CN112106442B - 介电加热装置以及介电加热电极 - Google Patents

Abstract

具备：两个以上的电极(10a、10b)；接地面(3)，连接于两个以上的电极中的一个电极(10b)；信号源(2)，与两个以上的电极中的另一个电极(10a)连接并输出高频信号；高频通过绝热元件(11a)，被串联配置于信号源(2)和另一个电极(10a)之间，包括互不接触地电耦合从而将信号源(2)和另一个电极(10a)非接触地电连接的两个端子(i、ii)，利用该两个端子(i、ii)间的电耦合使从信号源(2)输出的高频信号通过；以及高频通过绝热元件(11b)，被串联配置于接地面(3)和一个电极(10b)之间，包括互不接触地电耦合从而将接地面(3)和一个电极(10b)非接触地电连接的两个端子(i、ii)，利用该两个端子(i、ii)间的电耦合将从信号源(2)输出的高频信号输出至接地面(3)。

Description

介电加热装置以及介电加热电极

技术领域

本发明涉及用电极夹着加热对象进行加热的介电加热装置以及介电加热电极。

背景技术

在介电加热装置中使用如下方式：使用两个以上的电极夹着加热对象，通过使用信号源针对电极在该电极间施加电压从而对加热对象进行加热。

例如，在专利文献1中记载了如下高频介电加热装置：该高频介电加热装置为在对置的电极间配置加热对象进行加热的装置，其中至少一个电极具备可变形电极，该可变形电极具有绝热构件和在该绝热构件的外表面形成的导电膜，并且与加热对象抵接。该高频介电加热装置能够均匀地且在短时间内将加热对象加热，并且能够抑制加热对象物的内部和表面的局部温度上升。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-77442号公报

发明内容

发明所要解决的技术课题

近年来，如香料、电子烟、加热香烟的气溶胶产生等，通过对加热对象进行加热来产生气溶胶的设备已经普及。由于该设备的加热对象小，因此装置也是小型的，而且为使用电池的结构。因此产生在以往加热对象大的情况下不成为问题的如下技术课题：由于热量从加热对象通过电极和布线向产生电压的电路及接地面传递，导致加热效率降低。

即使在上述专利文献1所记载的高频介电加热装置中，在加热对象小的情况下，也产生上述的加热效率降低以及构成电路及电池变为高温状态的技术课题。

本发明是为了解决上述那样的技术课题而做出的，目的在于在小型的介电加热装置中，抑制对加热对象的加热效率的降低，避免介电加热装置的结构变为高温状态。

用于解决技术课题的技术方案

本发明涉及的发明的介电加热装置具备：两个以上的电极；接地面，连接于两个以上的电极中的一个电极；信号源，与两个以上的电极中的另一个电极连接并输出高频信号；第1元件，被串联配置于信号源和另一个电极之间，包括互不接触地电耦合从而将信号源和另一个电极非接触地电连接的两个端子，利用该两个端子间的电耦合使从信号源输出的高频信号通过；以及第2元件，被串联配置于接地面和一个电极之间，包括互不接触地电耦合从而将接地面和一个电极非接触地电连接的两个端子，利用该两个端子间的电耦合将从信号源输出的高频信号输出至接地面。

发明效果

根据本发明，在小型的介电加热装置中，能够抑制热量从加热对象通过电极等传递至构成电路及接地面从而抑制加热效率的降低。另外，由于抑制了热量传递至构成电路及接地面，因此能够避免构成电路及信号源变为高温状态。

附图说明

图1为实施方式1的发明的介电加热装置的结构图。

图2为示出实施方式1的发明的介电加热装置的其它结构例的图。

图3为示出实施方式1的发明的介电加热装置的其它结构例的图。

图4为实施方式2的发明的介电加热装置的结构图。

图5为示出实施方式2的发明的介电加热装置的其它结构例的图。

图6为实施方式3的发明的介电加热装置的结构图。

图7为实施方式4的发明的介电加热装置的结构图。

图8为实施方式1至实施方式4的发明的介电加热装置的其它结构图。

图9为实施方式1至实施方式4的发明的介电加热装置的其它结构图。

附图标记

1、1a、1b：介电加热电极；2：信号源；3：接地面；4：周边环境；5：热传递；10、10a、10b：电极；11、11a、11b、11c、11d：高频通过绝热元件；30a、30b、31a、31b：元件电极；20：电池；21：信号产生器；22：放大器；32a、32b：介电体；100、100A、100B、100C、100D、100E、100F、100G、100H：介电加热装置。

具体实施方式

以下为了更详细地说明本发明，根据附图对用于实施本发明的方案进行说明。

实施方式1.

图1为实施方式1的发明的介电加热装置100的结构图。

将介电加热装置100设为包括介电加热电极1、信号源2、接地面3并且将各个通过不平衡线路连接而成的不平衡电路。

介电加热电极1包括电极10和高频通过绝热元件11，该高频通过绝热元件11仅使高频信号通过，阻止热传递。在此，高频通过绝热元件11具有端子i和端子ii这两个端子。端子i及端子ii不具有金属性连续的构造，端子i和端子ii各自的导体彼此为非接触的构造。另外，在端子i与端子ii的金属之间具有热阻高的绝热构件，由此抑制热传递。另一方面，端子i和端子ii通过基于金属的电耦合来仅使高频信号通过。此外，由于两个端子不是金属性连续的，因此具有不使直流分量通过的特征，作为具体设备，可列举电容器、变压器或耦合器等。

在此为了简单起见，设为端子i与端子ii的电耦合的耦合度足够强，从端子i输入的信号不产生衰减而全部从端子ii输出，从端子ii输入的信号也不产生衰减而从端子i输出。另外，设为端子i与端子ii之间的热阻非常高，从端子i输入的热量不传递到端子ii，从端子ii输入的热量不传递到端子i。

进而，在该实施方式的说明中，假定为介电加热装置100为小型的装置，将该介电加热装置100中面积最大而且相对于电极10a、10b面积足够大的金属作为接地面3。因此，设为接地面3的热容量相对于电极10a、10b及加热对象X的热容量的相对值为大的值。另一方面，由于介电加热装置100整体是小型的，因此设为接地面3的热容量的绝对值为小的值。接地面3能够适当地设定。

参照图1，对介电加热装置100的具体结构例进行说明。

图1所示的介电加热装置100包括两个介电加热电极1a、1b、信号源2以及接地面3。在介电加热电极1a中，电极10a与高频通过绝热元件(第1元件)11a的端子i由金属布线连接，信号源2的一侧与高频通过绝热元件11a的端子ii由金属布线连接。在介电加热电极1b中，电极10b与高频通过绝热元件(第2元件)11b的端子i由金属布线连接，高频通过绝热元件11b的端子ii与接地面3由金属布线连接。信号源2的另一侧与接地面3连接。

当将信号源2接通(ON)时，从信号源2输出高频信号。输出的高频信号被输入至高频通过绝热元件11a的端子ii。高频通过绝热元件11a将从端子ii输入的高频信号从端子i不产生衰减地输出。从端子i输出的高频信号被传输至电极10a。高频通过绝热元件11b经由电极10a及电极10b将从端子i输入的高频信号从端子ii输出。

另一方面，由电极10a施加的电压对加热对象X进行加热，被加热的加热对象X的温度上升。当加热对象X的温度上升时，加热对象X中产生的热量传递至电极10a、10b，该电极10a、10b被加热。电极10a、10b的热量经过金属布线，对高频通过绝热元件11a、11b的端子i进行加热。在高频通过绝热元件11a、11b中，由于端子i与端子ii仅电耦合，因此端子i与端子ii之间的热传递被抑制，热量不向端子ii侧传递。因此，在电极10a、10b及高频通过绝热元件11a、11b被加热直到变为与加热对象X相同的温度的时间点，没有来自加热对象X的热传递。据此，介电加热装置100能够高效地对加热对象X进行加热。

假设在介电加热装置100中未设置高频通过绝热元件11a的情况下，从加热对象X传递至电极10a的热量经过信号源2向接地面3传递。另外，在未设置高频通过绝热元件11b的情况下，从加热对象X传递至电极10b的热量直接传递至接地面3。由于接地面3为在加热对象X或介电加热装置100中面积最大的金属，因此接地面3的热容量比加热对象X的热容量大，所以由于热传递，加热对象X的热量经由电极10a或电极10b向接地面3传递从而加热效率变差。尤其是，电极10a、10b及加热对象X越小，则热传递的影响变得越大，介电加热装置100的加热效率越差。另外，接地面3虽然是介电加热装置100内最大的金属，但作为绝对值的热容量不大。因此，在加热对象X的温度达到100℃以上的高温的情况下，接地面3自身的温度也由于热传递而上升。接地面3的热量传递至信号源2，从而介电加热装置100整体的温度上升，介电加热装置100的寿命降低。

对此，在实施方式1的介电加热装置100中，对电极10a和信号源2串联配置仅使高频信号通过而阻止热传递的高频通过绝热元件11a，对电极10b和接地面3串联配置高频通过绝热元件11b。据此，无需中断高频传输而能够抑制向信号源2及接地面3这两方的热传递，能够提高介电加热装置对加热对象X的加热效率。尤其是高频通过绝热元件11a抑制经由电极10a向信号源2的直接的热传递来防止信号源2的温度上升，并且防止经由信号源2向接地面3的热传递。另外，高频通过绝热元件11b抑制经由电极10b向接地面3的热传递，来防止向接地面3的热传递。由此，作为构成电路的信号源2的工作温度保持为低，因此抑制了由高温导致的劣化而能够延长介电加热装置100的寿命。

此外，虽然在图1中示出设置两个介电加热电极1a、1b的情况作为例子，但是介电加热电极的配置数量只要为两个以上，就能够进行适当设定。

进而参照图2及图3，对介电加热装置100的其它结构例进行说明。

图2及图3为示出实施方式1的发明的介电加热装置的其它结构例的图。

图2所示的介电加热装置100A的高频通过绝热元件11a、11b设为在两个金属之间包括高热阻高介电常数的介电体的结构，提高绝热性能，强化端子i与端子ii的耦合，提高高频通过衰减特性。

图2所示的高频通过绝热元件11a、11b分别设为包括元件电极30a及元件电极31a和介电体32a的电容器或耦合器，包括元件电极30b及元件电极31b和介电体32b的电容器或耦合器。在高频通过绝热元件11a、11b中，端子i与元件电极30a、31b连接，端子ii与元件电极31a、30b连接。设为由元件电极30a、30b和元件电极31a、31b夹着介电体32a、32b的构造。

图3所示的介电加热装置100B的高频通过绝热元件11a、11b示出将元件电极30a、元件电极30b及元件电极31a、31b设为具有多个突出部的梳状电极构造的情况。梳状电极构造配置为元件电极30a的突出部与元件电极31a的突出部交替地卡合、元件电极30b的突出部与元件电极31b的突出部交替地卡合而构成。通过将高频通过绝热元件11a、11b形成为图3所示的梳型电极构造，能够增加电极面积。据此，元件电极30a与元件电极31a及元件电极30b与元件电极31b的电耦合或磁耦合增加，因此能够实现小型的高频通过绝热元件11。

虽然图2及图3中示出了高频通过绝热元件11a、11b分别具备两个元件电极30a和31a、30b和31b的结构，但是电极数量只要为两个以上，就能够进行适当设定。

如以上那样，根据实施方式1，由于构成为具备：两个以上的电极10a、10b；接地面3，连接于任意的电极10b；信号源2，与连接于接地面3的电极以外的电极10a连接并输出高频信号；高频通过绝热元件11a，被串联配置于信号源2和连接于信号源2的电极10a之间，利用在元件内未由金属连接的两个端子间的电耦合或磁耦合使从信号源2输出的高频信号通过；以及高频通过绝热元件11b，被串联配置于接地面3和连接于接地面3的电极10b之间，利用两个端子i、ii的电耦合将从信号源2输出的高频信号输出至接地面3，因此能够抑制热量从加热对象经过电极等传递至构成电路及接地面，从而抑制加热效率的降低。另外，由于抑制了热量传递至构成电路及接地面，因此能够避免构成电路及信号源变为高温状态，抑制由高温导致的构成电路及信号源的劣化，能够实现长寿命化。

实施方式2.

图4为实施方式2的发明的介电加热装置100C的结构图。

在实施方式2的介电加热装置100C中，由电池20、信号产生器21及放大器22来构成实施方式1所示的介电加热装置100的信号源2。

此外，以下对与实施方式1的发明的介电加热装置100的构成要素相同或相当的部分附加与实施方式1中使用的附图标记相同的附图标记并省略或简化说明。

电池20具有正极端子和负极端子，在正极端子与负极端子间输出恒定电压。由于包括电池20，介电加热装置100C可小型化，变得能够携带。信号产生器21产生高频信号。放大器22将信号产生器21产生的高频信号放大至期望的功率。信号源2及放大器22通过不平衡线路连接，放大器22假定为能够进行高输出的不平衡电路。

信号产生器21及放大器22的正极端子与电池20的正极端子连接，负极端子与电池20的负极端子及接地面3连接。放大器22的输出连接于高频通过绝热元件11a的端子ii。

图5为示出实施方式2的介电加热装置的其它结构例的图。

图5所示的介电加热装置100D示出由电池20、信号产生器21及放大器22来构成图2所示的实施方式1的发明的介电加热装置100A的信号源2的情况。

另外，虽然未图示，但是也可以由电池20、信号产生器21及放大器22来构成图3所示的实施方式1的发明的介电加热装置100B的信号源2。

利用图4及图5所示的结构，能够使介电加热装置100C小型化至能够携带的大小。另外，如实施方式1中所描述的那样，接地面3虽然在介电加热装置100内是最大的金属，但是作为绝对值的热容量不大。因此，在加热对象X的温度达到100℃以上的高温的情况下，接地面3自身的温度也由于热传递而上升。该接地面3的热量传递至信号源2从而介电加热装置100整体的温度上升，因此，电池20的寿命有可能降低或者电池20有可能变形。在本实施方式中，能够抑制从加热对象X经由电极10a、连接于放大器22或信号产生器21的+端子或－端子向电池20的热传递，或者经由电极10b而经由接地面3向电池20的热传递。据此，抑制电池20的工作温度的上升，抑制电池20由于高温而劣化，能够延长电池20的寿命。

如以上那样，根据实施方式2，在由输出恒定电压的电池20、基于电池20输出的电压产生高频信号的信号产生器21和将信号产生器21产生的高频信号放大的放大器22构成信号源2的情况下，能够抑制热量向作为构成电路的电池、信号产生器及放大器传递。由此能够将电池、信号产生器及放大器的工作温度保持为低，能够防止电池、信号产生器及放大器因高温而性能劣化或构成电路及电池变形，能够实现长寿命化。

实施方式3.

图6为实施方式3的发明的介电加热装置100E的结构图。

实施方式3的介电加热装置100E具有高频通过绝热元件11c及高频通过绝热元件11b兼作对加热对象X进行加热的电极的构造。

此外，以下对与实施方式1的发明的介电加热装置100A的构成要素相同或相当的部分附加与实施方式1中使用的附图标记相同的附图标记并省略或简化说明。

电极10a及电极10b为对加热对象X进行加热的电极。电极10a及电极10b具有部分或全部兼作高频通过绝热元件11c及高频通过绝热元件11b的电极的构造。图6示出将电极10a及电极10b的部分兼作高频通过绝热元件11c及高频通过绝热元件11b的电极的情况。

在图6中设为如下结构：使介电体32a(图2所示的形成有元件电极30a的面)与电极10a的一部分接触，而使元件电极30a兼作电极10a。另外，通过在与该接触的面相反的面设置元件电极31a，来形成高频通过绝热元件11c。

同样地设为如下结构：使介电体32b(图2所示的形成有元件电极31b的面)与电极10b的一部分接触，而使元件电极31b兼作电极10b。另外，通过在与该接触的面相反的面设置元件电极30b，来形成高频通过绝热元件11b。

元件电极31a通过布线与信号源2连接。元件电极30b通过布线与接地面3连接。

利用图6所示的结构，不需要高频通过绝热元件11c与电极10a之间的布线及高频通过绝热元件11b与电极10b之间的布线，与加热对象X接触的金属面的面积被抑制。由此能够抑制从金属面向周边环境4的热传递5。周边环境4例如为周围的构造物及空气。热传递5在图6中由从电极10a向周边环境4延伸的箭头及从电极10b向周边环境4延伸的箭头来示出。

虽然未图示，但是也可以设为如下构造：图3所示的实施方式1的发明的介电加热装置100B的电极10a及电极10b的部分或全部兼作高频通过绝热元件11a及高频通过绝热元件11b的电极。

如以上那样，根据该实施方式3，由于构成为如下：高频通过绝热元件11c包括两个以上的元件电极，至少一个元件电极兼作电极10a，第2元件包括两个以上的元件电极，至少一个元件电极兼作电极10b，因此能够省略高频通过绝热元件11c与电极10a之间的布线及高频通过绝热元件11b与电极10b之间的布线，能够将与加热对象接触的金属的面积抑制得窄。另外，能够减少从金属面向周边环境传递的热量，能够实现介电加热装置的小型化。

实施方式4.

图7为实施方式4的介电加热装置100F的结构图。

在实施方式4的介电加热装置100F中，由电池20、信号产生器21及放大器22来构成实施方式3所示的介电加热装置100E的信号源2。

此外，以下对与实施方式2的发明的介电加热装置100C的构成要素相同或相当的部分附加与实施方式2中使用的附图标记相同的附图标记并省略或简化说明。同样地，对与实施方式3的发明的介电加热装置100E的构成要素相或相当的部分附加与实施方式3中使用的附图标记相同的附图标记并省略或简化说明。

虽然未图示，但也可以设为如下构造：将图3所示的实施方式1的发明的介电加热装置100B的电极10a及电极10b的部分或全部兼作高频通过绝热元件11a及高频通过绝热元件11b的电极，由电池20、信号产生器21及放大器22来构成信号源2。

利用图7所示的结构，不需要高频通过绝热元件11c与电极10a之间的布线及高频通过绝热元件11b与电极10b之间的布线，与加热对象X接触的金属面的面积被抑制。由此能够抑制从金属面向周边环境4的热传递5。

另外，利用图7所示的结构，能够使介电加热装置100F小型化。另外，能够抑制从加热对象X向电池20的热传递，抑制电池20的工作温度的上升，抑制电池20由于高温而劣化，能够延长电池20的寿命。

如以上那样，根据该实施方式4，在由输出恒定电压的电池20、基于电池20输出的电压产生高频信号的信号产生器21和将信号产生器21产生的高频信号放大的放大器22构成信号源2的情况下，能够抑制热量向作为构成电路的电池、信号产生器及放大器的传递。由此能够将电池、信号产生器及放大器的工作温度保持为低，抑制电池、信号产生器及放大器由于高温而劣化，能够实现长寿命化。

另外，根据该实施方式4，由于构成为：高频通过绝热元件11c包括两个以上的元件电极，至少一个元件电极兼作另一个电极10a，第2元件包括两个以上的元件电极，至少一个元件电极兼作一个电极10b，因此能够省略高频通过绝热元件11c与电极10a之间的布线及高频通过绝热元件11d与电极10b之间的布线，能够将与加热对象接触的金属的面积抑制得窄。另外，能够减少从金属面向周边环境传递的热量，能够实现介电加热装置的小型化。

上述的实施方式1至实施方式4的发明的介电加热装置100、100A、100B、100C、100D、100E、100F也能够构成为介电加热电极为3个以上。

图8及图9为实施方式1至实施方式4的发明的介电加热装置的其它结构图。

图8中示出相对于图1所示的实施方式1的发明的介电加热装置100添加了介电加热电极1c的介电加热装置100G作为例子。

图9中示出相对于图1所示的实施方式1的发明的介电加热装置100添加了介电加热电极1c、1d的介电加热装置100H作为例子。

除了上述以外，本发明在该发明的范围内，能够将各实施方式自由组合，或者将各实施方式的任意构成要素进行变形，或者在各实施方式中省略任意构成要素。

工业适用性

本发明涉及的发明的介电加热装置尤其优选适用于能够携带的小型加热装置。

Claims (5)

1.一种介电加热装置，具备：

两个以上的电极；

接地面，连接于所述两个以上的电极中的一个电极；

信号源，连接于所述两个以上的电极中的另一个电极并输出高频信号；

第1高频通过绝热元件，被串联配置于所述信号源和所述另一个电极之间，包括互不接触地电耦合从而将所述信号源和所述另一个电极非接触地电连接的两个端子，利用该两个端子间的电耦合使从所述信号源输出的所述高频信号通过；以及

第2高频通过绝热元件，被串联配置于所述接地面和所述一个电极之间，包括互不接触地电耦合从而将所述接地面和所述一个电极非接触地电连接的两个端子，利用该两个端子间的电耦合将从所述信号源输出的所述高频信号输出至所述接地面。

2.根据权利要求1所述的介电加热装置，其特征在于，

所述第1高频通过绝热元件包括两个以上的元件电极，至少一个元件电极兼作所述另一个电极，

所述第2高频通过绝热元件包括两个以上的元件电极，至少一个元件电极兼作所述一个电极。

3.一种介电加热装置，具备：

两个以上的电极；

接地面，连接于任意的所述电极；

信号源，与连接于所述接地面的电极以外的电极连接并输出高频信号；

第1高频通过绝热元件，被串联配置于所述信号源和连接于所述信号源的电极之间，利用在第1高频通过绝热元件内未由金属连接的两个端子间的电耦合或磁耦合使从所述信号源输出的所述高频信号通过；以及

第2高频通过绝热元件，被串联配置于所述接地面和连接于所述接地面的电极之间，利用两个端子的电耦合将从所述信号源输出的所述高频信号输出至所述接地面，

所述第1高频通过绝热元件包括在第1高频通过绝热元件内未由金属连接的两个以上的元件电极，至少一个元件电极兼作连接于所述信号源的电极，

所述第2高频通过绝热元件包括两个以上的元件电极，至少一个元件电极兼作连接于所述接地面的电极。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的介电加热装置，其特征在于，

所述信号源包括：

电池，输出恒定电压；

信号产生器，基于所述电池输出的恒定电压产生所述高频信号；以及

放大器，将所述信号产生器产生的所述高频信号放大。

5.一种介电加热电极，具备：

两个以上的电极，包括连接于接地面的一个电极以及连接于输出高频信号的信号源的另一个电极；

第1高频通过绝热元件，被串联配置于所述信号源和所述另一个电极之间，包括互不接触地电耦合从而将所述信号源和所述另一个电极非接触地电连接的两个端子，利用该两个端子间的电耦合使从所述信号源输出的所述高频信号通过；以及

第2高频通过绝热元件，被串联配置于所述接地面和所述一个电极之间，包括互不接触地电耦合从而将所述接地面和所述一个电极非接触地电连接的两个端子，利用该两个端子间的电耦合将从所述信号源输出的所述高频信号输出至所述接地面。

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