CN114208394A - 微波处理装置 - Google Patents

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Abstract

微波处理装置具备：收纳被加热物(2)的加热室(1)；产生微波的微波产生部(3)；向加热室(1)供给微波的供电部(5)；检测朝向微波产生部(3)的反射功率的检测部(6)；控制微波产生部(3)的控制部(7)；以及存储部(8)。存储部(8)将由检测部(6)检测出的反射功率的量与供给到加热室(1)的微波的频率和从加热开始起的经过时间一起存储。控制部(7)以遍及规定的频带进行频率扫描的方式控制微波产生部(3)，根据基于各频率的反射功率的值随时间的变化，判定为被加热物(2)处于沸腾状态。根据本公开，能够高精度地检测被加热物的沸腾状态，进行适当的烹调。

Description

微波处理装置
技术领域
本公开涉及具备微波产生部的微波处理装置(Microwave Treatment Device)。
背景技术
在微波处理装置中，已知基于反射波的量的经时变化来检测被加热物的沸腾状态，使半导体振荡器的振荡频率、振荡输出等变化(例如，参照专利文献1)。
基于微波的反射波的量或者微波的反射波的量相对于入射波的量的比例的变化大小来检测沸腾状态。作为表示变化大小的指标，除了绝对值以外，还使用与平均值的差以及标准偏差。通过在检测到沸腾的时刻结束或抑制微波加热，来进行食品的精细的温度控制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2018/125147号
发明内容
但是，在专利文献1所记载的装置中，在高精度地检测被加热物沸腾这方面还存在改善的余地。因此，本公开的目的在于，在微波处理装置中高精度地检测被加热物的沸腾。
本公开的一个方式的微波处理装置具备：加热室，其收纳被加热物；微波产生部，其产生微波；供电部，其向加热室供给微波；反射功率检测部，其检测朝向微波产生部的反射功率；控制部，其控制微波产生部；以及存储部。存储部将由反射功率检测部检测出的反射功率的量与供给到加热室的微波的频率和从加热开始起的经过时间一起存储。
控制部以遍及规定的频带进行频率扫描的方式控制微波产生部。控制部根据基于各频率处的反射功率的值随时间的变化，判定为被加热物处于沸腾状态。
根据本方式的微波处理装置，能够高精度地检测被加热物的沸腾状态。
附图说明
图1是本公开的实施方式的微波处理装置的概略结构图。
图2是表示实施方式中的烹调控制的流程的流程图。
图3是表示实施方式中的反射功率的检测处理的详细内容的流程图。
图4是基于反射功率的变化的被加热物的沸腾检测的概念图。
图5A是表示被加热物的重量为1200g的情况下的被加热物的温度和与反射波相对于入射波的比例相关的标准偏差的频率平均的随时间变化的图。
图5B是表示被加热物的重量为400g的情况下的被加热物的温度和与反射波相对于入射波的比例相关的标准偏差的频率平均的随时间变化的图。
图5C是表示被加热物的重量为200g的情况下的被加热物的温度和与反射波相对于入射波的比例相关的标准偏差的频率平均的随时间变化的图。
图6是表示各频率下的10秒间隔的标准偏差的随时间变化的等高线图。
具体实施方式
(作为本公开的基础的见解)
专利文献1所记载的微波处理装置根据向加热室内供给的微波的反射功率以及反射功率相对于入射功率的比例的变化，来检测被加热物的沸腾状态。具体而言，在沸腾检测中使用上述的值的变化的绝对值、与任意的单位时间的平均值的差、或者标准偏差。
但是，若不考虑微波的频率特性，则难以高精度地检测沸腾状态。其理由在于，相对于沸腾等被加热物的状态变化，反射功率的变化程度根据频率的不同而不同。即，相对于液体的沸腾而言，存在反射功率的变化大的频率和变化小的频率。这些频率很大程度上依赖于加热室内的微波的驻波分布。因此，较大地受到被加热物的种类、粘度、量、形状、放置位置、加热室的形状等影响。
因此，在使用一个频率或窄频带的频率来检测沸腾的情况下，难以在针对各种被加热物的实际的加热烹调中检测。
本发明人进行了深入研究，结果发现，基于考虑了频率特性的反射功率的变化，能够高精度地检测被加热物的沸腾状态，得到以下的发明。
本公开的第一方式的微波处理装置具备：加热室，其收纳被加热物；微波产生部，其产生微波；供电部，其将微波供给到加热室；反射功率检测部，其检测朝向微波产生部的反射功率；控制部，其控制微波产生部；以及存储部。存储部将由反射功率检测部检测出的反射功率的量与供给到加热室的微波的频率和从加热开始起的经过时间一起存储。
控制部以遍及规定的频带进行频率扫描的方式控制微波产生部。控制部根据基于各频率处的反射功率的值随时间的变化，判定为被加热物处于沸腾状态。
本公开的第二方式的微波处理装置基于第一方式，还具备入射功率检测部，该入射功率检测部检测由微波产生部产生的微波的入射功率。作为基于反射功率的值，使用反射功率相对于入射功率的比例。
本公开的第三方式的微波处理装置基于第一方式或者第二方式，控制部根据基于反射功率的值在规定的时间内的方差的变化或者方差的频率平均的变化，判定为被加热物处于沸腾状态。
本公开的第四方式的微波处理装置基于第一方式或者第二方式，控制部根据基于反射功率的值在规定的时间内的标准偏差的变化或者标准偏差的频率平均的变化，判定为被加热物处于沸腾状态。
本公开的第五方式的微波处理装置基于第三方式或第四方式，规定的时间为频率扫描的两个周期以上。
本公开的第六方式的微波处理装置基于第一至第四方式中的任一方式，控制部在至少两个频率处的变化超过阈值时，判定为被加热物处于沸腾状态。
本公开的第七方式的微波处理装置基于第一至第六方式中的任一方式，频率扫描的带宽为30MHz以上。
本公开的第八方式的微波处理装置基于第一至第七方式中的任一方式，频率扫描中的频率的间隔为10MHz以下。
本公开的第九方式的微波处理装置基于第一至第八方式中的任一方式，控制部在基于反射功率的值的变化至少两次超过阈值的情况下，判定为被加热物处于沸腾状态。
本公开的第十方式的微波处理装置基于第一至第九方式中的任一方式，控制部在加热室中载置有液体的被加热物，在从开始加热起经过了被加热物的表面的波动收敛的程度的时间之后，进行频率扫描。
以下，参照附图对本公开的实施方式的微波处理装置进行说明。
图1是本实施方式的微波处理装置的概略结构图。如图1所示，本实施方式的微波处理装置具备加热室1、微波产生部3、放大部4、供电部5、检测部6、控制部7以及存储部8。
加热室1收纳作为负载的被加热物2。微波产生部3由半导体振荡器等构成。微波产生部3能够产生规定的频带中的任意频率的微波，产生由控制部7选择出的频率的微波。
放大部4由半导体元件等构成。放大部4根据控制部7的指示对由微波产生部3产生的微波进行放大，输出期望的输出功率的微波。
供电部5由天线构成，将由放大部4放大后的微波作为入射功率供给到加热室1。入射功率中的未被被加热物2等消耗的功率成为从加热室1经由供电部5返回到放大部4的反射功率。
检测部6例如由定向耦合器构成，检测入射功率以及反射功率并将检测出的入射功率、反射功率的量通知给控制部7。即，检测部6作为入射功率检测部和反射功率检测部这两者发挥功能。存储部8由存储器等构成，存储来自控制部7的数据，读出所存储的数据并发送至控制部7。
控制部7由搭载有CPU的微型计算机构成。控制部7基于来自检测部6以及存储部8的信息，控制微波产生部3以及放大部4，执行微波处理装置中的烹调控制。
图2是表示本实施方式的微波处理装置中的烹调控制的流程的流程图。当使用者指示微波处理装置开始加热烹调时(步骤S1)，首先，控制部7进行检测处理(步骤S2)。
图3是表示检测处理(步骤S2)的详细内容的流程图。若开始检测处理(步骤S11)，则微波产生部3一边在规定的频带(例如2.40GHz～2.50GHz)中以规定的间隔使频率依次变化一边产生微波(步骤S12)。以下，将在规定的频带中以规定的间隔使频率依次变化的动作称为频率扫描。
微波产生部3一边进行频率扫描一边产生微波，检测部6检测每个频率的反射功率。由此，得到反射功率的频率特性(步骤S13)。
控制部7在液体的被加热物2载置于加热室1中，从开始加热起经过了被加热物2的表面的波动收敛的程度的时间(5秒～10秒)之后，进行步骤S12中的频率扫描以及步骤S13中的反射功率的检测。
存储部8将在步骤S13中得到的各频率的反射功率的量与供给到加热室1的微波的频率和从加热开始起的经过时间一起储存(步骤S14)。控制部7基于所得到的反射功率的频率特性来计算用于沸腾检测的值，结束检测处理(步骤S15)。
处理返回到图2，通过微波加热对被加热物2进行加热(步骤S3)。在步骤S3中的加热处理中，可以并用微波加热、使用了加热器的烤箱加热或者辐射加热、或者使用了蒸汽产生装置的蒸汽加热。
基于在步骤S2中得到的基于各频率的反射功率的值的随时间变化，控制部7对被加热物2的沸腾状态进行把握(步骤S4)。在结束判定(步骤S5)中，控制部7判定被加热物2是否为沸腾状态。控制部7在判定为被加热物2处于沸腾状态时结束加热烹调(步骤S6)。
否则，控制部7继续加热烹调，根据需要确定新的加热条件(步骤S7)。控制部7通过从烹调开始起经过长时间或加热条件改变等来判断是否需要更新各频率的反射功率的值(步骤S8)。如果需要更新，则处理转移到检测处理(步骤S2)。否则，处理转移到加热处理(步骤S3)。
图4是基于反射功率的变化的作为液体的被加热物2的沸腾状态的把握处理(步骤S4)的概念图。如图4所示，微波产生部3向加热室1供给作为入射波的微波。该微波的一部分被被加热物2(液体)吸收，剩余的微波不被被加热物2吸收而成为反射波返回到供电部5。
加热室1内的驻波分布根据所供给的微波的频率而变化。因此，在特定的频率下，产生因沸腾状态的液面的波动方式的不同而被被加热物2吸收较多的微波的情况和不怎么吸收微波的情况。因此，作为基于各频率的反射功率的值，计算规定的时间内的方差、标准偏差等反射功率量的偏差。若液体沸腾，则方差、标准偏差等反射功率的量的偏差值变大，因此能够检测沸腾。
该规定的时间优选为频率扫描的两个周期以上。优选控制部7在至少两个频率的变化超过阈值的情况下判定为被加热物2处于沸腾状态。
图5A～图5C是表示作为被加热物2的浓汤的加热烹调中的被加热物2的温度和与反射功率相对于入射功率的比例相关的10秒钟的标准偏差的频率平均的随时间变化的曲线图。也可以代替规定的时间内的标准偏差的变化，而参照方差的变化或方差的频率平均的变化。
在实验中，将光纤温度计放入被加热物2中，测定被加热物2的温度。微波产生部3在从2400MHz到2500MHz为止每20m秒改变频率的同时产生微波。控制部7在250℃的温度设定下使入射功率为200W的微波加热和约2000W的烤箱加热进行动作。
图5A～图5C分别表示被加热物2的重量为1200g、400g、200g时的实验结果。在各实验中，被加热物2所含的水的重量和食材的重量相同。食材中包含胡萝卜、马铃薯、小红肠，各自的重量相同。
如图5A～图5C所示，当被加热物2的温度成为100℃附近时，标准偏差大幅增加。此时，能够目视确认被加热物2沸腾。
在上述实验中，加入颗粒的清汤，提高水分的介电常数。但是，确认到即使不加入清汤，也能够得到大致相同的结果。
在图5A～图5C的实验中，使用带盖的玻璃制的容器。但是，即使使用没有盖的容器，也能够得到同样的结果。即使在使用不透过微波的具有盖的金属制的容器的情况下，通过在沸腾时从容器与盖之间向加热室1放出的蒸汽以及附着于加热室1的内壁的水滴，也会使检测出的反射功率的值大幅变化。由此，能够检测被加热物2处于沸腾状态。另外，在图5A～图5C的实验中，使用相同重量的容器。
在图5A～图5C中，即使被加热物2的重量彼此不同，只要使用标准偏差(1.5×10-3)作为用于判定沸腾状态的阈值，就能够使用相同的阈值来检测被加热物2的沸腾状态。
在本实施方式中，在实验中测量的值(例如标准偏差)至少两次超过阈值时，判定为被加热物2处于沸腾状态。由此，能够高精度地检测被加热物2的沸腾状态，能够防止在不沸腾的情况下停止加热。
图6表示在被加热物2的重量为1200g的情况下，与反射功率相对于2400MHz～2500MHz的入射功率的比例相关的10秒钟的标准偏差的频率平均的随时间变化。在图6中，颜色越淡表示标准偏差越大。
如图6所示，沸腾时的标准偏差较大(图6中颜色较淡)的频率区域至少以大约30MHz间隔产生。因此，通过将频率扫描的带宽设定为30MHz以上，提高被加热物2的沸腾检测中的精度。
在本实验中，使用在一般微波炉中使用的2400MHz～2500MHz的微波。加热室1的纵、横、进深的尺寸被设定为相对于微波的波长足够大的300mm左右。
进而，如图6所示，与反射功率相对于入射功率的比例相关的10秒钟的标准偏差的频率平均较大的频带为10MHz以上，因此通过将频率扫描中的频率的间隔设为10MHz以下，提高被加热物2的沸腾检测中的精度。
也存在在检测到被加热物2处于沸腾状态的时刻结束加热的情况。另一方面，如被加热物2为浓汤的情况那样，也存在必须在沸腾一定时间的同时炖煮被加热物2的情况。在后者的情况下，在检测到沸腾后，通过微波输出的接通/断开控制，能够维持沸腾状态。
如上所述，能够基于来自加热室1的反射功率的频率特性的随时间变化来检测沸腾状态，从而控制包含微波产生部在内的各种加热单元。由此，能够对各种被加热物2进行适当烹调。
产业上的利用可能性
本公开的微波处理装置除了能够应用于对食品进行感应加热的加热烹调器以外，还能够应用于干燥装置、陶艺用加热装置、生活垃圾处理机、半导体制造装置、化学反应装置等工业用途的微波加热装置。
标号说明
1：加热室；2：被加热物；3：微波产生部；4：放大部；5：供电部；6：检测部；7：控制部；8：存储部。

Claims (10)

1.一种微波处理装置，其中，所述微波处理装置具备：
加热室，其构成为收纳被加热物；
微波产生部，其构成为产生微波；
供电部，其构成为将所述微波供给至所述加热室；
反射功率检测部，其构成为检测朝向所述微波产生部的反射功率；
控制部，其构成为控制所述微波产生部；以及
存储部，其将由所述反射功率检测部检测出的所述反射功率的量与供给至所述加热室的所述微波的频率和从加热开始起的经过时间一起存储，
所述控制部构成为，以遍及规定的频带进行频率扫描的方式控制所述微波产生部，根据基于各频率处的所述反射功率的值随时间的变化，判定为所述被加热物处于沸腾状态。
2.根据权利要求1所述的微波处理装置，其中，
所述微波处理装置还具备入射功率检测部，该入射功率检测部构成为检测由所述微波产生部产生的所述微波的入射功率，
作为基于所述反射功率的所述值，使用所述反射功率相对于所述入射功率的比例。
3.根据权利要求1所述的微波处理装置，其中，
所述控制部构成为，根据基于所述反射功率的所述值在规定的时间内的方差的变化或者方差的频率平均的变化，判定为所述被加热物处于沸腾状态。
4.根据权利要求1所述的微波处理装置，其中，
所述控制部构成为，根据基于所述反射功率的所述值在规定的时间内的标准偏差的变化或者标准偏差的频率平均的变化，判定为所述被加热物处于沸腾状态。
5.根据权利要求3所述的微波处理装置，其中，
所述规定的时间为所述频率扫描的两个周期以上。
6.根据权利要求1所述的微波处理装置，其中，
所述控制部构成为，当至少两个频率处的变化超过阈值时，判定为被加热物处于沸腾状态。
7.根据权利要求1所述的微波处理装置，其中，
所述频率扫描的带宽为30MHz以上。
8.根据权利要求1所述的微波处理装置，其中，
所述频率扫描中的频率的间隔为10MHz以下。
9.根据权利要求1所述的微波处理装置，其中，
所述控制部构成为，当基于所述反射功率的所述值的变化至少两次超过阈值时，判定为所述被加热物处于沸腾状态。
10.根据权利要求1所述的微波处理装置，其中，
所述控制部构成为，在所述加热室中载置有液体的所述被加热物，在从开始加热起经过了所述被加热物的表面的波动收敛的程度的时间之后，进行所述频率扫描。
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