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Mar 20, 2023

高周波加熱乾燥: 未来の波

Timothy D. Clark, Presidente e CEO, Radio Frequency Company, Inc. | 4 gennaio 2023

Timothy D. Clark 氏、Radio Frequency Company, Inc. 社長兼 CEO | 2023 年 1 月 4 日

高周波 (RF) 加熱および乾燥システムは、電磁エネルギーを利用して、多くの種類のバルク材料および最終製品を優れた速度と効率で急速に加熱および乾燥します。 一般的に言えば、必要な床面積は従来の加熱技術のほんの一部のみで、温室効果ガスを生成せず、高いプロセス温度を必要とせず、最終的な水分含有量と均一性を優れた制御で実現します。

現在、多くのメーカーは、生産性を向上させたり、重大な湿気制御の問題を解決したりするために、既存の従来技術に合わせて新しい RF システムを改修しています。 このハイブリッド化されたアプローチは、説得力のある ROI を示し、同時にエネルギー効率と最終製品の品質を向上させました。

利用可能な装置と乾燥アプリケーションの分析を提供する前に、まず電磁エネルギーとは何かを確認しましょう。 以下は、中心に向かって可視光を含む電磁エネルギーのスペクトルです。 左側では、どちらも「電離」放射線の形態である X 線とガンマ線に向かって周波数が増加し、エネルギー レベルが高くなります。 「照射」と呼ばれることが多いです。 右側では、マイクロ波やさらに低い電波に向けて周波数が減少し、エネルギーが減少しています。 マイクロ波と RF はどちらも「非電離」放射線の一種であり、「照射」と混同しないでください。

電磁エネルギースペクトル

CDC による「電離放射線」の定義は、「原子や分子から電子を除去することによって作用するエネルギーの形態」です。 RF エネルギーは原子を分割しません。

極性水分子 H2O の独特な構造は、交流 RF エネルギー場にさらされたときの水の熱応答の基礎となります。 酸素原子と水素原子の間に電子が不均一に分布しているため、水分子は磁気極性を持ちます。 高周波加熱システムでは、RF 発生器がコンベアの上下の 2 つの電極間に交流電界を生成します。 これにより、振動磁場中で棒磁石が回転するのと同じように、水分子が反対極を向くように回転します。 絶え間なく回転すると、摩擦と熱が急速に発生します。

極性水分子

乾燥プロセスにこの技術を採用するかどうかの意思決定プロセスにおいて、RF 加熱および乾燥の注目すべきプロセス特性のいくつかは次のとおりです。

正確かつ均一な水分コントロール。高周波は、水分含有量が最も高い製品を優先的に加熱するという点で独特です。 従来の熱が材料の内部まで浸透できないため、多くの乾燥プロセスが延長され、最後の数パーセントの水分が乾燥または硬化されるまでの乾燥時間が大幅に長くなります。 水分が均一に分布している製品では、加熱は体積に応じて瞬時に行われます。

乾燥温度が低い。ほとんどの用途では、温度は水の沸点に制限されます。 このタイプの乾燥は、水が表面加熱による毛細管現象ではなく気体として材料から離れるため、現場乾燥と呼ばれることもあります。 乾燥はその場で行われるため、多くの水性コーティングやバインダーに含まれる固体は、表面に移動して外皮を形成するのではなく、材料中に均一に分布したままになります。

押出成形セラミックディーゼル微粒子フィルターおよび触媒コンバーター基板

均一な収縮。セラミックなどの多くの製品は乾燥すると収縮するため、内部よりも先に外部が乾燥すると、表面の亀裂が大きな品質問題となる可能性があります。 自動車用触媒コンバーターの基板は、まさにこの理由から RF で乾燥されます。 体積加熱および乾燥は、収縮が均一になり、表面の亀裂がなくなることも意味します。

ディーゼル微粒子フィルター用 420kW RF 乾燥システム

絶縁体を貫通する能力。従来の加熱は、製品の熱伝導率が高い場合に効果的です。 ただし、断熱材を使用すると効率が悪くなります。 製パン業界全体で、生地の水分含有量が高く熱伝導性に優れている製パンプロセスの開始時に従来のガスオーブンを使用し、その後製品にロフトとロフトが生じるときに RF を使用するハイブリッドアプローチが使用されています。表面を焦がさず熱風が浸透しにくいクラム構造。

240kW 不織布中綿用高周波乾燥システム

エネルギー効率。 RF エネルギーは「瞬時にオン」であり、重い構造物や大量の空気を予熱するために必要なウォームアップ時間は必要ありません。 また、システム内に製品が存在しない場合、消費電力は最小限になります。 電力はシステム内に物質がある場合にのみ消費され、除去される水の量または加熱される質量に比例して使用されます。 発電機の冷却からの熱は回収され、乾燥プロセスで湿気を除去するために使用され、RF 加熱技術の効率がさらに向上します。

工場床面積の削減。通常、RF 乾燥システムは、従来の乾燥技術が必要とする床面積の 5 分の 1 を必要とします。 これは、熱が外部から内部に浸透するのに必要な滞留時間がないためです。 RF 加熱は、乾燥または硬化される材料のあらゆる寸法にわたって瞬時に行われます。

マイクロ波と無線周波数。マイクロ波と RF は両方とも電磁加熱の形式ですが、工業用乾燥用途に関して考慮すべき明確な違いがあります。 浸透深さは、厚い材料やバルクハンドリングコンベヤーでの製品のベッド深さを処理する場合の重要な変数です。 マイクロ波周波数 (900 ～ 2,450 mhz) では、侵入深さは約 10 mm に制限されます。 一方、RF 周波数 (13.56 ～ 40.68 mhz) では、侵入深さは数フィートに増加します。 マイクロ波エネルギーのもう 1 つの側面は、共振空洞は本質的に不均一であり、ホット スポットとコールド スポットが一般的であるため、加熱の均一性を高めるためにターン テーブルが必要であることです。 RF 加熱システムは、製品の上下の 2 つの電極アレイの間で材料を搬送し、エネルギーの分布が製品負荷に均一に適用されます。 ただし、RF 加熱には適さない複合曲率や複雑な形状の製品には、マイクロ波システムが適している場合があります。

現在、メーカーは、予算とプロセス能力の観点から適切に適合できるよう、全範囲の電力出力と構成で利用可能な多種多様な RF システムから選択できます。 RF はフロントエンドに資本が集中する可能性がありますが、エネルギー効率も高く、従来の乾燥技術よりもメンテナンスの必要性が少なくなります。 サンプル ビジネス ケースの資本コストとランニング コストは簡単に計算でき、どのサプライヤーでも作成して提出できます。 また、ほとんどの RF メーカーからサンプル テストと実現可能性調査が提供されているため、この加熱技術の探索がこれまでより簡単になります。

Timothy D. Clark は、Radio Frequency Company, Inc. (マサチューセッツ州ミリス) の社長兼 CEO です。 詳細については、508-376-9555 に電話するか、radiofrequency.com にアクセスしてください。

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