マイクロ波を使用した瞬間湯沸かし器の試作

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○ 研究目的:電子レンジ等でその熱源として用いられているマイクロ波を、瞬間湯沸かし器の熱媒体として使用することで、環境にやさしい省エネルギーな新しいタイプの瞬間湯沸かし器を作製する.○ 研究方法:まずマイクロ波を安全に制御できる構造をもつ、マイクロ波誘電加熱装置を構築する。次に導波管内に冷水を入れたポリプロピレン(以下、PPと称す)製の容器を挿入し、一定電力下で一定時間マイクロ波を発生させて水の温度上昇を測定し、加熱の理論式を用いて加熱効率を導出する。さらに導波管にチューブを通す穴を設け、チューブに水を一定時間流して、水の温度上昇を測定し、加熱効率を求める。実験は、流水量一定のもとでマイクロ波電源の電力量と加熱時間を変化させて行い、より短時間で温度上昇が見込める最適値を決定する。○ 研究成果:マイクロ波誘電加熱装置はマイクロ波電源部とマイクロ波発振器からなっている。発振器は発振部から方向性結合器(入射電力観測用)、アイソレータ、方向性結合器(反射電力観測用)、EHチューナー、導波管の順につなぎ、終端はプランジャーを用いた構成とした。また導波管に作製する穴の位置は、電場の最も大きいところに非加熱物を設置すれば瞬間的な加熱が可能だと考えられるので、計算から導波管の中央部とした。最初の加熱実験での加熱効率は、PP容器と四フッ化エチレン樹脂(以下、PTFEと称す)製のチューブとでは共に60%程度であった。しかし実際の上昇温度は、PP容器は水が溜まっている状態なので任意に制御できるのに対し、PTFEチューブは水が流れているため、最大でも8℃と低い値に止まった。PTFEチューブでの実験では、穴と穴との間を直線すなわち最短距離で通していた。この場合、マイクロ波の照射面積が少ないために反射波が多くなったと思われる。そこで導波管内のチューブの面積をより大きくするために、PTFEチューブのかわりに柔軟度の高いナイロンチューブを管内に巻き入れて、実験を行った。しかし加熱効率は約50%と逆に低下し、温度上昇は最大75℃であった。その原因として、マイクロ波エネルギーの吸収が多すぎたことなどが考えられる。研究は緒についたばかりである。今後より適切なチューブの材質および直径等に検討を加えて、水の温度上昇が高い条件を確立していく予定である。