燥炉５の幅方向に複数本配設するにあたり、配置した複数の導波管１１１により、塊成化物を乾燥炉５の炉幅方向に均一に加熱するため、複数本の導波管１１１のうち少なくとも２本は、乾燥炉の炉幅方向の互いに異なる位置に配置する。
【０１０１】
そのうえで、配置した複数の導波管１１１が塊成化物の流れの抵抗とならないようにするため、例えば図１０に示したように、図１１に示した投影図において互いに幅方向に隣り合う位置の導波管の搬送方向位置が、同一とならないようにする。すなわち、図１０に示した乾燥炉５を上方から見た図において、乾燥炉５の幅方向を便宜的にＡ〜Ｅの５つの領域に区分し、原料層の搬送方向をＸ方向、乾燥炉の幅方向をＹ方向とする。この場合に、本参考形態では、互いに隣り合う領域（例えば、領域Ａ及び領域Ｂ）に属する導波管１１１のＸ方向位置が同一とならないように、各導波管１１１を分散させて配置する。
【０１０２】
また、例えば図１１に示した投影図のように、乾燥炉５を搬送方向に向かって見た場合に、各導波管１１１により加熱される範囲（加熱範囲）が乾燥炉５の幅方向の略全体をカバーするような間隔で、導波管１１１を配置することが好ましい。この際に、各導波管１１１の加熱範囲が互いに重畳するように、導波管１１１の配置間隔を決定することが好ましい。換言すれば、単一の導波管１１１による加熱範囲の最大幅をＬとし、乾燥炉５の幅をＷとし、図１１に示した投影図において乾燥炉５の幅方向の導波管の個数をＮとした場合に、Ｌ×Ｎ≧Ｗを見たすように、乾燥炉５の幅方向における最大の導波管数を決定することが好ましい。
【０１０３】
具体的には、上記式１２に示したマイクロ波の浸透深さδの１０倍を実効的な加熱範囲δｅｆｆと考えると、上記単一の導波管１１１による加熱範囲の最大幅Ｌは２×δｅｆｆとなり、幅方向に隣り合うそれぞれの導波管の間の幅方向距離がＬ以下となるように、導波管１１１の幅方向の配置間隔を決定することが好ましい。このような間隔で導波管１１１を配置することにより、乾燥炉全幅分の塊成化物を、ムラなく加熱することができる。
【０１０４】
複数の導波管の間隔が上記Ｌよりも大きい場合は、マイクロ波による加熱範囲が炉全幅に及ばず、炉の幅方向に対して塊成化原料の加熱ムラができるため、原料の乾燥ムラにつながって好ましくない。しかしながら、マイクロ波により加熱が行われた部分については原料の乾燥が改善されるため、挿入した導波管の本数に応じて、原料全体としてみた平均値としての乾燥は改善される。
【０１０５】
また、乾燥炉の特性として炉幅方向における熱風乾燥の効率が異なる場合には、乾燥効率が劣位で塊成化原料の乾燥が遅れている部分にのみ導波管を挿入し、マイクロ波を照射することも有効である。
【０１０６】
また、どのように各導波管１１１を配置するかについては、特に限定されるわけではなく、例えば、乾燥炉５の残留水分の偏り状況に関する知見等に基づき、この偏りを解消可能なように導波管の配設位置を決定すればよい。従って、例えば図１１において、同一の領域に複数個の導波管１１１が配設されていてもよい。
【０１０７】
なお、例えば図１２に示したように、導波管１１１の短辺の搬送方向上流側に対し、当該搬送方向上流側に行くに従い幅が狭くなるようなテーパー部１１５を設けてもよい。このようなテーパー部１１５を設けることで、導波管１１１による塊成化物の搬送抵抗を更に低減することが可能となる。また、導波管１１１の短辺の搬送方向上流側だけでなく、搬送方向下流側に対しても上記テーパー部１１５を設けてもよい。
【０１０８】
以上、図７〜図１２を参照しながら、本発明の第１の参考形態に係るマイクロ波乾燥装置１０及びマイクロ波乾燥方法について、詳細に説明した。
【０１０９】
＜第１の参考形態の変形例＞
次に、図１３Ａ〜図１８Ｂを参照しながら、本発明の第１の参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について説明する。図１３Ａ〜図１８Ｂは、本発明の第１の参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について説明するための説明図である。
【０１１０】
［導波管の側面からのマイクロ波照射］
上記説明における導波管１１１は、導波管１１１を原料層に挿入した際に、網目状コンベアと対向する端部（すなわち、図７等における導波管１１１の底面）が開口となっており、この底面からマイクロ波が照射されるものであった。導波管１１１の底面に開口が設けられる場合には、導波管周囲の加熱範囲を広げつつ、導波管１１１の内部への塊成化物等の侵入を防止するために、導波管１１１の先端に無機材料セラミックスからなるセラミックスカバー１１３を設けることが好ましいものであった。
【０１１１】
かかる無機材料セラミックスは、塊成化物原料の摩擦に耐える硬さを有するものであるため、セラミックスカバー１１３の加工に手間がかかる。従って、例えば図１２に示したような、塊成化物の搬送を妨げないために抵抗を少なくするためのテーパー形状等への形状加工を行う場合、導波管及びセラミックスカバーの製造コストが増加してしまう。
【０１１２】
そこで、本変形例では、導波管１１１の底面ではなく、導波管１１１の側面（より詳細には、導波管１１１を原料層に挿入した際に原料層搬送方向に対して平行となる側面）に切り欠き部を形成し、かかる側面からマイクロ波を照射する方法について説明する。
【０１１３】
図１３Ａは、本変形例に係る導波管１１１の先端部を模式的に示したものである。図１３Ａに示した導波管１１１には、原料層の搬送方向上流側にテーパー部１１５が設けられている。また、図１３Ａの左側の図に示したように、導波管１１１を原料層に挿入した際に乾燥炉の原料層搬送方向に対して平行となる側面（すなわち、図１３Ａの紙面と平行な側面）には、切り欠き部１５１が形成されている。
【０１１４】
このような切り欠き部１５１を導波管１１１の側面に形成することで、かかる切り欠き部１５１がマイクロ波の放射窓となり、切り欠き部１５１から原料層へとマイクロ波が照射されることとなる。
【０１１５】
切り欠き部１５１から導波管１１１の内部へ塊成化物が入り込むことを防止するため、図１３Ａの右側の図に示したように、上述のような無機材料セラミックスで形成された板状のセラミックスカバー１５３により、切り欠き部１５１を覆うことが好ましい。
【０１１６】
乾燥炉５では、原料層の上方から熱風を供給することで原料層の構成する塊成化物を乾燥させているため、積層している塊成化物の下層に行くに従って水分が多く残存することとなる。従って、マイクロ波照射による乾燥効果をより向上させるためには、原料層のなるべく下方にマイクロ波を照射することが好ましく、切り欠き部１５１は、図１３Ｂに示すように、下層部に近い導波管の先端部まで設けることが望ましい。また、導波管１１１の底面の金属部分１１１ａはマイクロ波の反射体であるため、図１３Ｃに示した底面の金属部分１１１ａの幅Ａを変更することによって、放射されるマイクロ波の分布が変化することとなる。
【０１１７】
具体的には、図１３Ｄに示すように導波管１１１の底面部分の幅Ａを狭くすることにより、図１３Ｃに示した場合と比較して、より下層部近い部分へのマイクロ波の放射が行われるようにすることも可能である。ただし、底部の金属部分１１１ａの幅は、マイクロ波の放射部分のインピーダンスに影響を与えるため、導波管へのマイクロ波の反射があまり大きくならない適当な幅とすることが望ましく、周囲の塊成化原料の電磁気物性値（誘電率、透磁率、導電率等）や塊成化原料の大きさ、充填密度等に応じてマイクロ波の反射量が少なくなるように幅Ａを設計することが望ましい。
【０１１８】
なお、導波管１１１の底面には、マイクロ波を吸収しない材質からなる部材であれば存在していてもよい。従って、図１３Ｃ及び図１３Ｄに示したように、防塵用にセラミックスカバー１５３ａを設けても良い。また、図１３Ｄに示すように、底面の金属部分１１１ａの幅Ａが狭くなる場合には、導波管１１１の底面にセラミックスカバー１５３ａを設けることが好ましい。
【０１１９】
また、図１３Ｅに示したＢ−Ｂ切断線での概略断面図に示したように、セラミックスカバー１５３は、乾燥炉の内部でも使用可能な公知の材料を用いた治具により切り欠き部１５１に固定すればよい。
【０１２０】
なお、切り欠き部１５１の原料層搬送方向の幅Ｗは、特に限定されるものではなく、導波管１１１の大きさ、使用するマイクロ波の周波数や出力強度等に応じて適宜決定すればよい。
【０１２１】
次に、図１４を参照しながら、本変形例に係る導波管１１１の原料層への挿入方法について説明する。図１４は、本変形例に係る導波管１１１を乾燥炉５の上方から挿入した様子を乾燥炉５の側面から見た場合を模式的に示した説明図である。なお、図１４では、便宜上、板状のセラミックスカバー１５３を省略して図示している。
【０１２２】
導波管１１１の側面に対して切り欠き部１５１を設けた場合、切り欠き部１５１のマイクロ波発振機１０１に近い部分（すなわち、切り欠き部１５１の原料層高さ方向の上端部）の放射強度が大きくなる。一方、乾燥炉５では、原料層の上方から熱風を供給することで原料層の構成する塊成化物を乾燥させているため、積層している塊成化物の下層に行くに従って水分が多く残存することとなる。従って、マイクロ波照射による乾燥効果をより向上させるためには、原料層のなるべく下方にマイクロ波を照射することが好ましい。
【０１２３】
そこで、本変形例では、マイクロ波で加熱したい原料層の厚みをＬと表し、切り欠き部１５１の原料層高さ方向の上端の位置（すなわち、図１４における網目状コンベアと切り欠き部１５１の上端との間の離隔距離）をＬ３と表した場合に、Ｌ３≦Ｌという関係を満たすように導波管１１１を挿入することが好ましい。マイクロ波で加熱したい原料層の厚みＬを、原料層の最下層に対応する厚みとすることで、原料層の最下層を効果的にマイクロ波により加熱することが可能となる。
【０１２４】
なお、厚みＬの選択方法については、特に限定されるものではなく、過去の操業実績等から得られる知見に基づいて適宜選択すればよい。
【０１２５】
また、切り欠き部１５１から放射されるマイクロ波の割合を増やし、かつ、網目状コンベアからの反射マイクロ波の割合を減らすために、離隔距離Ｌ３を、加熱源として利用するマイクロ波の波長（自由空間における波長）λの４分の１以上とすることが好ましい。
【０１２６】
一方、導波管１１１の先端部と網目状コンテナとの間に塊成化物が入り込まないようにするために、図１４に示した導波管の先端部と網目状コンテナとの間の離隔距離Ｌ４を、塊成化物が入り込まない程度の大きさ（例えば、塊成化物の平均高さ程度の大きさ）とすることが好ましい。
【０１２７】
以上、図１３Ａ〜図１４を参照しながら、本変形例に係る導波管１１１の構成について、詳細に説明した。
なお、切り欠き部１５１は、導波管１１１を原料層に挿入した際に乾燥炉の原料層搬送方向に対して平行となる側面のどちらか一方にのみ形成されてもよいが、該当する側面の両方に対して形成されることが好ましい。また、乾燥炉の原料層搬送方向に対して平行となる側面に加えて、導波管１１１の原料層搬送方向下流側の側面に対して切り欠き部１５１を形成してもよい。
【０１２８】
［導波管の原料層搬送方向の配設方法］
次に、図１５〜図１７Ｂを参照しながら、本変形例に係る導波管の原料層搬送方向の配設方法について説明する。
【０１２９】
乾燥炉５の内部を搬送されている塊成化物原料が、本変形例に係る導波管１１１一つから照射されるマイクロ波によって加熱される時間ｔは、導波管１１１の切り欠き部１５１の原料層搬送方向の幅をＷ［ｍｍ］とし、塊成化物の搬送速度をＶ［ｍｍ／ｓｅｃ］とした場合に、おおよそ（Ｗ／Ｖ）秒となる。
【０１３０】
一方、導波管を用いてマイクロ波を導波する場合、導波管内部に複数の伝播モードが発生しないようにし、マイクロ波の伝送効率を維持するために、導波管の幅を導波するマイクロ波の波長未満とすることが多い。例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いる場合、導波管の搬送方向の最大幅は、１２０ｍｍ程度の大きさとなる。従って、導波管１本の最大幅が１２０ｍｍ程度である場合、通常の網目状コンベアの搬送速度を考慮すると、上記時間ｔは極めて短時間となる。
【０１３１】
このような短時間の間に塊成化物をマイクロ波によって十分に乾燥させるために、方策の一つとして、出力強度の大きなマイクロ波を利用することが考えられる。しかしながら、導波管の周囲に存在し、マイクロ波によって加熱される塊成化物は、塊成化物の位置により加熱の大小に差が生じるため、必ずしも均一に加熱されるわけではない。また、大出力のマイクロ波を用い短時間での乾燥を得ようとする場合には、一部の塊成化物が過剰加熱され、塊成化物に含まれる揮発成分が発火してしまう可能性がある。そのため、塊成化物をマイクロ波によって十分に乾燥させるためには、塊成化物が過剰加熱しない程度の出力を有するマイクロ波を利用し、マイクロ波の作用時間を長くすることで、乾燥の促進を図ることが重要となる。
【０１３２】
そこで、本変形例では、例えば図１５に示したように、原料層の搬送方向に導波管１１１の加熱範囲が連続するように、導波管１１１を原料層の搬送方向に並べて配設する。このような導波管の配設方法を採用することで、マイクロ波が照射されている区間を長くすることができ、ひいては、塊成化物へのマイクロ波の作用時間を長くすることが可能となる。
【０１３３】
ここで、導波管１１１の搬送方向の配列方法は、搬送方向に隣り合う互いの導波管１１１の加熱範囲が連続するようにすれば、特に限定されるものではなく、隣り合う導波管１１１が互いに接触していてもよいし、離隔していてもよい。なお、隣り合う導波管１１１を離隔して配置する場合には、隣り合う導波管１１１の間の空間に塊成化物が詰らないように、カバー等を設けることが好ましい。
【０１３４】
また、図１５では、２つの導波管１１１を搬送方向に連続して配設する場合について図示しているが、搬送方向に３個以上の導波管１１１を連続して配設してもよいことは言うまでもない。
【０１３５】
複数の導波管１１１を互いに接触させて配置する場合には、例えば図１６Ａと、図１６ＡのＡ−Ａ切断線での概略断面図である図１６Ｂとに示したように、相隣接する導波管１１１に亘るように切り欠き部１５１を連続して設けてもよい。この場合、図１６Ｂに示した間仕切りｄの厚みは、マイクロ波の導波を維持可能な範囲で薄くすることが可能である。
【０１３６】
なお、図１５に示したような導波管の配設方法は、本変形例に係る導波管１１１だけでなく、図７に例示した第１の参考形態に係る導波管１１１に対しても適用することが可能であることは言うまでもない。
【０１３７】
また、マイクロ波の作用時間を長くするために、例えば図１７Ａ及び図１７Ｂに示したように、導波管の終端部を分岐させることで導波管の幅を広げ、マイクロ波が照射される面積を増加させるようにしてもよい。この場合、導波管１１１の内部にインピーダンスの整合を目的とした整合ピン１５５と分岐板１５７を設ける等といった公知のマイクロ波の分岐技術を適用することが可能である。この場合、１本の導波管を導波しているマイクロ波を２本の導波管それぞれに導波させるため、導波管の幅がマイクロ波の波長未満という条件を満足しつつ導波管１１１の加熱範囲を長くすることが可能となる。また、マイクロ波の加熱範囲を広げつつ乾燥炉５の上方に突出する導波管１１１の本数を削減することが可能となるため、設備の省スペース化を図ることが可能となる。
【０１３８】
［搬送方向の振動緩和機構］
次に、図１８Ａ及び図１８Ｂを参照しながら、塊成化物の搬送に伴って導波管１１１に発生する振動を緩和するための技術について説明する。
【０１３９】
本発明の第１の参考形態とその変形例に係るマイクロ波乾燥装置１０では、塊成化物を網目状コンベア上に積層して原料層とした上で搬送しながら、原料層の上部から下部に向かって熱風を通過させることで塊成化物を乾燥させる乾燥炉に対して、乾燥炉の上方から導波管１１１を挿入し、原料層下層部に対してマイクロ波を照射することで、該当する部位の乾燥を促進させる装置である。
【０１４０】
この際、乾燥炉５の上方から挿入している導波管１１１には、塊成化物の搬送に伴って変動する応力が働く。導波管に作用する応力が変動する理由としては、網目状コンベアによる搬送速度が一定ではなくわずかながら変動すること、塊成化物の密度が厳密には均一ではないため、導波管に接触する塊成化物の状態が搬送に伴って時々刻々と変化すること、等が考えられる。このような変動する応力が導波管１１１に作用すると、導波管１１１には原料層搬送方向の振動が生じることとなる。このような状況下で導波管の長期使用を考えた場合、かかる振動が導波管の疲労破壊の原因となることが懸念される。
【０１４１】
そこで、本変形例に係るマイクロ波乾燥装置１０では、導波管１１１に対して、塊成化物の搬送に伴って発生する振動を緩和する振動緩和機構を設置する。このような振動緩和機構としては、以下の２種類の機構を挙げることができる。
【０１４２】
第１の振動緩和機構として、マイクロ波発振機１０１で発生したマイクロ波を導波する導波管１１１のうち振動発生部位になるべく近い部位に、振動を緩和する機構を備える導波管を設けることが挙げられる。
【０１４３】
振動を緩和する機構を備える導波管としては、例えば、導波管の中心軸方向のスライドを可能にするスライド機構を有する導波管（以下、スライド導波管と称する。）や、マイクロ波を導波可能な金属材（より好ましくは、導波管と同様の金属材）により形成された蛇腹部を有する導波管（以下、フレキシブル導波管と称する。）等を挙げることができる。
【０１４４】
スライド導波管は、スライド機構を有することで、導波管の中心軸方向の伸縮が可能となるため、導波管の中心軸方向と略平行な振動を緩和することができる。また、フレキシブル導波管は、金属製の蛇腹部を有することで、導波管の中心軸方向に対して略直交する方向に湾曲することが可能となるため、導波管の中心軸方向に対して略直交する方向の振動を緩和することが可能となる。
【０１４５】
また、第２の振動緩和機構として、マイクロ波照射部材である導波管１１１を支持する支持体の一部に弾性部材を設けることが挙げられる。バネ機構やゴム製部材等といった弾性部材を支持体の一部に設けることで、支持体が支持する導波管１１１に発生する振動を弾性部材によって緩和することが可能となる。
【０１４６】
以上説明したような振動緩和機構を設けることで、塊成化物の搬送に伴って発生する振動を緩和することが可能となり、導波管１１１が疲労破壊することを防止することができる。
【０１４７】
図１８Ａは、導波管１１１に対して、第１の振動緩和機構としてフレキシブル導波管１６１を設置するとともに、第２の振動緩和機構として支持体１６３の一部に例えばバネ機構からなる弾性部材１６５を設けた例を示している。
【０１４８】
図１８Ａに示した例では、マイクロ波発振機１０１、サーキュレータ１０３、自動整合器１０７等といったマイクロ波発振機構から延設された導波管１１１のうち、鉛直方向に延びる導波管の一部に、フレキシブル導波管１６１が設置されている。フレキシブル導波管１６１は、上記のように、導波管の軸方向に対して略直交する方向の振動を緩和するものであるため、図１８Ａに示したように、乾燥炉５へと挿入するために略鉛直方向に設けられる導波管１１１の一部に設置されることが好ましい。
【０１４９】
また、図１８Ａでは、導波管１１１を支持し、水平方向に延設される支持体１６３の一部に、バネ機構からなる弾性部材１６５が設けられている。バネ機構は、バネがバネの中心軸方向に伸縮することで応力を緩和する機構である。
【０１５０】
図１８Ａに示したように、マイクロ波発振機構や支持体１６３の末端は、壁等の強固な部材に固定されている。その上で、上記のようなフレキシブル導波管１６１や弾性部材１６５を設置することで、フレキシブル導波管１６１より下流側かつ弾性部材１６５よりも前方に位置する導波管１１１が構造的に分離され、ある程度自由に動くことが可能となる。なお、導波管１１１の乾燥炉５への挿入部分には、導波管１１１のある程度の動きを許容しつつ、乾燥炉５の気密を維持するための埋め込み材１６７を設けておくことが好ましい。
【０１５１】
図１８Ｂは、図１８Ａに示したフレキシブル導波管１６１に代えて、スライド導波管１６９を設置した例を示している。スライド導波管１６９は、上記のように、導波管の軸方向の振動を緩和するものであるため、図１８Ｂに示したように、略水平方向に延設される導波管１１１の一部に設置されることが好ましい。
【０１５２】
なお、図１８Ａ及び図１８Ｂでは、一つの導波管１１１に対してフレキシブル導波管１６１又はスライド導波管１６９の一方を配設する場合について図示しているが、フレキシブル導波管１６１とスライド導波管１６９を併用しても良い。また、図１８Ａ及び図１８Ｂでは、フレキシブル導波管１６１、弾性部材１６５、スライド導波管１６９を一つ用いる場合について図示しているが、これらの部材を一つの導波管１１１に対して複数設置してもよい。
【０１５３】
また、図１８Ａ及び図１８Ｂでは、フレキシブル導波管１６１又はスライド導波管１６９と、弾性部材１６５と、を併用する場合について図示しているが、塊成化物の搬送速度等によっては、弾性部材１６５を用いずに、フレキシブル導波管１６１又はスライド導波管１６９のみを配設するようにしてもよい。
【０１５４】
なお、図１８Ａ及び図１８Ｂでは、変動する応力を受ける導波管を構造的に分離するための機構について説明したが、マイクロ波発振機構を含む導波管１１１全体を可動式にして、振動を緩和するようにすることも考えられる。
【０１５５】
以上、図１３Ａ〜図１８Ｂを参照しながら、本発明の第１の参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について説明した。
【０１５６】
（第２の参考形態）
本発明の第１の参考形態に係るマイクロ波乾燥装置１０は、マイクロ波照射部材１０９として、中空の金属管である導波管１１１を用いたものであったが、マイクロ波照射部材１０９として、同軸アンテナを利用することも可能である。以下では、図１９〜図２３を参照しながら、マイクロ波照射部材として同軸アンテナを利用した、本発明の第２の参考形態に係るマイクロ波乾燥装置及びマイクロ波乾燥方法について、詳細に説明する。
【０１５７】
なお、本参考形態に係るマイクロ波乾燥装置１０の全体構成は、図６に示した本発明の実施形態に係るマイクロ波乾燥装置１０の全体構成と同様であるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０１５８】
＜マイクロ波照射部材の構成について＞
以下では、図１９〜図２３を参照しながら、本参考形態に係るマイクロ波照射部材の構成について、詳細に説明する。図１９〜図２３は、本参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【０１５９】
図１９に示したように、本参考形態では、マイクロ波照射部材１０９として、自動整合器１０７と導波管１１１で接続された変換器１２１と、変換器１２１に接続された同軸アンテナ１２３と、を利用する。
【０１６０】
変換器１２１は、導波管１１１内で導波されるマイクロ波を、同軸アンテナ１２３を伝播するように変換する機器である。この変換器１２１は、公知の機器を適宜選択して利用することが可能である。
【０１６１】
同軸アンテナ１２３は、図１９において紙面奥行き方向に搬送されている塊成化物からなる原料層に対して、乾燥炉５の上方から挿入される。また、図１９では、説明を分かり易くするために、乾燥炉５に挿入される同軸アンテナ１２３のうちの１個のみを記載しているが、乾燥炉５には、複数個の同軸アンテナ１２３が上方から挿入される。この同軸アンテナ１２３は、網目状コンベアからなる乾燥炉５の底面に対して略垂直となるように挿入される。また、塊成化物の搬送抵抗を軽減するために、同軸アンテナ１２３は原料層の搬送方向下流側に下端を向けるように傾いて設置されていてもよい。
【０１６２】
図２０は、本参考形態に係る同軸アンテナ１２３を説明するための説明図である。
図２０に示したように、同軸アンテナ１２３は、中心導体１２３ａと、中心導体１２３ａを取り囲む外周導体１２３ｂとからなる２層構造となっている。ここで、図２０のＡ−Ａ切断線による断面図から明らかなように、中心導体１２３ａは、中実な棒状の金属を用いて形成されており、外周導体１２３ｂは、中空の金属管を用いて形成される。また、中心導体１２３ａは、中実な棒状の金属ではなく中空の金属管を用いて形成されてもよい。更に、図２０のＢ−Ｂ切断線による断面図から明らかなように、外周導体１２３ｂの一部には、中心導体１２３ａを保持し、中心導体１２３ａと外周導体１２３ｂとの位置関係を固定するスペーサー１２３ｃが設けられている。
【０１６３】
また、同軸アンテナ１２３は、中心導体１２３ａの先端が外周導体１２３ｂの先端から距離Ｌ３だけ突出するように形成される。突出距離Ｌ３の長さは、同軸アンテナ１２３内で伝播されるマイクロ波の波長をλ’とした場合に、λ’／４で表される長さである。同軸アンテナ１２３内で伝播されるマイクロ波は、この突出部の周囲から放射されることとなる。
【０１６４】
マイクロ波は、同軸アンテナ１２３の内部で導波されるため、中心導体１２３ａの断面形状や断面の大きさは、所望の周波数及び強度を有するマイクロ波を導波することが可能な形状及び大きさとなるように決定することが好ましく、例えば、断面形状を矩形状にしたり、図２０に示したような円形状としたりすることが好ましい。また、外周導体１２３ｂの断面形状は特に限定されるものではないが、塊成化物の搬送抵抗を軽減するために、図１４に示したような円形状であることが好ましい。
【０１６５】
同軸アンテナ１２３（特に、外周導体１２３ｂ）は、搬送中の塊成化物から受ける単位面あたりの荷重を考慮して、断面形状が荷重を受けて座屈変形しないような強度を有するように、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）や非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ）やこれらを含む合金等の各種金属を利用して製造される。また、同軸アンテナ１２３自体を、乾燥炉５が設置されている場所の上部（例えば、天井など）に固定する場合には、同軸アンテナ自体が塊成化物からの荷重を受けて座屈変形し、搬送方向に折れ曲がらないような強度を有することが好ましい。また、同軸アンテナ１２３の中心導体１２３ａは、外周導体１２３ｂと同様の金属を用いて形成することが可能である。
【０１６６】
また、同軸アンテナ１２３からのマイクロ波出力は、ｋＷのオーダーとなるように設定されるため、電解密度が高く誘電損失のある物質をスペーサー１２３ｃの材質として使用してしまうと、スペーサー１２３ｃがマイクロ波を吸収して自己加熱する可能性がある。また、同軸アンテナ１２３の使用雰囲気は、１００℃〜２００℃と想定されるため、テフロン製の支持板等を用いることはできない。そのため、スペーサー１２３ｃは、誘電損失の少ないセラミックス（例えば、誘電損失係数εｒ”が、０．０２未満のセラミックス）を用いて形成されることが好ましい。このようなセラミックスの例として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ、化学式：Ｓｉ３Ｎ４・Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）等がある。これらのセラミックスを単独で使用してスペーサー１２３ｃを製造してもよく、これらのセラミックスを混合してスペーサー１２３ｃを製造してもよい。
【０１６７】
乾燥炉５の原料層内部は、下層部位において約８０℃以上の温度を有し、約１００％に近い湿度を有する高温多湿状態にあり、このような状況下で塊成化物が移動している。そのため、同軸アンテナ１２３の内部に湿気が侵入することによるアーキングの発生を防止するとともに、同軸アンテナ１２３の内部への粉塵の侵入を防止するために、乾燥空気や乾燥窒素や乾燥アルゴン等の防塵ガスを中空の同軸アンテナ１２３（中心導体１２３ａ及び外周導体１２３ｂ）の内部に導入して、同軸アンテナ１２３に正圧がかかっている状態とすることが好ましい。
【０１６８】
また、同軸アンテナ１２３の先端部（特に、中心導体１２３ａの突出部）は、塊成化物や塊成化物が粉化したものが衝突し、これらとの間の摩擦が生じる箇所であるため、保護することが好ましい。従って、図１９及び図２０に示したように、同軸アンテナ１２３の先端部にセラミックスカバー１２５を設け、同軸アンテナ１２３の先端部を保護することが好ましい。
【０１６９】
セラミックスカバー１２５は、加熱源であるマイクロ波の吸収が少なく、高温多湿状態でも利用可能であり、塊成化物との接触に耐えうる強度、耐摩耗性、加工性を備える無機材料セラミックスを用いて形成される。セラミックスカバー１２５に用いられる無機材料セラミックスは、マイクロ波の吸収特性に関与する誘電損失係数εｒ”が、０．０２未満であることが好ましい。誘電損失係数εｒ”を０．０２未満とすることで、マイクロ波吸収による無機材料セラミックスの自己発熱を抑制することが可能となる。
【０１７０】
このような無機材料セラミックスの例として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ、化学式：Ｓｉ３Ｎ４・Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）等がある。これらの無機材料セラミックスを単独で使用してセラミックスカバー１２５を製造してもよく、これらの無機材料セラミックスを混合してセラミックスカバー１２５を製造してもよい。
ここで、セラミックスカバー１２５の形状は、図１９に示すように半ドーム型としても良いし、図７に示す導波管１０９の場合と同様に、円柱状としても良い。
【０１７１】
本参考形態では、同軸アンテナ１２３の加熱範囲が原料層の最下層まで及ぶような深さまで、乾燥炉５の上方から同軸アンテナ１２３を挿入する。このように同軸アンテナ１２３を原料層に挿入することで、同軸アンテナ１２３の先端部から照射されるマイクロ波エネルギーにより原料層の下層部位に位置する塊成化物を選択的に加熱することが可能となる。
【０１７２】
本参考形態では、マイクロ波照射部材１０９である同軸アンテナ１２３を乾燥炉５の幅方向に複数本配設するにあたり、配置した複数の同軸アンテナ１２３により、塊成化物を乾燥炉５の炉幅方向に均一に加熱するため、複数本の同軸アンテナ１２３のうち少なくとも２本は、乾燥炉の炉幅方向の互いに異なる位置に配置する。
【０１７３】
そのうえで、配置した複数の同軸アンテナ１２３が塊成化物の流れの抵抗とならないようにするため、例えば図２１に示したように、図２２に示した投影図において互いに隣り合う位置の同軸アンテナの搬送方向位置が、同一とならないようにする。すなわち、図２１に示した乾燥炉５を上方から見た図において、乾燥炉５の幅方向を便宜的Ａ〜Ｅの５つの領域に区分し、原料層の搬送方向をＸ方向、乾燥炉の幅方向をＹ方向とする。この場合に、本参考形態では、互いに隣り合う領域（例えば、領域Ａ及び領域Ｂ）に属する同軸アンテナ１２３のＸ方向位置が同一とならないように、各同軸アンテナ１２３を分散させて配置する。
【０１７４】
また、本参考形態では、同軸アンテナ１２３を乾燥炉５の幅方向に複数本配設するにあたり、例えば図２２に示した投影図のように、乾燥炉５を搬送方向に向かって見た場合に、各同軸アンテナ１２３により加熱される範囲（加熱範囲）が乾燥炉５の幅方向の略全体をカバーするような間隔で、同軸アンテナ１２３を配置することが好ましい。この際に、各同軸アンテナ１２３の加熱範囲が互いに重畳するように、同軸アンテナ１２３の配置間隔を決定することが好ましい。換言すれば、単一の同軸アンテナ１２３による加熱範囲の最大幅をＬとし、乾燥炉５の幅をＷとし、図２２に示した投影図において乾燥炉５の幅方向の同軸アンテナの個数をＮとした場合に、Ｌ×Ｎ≧Ｗを見たすように、乾燥炉５の幅方向における最大の同軸アンテナ数を決定することが好ましい。
【０１７５】
具体的には、上記式１２に示したマイクロ波の浸透深さδの１０倍を実効的な加熱範囲δｅｆｆと考えると、上記単一の同軸アンテナ１２３による加熱範囲の最大幅Ｌは２×δｅｆｆとなり、幅方向に隣り合うそれぞれの同軸アンテナ間の距離がＬ以下となるように、同軸アンテナ１２３の幅方向の配置間隔を決定することが好ましい。このような間隔で同軸アンテナ１２３を配置することにより、乾燥炉全幅分の塊成化物を、むらなく加熱することができる。
【０１７６】
複数の同軸アンテナの間隔が前記Ｌよりも大きい場合は、マイクロ波による加熱範囲が炉全幅に及ばず、炉の幅方向に対して塊成化原料の加熱ムラができるため、原料の乾燥ムラにつながって好ましくない。しかしながら、マイクロ波により加熱が行われた部分については原料の乾燥が改善されるため、挿入した同軸アンテナの本数に応じて、原料全体としてみた平均値としての乾燥は改善される。
【０１７７】
また、乾燥炉の特性として炉幅方向における熱風乾燥の効率が異なる場合は、乾燥効率が劣位で塊成化原料の乾燥が遅れている部分にのみ同軸アンテナを挿入し、マイクロ波を照射することも有効である。
【０１７８】
また、どのように各同軸アンテナ１２３を配置するかについては、特に限定されるわけではなく、例えば、乾燥炉５の残留水分の偏り状況に関する知見等に基づき、この偏りを解消可能なように同軸アンテナの配設位置を決定すればよい。従って、例えば図２１において、同一の領域に複数個の同軸アンテナ１２３が配設されていてもよい。
【０１７９】
なお、例えば図２３に示したように、同軸アンテナ１２３の搬送方向上流側の端部に対して、当該搬送方向上流側に行くに従い幅が狭くなるようなテーパー部１２７を設けてもよい。このようなテーパー部１２７を設けることで、同軸アンテナ１２３による塊成化物の搬送抵抗を更に低減することが可能となる。また、同軸アンテナ１２３の搬送方向上流側の端部だけでなく、搬送方向下流側の端部に対しても上記テーパー部１２７を設けてもよい。
【０１８０】
以上、図１９〜図２３を参照しながら、本発明の第２の参考形態に係るマイクロ波乾燥装置１０及びマイクロ波乾燥方法について、詳細に説明した。
【０１８１】
＜第２の参考形態の変形例＞
次に、図２４〜図２５Ｂを参照しながら、本発明の第２の参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について説明する。図２４〜図２５Ｂは、本発明の第２の参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について説明するための説明図である。
【０１８２】
［同軸アンテナの原料層搬送方向の配設方法］
まず、図２４を参照しながら、本変形例に係る同軸アンテナの原料層搬送方向の配設方法について説明する。
【０１８３】
乾燥炉５の内部を搬送されている塊成化物原料が、本変形例に係る同軸アンテナ１２３一つから照射されるマイクロ波によって加熱される時間ｔは、同軸アンテナ１２３の加熱範囲（２×δｅｆｆ）をＷ［ｍｍ］とし、塊成化物の搬送速度をＶ［ｍｍ／ｓｅｃ］とした場合に、おおよそ（Ｗ／Ｖ）秒となる。
【０１８４】
一方、同軸アンテナを用いてマイクロ波を導波する場合、アンテナ内部に複数の伝播モードが発生しないようにし、マイクロ波の伝送効率を維持するために、同軸アンテナの径の大きさには、マイクロ波の波長と関係する条件が伴うことが多い。その結果、同軸アンテナ１２３の径を任意の大きさとすることは困難である。そのため、上記の加熱される時間ｔは、ある程度の決まった値になることが考えられる。
【０１８５】
このような所定時間の間に塊成化物をマイクロ波によって十分に乾燥させるために、方策の一つとして、出力強度の大きなマイクロ波を利用することが考えられる。しかしながら、同軸アンテナの周囲に存在し、マイクロ波によって加熱される塊成化物は、塊成化物の位置により加熱の大小に差が生じるため、必ずしも均一に加熱されるわけではない。また、大出力のマイクロ波を用い短時間での乾燥を得ようとする場合には、一部の塊成化物が過剰加熱され、塊成化物に含まれる揮発成分が発火してしまう可能性がある。そのため、塊成化物をマイクロ波によって十分に乾燥させるためには、塊成化物が過剰加熱しない程度の出力を有するマイクロ波を利用し、マイクロ波の作用時間を長くすることで、乾燥の促進を図ることが重要となる。
【０１８６】
そこで、本変形例では、例えば図２４に示したように、原料層の搬送方向に同軸アンテナ１２３の加熱範囲が連続するように、同軸アンテナ１２３を原料層の搬送方向に並べて配設する。このような同軸アンテナの配設方法を採用することで、マイクロ波が照射されている区間を長くすることができ、ひいては、塊成化物へのマイクロ波の作用時間を長くすることが可能となる。
【０１８７】
ここで、同軸アンテナ１２３の搬送方向の配列方法は、搬送方向に隣り合う互いの同軸アンテナ１２３の加熱範囲が連続するようにすれば、特に限定されるものではなく、隣り合う同軸アンテナ１２３が互いに接触していてもよいし、離隔していてもよい。なお、隣り合う同軸アンテナ１２３を離隔して配置する場合には、隣り合う同軸アンテナ１２３の間の空間に塊成化物が詰らないように、カバー等を設けることが好ましい。
【０１８８】
また、図２４では、２つの同軸アンテナ１２３を搬送方向に連続して配設する場合について図示しているが、搬送方向に３個以上の同軸アンテナ１２３を連続して配設してもよいことは言うまでもない。
【０１８９】
［搬送方向の振動緩和機構］
次に、図２５Ａ及び図２５Ｂを参照しながら、塊成化物の搬送に伴って同軸アンテナ１２３に発生する振動を緩和するための技術について説明する。
【０１９０】
本発明の第２の参考形態とその変形例に係るマイクロ波乾燥装置１０では、塊成化物を網目状コンベア上に積層して原料層とした上で搬送しながら、原料層の上部から下部に向かって熱風を通過させることで塊成化物を乾燥させる乾燥炉に対して、乾燥炉の上方から同軸アンテナ１２３を挿入し、原料層下層部に対してマイクロ波を照射することで、該当する部位の乾燥を促進させる装置である。
【０１９１】
この際、乾燥炉５の上方から挿入している同軸アンテナ１２３には、塊成化物の搬送に伴って変動する応力が働く。同軸アンテナに作用する応力が変動する理由としては、網目状コンベアによる搬送速度が一定ではなくわずかながら変動すること、塊成化物の密度が厳密には均一ではないため、同軸アンテナに接触する塊成化物の状態が搬送に伴って時々刻々と変化すること、等が考えられる。このような変動する応力が同軸アンテナ１２３に作用すると、同軸アンテナ１２３には原料層搬送方向の振動が生じることとなる。このような状況下で同軸アンテナの長期使用を考えた場合、かかる振動が導波管１１１や同軸アンテナ１２３の疲労破壊の原因となることが懸念される。
【０１９２】
そこで、本変形例に係るマイクロ波乾燥装置１０では、変換器１２１の上流側に位置する導波管１１１に対して、塊成化物の搬送に伴って発生する振動を緩和する振動緩和機構を設置する。このような振動緩和機構としては、以下の２種類の機構を挙げることができる。
【０１９３】
第１の振動緩和機構として、マイクロ波発振機１０１で発生したマイクロ波を導波する導波管１１１に、振動を緩和する機構を備える導波管を設けることが挙げられる。
【０１９４】
振動を緩和する機構を備える導波管としては、例えば、導波管の中心軸方向のスライドを可能にするスライド機構を有する導波管（以下、スライド導波管と称する。）や、マイクロ波を導波可能な金属材（より好ましくは、導波管と同様の金属材）により形成された蛇腹部を有する導波管（以下、フレキシブル導波管と称する。）等を挙げることができる。
【０１９５】
スライド導波管は、スライド機構を有することで、導波管の中心軸方向の伸縮が可能となるため、導波管の中心軸方向と略平行な振動を緩和することができる。また、フレキシブル導波管は、金属製の蛇腹部を有することで、導波管の中心軸方向に対して略直交する方向に湾曲することが可能となるため、導波管の中心軸方向に対して略直交する方向の振動を緩和することが可能となる。
【０１９６】
また、第２の振動緩和機構として、マイクロ波照射部材である同軸アンテナ１２３を支持する支持体の一部に弾性部材を設けることが挙げられる。バネ機構やゴム製部材等といった弾性部材を支持体の一部に設けることで、支持体が支持する同軸アンテナ１２３に発生する振動を弾性部材によって緩和することが可能となる。
【０１９７】
以上説明したような振動緩和機構を設けることで、塊成化物の搬送に伴って発生する振動を緩和することが可能となり、導波管１１１や同軸アンテナ１２３が疲労破壊することを防止することができる。
【０１９８】
図２５Ａは、変換器１２１の上流側に位置する導波管１１１に対して、第１の振動緩和機構としてフレキシブル導波管１６１を設置するとともに、第２の振動緩和機構として支持体１６３の一部に例えばバネ機構からなる弾性部材１６５を設けた例を示している。
【０１９９】
図２５Ａに示した例では、マイクロ波発振機１０１、サーキュレータ１０３、自動整合器１０７等といったマイクロ波発振機構から延設された導波管１１１のうち、変換器１２１よりも上流側に位置し、かつ、鉛直方向に延びる導波管の一部に、フレキシブル導波管１６１が設置されている。フレキシブル導波管１６１は、上記のように、導波管の軸方向に対して略直交する方向の振動を緩和するものであるため、図２５Ａに示したように、乾燥炉５へと挿入するために略鉛直方向に設けられる導波管１１１の一部に設置されることが好ましい。
【０２００】
また、図２５Ａでは、同軸アンテナ１２３を支持し、水平方向に延設される支持体１６３の一部に、バネ機構からなる弾性部材１６５が設けられている。バネ機構は、バネがバネの中心軸方向に伸縮することで応力を緩和する機構である。
【０２０１】
図２５Ａに示したように、マイクロ波発振機構や支持体１６３の末端は、壁等の強固な部材に固定されている。その上で、上記のようなフレキシブル導波管１６１や弾性部材１６５を設置することで、フレキシブル導波管１６１より下流側かつ弾性部材１６５よりも前方に位置する変換器１２１及び同軸アンテナ１２３が構造的に分離され、ある程度自由に動くことが可能となる。なお、同軸アンテナ１２３の乾燥炉５への挿入部分には、同軸アンテナ１２３のある程度の動きを許容しつつ、乾燥炉５の気密を維持するための埋め込み材１６７を設けておくことが好ましい。
【０２０２】
図２５Ｂは、図２５Ａに示したフレキシブル導波管１６１に代えて、スライド導波管１６９を設置した例を示している。スライド導波管１６９は、上記のように、導波管の軸方向の振動を緩和するものであるため、図２５Ｂに示したように、変換器１２１の上流側の略水平方向に延設される導波管１１１の一部に設置されることが好ましい。
【０２０３】
なお、図２５Ａ及び図２５Ｂでは、一つの導波管１１１に対してフレキシブル導波管１６１又はスライド導波管１６９の一方を配設する場合について図示しているが、フレキシブル導波管１６１とスライド導波管１６９を併用しても良い。また、図２５Ａ及び図２５Ｂでは、フレキシブル導波管１６１、弾性部材１６５、スライド導波管１６９を一つ用いる場合について図示しているが、これらの部材を一つの導波管１１１や同軸アンテナ１２３に対して複数設置してもよい。
【０２０４】
また、図２５Ａ及び図２５Ｂでは、フレキシブル導波管１６１又はスライド導波管１６９と、弾性部材１６５と、を併用する場合について図示しているが、塊成化物の搬送速度等によっては、弾性部材１６５を用いずに、フレキシブル導波管１６１又はスライド導波管１６９のみを配設するようにしてもよい。
【０２０５】
なお、図２５Ａ及び図２５Ｂでは、変動する応力を受ける同軸アンテナを構造的に分離するための機構について説明したが、マイクロ波発振機構を含む同軸アンテナ１２３全体を可動式にして、振動を緩和するようにすることも考えられる。
【０２０６】
以上、図２４〜図２５Ｂを参照しながら、本発明の第２の参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について説明した。
【０２０７】
（第３の参考形態）
本発明の第１の参考形態及び第２の参考形態に係るマイクロ波乾燥装置１０は、マイクロ波照射部材１０９を乾燥炉５の上方から挿入することで、塊成化物からなる原料層の下層部位を選択的に加熱するものであった。本発明の第３の参考形態に係るマイクロ波乾燥装置１０は、マイクロ波照射部材１０９としてスリットアンテナを乾燥炉５の側壁から挿入することで、塊成化物からなる原料層の下層部位を選択的に加熱する。以下では、図２６〜図３１を参照しながら、マイクロ波照射部材としてスリットアンテナを利用したマイクロ波乾燥装置及びマイクロ波乾燥方法について、詳細に説明する。
【０２０８】
なお、本参考形態に係るマイクロ波乾燥装置１０の全体構成は、図６に示した本発明の実施形態に係るマイクロ波乾燥装置１０の全体構成と同様であるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０２０９】
＜マイクロ波照射部材の構成について＞
以下では、図２６〜図３１を参照しながら、本参考形態に係るマイクロ波照射部材の構成について、詳細に説明する。図２６〜図３１は、本参考形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【０２１０】
図２６に示したように、本参考形態では、マイクロ波照射部材１０９としてスリットアンテナ（スロットアンテナとも呼ばれる。）１３１を使用し、このスリットアンテナ１３１を、図２６において紙面奥行き方向に搬送されている塊成化物からなる原料層に対して、網目状コンベアの直上近傍に位置する乾燥炉５の側壁から挿入する。また、図２６では、スリットアンテナ１３１は、乾燥炉５を幅方向に貫通するように挿入した場合について図示しているが、スリットアンテナ１３１の乾燥炉幅方向の端部は、乾燥炉５を貫通していなくともよい。また、図２６では、説明を分かり易くするために、乾燥炉５に挿入されるスリットアンテナ１３１のうちの１個のみを記載しているが、乾燥炉５には、複数個のスリットアンテナ１３１が乾燥炉５の側壁から挿入される。
【０２１１】
図２７は、マイクロ波照射部材１０９として使用されるスリットアンテナ１３１の構成を説明するための説明図である。図２７上段に示した図は、スリットアンテナ１３１を上方からみた場合の図であり、図２７下段に示した図は、上段に示したスリットアンテナ１３１をＡ−Ａ切断線で切断した場合の断面を模式的に示したものである。
【０２１２】
図２７に示したように、本参考形態に係るスリットアンテナ１３１は、矩形状の金属管と、この金属管の上面に設けられた複数の開口部（スリット）１３３とを有している。開口部１３３は、互いに隣り合う開口部１３３との間の距離が金属管内部を伝播するマイクロ波の波長の半分の長さに対応するように、矩形状の金属管の上面に設けられている。金属管に設けられる開口部１３３の個数は、乾燥炉５の幅に応じて適宜決定すればよく、特に制限されるものではない。また、開口部１３３の形状や大きさは、所望の周波数及び強度を有するマイクロ波を導波することが可能な形状及び大きさとなるように決定すればよい。
【０２１３】
また、スリットアンテナ１３１の乾燥炉幅方向の端部には、終端反射板（ターミネーション）１３５が設けられている。この終端反射板１３５は、マイクロ波帯域に属する電磁波を全反射させる部材である。終端反射板１３５の乾燥炉幅方向の設置位置を微調整することで、スリットアンテナ１３１の内部を伝播するマイクロ波の強度分布の山に対応する部分が開口部１３３の位置に適合するように調整を行うことができる。このような調整を行うことで、開口部１３３から放射されるマイクロ波の強度を最大化することができる。
【０２１４】
図２６に示したように、スリットアンテナ１３１の開口部１３３が設けられた面には、塊成化物からなる原料層の重さが重畳することとなる。従って、スリットアンテナ１３１は、搬送中の塊成化物から受ける単位面あたりの荷重を考慮して、断面形状が荷重を受けて座屈変形しないような強度を有するように、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）や非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ）やこれらを含む合金等の各種金属を利用して製造される。
【０２１５】
乾燥炉５の原料層内部は、下層部位において約８０℃以上の温度を有し、約１００％に近い湿度を有する高温多湿状態にあり、このような状況下で塊成化物が移動している。そのため、スリットアンテナ１３１の内部に湿気が侵入することによるアーキングの発生を防止するとともに、スリットアンテナ１３１の内部への粉塵の侵入を防止するために、乾燥空気や乾燥窒素等の保護ガスをスリットアンテナ１３１の内部に導入して、スリットアンテナ１３１に正圧がかかっている状態とすることが好ましい。
【０２１６】
また、スリットアンテナ１３１の開口部１３３を保護するために、少なくとも開口部１３３の直上には、セラミックスカバー１３７が設けられることが好ましい。セラミックスカバー１３７は、スリットアンテナ１３１自体と同じ平面投影寸法を持ち、開口部１３３を含めて、スリットアンテナ１３１の上面全体を覆うものとするのが望ましい。
【０２１７】
セラミックスカバー１３７は、加熱源であるマイクロ波の吸収が少なく、高温多湿状態でも利用可能であり、塊成化物との接触に耐えうる強度、耐摩耗性、加工性を備える無機材料セラミックスを用いて形成される。セラミックスカバー１３７に用いられる無機材料セラミックスは、マイクロ波の吸収特性に関与する誘電損失係数εｒ”が、０．０２未満であることが好ましい。誘電損失係数εｒ”を０．０２未満とすることで、マイクロ波吸収による無機材料セラミックスの自己発熱を抑制することが可能となる。
【０２１８】
このような無機材料セラミックスの例として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ、化学式：Ｓｉ３Ｎ４・Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）等がある。これらの無機材料セラミックスを単独で使用してセラミックスカバー１３７を製造してもよく、これらの無機材料セラミックスを混合してセラミックスカバー１３７を製造してもよい。
【０２１９】
本参考形態では、このようなスリットアンテナ１３１を、図２８に示したように、スリットアンテナ１３１の長軸方向が乾燥炉幅方向と略平行となるように、乾燥炉の搬送方向にわたって複数配置する。この際、図２８に示したように、各スリットアンテナ１３１は、網目状コンベアのほぼ直上に位置するように、乾燥炉５の側壁から挿入される。これにより、乾燥炉５中の塊成化物は、スリットアンテナ１３１を乗り越えるようにして搬送されることとなり、スリットアンテナ１３１を乗り越える間にマイクロ波によって加熱されることとなる。
【０２２０】
また、本参考形態では、複数のスリットアンテナ１３１全体の加熱範囲（すなわち、スリット開口部分）が、乾燥炉５の幅方向の略全体をカバーするように、スリットアンテナ１３１を設置する。
【０２２１】
この際、図２８に示したように、スリットアンテナ１３１の開口部１３３の位置を、搬送方向で互いに隣り合うスリットアンテナ１３１間でずらして配置して、互いの加熱範囲を補完しあうようにする。
【０２２２】
複数のスリットアンテナの開口部が乾燥炉５の幅方向の略全体をカバーしない場合は、スリットアンテナから放射されるマイクロ波の加熱範囲が炉全幅に及ばず、炉の幅方向に対して塊成化原料の加熱ムラができるため、原料の乾燥ムラにつながって好ましくない。しかしながら、マイクロ波により加熱が行われた部分については、原料の乾燥が改善されるため、挿入した導波管の本数に応じて、原料全体としてみた平均値としての乾燥は改善される。
【０２２３】
また、乾燥炉の特性として炉幅方向における熱風乾燥の効率が異なる場合は、乾燥効率が劣位で塊成化原料の乾燥が遅れている部分にのみスリットアンテナの開口部を設け、マイクロ波を照射することも有効である。
【０２２４】
また、どのように各スリットアンテナ１３１を配置するかについては、図２８に示した例に特に限定されるわけではなく、例えば、乾燥炉５の残留水分の偏り状況に関する知見等に基づき、この偏りを解消可能なようにスリットアンテナ１３１の配設位置を決定すればよい。
【０２２５】
ここで、図２８では、スリットアンテナ１３１の長軸方向が乾燥炉５の幅方向と略平行となるようにスリットアンテナ１３１を配設する場合について示しているが、例えば図２９に示したように、スリットアンテナ１３１を斜めに配設してもよい。このような配置を行うことで、各スリットアンテナ１３１が加熱可能な炉幅方向範囲を更に広げることが可能となり、より広範囲の塊成化物を加熱することができる。なお、図２９では、スリットアンテナ１３１の長軸方向と乾燥炉幅方向とのなす角度（傾斜角度）が一定である場合について図示しているが、それぞれのスリットアンテナ１３１の傾斜角度が互いに異なるように、スリットアンテナ１３１を配設してもよい。
【０２２６】
乾燥炉５内を搬送される塊成化物がスリットアンテナ１３１を乗り越えやすくするために、例えば図３０に示したように、スリットアンテナ１３１の側面に対して、テーパー部１３９ａを設けたり、ローラー部１３９ｂを設けたりしてもよい。
【０２２７】
具体的には、図３０上段に示したように、スリットアンテナ１３１の搬送方向上流側の側面に対して、当該搬送方向上流側に行くに従い高さが低くなるようなテーパー部１３９ａを設けてもよい。また、図３０下段に示したように、スリットアンテナ１３１の搬送方向上流側の側面に対して、当該搬送方向上流側に行くに従い高さが低くなるようなテーパー部を設け、このテーパー部に複数のローラーを設けてローラー部１３９ｂとしてもよい。このようなテーパー部１３９ａ又はローラー部１３９ｂを設けることで、塊成化物がスリットアンテナ１３１を乗り越えやすくなり、スリットアンテナ１３１による塊成化物の搬送抵抗を更に低減することが可能となる。また、スリットアンテナ１３１の搬送方向上流側の端部だけでなく、搬送方向下流側の端部に対しても上記テーパー部１３９ａや、テーパー部に更にローラーを有するローラー部１３９ｂを設けてもよい。
【０２２８】
また、図３１に示したように、網目状コンベアの直上付近だけでなく、網目状コンベアの上方に、網目状コンベア面から離隔するようなかたちで、スリットアンテナ１３１を配設してもよい。スリットアンテナ１３１を乾燥炉５の高さ方向に上下に配置することで、乾燥炉５内を搬送される原料層の様々な部位をマイクロ波により加熱することが可能となる。
【０２２９】
以上、図２６〜図３１を参照しながら、本発明の第３の参考形態に係るマイクロ波乾燥装置１０及びマイクロ波乾燥方法について、詳細に説明した。
【０２３０】
＜第３の参考形態の変形例＞
次に、図３２Ａ〜図３３Ｂを参照しながら、本発明の第３の参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について説明する。図３２Ａ〜図３３Ｂは、本発明の第３の参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について説明するための説明図である。
【０２３１】
［スリットアンテナの原料層搬送方向の配設方法］
次に、図３２Ａ及び図３２Ｂを参照しながら、本変形例に係るスリットアンテナの原料層搬送方向の配設方法について説明する。
【０２３２】
乾燥炉５の内部を搬送されている塊成化物原料が、本変形例に係るスリットアンテナ１３１一つから照射されるマイクロ波によって加熱される時間ｔは、スリットアンテナ１３１の幅（搬送方向の幅）をＷ［ｍｍ］とし、塊成化物の搬送速度をＶ［ｍｍ／ｓｅｃ］とした場合に、おおよそ（Ｗ／Ｖ）秒となる。
【０２３３】
一方、スリットアンテナを用いてマイクロ波を導波する場合、スリットアンテナ内部に複数の伝播モードが発生しないようにし、マイクロ波の伝送効率を維持するために、スリットアンテナの幅を導波するマイクロ波の波長未満とすることが多い。例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いる場合、スリットアンテナの搬送方向の最大幅は、１２０ｍｍ程度の大きさとなる。従って、スリットアンテナ１本の最大幅が１２０ｍｍ程度である場合、通常の網目状コンベアの搬送速度を考慮すると、上記時間ｔは極めて短時間となる。
【０２３４】
このような短時間の間に塊成化物をマイクロ波によって十分に乾燥させるために、方策の一つとして、出力強度の大きなマイクロ波を利用することが考えられる。しかしながら、スリットアンテナの上部に存在し、マイクロ波によって加熱される塊成化物は、塊成化物の位置により加熱の大小に差が生じるため、必ずしも均一に加熱されるわけではない。また、大出力のマイクロ波を用い短時間での乾燥を得ようとする場合には、一部の塊成化物が過剰加熱され、塊成化物に含まれる揮発成分が発火してしまう可能性がある。そのため、塊成化物をマイクロ波によって十分に乾燥させるためには、塊成化物が過剰加熱しない程度の出力を有するマイクロ波を利用し、マイクロ波の作用時間を長くすることで、乾燥の促進を図ることが重要となる。
【０２３５】
そこで、本変形例では、例えば図３２Ａ及び図３２Ｂに示したように、原料層の搬送方向にスリットアンテナ１３１の加熱範囲が連続するように、スリットアンテナ１３１を原料層の搬送方向に並べて配設する。このようなスリットアンテナの配設方法を採用することで、マイクロ波が照射されている区間を長くすることができ、ひいては、塊成化物へのマイクロ波の作用時間を長くすることが可能となる。
【０２３６】
ここで、スリットアンテナ１３１の搬送方向の配列方法は、搬送方向に隣り合う互いのスリットアンテナ１３１の加熱範囲が連続するようにすれば、特に限定されるものではなく、隣り合うスリットアンテナ１３１が互いに接触していてもよいし、離隔していてもよい。なお、隣り合うスリットアンテナ１３１を離隔して配置する場合には、隣り合うスリットアンテナ１３１の間の空間に塊成化物が詰らないように、カバー等を設けることが好ましい。
【０２３７】
また、図３２Ａ及び図３２Ｂでは、２つのスリットアンテナ１３１を搬送方向に連続して配設する場合について図示しているが、搬送方向に３個以上のスリットアンテナ１３１を連続して配設してもよいことは言うまでもない。
【０２３８】
［搬送方向の振動緩和機構］
次に、図３３Ａ及び図３３Ｂを参照しながら、塊成化物の搬送に伴ってスリットアンテナ１３１に発生する振動を緩和するための技術について説明する。
【０２３９】
本発明の第３の参考形態とその変形例に係るマイクロ波乾燥装置１０では、塊成化物を網目状コンベア上に積層して原料層とした上で搬送しながら、原料層の上部から下部に向かって熱風を通過させることで塊成化物を乾燥させる乾燥炉に対して、乾燥炉の側壁からスリットアンテナ１３１を挿入し、原料層下層部に対してマイクロ波を照射することで、該当する部位の乾燥を促進させる装置である。
【０２４０】
この際、乾燥炉５の側壁から挿入しているスリットアンテナ１３１には、塊成化物の搬送に伴って変動する応力が働く。スリットアンテナ１３１に作用する応力が変動する理由としては、網目状コンベアによる搬送速度が一定ではなくわずかながら変動すること、塊成化物の密度が厳密には均一ではないため、スリットアンテナ１３１に接触する塊成化物の状態が搬送に伴って時々刻々と変化すること、等が考えられる。このような変動する応力がスリットアンテナ１３１に作用すると、スリットアンテナ１３１には原料層搬送方向の振動が生じることとなる。このような状況下でスリットアンテナの長期使用を考えた場合、かかる振動が導波管１１１やスリットアンテナ１３１の疲労破壊の原因となることが懸念される。
【０２４１】
そこで、本変形例に係るマイクロ波乾燥装置１０では、スリットアンテナ１３１に接続されている導波管１１１に対して、塊成化物の搬送に伴って発生する振動を緩和する振動緩和機構を設置する。このような振動緩和機構としては、以下の２種類の機構を挙げることができる。
【０２４２】
第１の振動緩和機構として、マイクロ波発振機１０１で発生したマイクロ波を導波する導波管１１１に、振動を緩和する機構を備える導波管を設けることが挙げられる。
【０２４３】
振動を緩和する機構を備える導波管としては、例えば、導波管の中心軸方向のスライドを可能にするスライド機構を有する導波管（以下、スライド導波管と称する。）や、マイクロ波を導波可能な金属材（より好ましくは、導波管と同様の金属材）により形成された蛇腹部を有する導波管（以下、フレキシブル導波管と称する。）等を挙げることができる。
【０２４４】
スライド導波管は、スライド機構を有することで、導波管の中心軸方向の伸縮が可能となるため、導波管の中心軸方向と略平行な振動を緩和することができる。また、フレキシブル導波管は、金属製の蛇腹部を有することで、導波管の中心軸方向に対して略直交する方向に湾曲することが可能となるため、導波管の中心軸方向に対して略直交する方向の振動を緩和することが可能となる。
【０２４５】
また、第２の振動緩和機構として、マイクロ波照射部材であるスリットアンテナ１３１を支持する支持体の一部に弾性部材を設けることが挙げられる。バネ機構やゴム製部材等といった弾性部材を支持体の一部に設けることで、支持体が支持するスリットアンテナ１３１に発生する振動を弾性部材によって緩和することが可能となる。
【０２４６】
以上説明したような振動緩和機構を設けることで、塊成化物の搬送に伴って発生する振動を緩和することが可能となり、導波管１１１やスリットアンテナ１３１が疲労破壊することを防止することができる。
【０２４７】
図３３Ａは、導波管１１１に対して、第１の振動緩和機構としてフレキシブル導波管１６１を設置した例を示している。
【０２４８】
図３３Ａに示した例では、マイクロ波発振機１０１、サーキュレータ１０３、自動整合器１０７等といったマイクロ波発振機構から延設された導波管１１１のうち、鉛直方向に延びる導波管の一部に、フレキシブル導波管１６１が設置されている。フレキシブル導波管１６１は、上記のように、導波管の軸方向に対して略直交する方向の振動を緩和するものであるため、図３３Ａに示したように、乾燥炉５へと挿入するために略鉛直方向に設けられる導波管１１１の一部に設置されることが好ましい。
【０２４９】
図３３Ｂは、図３３Ａに示したフレキシブル導波管１６１に代えて、スライド導波管１６９を設置した例を示している。また、図３３Ｂでは、第２の振動緩和機構として支持体１６３の一部に例えばバネ機構からなる弾性部材１６５を設けた例を示している。
【０２５０】
スライド導波管１６９は、上記のように、導波管の軸方向の振動を緩和するものであるため、図３３Ｂに示したように、略水平方向に延設される導波管１１１の一部に設置されることが好ましい。
【０２５１】
また、図３３Ｂでは、スリットアンテナ１３１を支持し、水平方向に延設される支持体１６３の一部に、バネ機構からなる弾性部材１６５が設けられている。バネ機構は、バネがバネの中心軸方向に伸縮することで応力を緩和する機構である。
【０２５２】
図３３Ａ及び図３３Ｂに示したように、マイクロ波発振機構や支持体１６３の末端は、壁等の強固な部材に固定されている。その上で、上記のようなフレキシブル導波管１６１又はスリット導波管１６９や弾性部材１６５を設置することで、フレキシブル導波管１６１又はスリット導波管１６９より下流側かつ弾性部材１６５よりも前方に位置するスリットアンテナ１３１が構造的に分離され、ある程度自由に動くことが可能となる。なお、スリットアンテナ１３１の乾燥炉５への挿入部分には、スリットアンテナ１３１のある程度の動きを許容しつつ、乾燥炉５の気密を維持するための埋め込み材を設けておくことが好ましい。
【０２５３】
なお、図３３Ａ及び図３３Ｂでは、一つの導波管１１１に対してフレキシブル導波管１６１又はスライド導波管１６９の一方を配設する場合について図示しているが、フレキシブル導波管１６１とスライド導波管１６９を併用しても良い。また、図３３Ａ及び図３３Ｂでは、フレキシブル導波管１６１、弾性部材１６５、スライド導波管１６９を一つ用いる場合について図示しているが、これらの部材を一つの導波管１１１やスリットアンテナ１３１に対して複数設置してもよい。
【０２５４】
また、図３３Ａでは、図示の便宜上、支持体１６３及び弾性部材１６５を図示していないが、フレキシブル導波管１６１に加えて支持体１６３及び弾性部材１６５を利用してもよいことは言うまでもない。逆に、図３３Ｂでは、スライド導波管１６９と、弾性部材１６５と、を併用する場合について図示しているが、塊成化物の搬送速度等によっては、弾性部材１６５を用いずに、フレキシブル導波管１６１又はスライド導波管１６９のみを配設するようにしてもよい。
【０２５５】
なお、図３３Ａ及び図３３Ｂでは、変動する応力を受けるスリットアンテナを構造的に分離するための機構について説明したが、マイクロ波発振機構を含むスリットアンテナ１３１全体を可動式にして、振動を緩和するようにすることも考えられる。
【０２５６】
以上、図３２Ａ〜図３３Ｂを参照しながら、本発明の第３の参考形態に係るマイクロ波照射部材の変形例について説明した。
【０２５７】
（第１の実施形態）
以上説明した第１〜第３の参考形態では、マイクロ波照射部材１０９として、導波管１１１、同軸アンテナ１２３又はスリットアンテナ１３１を用いる場合について説明を行ったが、これらの参考形態及び変形例に係るマイクロ波照射部材１０９を組み合わせて用いることも可能である。以下では、図３４〜図３７Ｂを参照しながら、異なる種類のマイクロ波照射部材１０９を組み合わせて用いる本発明の第１の実施形態について説明する。
【０２５８】
なお、本実施形態に係るマイクロ波乾燥装置１０の全体構成は、図６に示した本発明の実施形態に係るマイクロ波乾燥装置１０の全体構成と同様であるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０２５９】
＜マイクロ波照射部材の構成について＞
以下では、図３４〜図３７Ｂを参照しながら、本実施形態に係るマイクロ波照射部材の構成について、詳細に説明する。図３４〜図３７Ｂは、本実施形態に係るマイクロ波照射部材について示した説明図である。
【０２６０】
図３４及び図３５は、本実施形態に係るマイクロ波照射部材１０９の一例を示した説明図である。
図３４に示したように、本実施形態に係るマイクロ波照射部材１０９として、第１の参考形態で説明した導波管１１１と、第３の参考形態で説明したスリットアンテナ１３１とを併用することが可能である。また、図３５に示したように、本実施形態に係るマイクロ波照射部材１０９として、第２の参考形態で説明した同軸アンテナ１２３と、第３の参考形態で説明したスリットアンテナ１３１とを併用することが可能である。
【０２６１】
導波管１１１、同軸アンテナ１２３及びスリットアンテナ１３１の詳細な構成及び乾燥炉への設置方法については、先だって説明した各参考形態とその変形例と同様であり、同様の効果を奏するものであるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０２６２】
ここで、導波管１１１又は同軸アンテナ１２３と、スリットアンテナ１３１との配設位置であるが、例えば図３６に示したように、各照射部材の加熱範囲が、全体として乾燥炉５の幅方向の略全域をカバーするように、導波管１１１又は同軸アンテナ１２３の少なくとも一方と、スリットアンテナ１３１と、を配設する。
【０２６３】
また、どのように導波管１１１、同軸アンテナ１２３及びスリットアンテナ１３１を配置するかについては、例えば図３６に示した場合に限定されるわけではなく、例えば、乾燥炉５の残留水分の偏り状況に関する知見等に基づき、この偏りを解消可能なように各照射部材の配設位置を決定すればよい。また、第１の参考形態の変形例〜第３の参考形態の変形例にて示したように、導波管１１１や同軸アンテナ１２３やスリットアンテナ１３１の加熱範囲が搬送方向に連続するように、これらのマイクロ波照射部材を搬送方向に並べて配設してもよい。
【０２６４】
なお、図３６では、導波管１１１及びスリットアンテナ１３１を併用した場合を示しているが、導波管１１１、同軸アンテナ１２３及びスリットアンテナ１３１の３種類の照射部材を併用してもよい。
【０２６５】
本発明の対象とする乾燥炉５では、前述のとおり上方からの熱風による乾燥が主体であるため、積層されたブリケット等の塊成化物からなる原料層の下層ほど乾燥不良として水分が残留しやすい環境にある。ここで、導波管１１１や同軸アンテナ１２３による原料層下層部分へのマイクロ波照射において、図３７Ａ及び図３７Ｂに示したように、導波管１１１あるいは同軸アンテナ１２３の出口近傍のマイクロ波電界が強くなり、原料層の最下層近傍におけるマイクロ波電界の強度は、出口近傍に比べてやや低くなる。その結果、図３４及び図３５において実線で囲んだ領域Ａ近傍の塊成化物が加熱されやすく、最下層に位置する塊成化物（点線で囲んだ領域Ｂ近傍）への加熱効率が低下する傾向となる。
【０２６６】
一方、スリットアンテナ１３１においては、図３４及び図３５において、マイクロ波の出口であるスリット直上に存在する最下層の塊成化物（図３４及び図３５において点線で囲んだ領域Ｂ近傍）への加熱効率が最大となる。
【０２６７】
従って、導波管１１１や同軸アンテナ１２３を単独で使用する場合には、図３７Ａ及び図３７Ｂにおいて、「加熱やや低下」と示した部分においても十分な個数の導波管１１１又は同軸アンテナ１２３の設置が求められるが、導波管１１１や同軸アンテナ１２３と、スリットアンテナ１３１と、を組み合わせることによって、塊成化物の積層方向（乾燥炉の高さ方向）の加熱範囲を拡大し、積層方向でのより広い範囲で塊成化物を加熱し乾燥の進行を改善させることが可能となる。
【０２６８】
また、乾燥炉５の幅方向への加熱に関し、スリットアンテナ１３１は、マイクロ波を放射する開口部１３３の間隔をアンテナ中を伝搬するマイクロ波の管内波長の１／２とすることで、マイクロ波の放射が効率的に行われる。周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波させる導波管においては、例えばＥＩＡＪ規格のＷＲＩ−２２導波管の場合、管内波長は１４．８ｃｍであり、スリットの間隔は７．４ｃｍになるなど、開口部１３３の間隔は最短で７ｃｍ程度と、比較的狭い間隔でマイクロ波を放射することができる。従って、スリットアンテナ１３１を用いると、搬送コンベアの幅方向の広い範囲を均一に加熱することが可能となる。
【０２６９】
従って、スリットアンテナ１３１を導波管１１１や同軸アンテナ１２３と組み合わせて用いることで、乾燥炉５全体の加熱のために原料層に挿入する導波管１１１あるいは同軸アンテナ１２３の個数を削減することが可能となり、設備コストの削減を実現することができる。
【０２７０】
本実施形態は、マイクロ波を原料層の内部（下層部）で放射することにより、放射したマイクロ波エネルギーの大部分が放射点の周辺の原料に吸収され、原料の加熱に使用されるものであり、加熱のエネルギー効率の高い加熱方法である。
【０２７１】
以上、図３４〜図３７Ｂを参照しながら、本発明の第１の実施形態に係るマイクロ波乾燥装置１０及びマイクロ波乾燥方法について説明した。
【０２７２】
なお、上記説明では、第１の参考形態又は第２の参考形態に係るマイクロ波照射部材と、第３の参考形態に係るマイクロ波照射部材と、を組み合わせて用いる場合について説明したが、本実施形態において、マイクロ波照射部材の組み合わせ方は、上記の場合に限定されるわけではない。すなわち、第１の参考形態の変形例又は第２の参考形態の変形例に係るマイクロ波照射部材と、第３の参考形態に係るマイクロ波照射部材と、を組み合わせても良いし、第１の参考形態又は第２の参考形態に係るマイクロ波照射部材と、第３の参考形態の変形例に係るマイクロ波照射部材と、を組み合わせても良い。また、第１の参考形態の変形例又は第２の参考形態の変形例に係るマイクロ波照射部材と、第３の参考形態の変形例に係るマイクロ波照射部材と、を組み合わせても良い。
【０２７３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０２７４】
１０ マイクロ波乾燥装置
１０１ マイクロ波発振機
１０３ サーキュレータ
１０５ アイソレータ
１０７ 自動整合器
１０９ マイクロ波照射部材
１１１ 導波管
１１３，１２５，１３７，１５３ セラミックスカバー
１１５，１２７，１３９ａ テーパー部
１２１ 変換器
１２３ 同軸アンテナ
１２３ａ 中心導体
１２３ｂ 外周導体
１２３ｃ スペーサー
１３１ スリットアンテナ
１３３ 開口部
１３５ 終端反射板
１３９ｂ ローラー部
１５１ 切り欠き部
１５５ 整合ピン
１５７ 分岐板
１６１ フレキシブル導波管
１６３ 支持体
１６５ 弾性部材
１６７ 埋め込み材
１６９ スライド導波管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被乾燥物をコンベアにより搬送する際に当該被乾燥物に対して熱風を吹き付けることで前記被乾燥物に含まれる水分を低減させる熱風式の乾燥炉に対して設置されるマイクロ波乾燥装置であって、
前記被乾燥物を乾燥させるために用いられるマイクロ波を発振するマイクロ波発振機と、
搬送される前記被乾燥物からなる被乾燥物層の内部に対し、前記マイクロ波によって前記被乾燥物が加熱される加熱範囲が前記被乾燥物層の最下層を含む深さまで挿入され、前記被乾燥物に対して前記マイクロ波を照射する複数の導波管と、
前記コンベアの直上に設けられ、前記マイクロ波を導波する導波管の上面に複数の開口部を有し、当該複数の開口部それぞれから前記被乾燥物に対して前記マイクロ波を照射する複数のスリットアンテナと、
を備え、
前記導波管それぞれの前記加熱範囲、及び、前記スリットアンテナの前記開口部が、全体として前記乾燥炉の炉幅方向全体を覆う
ことを特徴とする、マイクロ波乾燥装置。
【請求項２】
被乾燥物をコンベアにより搬送する際に当該被乾燥物に対して熱風を吹き付けることで前記被乾燥物に含まれる水分を低減させる熱風式の乾燥炉に対して設置されるマイクロ波乾燥装置であって、
前記被乾燥物を乾燥させるために用いられるマイクロ波を発振するマイクロ波発振機と、
搬送される前記被乾燥物からなる被乾燥物層の内部に対し、前記マイクロ波によって前記被乾燥物が加熱される加熱範囲が前記被乾燥物層の最下層を含む深さまで挿入され、前記被乾燥物に対して前記マイクロ波を照射する複数の同軸アンテナと、
前記コンベアの直上に設けられ、前記マイクロ波を導波する導波管の上面に複数の開口部を有し、当該複数の開口部それぞれから前記被乾燥物に対して前記マイクロ波を照射する複数のスリットアンテナと、
を備え、
前記同軸アンテナそれぞれの前記加熱範囲、及び、前記スリットアンテナの前記開口部が、全体として前記乾燥炉の炉幅方向全体を覆う
ことを特徴とする、マイクロ波乾燥装置。
【請求項３】
前記複数の導波管又は同軸アンテナのうち少なくとも２つは、前記乾燥炉の炉幅方向の互いに異なる位置に配置されており、
前記炉幅方向に互いに隣り合う前記導波管又は前記同軸アンテナの前記搬送方向の位置は、互いに相違する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項４】
前記複数の導波管は、当該導波管を前記被乾燥物層に挿入した際に前記搬送コンベアと対向する端部が開口となっている
ことを特徴とする、請求項１又は３に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項５】
前記複数の導波管は、前記導波管の先端部と前記コンベアとの間の離隔距離が、自由空間における前記マイクロ波の波長の４分の１以上となるように前記被乾燥物層に挿入される
ことを特徴とする、請求項４に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項６】
前記複数の導波管は、少なくとも、当該導波管を前記被乾燥物層に挿入した際に前記乾燥炉の被乾燥物層搬送方向に対して平行となる側面に切り欠き部が設けられており、当該切り欠き部から前記マイクロ波が照射される
ことを特徴とする、請求項１又は３に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項７】
前記複数の導波管は、前記切り欠き部の前記被乾燥物層の高さ方向の上端が当該被乾燥物層の高さ以下となるように前記被乾燥物層に挿入される
ことを特徴とする、請求項６に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項８】
前記複数の導波管は、前記切り欠き部の被乾燥物層の高さ方向の上端と前記コンベアとの間の距離が、自由空間における前記マイクロ波の波長の４分の１以上となるように前記被乾燥物層に挿入される
ことを特徴とする、請求項６又は７に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項９】
前記スリットアンテナは、当該スリットアンテナの直軸方向が前記乾燥炉幅方向に対して平行になるように配置される
ことを特徴とする、請求項１〜８の何れか１項に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項１０】
前記スリットアンテナは、当該スリットアンテナの直軸方向が前記乾燥炉幅方向に対して斜めになるように配置される
ことを特徴とする、請求項１〜８の何れか１項に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項１１】
前記導波管は、前記マイクロ波の進行方向に垂直な断面の形状が矩形状であり、
矩形状の前記切断面の短辺が前記搬送方向に対して直交しており、前記矩形状の切断面の長辺が前記搬送方向と平行である
ことを特徴とする、請求項１、３〜１０の何れか１項に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項１２】
前記同軸アンテナは、
中空又は中実の金属管である中心導体と、
当該中心導体の更に外側に設けられる中空の金属管である外周導体と、
を有し、
前記中心導体の前記被乾燥物層側の端部は、前記外周導体の前記被乾燥物層側の端部よりも、前記同軸アンテナ内で伝搬される前記マイクロ波の波長の４分の１に対応する長さだけ突出している
ことを特徴とする、請求項２に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項１３】
前記同軸アンテナの前記中心導体と前記外周導体とは、誘電損失係数が０．０２未満である無機材料セラミックスで形成されたスペーサーにより、互いの位置関係が固定される
ことを特徴とする、請求項１２に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項１４】
前記導波管の先端部もしくは切り欠き部又は前記同軸アンテナの先端部、及び、前記スリットアンテナの少なくとも前記開口部の部分には、誘電損失係数が０．０２未満である無機材料セラミックスで形成されたセラミックスカバーが設けられる
ことを特徴とする、請求項１〜１３の何れか１項に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項１５】
前記導波管又は前記同軸アンテナ、及び、前記スリットアンテナに対して、前記被乾燥物の搬送に伴って発生する振動を緩和する振動緩和機構を設ける
ことを特徴とする、請求項１〜１４の何れか１項に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項１６】
前記振動緩和機構として、前記導波管、前記同軸アンテナ又は前記スリットアンテナと、前記マイクロ波発振機と、の間に、軸方向のスライドを可能にするスライド機構を有するスライド導波管、又は、金属製の蛇腹部を有するフレキシブル導波管の少なくとも何れか一方を配設する
ことを特徴とする、請求項１５に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項１７】
前記振動緩和機構として、前記導波管又は前記同軸アンテナ、及び、前記スリットアンテナをそれぞれ支持する支持体の一部に、弾性部材を設ける
ことを特徴とする、請求項１５又は１６に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項１８】
前記導波管又は前記同軸アンテナ及び前記スリットアンテナを、前記搬送方向に前記加熱範囲が連続するように当該搬送方向に並べて配設する
ことを特徴とする、請求項１〜１７の何れか１項に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項１９】
前記導波管を、前記搬送方向に前記加熱範囲が連続するように分岐させる
ことを特徴とする、請求項１、３〜１７の何れか１項に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項２０】
前記導波管又は前記同軸アンテナ、及び、前記スリットアンテナの内部には防塵ガスが導入されており、前記導波管又は前記同軸アンテナ、及び、前記スリットアンテナの内部に正圧がかかった状態となっている
ことを特徴とする、請求項１〜１９の何れか１項に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項２１】
前記導波管又は前記同軸アンテナの前記搬送方向上流側の端部には、当該搬送方向上流側に向かうほど搬送方向に垂直な断面の面積が小さくなるテーパー部が設けられる
ことを特徴とする、請求項１〜２０の何れか１項に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項２２】
前記スリットアンテナの前記搬送方向上流側の端部に、当該搬送方向上流側に向かうほど高さが低くなるテーパー部が設けられる
ことを特徴とする、請求項１〜２１の何れか１項に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項２３】
前記スリットアンテナの前記テーパー部に対し、１又は複数のローラーが更に設けられることを特徴とする、請求項２２の何れか１項に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項２４】
前記マイクロ波発振機と前記複数の導波管又は前記複数の同軸アンテナとの間に、前記マイクロ波発振機から発振された前記マイクロ波のインピーダンスと、前記乾燥炉内で反射し前記マイクロ波発振機に向かう前記マイクロ波のインピーダンスとの整合を行う自動整合器を更に備える
ことを特徴とする、請求項１〜２３の何れか１項に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項２５】
前記無機材料セラミックスは、アルミナ、窒化ケイ素、サイアロン、窒化アルミニウム、窒化ホウ素及びこれらの混合物からなる群より選択される
ことを特徴とする、請求項１１又は１２に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項２６】
被乾燥物をコンベアにより搬送する際に当該被乾燥物に対して熱風を吹き付けることで前記被乾燥物に含まれる水分を低減させる熱風式の乾燥炉に対して実施されるマイクロ波乾燥方法であって、
前記被乾燥物を乾燥させるために用いられるマイクロ波を発振させ、
搬送される前記被乾燥物からなる被乾燥物層の内部に対し、前記マイクロ波によって前記被乾燥物が加熱される加熱範囲が前記被乾燥物層の最下層を含む深さまで挿入された複数の導波管それぞれ、及び、前記コンベアの直上に設けられ、前記マイクロ波を導波する導波管の上面に複数の開口部を有し、当該複数の開口部それぞれから前記被乾燥物に対して前記マイクロ波を照射する複数のスリットアンテナそれぞれから前記被乾燥物層に対して前記マイクロ波を照射するものであり、
前記導波管それぞれの前記加熱範囲、及び、前記スリットアンテナの前記開口部が、全体として前記乾燥炉の炉幅方向全体を覆う
ことを特徴とする、マイクロ波乾燥方法。
【請求項２７】
被乾燥物をコンベアにより搬送する際に当該被乾燥物に対して熱風を吹き付けることで前記被乾燥物に含まれる水分を低減させる熱風式の乾燥炉に対して実施されるマイクロ波乾燥方法であって、
前記被乾燥物を乾燥させるために用いられるマイクロ波を発振させ、
搬送される前記被乾燥物からなる被乾燥物層の内部に対し、前記マイクロ波によって前記被乾燥物が加熱される加熱範囲が前記被乾燥物層の最下層を含む深さまで挿入された複数の同軸アンテナそれぞれ、及び、前記コンベアの直上に設けられ、前記マイクロ波を導波する導波管の上面に複数の開口部を有し、当該複数の開口部それぞれから前記被乾燥物に対して前記マイクロ波を照射する複数のスリットアンテナそれぞれから前記被乾燥物層に対して前記マイクロ波を照射するものであり、
前記同軸アンテナそれぞれの前記加熱範囲、及び、前記スリットアンテナの前記開口部が、全体として前記乾燥炉の炉幅方向全体を覆う
ことを特徴とする、マイクロ波乾燥方法。
【請求項１】
被乾燥物をコンベアにより搬送する際に当該被乾燥物に対して熱風を吹き付けることで前記被乾燥物に含まれる水分を低減させる熱風式の乾燥炉に対して設置されるマイクロ波乾燥装置であって、
前記被乾燥物を乾燥させるために用いられるマイクロ波を発振するマイクロ波発振機と、
搬送される前記被乾燥物からなる被乾燥物層の内部に対し、前記マイクロ波によって前記被乾燥物が加熱される加熱範囲が前記被乾燥物層の最下層を含む深さまで挿入され、前記被乾燥物に対して前記マイクロ波を照射する複数の導波管と、
前記コンベアの直上に設けられ、前記マイクロ波を導波する導波管の上面に複数の開口部を有し、当該複数の開口部それぞれから前記被乾燥物に対して前記マイクロ波を照射する複数のスリットアンテナと、
を備え、
前記導波管それぞれの前記加熱範囲、及び、前記スリットアンテナの前記開口部が、全体として前記乾燥炉の炉幅方向全体を覆う
ことを特徴とする、マイクロ波乾燥装置。
【請求項２】
被乾燥物をコンベアにより搬送する際に当該被乾燥物に対して熱風を吹き付けることで前記被乾燥物に含まれる水分を低減させる熱風式の乾燥炉に対して設置されるマイクロ波乾燥装置であって、
前記被乾燥物を乾燥させるために用いられるマイクロ波を発振するマイクロ波発振機と、
搬送される前記被乾燥物からなる被乾燥物層の内部に対し、前記マイクロ波によって前記被乾燥物が加熱される加熱範囲が前記被乾燥物層の最下層を含む深さまで挿入され、前記被乾燥物に対して前記マイクロ波を照射する複数の同軸アンテナと、
前記コンベアの直上に設けられ、前記マイクロ波を導波する導波管の上面に複数の開口部を有し、当該複数の開口部それぞれから前記被乾燥物に対して前記マイクロ波を照射する複数のスリットアンテナと、
を備え、
前記同軸アンテナそれぞれの前記加熱範囲、及び、前記スリットアンテナの前記開口部が、全体として前記乾燥炉の炉幅方向全体を覆う
ことを特徴とする、マイクロ波乾燥装置。
【請求項３】
前記複数の導波管又は同軸アンテナのうち少なくとも２つは、前記乾燥炉の炉幅方向の互いに異なる位置に配置されており、
前記炉幅方向に互いに隣り合う前記導波管又は前記同軸アンテナの前記搬送方向の位置は、互いに相違する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項４】
前記複数の導波管は、当該導波管を前記被乾燥物層に挿入した際に前記搬送コンベアと対向する端部が開口となっている
ことを特徴とする、請求項１又は３に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項５】
前記複数の導波管は、前記導波管の先端部と前記コンベアとの間の離隔距離が、自由空間における前記マイクロ波の波長の４分の１以上となるように前記被乾燥物層に挿入される
ことを特徴とする、請求項４に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項６】
前記複数の導波管は、少なくとも、当該導波管を前記被乾燥物層に挿入した際に前記乾燥炉の被乾燥物層搬送方向に対して平行となる側面に切り欠き部が設けられており、当該切り欠き部から前記マイクロ波が照射される
ことを特徴とする、請求項１又は３に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項７】
前記複数の導波管は、前記切り欠き部の前記被乾燥物層の高さ方向の上端が当該被乾燥物層の高さ以下となるように前記被乾燥物層に挿入される
ことを特徴とする、請求項６に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項８】
前記複数の導波管は、前記切り欠き部の被乾燥物層の高さ方向の上端と前記コンベアとの間の距離が、自由空間における前記マイクロ波の波長の４分の１以上となるように前記被乾燥物層に挿入される
ことを特徴とする、請求項６又は７に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項９】
前記スリットアンテナは、当該スリットアンテナの直軸方向が前記乾燥炉幅方向に対して平行になるように配置される
ことを特徴とする、請求項１〜８の何れか１項に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項１０】
前記スリットアンテナは、当該スリットアンテナの直軸方向が前記乾燥炉幅方向に対して斜めになるように配置される
ことを特徴とする、請求項１〜８の何れか１項に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項１１】
前記導波管は、前記マイクロ波の進行方向に垂直な断面の形状が矩形状であり、
矩形状の前記切断面の短辺が前記搬送方向に対して直交しており、前記矩形状の切断面の長辺が前記搬送方向と平行である
ことを特徴とする、請求項１、３〜１０の何れか１項に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項１２】
前記同軸アンテナは、
中空又は中実の金属管である中心導体と、
当該中心導体の更に外側に設けられる中空の金属管である外周導体と、
を有し、
前記中心導体の前記被乾燥物層側の端部は、前記外周導体の前記被乾燥物層側の端部よりも、前記同軸アンテナ内で伝搬される前記マイクロ波の波長の４分の１に対応する長さだけ突出している
ことを特徴とする、請求項２に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項１３】
前記同軸アンテナの前記中心導体と前記外周導体とは、誘電損失係数が０．０２未満である無機材料セラミックスで形成されたスペーサーにより、互いの位置関係が固定される
ことを特徴とする、請求項１２に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項１４】
前記導波管の先端部もしくは切り欠き部又は前記同軸アンテナの先端部、及び、前記スリットアンテナの少なくとも前記開口部の部分には、誘電損失係数が０．０２未満である無機材料セラミックスで形成されたセラミックスカバーが設けられる
ことを特徴とする、請求項１〜１３の何れか１項に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項１５】
前記導波管又は前記同軸アンテナ、及び、前記スリットアンテナに対して、前記被乾燥物の搬送に伴って発生する振動を緩和する振動緩和機構を設ける
ことを特徴とする、請求項１〜１４の何れか１項に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項１６】
前記振動緩和機構として、前記導波管、前記同軸アンテナ又は前記スリットアンテナと、前記マイクロ波発振機と、の間に、軸方向のスライドを可能にするスライド機構を有するスライド導波管、又は、金属製の蛇腹部を有するフレキシブル導波管の少なくとも何れか一方を配設する
ことを特徴とする、請求項１５に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項１７】
前記振動緩和機構として、前記導波管又は前記同軸アンテナ、及び、前記スリットアンテナをそれぞれ支持する支持体の一部に、弾性部材を設ける
ことを特徴とする、請求項１５又は１６に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項１８】
前記導波管又は前記同軸アンテナ及び前記スリットアンテナを、前記搬送方向に前記加熱範囲が連続するように当該搬送方向に並べて配設する
ことを特徴とする、請求項１〜１７の何れか１項に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項１９】
前記導波管を、前記搬送方向に前記加熱範囲が連続するように分岐させる
ことを特徴とする、請求項１、３〜１７の何れか１項に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項２０】
前記導波管又は前記同軸アンテナ、及び、前記スリットアンテナの内部には防塵ガスが導入されており、前記導波管又は前記同軸アンテナ、及び、前記スリットアンテナの内部に正圧がかかった状態となっている
ことを特徴とする、請求項１〜１９の何れか１項に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項２１】
前記導波管又は前記同軸アンテナの前記搬送方向上流側の端部には、当該搬送方向上流側に向かうほど搬送方向に垂直な断面の面積が小さくなるテーパー部が設けられる
ことを特徴とする、請求項１〜２０の何れか１項に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項２２】
前記スリットアンテナの前記搬送方向上流側の端部に、当該搬送方向上流側に向かうほど高さが低くなるテーパー部が設けられる
ことを特徴とする、請求項１〜２１の何れか１項に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項２３】
前記スリットアンテナの前記テーパー部に対し、１又は複数のローラーが更に設けられることを特徴とする、請求項２２の何れか１項に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項２４】
前記マイクロ波発振機と前記複数の導波管又は前記複数の同軸アンテナとの間に、前記マイクロ波発振機から発振された前記マイクロ波のインピーダンスと、前記乾燥炉内で反射し前記マイクロ波発振機に向かう前記マイクロ波のインピーダンスとの整合を行う自動整合器を更に備える
ことを特徴とする、請求項１〜２３の何れか１項に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項２５】
前記無機材料セラミックスは、アルミナ、窒化ケイ素、サイアロン、窒化アルミニウム、窒化ホウ素及びこれらの混合物からなる群より選択される
ことを特徴とする、請求項１１又は１２に記載のマイクロ波乾燥装置。
【請求項２６】
被乾燥物をコンベアにより搬送する際に当該被乾燥物に対して熱風を吹き付けることで前記被乾燥物に含まれる水分を低減させる熱風式の乾燥炉に対して実施されるマイクロ波乾燥方法であって、
前記被乾燥物を乾燥させるために用いられるマイクロ波を発振させ、
搬送される前記被乾燥物からなる被乾燥物層の内部に対し、前記マイクロ波によって前記被乾燥物が加熱される加熱範囲が前記被乾燥物層の最下層を含む深さまで挿入された複数の導波管それぞれ、及び、前記コンベアの直上に設けられ、前記マイクロ波を導波する導波管の上面に複数の開口部を有し、当該複数の開口部それぞれから前記被乾燥物に対して前記マイクロ波を照射する複数のスリットアンテナそれぞれから前記被乾燥物層に対して前記マイクロ波を照射するものであり、
前記導波管それぞれの前記加熱範囲、及び、前記スリットアンテナの前記開口部が、全体として前記乾燥炉の炉幅方向全体を覆う
ことを特徴とする、マイクロ波乾燥方法。
【請求項２７】
被乾燥物をコンベアにより搬送する際に当該被乾燥物に対して熱風を吹き付けることで前記被乾燥物に含まれる水分を低減させる熱風式の乾燥炉に対して実施されるマイクロ波乾燥方法であって、
前記被乾燥物を乾燥させるために用いられるマイクロ波を発振させ、
搬送される前記被乾燥物からなる被乾燥物層の内部に対し、前記マイクロ波によって前記被乾燥物が加熱される加熱範囲が前記被乾燥物層の最下層を含む深さまで挿入された複数の同軸アンテナそれぞれ、及び、前記コンベアの直上に設けられ、前記マイクロ波を導波する導波管の上面に複数の開口部を有し、当該複数の開口部それぞれから前記被乾燥物に対して前記マイクロ波を照射する複数のスリットアンテナそれぞれから前記被乾燥物層に対して前記マイクロ波を照射するものであり、
前記同軸アンテナそれぞれの前記加熱範囲、及び、前記スリットアンテナの前記開口部が、全体として前記乾燥炉の炉幅方向全体を覆う
ことを特徴とする、マイクロ波乾燥方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１３Ｄ】
【図１３Ｅ】
【図１４】
【図１５】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５Ａ】
【図２５Ｂ】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２Ａ】
【図３２Ｂ】
【図３３Ａ】
【図３３Ｂ】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７Ａ】
【図３７Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１３Ｄ】
【図１３Ｅ】
【図１４】
【図１５】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５Ａ】
【図２５Ｂ】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２Ａ】
【図３２Ｂ】
【図３３Ａ】
【図３３Ｂ】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７Ａ】
【図３７Ｂ】
【公開番号】特開２０１３−７６５６３（Ｐ２０１３−７６５６３Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２０２８１２（Ｐ２０１２−２０２８１２）
【出願日】平成２４年９月１４日（２０１２．９．１４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月１４日（２０１２．９．１４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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