CN102308668B - 微波加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提供一种微波加热装置，其能够不使用旋转机构地向被加热物均匀并且有效照射微波。在辐照腔体(8)的最小限度的容积中，在金属制放置台(11)的上表面载置有食品等被加热物(12)。另外，被加热物(12)的上部配置有具有圆锥状缺口的氟树脂间隔件(13)。而且，在T型导波管(7)合成后的微波经由具有圆锥状缺口的氟树脂间隔件(13)照射到被加热物(12)。由此，从T型导波管(7)传送来的具有90度电场方向差的合成微波通过氟树脂间隔件(13)的波长缩短作用而产生折射，并集中在被加热物(12)的区域均匀照射。因此，即使不设置转盘等，也能够均匀有效地对被加热物(12)进行加热。

Description

微波加热装置

技术领域

本发明涉及向被加热物照射微波功率的微波加热装置，尤其涉及进行食品用包装等所收纳的单人份食品的加热加工或杀菌等的微波加热装置。

背景技术

以往，作为利用微波功率来加热食品等被加热物的辐照腔体(applicator)，微波炉等广为人知。使用该种微波炉来对食品用包装所收纳的单人份食品进行再加热也广被采用。该情况下，通常来讲，作为微波照射室的微波炉内的形状为立方体，并且微波炉内容积远大于单人份食品的容积。由此，作为被照射物的单人份食品未均匀地照射到微波，产生所谓加热不均匀问题。因此，微波炉利用搅乱微波的搅拌器(金属制旋转叶片)、使托盘(承盘：放置台)旋转的转盘等达到微波照射的均匀化。

另外，微波炉内越大，则炉内壁面的微波损失越大，结果加热效率(食品吸收微波功率与向微波炉内供给的微波功率之比)变差。因此，人们钻研出了通过使用多个微波产生器对微波炉内均匀地进行照射等来减少被加热物的加热不均匀，提高加热效率。

另外，使用矩形导波管和圆形导波管将微波集中在被加热物附近来提高加热效率的技术也被公开(例如，参照专利文献1)。根据该技术，在矩形导波管中安装磁控管(magnetron)，利用从矩形导波管向圆形导波管传送的微波功率使微波功率集中在该圆形导波管所收纳的被加热物，因此能够有效地对该被加热物进行加热。

现有技术文献

专利文献1：日本特开昭63-299084号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在工业用途上进行单人份食品的加热加工或杀菌的情况下，均匀照射微波功率是理所当然的，对于能够最大限度地提高加热效率来照射被加热物的单人份食品专用微波加热装置的要求正在提高。另外，从微波加热装置的可靠性的角度，要求微波加热装置不需要在作为微波照射室的辐照腔体内设置搅拌器或转盘这样的旋转机构等。另外，在专利文献1公开的技术中，不使用搅拌器或转盘这样的旋转机构也能提高加热效率，但是在被加热物并非与圆形导波管形状相似的情况下，有时不能使微波集中在该被加热物。该情况下，不能提高加热效率。该课题在家用和营业用微波加热装置(微波炉)中是相同的。

本发明是鉴于以上问题而提出的发明，其目的在于提供能够不使用旋转机构地将微波均匀并且有效照射向被加热物、以及使照射的微波功率为高输出功率的微波加热装置。

用于解决课题的手段

为了达成上述目的，本发明的微波加热装置的结构为具备传送微波功率的导波管及辐照腔体，其中辐照腔体为向被加热物均匀分散从该导波管传送来的微波的形状，并且具有介电常数大于1的介电板，经由该介电板向被加热物照射从导波管照射来的微波功率，另外，为了使照射的微波功率为高输出功率，采用了以电场方向正交的方式连接而成的T型导波管。

发明效果

根据本发明，通过使介电常数大于1并且介电损失小的介电板(例如，聚四氟乙烯等氟树脂板)的形状最佳化，能够利用微波通过氟树脂板时的波长缩短效应使微波产生折射，从而向被加热物均匀地照射微波。其结果，即使在辐照腔体(微波照射室)内不设置使微波散乱的搅拌器或使被加热物旋转的转盘等，也能够向被加热物有效均匀地照射微波。

本发明采用的T型导波管即便使两个磁控管同时工作也不存在相互的微波干扰，并且能够将来自各磁控管的微波功率之和向辐照腔体供给，因此，在能够对面向辐照腔体的微波照射口数量受到制约的狭小空间稳定供给高输出微波功率的同时，能够相对于磁控管个数削减导波管的个数。

附图说明

图1是使用进行微波合成的T型导波管的本发明实施方式涉及的微波加热装置的结构图。

图2是本发明实施方式涉及的辐照腔体的结构剖视图。

图3是表示与图1所示功率监视导波管的WRJ-2导波管连接部位的发射器的开口部的立体图。

图4a是图1所示T型微波合成导波管6的剖视侧面图，并记载有尺寸。

图4b是表示图4a中C面的附图，并记载有尺寸。

图4c是表示图4a中B面的附图，并记载有尺寸。

图5是表示图4的T型微波合成导波管6中C面的电场方向的附图。

图6a是本发明实施方式的微波加热装置的效果与比较例进行对比并实际测量的温度分布图，表示比较例的实际测量结果。

图6b是本发明实施方式的微波加热装置的效果与比较例进行对比并实际测量的温度分布图，表示本发明实施方式的实际测量结果。

具体实施方式

图1是使用进行微波合成的T型导波管的本发明实施方式涉及的微波加热装置的结构图。如图1所示，微波加热装置10具备以下结构：磁控管1a、1b、磁控管专用的发射器(磁控管结合器)2a、2b、锥形部(taper)3a、3b、功率监视导波管4a、4b、锥形导波管5a、5b、以及由主导波管6a与副导波管6b构成的T型微波合成导波管6和加热容器即辐照腔体8。并且，磁控管1a为第1磁控管，磁控管1b为第2磁控管，二者均产生频率为2.45GHz的微波。

主导波管由连接在磁控管1a(第1磁控管)的发射器(launcher)2a、锥形部3a、功率监视导波管4a、锥形导波管5a及主导波管6a构成，副导波管由连接在磁控管1b(第2磁控管)的发射器2b、锥形部3b、功率监视导波管4b、锥形导波管5b及副导波管6b构成。

磁控管1a、1b是二极真空管的一种，分别安装于开口部宽95.3mm、高54.6mm的发射器2a、2b。另外，所谓开口部的宽，是与磁控管1a、1b所产生微波的行进方向正交的X轴方向的长度，所谓开口部的高，是与微波的行进方向正交的Y轴方向的长度。

发射器2a、2b形成为锥形部一体型，具有用于接合到2.45GHz用标准导波管：WRJ-2(宽度尺寸109.2mm、高度尺寸54.6mm)的锥形部3a、3b。因此，发射器2a、2b经由该锥形部3a、3b与由WRJ-2的导波管构成的功率监视导波管4a、4b的一端连接。另外，功率监视导波管4a、4b是用于测定通过在功率监视导波管4a、4b本身内部所构成的WRJ-2导波管内的行进波功率及反射波功率的装置。另外，所谓行进波功率，是从磁控管1a、1b向辐照腔体8传送的微波功率，所谓反射波功率，是在辐照腔体8等反射而向磁控管1a、1b传送的微波功率。

另外，功率监视导波管4a、4b的另一端与锥形导波管5a、5b的一端连接，锥形导波管5a、5b的另一端与由主导波管6a及副导波管6b构成的T型微波合成导波管6连接。从而构成在T型微波合成导波管6合成的磁控管1a、1b的微波功率照射到辐照腔体8内部的被加热物(未图示)。

这样，具有90度方向差的两个微波电场(即主微波的电场方向10a与副微波的电场方向10b)从主导波管6a的C面侧供给到图1、2所示辐照腔体(微波照射室)8内。因此，向辐照腔体8的供给功率成为在主导波管6a中传送的微波功率与在副导波管6b中传送的微波功率的和。这样，能够向辐照腔体8供给将2种微波功率合成后的高输出微波功率。

图2是本发明中辐照腔体8的结构剖视图。如图2所示，辐照腔体8为圆筒型，从使加热效率最大化的观点，以最小限度的容积来构成，其容积的内径为φ150mm、高度为75mm。在该种容积中，在金属制放置台11的上表面载置有食品等被加热物12。

另外，被加热物12的上部配置有具有圆锥状缺口的氟树脂间隔件13。该氟树脂间隔件13的外径为φ150mm，厚度为30mm，在与被加热物12相对的面形成有圆锥状的缺口。该缺口的形状为圆锥形状，底面的直径为φ130mm，从底面到顶面的高度为20mm，顶部的直径为φ20mm。这样，在T型导波管7合成后的微波功率经由具有圆锥状缺口的氟树脂间隔件13照射到被加热物12。

即，T型导波管7位于圆筒状辐照腔体8的上表面侧，在其正下方，具有圆锥状缺口形状的氟树脂间隔件13安装在圆筒状的辐照腔体8的内表面。

因此，从T型导波管7传送来的具有90度电场方向差的合成微波功率经由氟树脂间隔件13照射到被加热物12即食品。氟树脂一般而言介电常数ε为2左右(频率为2.45GHz时)，由于微波损失(tanδ)少，因此一般作为微波透射材料用于隔离板等用途。亦即，使用氟树脂作为薄的隔离板，不使从被加热物12产生的水蒸气或油的蒸气流入导波管内。

通过氟树脂的微波的速度为真空中的

波长也为真空中波长λo的倍。亦即，微波通过氟树脂间隔件13期间微波的波长缩短，因此通过使氟树脂间隔件13的形状具有圆锥状缺口而达到最佳化，能够使微波产生折射从而分散到被加热物12整体，实现均匀照射，因此能够有效地对被加热物12照射微波。

进一步详细说明，由于具有圆锥状缺口形状的氟树脂间隔件13呈现与光学系统的凹透镜相同的折射作用，因此从T型导波管7向辐照腔体8内部导入的合成微波因氟树脂间隔13而折射，分散到被加热物12整体。而且，由于氟树脂间隔件13接近被加热物12，因此合成微波能够以分散状态向被加热物12的区域集中照射。因此，即使辐照腔体8的容积比被加热物12大，只要使氟树脂间隔件13的形状与被加热物12的形状相匹配地达到最佳化，就能够使微波向被加热物12集中，并且均匀照射到被加热物12，因此能够有效地加热被加热物12。

另外，在由金属板或冲孔金属构成的金属制放置台11的下部设有用于接受排放液的排放液承盘14以及用于排出排放液的排液孔15。如果使用微波透射性的材质构成放置台来取代金属制放置台11，并使用金属材料来构成该排放液承盘14，则能够通过排放液承盘14反射从上部照射来的微波，照射到被加热物12。由此，能够更加有效地加热被加热物12。

如上所述，根据本发明的微波加热装置，通过使聚四氟乙烯等氟树脂板的形状达到最佳化，能够利用微波出入于氟树脂板时使微波折射的现象，向被加热物12均匀地照射微波。即，即使辐照腔体8内没有使微波散乱的搅拌器或使被照射物旋转的转盘等，也能够向被加热物12均匀地照射微波。并且，能够对被加热物12选择性照射微波，并且选择性照射到微波的被加热物12能够均匀加热。

关于T型导波管，具体叙述其要点。

图3是表示与图1所示功率监视导波管4a、4b的WRJ-2导波管连接部位的发射器2a、2b的开口部的立体图。具体表示锥形一体型发射器2a、2b的锥形部3a、3b与功率监视导波管4a、4b连接的部位的开口部。如图3所示，发射器2a、2b与功率监视导波管4a、4b连接的部位的开口部的尺寸如下：宽度尺寸a＝109.2mm，高度尺寸b＝54.6mm。

图4是表示图1所示T型微波合成导波管6的详细尺寸的附图，图4a表示T型微波合成导波管6的剖视图，图4b表示图4a的C面，图4c表示图4a的B面。如图4a所示，该T型微波合成导波管6由主导波管6a与副导波管6b正交构成。

另外，被传送来自磁控管1a(第1磁控管)的微波功率的主导波管6a的开口部(A面)的尺寸与图4(b)所示C面同样为80mm×80mm(80mm平方)。即，来自磁控管1a的微波功率经由发射器2a、功率监视导波管4a及锥形导波管5a传送到T型微波合成导波管6的主导波管6a的一端，即A面侧的80mm平方的开口部。

来自另一磁控管1b(第2磁控管)的微波功率传送构成T型微波合成导波管6的副导波管6b。该副导波管6b与主导波管的侧面正交配置，与主导波管6a的结合开口部(B面)的尺寸如图4c所示为80mm×40mm。亦即，与磁控管1b所产生的微波的行进方向(管轴方向)正交的X轴方向(宽a)的尺寸为80mm，与磁控管1b所产生的微波的行进方向(管轴方向)正交的Y轴方向(高b)的尺寸为40mm。

另外，与方形导波管的管轴方向(Z轴方向)垂直的内剖面为长方形，为了便于说明，称该长方形的一条边的尺寸为宽a，与其成直角的另一条边的尺寸称为高b。亦即，宽(a)及高(b)与导波管实际配置方向无关。

在该种尺寸构成(亦即，与T型微波合成导波管6的主导波管6a的开口部(A面)的尺寸为80mm×80mm，副导波管6b的开口部(B面)的尺寸为80mm×40mm)的情况下，磁控管1a振荡而向主导波管6a传送的微波功率所形成的电场方向与磁控管1b振荡而向副导波管6b传送的微波功率所形成的电场方向互相正交。

图5是表示图4的T型微波合成导波管6中C面的电场方向的附图。即，图5表示从主导波管6a的C面侧(亦即，对图1的辐照腔体8照射的面侧)观察时的、来自磁控管1a并在主导波管6a中传送的微波的电场方向(以下称作主微波的电场方向10a)与来自磁控管1b并在副导波管6b中传送的微波的电场方向(以下称作副微波的电场方向10b)。如图5所示，主微波的电场方向10a与副微波的电场方向10b正交，具有90度的方向差。

如此具有90度方向差的两种微波电场从主导波管6a的C面侧供给到图1的辐照腔体(微波照射室)8，其供给功率为磁控管1a的微波功率与磁控管1b的微波功率的和。因此，能够向辐照腔体8的被加热物照射磁控管1a、1b的微波功率合成后的高输出的微波功率。

此时，T型微波合成导波管6中，磁控管1a的微波功率与磁控管1b的微波功率合成，且互不引起微波干扰。磁控管1a的微波功率与磁控管1b的微波功率不引起微波干扰的原因在于：磁控管1a、1b彼此形成的电场方向具有90度方向差，并且，为了不传送来自电场方向具有90度方向差的对方磁控管的微波，限制了导波管的部分尺寸。以下针对互不引起微波干扰的原因详细地进行说明。

在主导波管6a内传送的微波的管内波长λg可以由下述式(1)表示。

λg＝λ/[1-(λ/2a)²]^1/2   (1)

在此，λ为电波的自由空间波长(光速/微波的频率)(m)，微波的频率为2.45GHz的情况下，λ＝30万km/2.45GHz＝12.2cm。亦即，自由空间波长λ为12.2cm。另外，宽(a)为主导波管6a及副导波管6b的宽度尺寸(相对于微波电场方向的垂直面的宽度尺寸)，根据图3及图4，相对于正交的2方向的电场成分，垂直面的宽度尺寸的各成分均为8cm。亦即宽(a)为8cm。

因此，将λ＝12.2cm、a＝8cm代入式(1)，则管内波长λg为18.9cm。亦即，2.45GHz的自由空间波长12.2cm在a＝b＝8cm的导波管内波长增长为18.9cm，能够直接传送具有正交的2方向的电场成分的微波。

另一方面，如图3所示，结合有磁控管1a的发射器2a及功率监视导波管4a的高度尺寸为(b)＝5.46cm。高度b面间所产生的微波电场的截止波长成为λc＝10.9cm，由于短于2.45GHz的自由空间波长12.2cm，因此高度b面间的微波电场不能在发射器2a传送。亦即，从磁控管1b传送来的微波电场传送到主导波管，但不传送到高度尺寸(b)＝5.46cm的功率监视导波管4a、发射器2a。因此，来自磁控管1b的微波能够在T型微波合成导波管6的C面与来自磁控管1a的微波合成而使电场强度高输出化，但不会对磁控管1a引起微波干扰。

接着，考察来自磁控管1a的微波是否传送到副导波管6b侧并引起微波干扰。磁控管1a所形成微波电场的方向与副导波管6b的微波行进方向平行，微波不会传送到副导波管6b。亦即，由于相对于微波行进方向并不形成微波电场，因此来自磁控管1a的微波不向磁控管1b传送，不引起微波干扰。

如以上说明的那样，现有微波加热装置由于为了不使2个磁控管相互受到微波干扰而使磁控管交替工作，因此不能使能够向辐照腔体供给的微波功率达到高输出化。但是，根据本发明实施方式的微波加热装置10，即使2个磁控管1a、1b同时工作，也能够相互不引起微波干扰地向辐照腔体8供给高输出微波功率。

将多个磁控管的微波功率合成从而达到高输出的尝试可见于例如日本专利第2525506号公报、日本特开昭61-181093号公报、日本专利第3888124号公报。

日本专利第2525506号公报中记载的发明中，为了防止微波干扰，使作为微波照射口的2个导波管轴所形成的角度为锐角交叉θ。该情况下，构成为下述微波加热装置：辐照腔体较大，由于其空间充足，因此以锐角交叉θ设置2个导波管，从该2个导波管供给微波。但是，在被加热物小的情况下，由于空间不充足，因此不能将多台微波功率供给用的导波管安装成既定角度。

日本特开昭61-181093号公报所记载的发明中公开了下述技术：一面以2个磁控管不同时工作的方式进行占空控制，一面从各微波供给导波管向辐照腔体(微波炉内)的被加热物均匀地照射微波。根据该技术，由于2个磁控管不同时工作，因此能够防止上述的微波干扰。

另外，日本专利第3888124号公报记载的发明中公开了下述技术：将多个磁控管产生的微波功率用一个导波管合成，并将合成后的微波功率向辐照腔体进行供给。根据该技术，由于能够向无电极灯为负载的狭小空间供给高输出的微波功率，因此能够在一个导波管的一面侧安装有2个磁控管。该情况下，同样为了防止2个磁控管相互的微波干扰，交替切换驱动电源的供给，使2个磁控管交替工作，实质上是对2个磁控管进行占空控制。

图6是本发明实施方式的微波加热装置的效果与比较例进行对比并实际测量的温度分布图，图6a表示比较例的实际测量结果，图6b表示本实施方式的实际测量结果。即，该图是按照有无图2所示具有圆锥状缺口的氟树脂间隔件13，以红外线放射温度计实际测量微波加热圆形包装中收纳的食品的情况下的温度分布。图6a表示不存在氟树脂间隔件13的情况的温度分布，图6b表示存在氟树脂间隔件13的情况的温度分布。

由图6a、图6b明显可知，存在氟树脂间隔件13的情况下(图6b)，微波均匀地照射到被加热物12，且加热温度也增高。亦即，通过使用本发明的微波加热装置，被加热物12的加热效率提高，且能够使微波均匀地向被加热物12照射。

即，如果使用介电常数大于1、介电损失(tanδ)小、且设置有最适宜于介电体的缺口的间隔件，即可呈现与上述实施方式同样的作用效果。这样，由于只要使微波均匀地向被加热物12照射，即不再需要使用用于干扰微波的金属制旋转叶片(搅拌器)、或使被照射物旋转的转盘，因此不再需要旋转机构，能够进一步提高微波加热装置的可靠性。

以上是基于实施方式对本发明具体地进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，在不脱离其要旨的范围内，能够进行各种变更。例如，不限于聚四氟乙烯等(氟树脂)，即使夹设具有圆锥状缺口的硅树脂制间隔件，也能够使微波均匀地照射到被加热物12。

另外，在外环形状呈现为环状的食品、或在盛装在托盘中的状态下中央部凹陷的食品的情况下，比起对中央部集中照射微波，对周围照射微波更能进行良好的加热(加热所需时间缩短)。该种情况下，适当改变间隔件的形状，使微波比起被加热物12的中央更多地照射到周围。

或者，对于中央部隆起的食品，中央部的加热慢。该种情况下，适当改变间隔件的形状，使微波更多地照射到被加热物12的中央部。

另外，通过使用间隔件13等能够对辐照腔体8内密封加压，能够防止水分从食品流失，并能够通过充满于辐照腔体8内部的蒸汽对被加热物12进行均匀加热。

另外，通过使间隔件13能够更换，从而仅更换间隔件13就能够完全改变微波加热装置的加热特性。

通过该种处理，能够进行适应于食品形状、目的的加热。

产业上的可利用性

根据本发明，由于被加热物的加热效率高，并且能够向被加热物均匀照射，因此能够有效用于进行单人份食品的加热加工或杀菌等的微波加热装置等。

符号说明

1a～磁控管(第1磁控管)

1b～磁控管(第2磁控管)

2a、2b～发射器

3a、3b～锥形部

4a、4b～功率监视导波管(WRJ-2导波管)

5a、5b～锥形导波管

6～T型微波合成导波管

6a～主导波管

6b～副导波管

7～T型导波管

8～辐照腔体

10～微波加热装置

10a～主微波的电场方向

10b～副微波的电场方向

11～金属制放置台

12～被加热物

13～介电板(氟树脂间隔件)

14～排放液承盘

15～排液孔

Claims (4)

1.一种微波加热装置，其特征在于，具备： 

导波管，其传送微波功率；及 

辐照腔体，其为向被加热物均匀分散从所述导波管传送来的微波的形状，并且该辐照腔体具有介电常数大于1的介电板，经由该介电板向被加热物照射从所述导波管 传导来的微波功率， 

所述导波管为传送第一微波功率的主导波管与传送第二微波功率的副导波管以各自的微波所产生的电场方向正交的方式连接而成的T型导波管； 

所述辐照腔体为圆筒形， 

所述介电板为圆板状氟树脂间隔件或圆板状硅树脂制间隔件， 

所述圆板状氟树脂间隔件或所述圆板状硅树脂制间隔件设有圆锥形缺口，使得从所述导波管 传导来的微波功率向所述被加热物均匀分散。 

2.根据权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于， 

以如下方式决定所述主导波管上形成的发射器的开口部的尺寸：使基于所述发射器的开口部的尺寸决定的截止波长短于从所述副导波管向所述主导波管传送的微波的自由空间波长。 

3.根据权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于， 

以如下方式决定所述副导波管的开口部的尺寸：使基于所述副导波管的开口部的尺寸决定的截止波长短于从所述主导波管向所述副导波管传送的微波的自由空间波长。 

4.根据权利要求2所述的微波加热装置，其特征在于， 

在所述主导波管传送的微波以及在所述副导波管传送的微波的频率分别为2.45GHz， 

所述主导波管的开口部的尺寸为宽80mm×高80mm，所述副导波管的开口部的尺寸为宽80mm×高40mm， 

所述发射器的开口部的尺寸为宽109.2mm×高54.6mm。 

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