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Press Release

GaN増幅器モジュールを加熱源とする産業用マイクロ波加熱装置を開発

―70%の省エネと3倍の生産効率性アップを実現―
2016年1月25日
国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構
理事長 古川一夫

NEDOプロジェクトにおいて、三菱電機(株)、東京工業大学、龍谷大学、マイクロ波化学(株)は、出力電力500WのGaN(窒化ガリウム)増幅器モジュールを加熱源とする高効率な産業用マイクロ波加熱装置を共同開発しました。

この装置は、マイクロ波内部加熱方式を採用、従来の化石燃料を加熱源とした外部加熱方式と比較して、70%の省エネを達成、また、マイクロ波の位相制御により温度分布を自在に制御し、分散加熱時と比較して、化学物質生成時の生産効率性の3倍向上を実証しました。

  • GaN増幅器モジュールを加熱源とする産業用マイクロ波加熱装置の図
    GaN増幅器モジュールを加熱源とする産業用マイクロ波加熱装置

1.概要

GaN増幅器モジュールは、Si(シリコン)やGaAs(ガリウムひ素)を使用した増幅器モジュールに比べて高出力が得られるとともに装置の小型化に貢献します。近年では通信・レーダー分野においてGaN増幅器モジュールへの置き換えが進められているほか、高効率という特長を活かして産業分野での新たな活用も期待されています。

今回のプロジェクトで、三菱電機株式会社、国立大学法人東京工業大学、学校法人龍谷大学、マイクロ波化学株式会社は、国内製造業のエネルギー消費の3分の1(経済産業省調べ)を占める化学産業分野の省エネルギー化に着目し、産業用加熱装置で現在主流の化石燃料を加熱源とした外部加熱方式から、出力電力500WのGaN(窒化ガリウム)増幅器モジュールを加熱源とするマイクロ波内部加熱方式に置き換え可能な高効率な産業用マイクロ波加熱装置を新たに共同開発しました。

マイクロ波内部加熱方式の採用で、産業用加熱装置のエネルギー消費70%低減し、また、マイクロ波の波動の状態、位置を制御することにより温度分布を自在に制御し、化粧品やインク塗料などの化学物質生成時に局所的に内部加熱することで、生産効率性を3倍に向上する制御技術を開発しました。

今後、マイクロ波加熱装置に適用するGaN増幅器モジュールの実用化を目指すとともに、GaN増幅器モジュールの普及・拡大に向けて、安全性・信頼性ガイドラインの策定や標準化に向けた仕様の検討を行います。

2.今回の成果

マイクロ波内部加熱方式の採用で、産業用加熱装置のエネルギー消費を70%低減

現在主流である化石燃料を加熱源とする外部加熱方式は、試料を加熱する前に装置自体を加熱する必要があり、その分のエネルギーが無駄に消費されています。そこで、GaN on Siデバイスを用いたGaN増幅器モジュールを開発し、電子レンジと同じ原理で試料を局所的に加熱するマイクロ波内部加熱方式の採用を可能にしました。これにより、エネルギー消費の低減を実現します。

温度分布を自在に制御するマイクロ波制御技術を開発

従来のマグネトロンを加熱源としたマイクロ波内部加熱方式は一部導入されていますが、マグネトロンは位相コヒーレンスが低いために、マイクロ波の出力の制御や高出力化が困難でした。 一方、GaN増幅器モジュールは出力するマイクロ波の位相コヒーレンスが高いため、マイクロ波の位相を制御することで、温度分布を自在に制御し、局所的に内部加熱することや、高出力化を実現することが可能となります。高出力化して局所的に内部過熱することで、化粧品やインク塗料などの化学物質生成の生産効率性を向上します。

【用語解説】

※ 位相コヒーレンス
マイクロ波などの電波のもつ性質の1つであり、位相に一定の関係性があることを表す指標であり、位相の関係性を利用することで、マイクロ波の合成よる出力の制御や大電力化が可能となる。

3.問い合わせ先

(本ニュースリリースの内容についての問い合わせ先)

NEDO 電子・材料・ナノテクノロジー部 担当:栗原 TEL:044-520-5211

(その他NEDO事業についての一般的な問い合わせ先)

NEDO 広報部 担当:坂本、佐藤、髙津佐 TEL:044-520-5151 E-mail:nedo_press@ml.nedo.go.jp