CN110651946A - 解冻装置以及解冻方法 - Google Patents

Abstract

本发明的解冻装置在适当的时刻使物体的解冻停止。温度测量器(18)测量匹配电路(13)或高频电源(11)的温度。控制部(21)基于所测量的温度，控制对物体(22)的无线电波的照射和停止。

Description

解冻装置以及解冻方法

技术领域

本发明涉及一种对冷冻食品等的物体进行解冻的解冻装置以及解冻方法。

背景技术

以往，使用了微波的解冻装置通常用于冷冻食品等的物体的解冻。水对微波的吸收度远大于冰对微波的吸收度。因此，如果冷冻品的某一部分在解冻期间快速熔化，则该部分的微波吸收程度急剧增加。其结果，更加促进该部分的解冻，由此加速进行该部分的过热。这种现象称为失控(Runaway)，导致物体被微波不均匀地解冻。若发生失控，则物体表面的温度将与内部的温度不同。由此，难以在不破坏物体的情况下判断物体是否已被适度地解冻。

另外，以往，已提出一种使用无线电波来代替微波来解冻物体的解冻装置。无线电波或微波渗透物体的深度与其频率成反比。因此，与微波相比，无线电波更加能够加热物体的内部。进一步地，由于与微波相比，无线电波在水和冰之间的吸收度的差异更小，因此在被无线电波解冻的情况下，具有抑制物体的部分解冻的优点。

专利文献1公开了一种无线电波解冻装置，其具有：电极；对所述电极提供电力的高频电源；设置在所述高频电源的输出处并检测从所述电极侧反射的电力的反射电力检测单元；以及接收所述反射电力检测单元的输出并进行显示动作的显示单元。专利文献1还公开了根据该装置可以适当地向使用者通知无线电波解冻装置的动作状态。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2004-63308号公报

发明内容

本发明所要解决的技术问题

然而，在专利文献1中公开的技术中，无线电波解冻装置的用户需要基于自身的经验来判断解冻的停止。因此，难以准确地判断解冻的停止，其结果，也难以在适当的时刻停止物体的解冻。

本发明的一个方面的目的在于在适当的时刻停止物体的解冻。

解决问题的方案

(1)本发明的一个实施方式是解冻装置，其包括：壳体，其存储已被冷冻的物体；高频电源，其生成高频电力；匹配电路，其将由所述高频电源生成的所述高频电力调节为匹配的高频电力；电极，其配置在所述壳体内，且通过使用已匹配的所述高频电力对所述物体照射无线电波；温度测量器，其测量所述匹配电路或所述高频电源的温度；以及控制部，其基于所测量的所述温度，控制对所述物体的所述无线电波的照射和停止。

(2)此外，本发明的某个实施方式的解冻装置，在所述(1)的构成的基础上，所述温度测量器在所述无线电波的照射期间测量所述温度，在测量的所述温度超过了规定的阈值的情况下，所述控制部使所述无线电波的照射停止。

(3)此外，本发明的某个实施方式的解冻装置，在所述(1)的构成的基础上，所述温度测量器在所述无线电波照射之前和所述无线电波的照射期间，分别测量所述温度，在测量的各所述温度的差超过了规定的阈值的情况下，所述控制部使所述无线电波的照射停止。

(4)本发明的某个实施方式的解冻装置，在所述(1)的构成的基础上，所述温度测量器在所述无线电波照射之前和所述无线电波的照射期间，分别测量所述温度，在测量的所述温度的上升速度超过了规定的阈值的情况下，所述控制部使所述无线电波的照射停止。

(5)本发明的某个实施方式的解冻装置，在所述(1)的构成的基础上，所述温度测量器在所述无线电波照射之前和所述无线电波的照射期间，分别测量所述温度，所述控制部通过将测量的各所述温度的差与所述无线电波的照射时间进行积分来计算散热量，并在计算出的所述散热量超过了规定的阈值的情况下，使所述无线电波的照射停止。

(6)本发明的某个实施方式的解冻装置，在所述(2)至所述(5)的任一个的构成的基础上，所述控制部通过使所述高频电源停止所述高频电力的生成，使所述无线电波的照射停止。

(7)本发明的某个实施方式的解冻装置，在所述(1)至所述(6)的任一个的构成的基础上，所述温度测量器为热敏电阻。

(8)本发明的某个实施方式的解冻装置，在所述(1)至所述(7)的任一个的构成的基础上，还包括散热器，其安装在所述匹配电路或所述高频电源上，所述温度测量器安装在所述散热器上，并且通过测量所述散热器的温度来测量所述匹配电路或所述高频电源的所述温度。

(9)本发明的某个实施方式的解冻装置，在所述(1)至所述(8)的任一个的构成的基础上，所述高频电力的频率为3MHz以上且300MHz以下。

(10)本发明的一个实施方式的解冻方法使用所述(1)至所述(5)中任一个的解冻装置解冻被冷冻的物体。

发明效果

根据本发明的一个方面，能够在适当的时刻停止物体的解冻。

附图说明

图1是表示根据本发明的第一实施方式的解冻装置的主要部分构成的框图。

图2是表示根据本发明的第一实施方式的匹配电路的电路构成的图。

图3是表示根据本发明的第一实施方式的构成温度测量器的热敏电阻的电路构成的图。

图4是分别表示根据本发明的第一实施方式的从高频电源输出的高频电力的时间推移和反射波电力的时间推移的图。

图5是表示水和冰中微波和无线电波的吸收度的损耗系数。

图6是表示根据本发明的第二实施方式的解冻装置的主要部分构成的框图。

图7是表示由作为根据本发明的第二实施方式的热成像仪的温度测量器获取的高频电源的温度的测量结果的图。

图8是表示根据本发明的第三实施方式的解冻装置的主要部分构成的框图。

具体实施方式

〔第一实施方式〕

(解冻装置1的构成)

图1是表示根据本发明的第一实施方式的解冻装置1的主要部分构成的框图。如图所示，解冻装置1包括：高频电源11、散热器12、匹配电路13、散热器14、壳体15、一对电极16及电极17、温度测量器18、循环器19、检测部20和控制部21。解冻装置1是通过对已冷冻的物体照射无线电波来解冻物体22的装置。物体22例如是冷冻食品。

高频电源11使用从解冻装置1外部输入的电力生成高频电力。高频电源11将所生成的高频电力提供给匹配电路13。在本实施方式中，“无线电波”是指100kHz以上且300MHz以下的电信号或电波(电磁波)。由高频电源11生成的高频电力的频率优选为3MHz以上且300MHz以下。由此，解冻装置1能够以能够适当地加热物体22的无线电波照射物体22。在本实施方式中，高频电源11生成具有40MHz的频率的高频电力。

散热器12安装到高频电源11上。散热器12冷却并物理保护高频电源11。散热器12的形状例如是散热片形状，简单的块状或适合于高频电源11的特殊形状。散热器12的材料优选为金属。散热器12的材料只要是具有传导高频电源11的发热的功能的材料，也可以是金属以外的材料。无论散热器12的形状和材料如何，散热器12的热容量优选事先已知。由此，控制部21可以使用由温度测量器18测量的温度更准确地计算由散热器12吸收的热量。

匹配电路13将从高频电源11提供的高频电力调节为匹配的高频电力。匹配电路13向电极16提供已匹配的高频电力。

图2是表示根据本发明的第一实施方式的匹配电路13的电路构成的图。由于图示的匹配电路13的电路构成是已知的，因此省略其详细说明。

散热器14安装到匹配电路13上。散热器14冷却并保护匹配电路13。散热器14的形状例如是散热片形状，简单的块状或适合于匹配电路13的特殊形状。散热器14的材料优选为金属。散热器14的材料只要是具有传导匹配电路13的发热的功能的材料，也可以是金属以外的材料。无论散热器14的形状和材料如何，散热器14的热容量优选事先已知。由此，在后述的第一实施方式中，温度测量器18可以更准确地测量散热器14吸收的热量。

壳体15在其内部存储由解冻装置1解冻的物体22。壳体15还防止无线电波泄漏到壳体15的外部。一对电极16及电极17设置在壳体15的内部。物体22设置在壳体15内部的电极16和电极17之间。电极16连接到匹配电路13，电极17接地。从匹配电路13向电极16提供高频电力。电极16及电极17通过使用提供给电极16的高频电力形成无线电波电场，并且根据形成的电场对物体22照射电波(无线电波)。物体22通过照射的无线电波而被解冻。电极16通过反射所提供的高频电力的一部分而作为反射波电力传输到匹配电路13。

(温度测量器18)

温度测量器18安装在散热器14上。温度测量器18通过测量具有已知热容量的散热器14的温度来测量散热量，该散热量是从整个匹配电路13释放出的热量。这样，温度测量器18通过测量散热器14的温度而间接地测量匹配电路13的温度。在本实施方式中，温度测量器18是结构和使用更简单的热敏电阻。温度测量器18将测量的散热器14的温度转换为模拟的电信号并将该信号输出到控制部21。

图3是表示使用了根据本发明的第一实施方式的构成温度测量器18的热敏电阻的温度检测电路的构成的图。由于图3所示的温度检测电路的电路构成是已知的，因此省略其详细说明。

温度测量器18可以直接安装到匹配电路13而不是散热器14上。温度测量器18例如安装到匹配电路13的线圈上。在这种情况下，温度测量器18通过测量线圈的温度而测量匹配电路13的一部分的温度。

循环器19配置在高频电源11和匹配电路13之间。循环器19使从电极16和匹配电路13向循环器19传输的反射波电力减小，并将反射波电力传输到检测部20。检测部20检测从循环器19传输来的反射波电力。检测部20生成关于检测到的反射波电力的量的信息，并将该信息输出到控制部21。解冻装置1不一定需要检测部20和循环器19。

(控制部21)

控制部21综合控制解冻装置1的动作。控制部21至少连接到高频电源11、匹配电路13、检测部20和温度测量器18。控制部21主要基于由温度测量器18测量的温度来控制高频电源11的工作和停止。控制部21还可以控制高频电源11的高频电力的输出值。控制部21还可以通过匹配电路13控制高频电力的匹配程度。控制部21还可以基于从检测部20输入的关于反射波电力的量的信息来进行高频电源11和匹配电路13的反馈控制。

在本实施方式中，控制部21是具有多个端子的微控制器。表示从匹配电路13输出的温度的模拟电信号被输入到多个端子中的特定端子。控制部21通过对输入到特定端子的模拟电信号进行模数转换来获得表示温度的数字值。控制部21通过使用所获取的数字值来确定使物体22的解冻停止的时刻。

(物体22的解冻步骤)

解冻装置1根据以下说明的步骤开始物体22的解冻并确定解冻的停止。

解冻装置1的用户将物体22的解冻开始的指示或操作输入到控制部21。控制部21通过控制高频电源11和匹配电路13以在电极16及电极17上形成无线电波并向物体22照射无线电波。由此，开始物体22的解冻。在本实施方式中，用户简单地将解冻开始的指示输入到解冻装置1即可。或者，用户也可以将物体22的质量、物体22的解冻前的温度、物体22的解冻后的目标温度、以及高频电力的电量等条件与与解冻开始的指示一起向控制部21输入。

当无线电波照射到物体22时，物体22中包含的冰被无线电波转换成水。由于无线电波比微波更深地渗透到物体22中，因此被无线电波照射到的物体22被均匀地解冻。与微波相比，对于无线电波而言，水的吸收度和冰的吸收度的差异更小。因此，抑制了在解冻期间物体22的一部分更早熔化的现象。

温度测量器18至少在无线电波的照射期间测量匹配电路13的温度。随着通过无线电波照射进行物体22的解冻，匹配电路13的温度上升。温度测量器18将测量的温度传输到控制部21。控制部21基于从温度测量器18传输来的温度确定是否停止物体22的解冻。控制部21例如基于在不同时间传输来的各温度，在检测到温度已上升的情况下，确定停止物体22的解冻。由此，控制部21通过控制高频电源11来停止高频电力的形成。其结果，物体22的解冻停止。

温度测量器18例如在无线电波的照射期间测量匹配电路13的温度。在这种情况下，当测量的温度超过了规定的阈值时，控制部21使高频电源11停止高频电力的形成，从而停止对物体22照射无线电波。由此，控制部21可以在适当的时刻停止物体22的解冻。规定的温度的阈值只要是事先存储在控制部21中的值即可。控制部21也可以通过使用由用户输入到控制部21中的物体22的质量、物体22的解冻前的温度、物体22的解冻后的目标温度以及高频电力的电量等条件，计算出温度的阈值。

温度测量器18例如在无线电波照射之前和无线电波照射期间，分别测量匹配电路13的温度。控制部21通过从照射期间的温度减去照射前的温度来计算温度差。当计算出的温度差超过规定的阈值时，控制部21使高频电源11停止形成高频电力，从而停止无线电波的照射。由此，控制部21可以在适当的时刻停止物体22的解冻。规定的温度差的阈值只要是事先存储在控制部21中的值即可。控制部21也可以通过使用由用户输入到控制部21中的物体22的质量、物体22的解冻前的温度、物体22的解冻后的目标温度以及高频电力的电量等条件，计算出温度差的阈值。

温度测量器18例如在无线电波照射之前和无线电波照射期间，分别测量匹配电路13的温度。控制部21通过从照射期间的温度减去照射前的温度来计算温度差。控制部21通过将计算出的温度差除以每个温度的测量时间间隔来计算温度的上升速度。当计算出的温度的上升速度超过规定的阈值时，控制部21使高频电源11停止形成高频电力，从而停止无线电波的照射。由此，控制部21可以在适当的时刻停止物体22的解冻。规定的上升速度的阈值只要是事先存储在控制部21中的值即可。控制部21也可以通过使用由用户输入到控制部21中的物体22的质量、物体22的解冻前的温度、物体22的解冻后的目标温度以及高频电力的电量等条件，计算上升速度的阈值。

温度测量器18例如在无线电波照射之前和无线电波照射期间，分别测量匹配电路13的温度。控制部21通过从照射期间的温度减去照射前的温度来计算温度差。控制部21将计算出的温度差与无线电波的照射时间进行积分，来计算从匹配电路13释放出的热量即散热量。当计算出的散热量超过规定的阈值时，控制部21使高频电源11停止形成高频电力，从而停止无线电波的照射。由此，控制部21可以在适当的时刻停止物体22的解冻。规定的散热量的阈值只要是事先存储在控制部21中的值即可。控制部21也可以通过使用由用户输入到控制部21中的物体22的质量、物体22的解冻前的温度、物体22的解冻后的目标温度以及高频电力的电量等条件，计算散热量的阈值。

(匹配电路13的温度上升原因)

在解冻装置1中，随着物体22的解冻进行，匹配电路13的温度上升的原因尚不清楚。本申请的发明人推断该原因如下。当包含在物体22中的冰变成水时，物体22的电阻变小。从高频电源11向匹配电路13和物体22提供高频电力。当在提供高频电力期间仅物体22的电阻值变小时，针对匹配电路13的高频电力的负载变大，导致产生匹配电路13中的能量损耗。能量损耗转换成热能，由此匹配电路13的温度升高。如上所述，在匹配电路13的温度上升了的情况下，解冻装置1判断物体22的解冻完成，并且停止物体22的解冻。

图4是分别表示根据本发明的第一实施方式的11从高频电源输出的高频电力的时间推移和反射波电力的时间推移的图。图4的横轴表示电极16以无线电波照射物体22之后的经过时间。图4的左侧的纵轴表示从高频电源11输出的高频电力的强度。图4的右侧的纵轴表示回波损耗。回波损耗是通过以对数表示反射波电力和行波(高频电力)之间的比率而获得的值。

当以无线电波解冻物体22时，物体22的阻抗随着解冻的进行而变化。图4示出了当对物体22进行无线电波照射期间，由匹配电路13进行了高频电源11和物体22之间的阻抗匹配时的、测量了高频电力和反射波电力的时间变化的结果。根据图4，可以看出在阻抗匹配之后，随着物体22进一步进行解冻，反射波电力增加。由此，推断以下内容。当包含在物体22中的冰变成水时，物体22的阻抗产生变化。高频电源从高频电源11提供给匹配电路13和物体22，当在提供期间仅物体22的阻抗变化时，传输到匹配电路13的反射波电力增加。根据匹配电路13或其周边中的高频电源11、寄生电容、寄生电感等将反射波电路转换成热量。温度测量器18通过检测该热量来测量匹配电路13的温度。

图5是表示水和冰中微波和无线电波的吸收度的损耗系数。电介质的特性由介电常数和介电功率因数表示。损耗系数是介电常数和介电功率因数的乘积。损耗系数是通过电波加热的物体中的加热容易度的基准。损耗系数根据照射到物体上的电波的频率和物体22的温度而波动。物体的发热量与照射的电波的频率和物体的损耗系数成正比，并且与电场强度的平方成反比。另一方面，电波渗透物体内部的深度与电波的频率成反比。因此，使用频率小于微波的无线电波更有利，以便均匀地解冻物体。

如图5所示，当用微波照射时水和冰的各介电损耗在水中比在冰中大得多。由此，在通过微波解冻物体的现有技术中，当物体的一部分中含有的冰融化并变成水时，该部分的损耗系数显著变化，因此物体吸收的微波的变化非常快。因此，在现有技术中，难以通过使用具有温度检测速度慢的热敏电阻来检测匹配电路的温度。

如图5所示，在以无线电波照射的情况下的水和冰的各介电损耗之间的差异与以微波照射的情况相比，足够小。由此，在通过无线电波解冻物体22的解冻装置1中，当物体22的一部分中包含的冰融化并变成水时，该部分的损耗系数平缓地变化。进一步地，渗透到物体22内部的无线电波的深度与无线电波的频率成反比。因此，与微波相比，被物体22吸收的无线电波的变化是平缓的。根据这些可知，解冻装置1可以通过使用温度的检测速度慢但是便宜的热敏电阻作为温度测量器18，来测量匹配电路13的温度。

如图3所示，即使包括周边部分，热敏电阻的部件数量也很少。因此，可以廉价地构成热敏电阻。由于解冻装置1搭载廉价的热敏电阻作为温度测量器18，因此可以减少解冻装置1的成本。

如上所述，解冻装置1可以通过廉价的装置在适当的时刻停止物体22的解冻。

〔第二实施方式〕

图6是表示根据本发明的第二实施方式的解冻装置2的主要部分构成的框图。如该图所示，解冻装置2包括与根据第一实施方式的解冻装置1中具备的各部件相同的部件。然而，解冻装置2与根据第一实施方式的解冻装置1的不同之处在于，温度测量器18安装到散热器12而不是散热器14上。在解冻装置2中，温度测量器18通过测量具有已知热容量的散热器12的温度来测量热量，该热量是从整个高频电源11释放出的热量。这样，温度测量器18通过测量散热器12的温度而间接地测量高频电源11的温度。

温度测量器18可以直接安装到高频电源11而不是散热器12上。温度测量器18例如安装到高频电源11的线圈上。在这种情况下，温度测量器18通过测量高频电源11线圈的温度而测量高频电源11的一部分的温度。

在解冻装置2中，当通过无线电波的照射仅物体22的电阻值变小时，经由循环器19传输到高频电力的反射波电力也增加。反射波电力在高频电力中转换为热量，温度测量器18通过检测该热量来测量高频电源11的温度。温度测量器18将测量的高频电源11的温度传输到控制部21。控制部21基于传输来的温度确定停止物体22的解冻的时刻。

温度测量器18也可以是热成像仪而不是热敏电阻。在这种情况下温度测量器18也可以准确地测量高频电源11的温度。图7是表示由作为根据本发明的第二实施方式的热成像仪的温度测量器获取的高频电源11的温度的测量结果的图。当温度测量器18是热成像仪时，温度测量器18例如获取如图7所示的温度的测量结果(热成像图)，并将其输出到控制部21。控制部21基于从温度测量器18输入的热成像图来控制无线电波的照射和停止。

根据本实施方式的控制部21确定物体22的解冻停止的时刻的方法基本上与第一实施方式中公开的方法相同。因此，控制部21可以适当地确定停止物体22的解冻的时刻。

在解冻装置2不包括循环器19的情况下，传输到高频电源11的反射波电力进一步增加。因此，根据本实施方式的设计对于没有设置循环器19的解冻装置1更有效。

〔第三实施方式〕

图8是表示根据本发明的第三实施方式的解冻装置3的主要部分构成的框图。如该图所示，解冻装置3在根据第一实施方式的解冻装置1具备的各部件的基础上，还包括温度测量器23。在解冻装置3中，温度测量器18安装到散热器14上，且温度测量器23安装到散热器14上。控制部21至少连接到高频电源11、匹配电路13、温度测量器18、检测部20和温度测量器23。与第一实施方式同样地，温度测量器18通过测量散热器14的温度而间接地测量匹配电路13的温度。温度测量器23通过测量散热器14的温度而间接地测量高频电源11的温度。温度测量器23将所测量的温度传输到控制部21。

控制部21基于由温度测量器18测量的匹配电路13的温度和由温度测量器23测量的高频电源11的温度这两者来控制对物体22的无线电波的照射和停止。由此，控制部21可以更准确地确定停止物体22的解冻的时刻。控制部21例如通过将无线电波照射之前和之后的匹配电路13的温度差(温度上升值)与照射时间进行积分来计算第一散热量。控制部21还通过将无线电波照射之前和之后的高频电源11的温度差(温度上升值)与照射时间进行积分来计算第二散热量。控制部21基于总散热量来控制无线电波的照射和停止，该总散热量是通过将第一散热量和第二散热量相加而获得的值。由此控制部21可以更准确地确定解冻停止的时刻。例如在总散热量超过规定的阈值的情况下，控制部21通过控制高频电源11来停止来自电极16的无线电波的照射。其结果，物体22被更适当地解冻。

本公开不限于上述各实施方式，能在权利要求所示的范围中进行各种变更，将不同的实施方式中分别公开的技术手段适当组合得到的实施方式也包含于本发明的技术范围。而且，能够通过组合各实施方式分别公开的技术方法来形成新的技术特征。

附图标记说明

1、2、3 解冻装置

11 高频电源

12、14 散热器

13 匹配电路

15 壳体

16、17 电极

18、23 温度测量器

19 循环器

20 检测部

21 控制部

22 物体

Claims (10)

1.一种解冻装置，其特征在于，包括：

壳体，其存储已被冷冻的物体；

高频电源，其生成高频电力；

匹配电路，其将由所述高频电源生成的所述高频电力调节为匹配的高频电力；

电极，其配置在所述壳体内，且通过使用已匹配的所述高频电力对所述物体照射无线电波；

温度测量器，其测量所述匹配电路或所述高频电源的温度；以及

控制部，其基于所测量的所述温度，控制对所述物体的所述无线电波的照射和停止。

2.根据权利要求1所述的解冻装置，其特征在于，

所述温度测量器在所述无线电波的照射期间测量所述温度，

在已测量的所述温度超过了规定的阈值的情况下，所述控制部使所述无线电波的照射停止。

3.根据权利要求1所述的解冻装置，其特征在于，

所述温度测量器在所述无线电波照射之前和所述无线电波的照射期间，分别测量所述温度，

在测量的各所述温度的差超过了规定的阈值的情况下，所述控制部使所述无线电波的照射停止。

4.根据权利要求1所述的解冻装置，其特征在于，

所述温度测量器在所述无线电波照射之前和所述无线电波的照射期间，分别测量所述温度，

在测量的所述温度的上升速度超过了规定的阈值的情况下，所述控制部使所述无线电波的照射停止。

5.根据权利要求1所述的解冻装置，其特征在于，

所述温度测量器在所述无线电波照射之前和所述无线电波的照射期间，分别测量所述温度，

所述控制部通过将测量的各所述温度的差与所述无线电波的照射时间进行积分来计算散热量，并在计算出的所述散热量超过了规定的阈值的情况下，使所述无线电波的照射停止。

6.根据权利要求2所述的解冻装置，其特征在于，

所述控制部通过使所述高频电源停止所述高频电力的生成，使所述无线电波的照射停止。

7.根据权利要求1或2所述的解冻装置，其特征在于，

所述温度测量器为热敏电阻。

8.根据权利要求1或2所述的解冻装置，其特征在于，

还包括散热器，其安装在所述匹配电路或所述高频电源上，

所述温度测量器安装在所述散热器上，并且通过测量所述散热器的温度来测量所述匹配电路或所述高频电源的所述温度。

9.根据权利要求1或2所述的解冻装置，其特征在于，

所述高频电力的频率为3MHz以上且300MHz以下。

10.一种解冻方法，其特征在于，使用权利要求1所述的解冻装置解冻被冷冻的物体。

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