蒸気加熱装置

【課題】処理物の内外から効率良く昇温させ、加熱処理の処理時間を大幅に短縮させることができる蒸気加熱装置を提供することを目的とする。
【解決手段】加硫缶３０内に高温高圧の水蒸気を供給する水蒸気発生源と蒸気供給管３３を備え、さらに、加硫缶３０内にマイクロ波電力を供給するマイクロ波回路３５とマイクロ波電力源４４とを備え、前記加硫缶３０に収納させた未加硫ゴムや半加硫ゴムなどのゴム製品４６を高温高圧の水蒸気とマイクロ波電力とからなる加熱媒体に晒し、高温高圧の水蒸気とマイクロ波電力の相乗効果でゴム製品４６の加硫処理に必要な昇温を短時間で行なうことができる構成となっている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温高圧の水蒸気とマイクロ波電力とを加熱処理容器に供給し、加熱処理容器内に内装させた処理物を高温高圧の水蒸気とマイクロ波電力に晒して加熱処理する蒸気加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気加熱装置としては、高温高圧の水蒸気を加熱処理容器である加硫缶内に供給し、加硫缶に内装させた未加硫ゴムを高温高圧の水蒸気で加熱し、加硫処理するものが広く知られている。
図５はこの種の蒸気加熱装置を示す簡略構成図である。
この蒸気加熱装置は、加熱処理容器としての加硫缶１０を備え、この加硫缶１０には、バルブ１１と調節弁１２を介して蒸気供給管１３が連結され、また、バルブ１４と調節弁１５を介して冷却媒体供給管１６が連結されている。
【０００３】
さらに、加硫缶１０には、加硫缶内部の残存空気を排出する排気管１７がバルブ１８と調節弁１９を介して連結され、また、加硫缶内部で蒸気が凝縮した復水を外部に排除するための２つのスチームトラップ２０、２１と、加硫缶内部と外部とを連通または遮断する調節弁２２、２３とを有する外部連通管２４が連結されている。
その他、加硫缶内部の圧力を検出する圧力センサ２５、温度を検出する温度センサ２６などを備えた構成となっている。
【０００４】
他方、上記したところの加硫缶１０としては、図６に拡大断面図として示したように、金属材からなる筒状の缶本体１０ａと、この缶本体１０ａの筒軸方向両端に開閉可能に設けた蓋体１０ｂ、１０ｂとより構成されたものが広く知られている。
この加硫缶１０は、缶本体１０ａの筒軸方向の両端外周囲に沿ってフランジ部１０ｃ、１０ｃを設け、さらに、このフランジ部１０ｃ、１０ｃに形成した凹部内にパッキン２７、２７が嵌め込んである。
【０００５】
そして、蓋体１０ｂ、１０ｂの合わせ面１０ｄ、１０ｄを上記のフランジ部１０ｃ、１０ｃに当接させるようにして蓋体１０ｂ、１０ｂを取り付け、加硫缶１０内をパッキン２７、２７によって密閉する構成となっている。
なお、図６に示した参照符号２８は、上記したスチームトラップや調節弁２２、２３などを含む外部連通管部、参照符号２９は加硫缶１０に収納された未加硫ゴムを示す。
【０００６】
上記した蒸気加熱装置は、未加硫ゴム２９を加硫缶１０内に収納した後、排気管１７によって加硫缶１０内の空気を排気し、続いて、蒸気供給管１３によって加硫に必要な温度と圧力の蒸気を加硫缶１０内に供給し、未加硫ゴム２９を加熱処理して加硫する。
そして、未加硫ゴム２９の加硫後は、冷却媒体供給管１６よって加硫缶１０内に冷却媒体を供給して加硫されたゴムを強制冷却し、その後、外部連通管２４によって加硫缶１０内の流体を外部に排出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３３６６７６号公報
【特許文献２】特開平１１−２２６９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記した蒸気加熱装置に備えられる加硫缶１０としては、最大圧力２０００ｋＰａ（約２０気圧）まで使用可能な高耐圧加硫缶が知られており、この高耐圧加硫缶１０に上記のように未加硫ゴムを入れ、１８０℃（１０００ｋＰａ）の水蒸気を注入して加硫している。
【０００９】
ちなみに、一般にゴムの加硫反応時間は、１０℃則にしたがうとされているので、上記したような高耐圧加硫缶１０を用いれば、１２０℃（２００ｋＰａ）の水蒸気でゴム加硫した加硫反応時間に対し、１８０℃（１０００ｋＰａ）の水蒸気でゴム加硫すると、加硫反応時間を約２００分の３に短縮することができると言うメリットがある。
なお、圧力と水の沸点の関係は、図７に示した理科年表データのようになり、２００ｋＰａでの水の沸点が約１２０℃、１０００ｋＰａにおいては水の沸点が１８０℃となる。
【００１０】
しかしながら、上記のようにゴム加硫する蒸気加熱装置の場合、高温の水蒸気を未加硫ゴムの表面に接触させ、未加硫ゴムの内部を熱伝導により昇温させる方式であるため、内部まで昇温させるには長い時間が必要であった。
元々、ゴム製品は熱伝導が悪いので、例えば、水蒸気の温度を１８０℃に上昇させても、未加硫ゴムが１８０℃まで昇温する時間が長いため、加硫反応時間を短縮することができても、全体の加硫工程に必要な時間を大きく短縮することができなかった。
【００１１】
そこで本発明では、上記の事情にかんがみ、処理物の内外から効率良く昇温させ、加熱処理の処理時間を大幅に短縮させることができる蒸気加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記した目的を達成するため、本発明では、加熱処理容器内に高温高圧の水蒸気を供給し、加熱処理容器に内装させた処理物を水蒸気に晒して加熱処理する蒸気加熱装置において、前記加熱処理容器内にマイクロ波電力を供給するマイクロ波回路とマイクロ波電力源とを備え、前記処理物を高温高圧の水蒸気とマイクロ波電力とからなる加熱媒体に晒して加熱処理することを特徴とする蒸気加熱装置を提案する。
【００１３】
また、上記した本発明の蒸気加熱装置は、加熱処理容器に未加硫ゴムや半加硫ゴムなどのゴム製品を内装し、このゴム製品を高温高圧の水蒸気とマイクロ波電力とからなる加熱媒体に晒して加硫処理する蒸気加熱装置として利用することができる。
【発明の効果】
【００１４】
上記した蒸気加熱装置は、加熱処理容器に内装した処理物が、高温高圧の水蒸気に晒されるので、表面から加熱されて内部に向かって熱伝導する。
また、マイクロ波電力に晒されることで、処理物の内部にマイクロ波電力が侵入し、処理物を構成する各分子がマイクロ波電力を吸収して内部から加熱し、外部に向かって熱伝導する。
【００１５】
この結果、処理物が内外から加熱され、さらに、表面から内部に向かって熱伝導すると共に、内部から外部に向かって熱伝導することから、処理物全体を均一温度に、かつ、短時間に上昇させることができる。
【００１６】
したがって、加熱処理容器に未加硫ゴムや半加硫ゴムなどのゴム製品を収納させて加熱すれば、ゴム製品の昇温効率が極めて高く、加硫処理に必要な昇温時間を大幅に短縮することができる。
したがって、ゴムの加硫処理に有効な蒸気加熱装置として利用することができる。
【００１７】
他方、水はマイクロ波電力を良く吸収する物質であることから、水蒸気もマイクロ波電力を良く吸収するはずであると考えて、上記したような蒸気加熱装置にはマイクロ波加熱手段が採用されていなかった。
【００１８】
しかし、水の気体の密度は液体の密度の１万分の７しかないので、水蒸気のマイクロ波電力吸収性能は水の１千分の１以下と推定され、水蒸気によるマイクロ波電力の吸収量は少ない。
【００１９】
この結果、水蒸気に比べマイクロ波電力の吸収量が大きいゴム製品はマイクロ波電力を良く吸収して昇温されるから、この種の蒸気加熱装置に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ゴム製品を加硫処理する一実施形態を示す蒸気加熱装置の簡略構成図である。
【図２】図１の蒸気加熱装置に備えた加硫缶の断面図である。
【図３】図２に示した加硫缶の蓋体を開閉する状態を示した部分図である。
【図４】図１の蒸気加熱装置に備えた加硫缶に設けたマイクロ波窓の断面図である。
【図５】従来例として示した蒸気加熱装置の簡略構成図である。
【図６】図５の蒸気加熱装置に備えることができる加熱処理容器としての加硫缶を示す断面図である
【図７】水の沸点を示した理科年表データを表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、ゴム製品の加硫に適する蒸気加熱装置の一実施形態について図面に沿って説明する。
図１は、蒸気加熱装置を示した簡略構成図で、図示するように、加硫缶３０には、従来例同様にバルブ３１と調節弁３２を介して蒸気供給管３３が連結してある。
【００２２】
なお、この蒸気供給管３３は、ボイラ（水蒸気発生器）などで生成した高温高圧の水蒸気を加硫缶３０内に供給するもので、この蒸気供給管３３には、水分を排除するためのドレンセパレータを備えることができる。
また、図示するように、加硫缶３０の下部には、加硫缶内に発生したドレン（水などの流体）を外部に排出するスチームトラップ３４が設けてある。
【００２３】
一方、本実施形態は、上記の加硫缶３０にマイクロ波電力を供給するマイクロ波回路３５を連結させたことが特徴となっている。
このマイクロ波回路３５は、マイクロ波導入管３６、接続導波管３７、ＥＨチュナー３８、接続導波管３９、パワーモニタ４０、アイソレータ４１、接続導波管４２、高周波結合器４３などから構成してあり、マイクロ波電力源４４から出力されるマイクロ波電力を加硫缶３０内に供給するものである。
【００２４】
なお、ＥＨチュナー３８は、加熱処理物を負荷とするインピーダンスと整合させる整合器で、これはスタブチューナーに置き換えることができる。
パワーモニタ４０は、マイクロ波電力源４４から加硫缶３０に向かうマイクロ波電力の進行波と、この反対に、加硫缶３０からマイクロ波電力源４４に向かうマイクロ波電力の反射波とを計測するモニタである。
【００２５】
アイソレータ４１は、マイクロ波電力源４４に向かうマイクロ波電力の反射波を吸収し、反射波によるマイクロ波電力源４４（マグネトロン）の故障を防ぐものである。
高周波結合器４３は、マイクロ波電力源４４に備えるマグネトロンのアンテナを連結し、マイクロ波電力源４４が出力するマイクロ波電力をマイクロ波回路３５に導くものである。
【００２６】
マイクロ波電力源４４は、マグネトロンとその駆動回路などを含み、マグネトロンの発振動作にしたがってマイクロ波電力（例えば、周波数が２．４５ＧＨｚ帯の電磁波）を出力する。
【００２７】
図２は、上記した加硫缶３０の拡大断面図で、この加硫缶３０は従来例の加硫缶１０と同様に構成してあり、金属材からなる筒状の缶本体３０ａと、この缶本体３０ａの筒軸方向の両端に取り付けた金属材からなる蓋体３０ｂ、３０ｂとから構成してある。
そして、缶本体３０ａの両端外周囲には、フランジ部３０ｃ、３０ｃを形成すると共に、このフランジ部３０ｃ、３０ｃの凹部に嵌合させたパッキン４５に圧接させるように蓋体３０ｂ、３０ｂを取り付け、加硫缶３０内を密閉してある。
【００２８】
なお、蓋体３０ｂ、３０ｂは、モータ駆動やシリンダ駆動或いは手動操作で開閉し、加硫缶３０内に未加硫ゴムや半加硫ゴムなどのゴム製品（例えば、ゴムロール、ゴムホース）４６を治具４７に載せて収納するように構成してあるが、これら蓋体３０ｂ、３０ｂについては、いずれか一方の蓋体を備える構成とすることができる。
【００２９】
また、図示するように、缶本体３０ａのフランジ部３０ｃ、３０ｃと蓋体３０ｂ、３０ｂの周囲部とを密接させるように嵌入させるクランプリング４８を設け、加硫缶３０内の圧力が大きくなっても蓋体３０ｂ、３０ｂが缶本体３０ａに密接して保持されるようになっている。
【００３０】
上記したクランプリング４８は、図３より分かる通り、蓋体３０ｂに固定した半円形弧状の上側クランプ部４８ａと、缶本体３０ａに固定した半円形弧状の下側クランプ部４８ｂとから形成してある。
そして、これら上側クランプ部４８ａと下側クランプ部４８ｂとはコの字形断面としてあり、上側クランプ部４８ａには、缶本体３０ａに設けたフランジ部３０ｃの上半分を嵌入させる溝部４８ｃを設け、下側クランプ部４８ｂには蓋体３０ｂの下半周囲部を嵌入させる溝部４８ｄが設けてある。
【００３１】
上記のようにクランプリング４８を設けた加硫缶３０は、図３の如く、蓋体３０ｂを上方に引き抜き開蓋し、また、蓋体３０ｂを下降させ、缶本体３０ａのフランジ部３０ｃの上半部を上側クランプ部４８ａの溝部４８ｃに、蓋体３０ｂの下半周囲部を下側クランプ部４８ｂの溝部４８ｄに各々嵌入させるようにして蓋体３０ｂを缶本体３０ａに取り付けて閉蓋する。
なお、図３は、左側の蓋体３０ｂ部分について示したが右側の蓋体３０ｂ部分は同じ構成としてある。
【００３２】
また、本実施形態では、蒸気供給管３３、マイクロ波回路３５及びマイクロ波電力源４４、スチームトラップ３４を備えた構成としたが、従来例と同様に、冷却媒体供給管や排気管、圧力センサーや温度センサーなどを備えることができるし、また、マイクロ波回路３５は必づしも缶本体３０ａに連結しないで、蓋体３０ｂに連結することもできる。
【００３３】
図４は上記したマイクロ波導入管３６を示す拡大断面図である。
図示する如く、第１窓枠５１、第２窓枠５２、方形導波管５３、絶縁体５４、Ｏリング５５から構成してある。
第１窓枠５１と第２窓枠５２は共に金属材で形成し、また、それらの外径は同径の円形としてあるが、第１窓枠５１はリング状枠、第２窓枠５２は有底円形の容状体に形成してある。
【００３４】
そして、第１窓枠５１は、缶本体３０ａに嵌入し溶接等で気密に、且つ、高圧に耐えるように固定し、さらに、第２窓枠５２は第１窓枠にボルト等でネジ止めして取り外し可能に固定してある。
また、上記した方形導波管５３は、第２窓枠５２の底外面（図４において上面側）にネジ止めなどにより固定してある。
【００３５】
一方、図示するように、第１窓枠５１には、加硫缶内側となる内孔５１ａと、加硫缶外側となる内孔５１ｂとが形成してあり、また、これら内孔５１ａ、５１ｂは、内孔５１ａ（直径ｒ１）に対し内孔５１ｂ（直径ｒ２）を大きく形成し、それら内孔５１ａ、５１ｂの間の段形部５１ｃにＯリング５５を嵌合するリング溝が形成してある。
そして、第２窓枠５２には、第１窓枠５１の内孔５１ａ、５１ｂの直径ｒ１、ｒ２に対しｒ１＜ｒ３＜ｒ２の関係とした直径ｒ３の内孔５２ａが形成してある。
【００３６】
上記した絶縁体５４は、マイクロ波電力の吸収が少なく、高圧に耐える材料、例えば、強化ガラス（石英ガラス、硼珪酸ガラスなど）、セラミック（アルミナ、窒化珪素等）などで、第１窓枠５１の内孔５１ｂの直径ｒ２とその内孔５１ｂの奥行き幅に合わせた大きさの円盤状に形成してある。
そして、この絶縁体５４は、第１窓枠５１の内孔５１ｂに嵌合した後、第２窓枠５２を第１窓枠５１にネジ止めすることで、第２窓枠５２の開口縁５２ｂで絶縁体５４を圧接保持させてある。
【００３７】
なお、Ｏリング５５は、絶縁体５４を嵌合する前に予め段形部５１ｃの凹溝に嵌合させて置き、第１窓枠５１と絶縁体５４とを気密に保つようにしてある。
このＯリング５５は、高圧の水蒸気による劣化とマイクロ波電力の加熱の影響を最小にするために、シリコン系の材料で形成してあるが、高圧の水蒸気による劣化とマイクロ波電力の加熱の影響を最小にすることができる材料であれば、他の材料であっても形成することができる。
【００３８】
また、第２窓枠５２の底部には方形孔５２ｃが設けてあり、この方形孔５２ｃを方形導波管５３の内孔に連通させてある。
なお、方形孔５２ｃを設けないで、第２窓枠５２の内孔５２ａに方形導波管３３の内孔を直接に連通させる構成とすることもできる。
【００３９】
上記の如く構成した本実施形態の蒸気加熱装置は、ゴム製品４６を加硫缶３０に収納させた後、蒸気供給管３３から高温高圧の水蒸気を加硫缶３０内に、また、マイクロ波回路３５からマイクロ波電力を加硫缶３０内に各々供給し、加硫缶３０内を高温高圧の水蒸気とマイクロ波電力の加熱雰囲気とする。
【００４０】
したがって、ゴム製品４６が、表面に接触する高温の水蒸気によって加熱され、表面から内面に向かって熱伝導し、表面が高く、内部に行くほど低くなる温度分布となる。
また、マイクロ波電力はゴム製品４６の内部にまで侵入し、ゴム製品４６を構成する分子の極性基を激しく振動させて分子を昇温させるから、ゴム製品４６の内部が加熱昇温し、内部から表面に向かって熱伝導する。
【００４１】
このことから、ゴム製品４６が高温の水蒸気とマイクロ波電力の相乗効果で短時間に加硫温度まで昇温する。
この結果、昇温に要する時間が大幅に短縮できるので、加硫工程に要する時間を概略半減することができる。
【００４２】
一般に、水は誘電体損失角ｔａｎδと比誘電率ε_ｒが高くマイクロ波電力の吸収性能が良いが、水蒸気の密度が水の１千分の１以下であるから、水蒸気は水のｔａｎδの１千分の１以下のｔａｎδとなると考えられるから、水蒸気はマイクロ波電力を吸収しないテフロン（登録商標）や石英ガラス並のマイクロ波吸収性能でしかないことが推定できる。
したがって、マイクロ波電力が水蒸気には吸収されないから、ゴム製品４６が高温の水蒸気とマイクロ波電力の相乗効果によって効果的に加熱され、昇温時間が短縮される。
【００４３】
他方、本実施形態の蒸気加熱装置に備えたマイクロ波導入管３６は、加硫缶３０外側となる内孔５１ｂに対し加硫缶３０内側となる内孔５１ａの直径ｒ１を小さく形成した第１窓枠５１を設けているので、内孔５１ａと内孔５１ｂとの間となる段形部５１ｃに凹溝を設けてＯリング５５を嵌合し、また、絶縁体５４は内孔５１ｂに内装させ、上記の段形部５１ｃに接合させることができる。
【００４４】
したがって、マイクロ波窓を気密に保ち、かつ、絶縁体５４にかかる全圧力を小さくすることができる。
さらに、高温の水蒸気が侵入するＯリング５５までの距離を最小にできるので、窓枠表面の錆が発生する領域が小さくなり、信頼性の高いマイクロ波導入管３６を備えた蒸気加熱装置となる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
高温高圧の水蒸気とマイクロ波電力に晒して処理物を加熱処理する蒸気加熱装置、例えば、未加硫ゴムや加硫ゴムなどのゴム製品を昇温させて加硫する蒸気加熱装置として適用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
３０加硫缶
３３蒸気供給管
３５マイクロ波回路
３６マイクロ波導入管
４４マイクロ波電力源
４６ゴム製品
５１第１窓枠
５１ａ、５１ｂ内孔
５１ｃ段形部
５２第２窓枠
５２ａ内孔
５３方形導波管
５４絶縁体
５５Ｏリング

【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱処理容器内に高温高圧の水蒸気を供給し、加熱処理容器に内装させた処理物を水蒸気に晒して加熱処理する蒸気加熱装置において、
前記加熱処理容器内にマイクロ波電力を供給するマイクロ波回路とマイクロ波電力源とを備え、
前記処理物を高温高圧の水蒸気とマイクロ波電力とからなる加熱媒体に晒して加熱処理することを特徴とする蒸気加熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載した蒸気加熱装置において、
前記加熱処理容器には、未加硫ゴム或いは半加硫ゴムなどのゴム製品を内装し、このゴム製品を高温高圧の水蒸気とマイクロ波電力とからなる加熱媒体に晒して加硫処理することを特徴とする蒸気加熱装置。

【図１】