CN1950645A - 微波加热方法及装置 - Google Patents

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CN1950645A CNA2005800137588A CN200580013758A CN1950645A CN 1950645 A CN1950645 A CN 1950645A CN A2005800137588 A CNA2005800137588 A CN A2005800137588A CN 200580013758 A CN200580013758 A CN 200580013758A CN 1950645 A CN1950645 A CN 1950645A
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clamber
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吉野浩二
信江等隆
稻田育弘
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

本发明要解决的问题是限制微波加热特有的局部加热，以保证对需加热物品均匀加热，从而提供改善的加热效果。本发明所公开的通过向存放有需加热物品的加热室(11)提供微波而加热需加热物品的微波加热方法包括以下步骤：向所述加热室(11)提供微波以加热需加热物品；测量需加热物品的温度，检测需加热物品的温度分布是否产生给定的温度差；当产生给定的温度差时，向所述加热室(11)提供微小水颗粒，从而改变所述加热室(11)内的介电常数分布状态，借此改变由向所述加热室(11)内提供的微波产生的电场分布。

Description

微波加热方法及装置
技术领域
本发明涉及用于高频加热(dielectrically heating)需加热物品的微波加热方法和装置。
背景技术
在作为微波加热装置的代表的微波炉中，从磁控管辐射出的微波经由波导管传送到加热室内，以便在加热室内形成驻波，根据驻波的电场分量以及需加热物品的介电损耗，需加热物品产生热量。单位体积的需加热物品吸收的能量P[W/m3]可以用以下方程表示：
即，P＝(5/9)εr·tanδ· f·E2×10-10[W/m3]，其中，E[V/m]表示施加的电场强度，f[Hz]表示频率，εr表示需加热物品的相对介电常数(介电常数的实数部分)，tanδ表示需加热物品的介电损耗正切(此处，εr·tanδ相应于需加热物品的介电损耗)。
另外，在微波炉中，其中放置需加热物品的加热室的尺寸通常如下：即，其宽度和深度尺寸分别为30-40cm，其高度尺寸约为20cm。另一方面，采用的微波的波长约为12cm，这样微波在加热室内共振，从而形成驻波，其结果总是存在高强度和低强度的电场分布；另外，需加热物品的形状和物理特性可一起互相促进地配合作用，由此产生局部加热。特别是当解冻冷冻食品时，在食品的融冰并转化为水的区域内，这些区域的介电损耗迅速增加，于是加热能量集中在这些区域，使得这些区域的温度升高的速度高于其周边部分。换言之，在需加热物品的含冰部分(icy portion)缓慢加热的同时，其上的解冻部分加速加热，结果使含冰部分和解冻部分之间的温差加大。这样，在需加热物品内，明显地发生局部加热现象，导致的问题是局部烹饪部分和未解冻部分共存于一起。
作为限制这种局部加热现象的方法，公知的有：所谓的转盘法，其中需加热物品在转盘上旋转，由此改变需加热物品相对于电场分布的相对位置；所谓的搅动法，其中微波受到搅动，直到由此改变电场分布；旋转天线法，以及类似方法。然而，即使采用这些方法，尤其在解冻冷冻食品时，并不能总是获得满意的效果，而根据加热条件，温度分布升高，这将导致所述局部烹饪现象。鉴于此，在目前的微波炉的解冻处理过程中，通过有意降低微波的输出或者通过在加热过程中设定不施加微波的时间段，由于食品内部的传热可使微波炉等待温度平均，由此改善食品的烹饪效果。
另一方面，还已知一种方法，其中，在微波加热装置中加入水颗粒，需加热物品也被这些水颗粒加热。例如，在专利参考文件1中，公开了一种微波加热装置，其包括喷射雾状形式的水的机构；在专利参考文件2中，公开了一种微波加热装置，其中存放在该装置的水箱部分的水受到加热并且沸腾，利用被加热并沸腾的水产生的蒸汽来加热和烹饪需加热的物品。
专利参考文件1：日本专利公开平-6-272866
专利参考文件2：日本专利公开平-8-296855
发明内容
要解决的技术问题
然而，在传统烹饪装置中，由于需加热物品是潮湿的，或者通过向需加热物品施加雾或者蒸汽对其进行加热，所以对于如中式包子和烧卖之类的需蒸煮的物品而言，或对于只需温热或加热温度较高的食品而言，可以获得良好的效果，但若对冷冻食品解冻来说就不能限制出现局部加热现象。因此，为了解冻的目的，传统烹饪装置不能以提供水颗粒的方式发挥最大的优势。
本发明旨在解决传统烹饪装置中存在的问题，因此，本发明的目的是提供一种微波加热方法和微波加热装置，其可以防止特别是微波加热所存在的局部加热现象，借此可对需加热物品均匀加热，从而可改善需加热物品的烹饪效果，明确地说，本发明的目的是提供一种解冻冷冻食品时可以改善食品的烹饪效果的微波加热方法和装置。
技术解决方案
本发明的所述目的可通过下述几条实现。
(1)一种通过向存放有物品的加热室提供微波而加热需加热物品的微波加热方法，包括步骤：向加热室提供微波以加热需加热物品；测量需加热物品的温度，以检测需加热物品的温度分布是否产生给定的温度差；若已产生给定的温度差，向加热室提供微小水颗粒，以改变加热室内的介电常数分布条件，由此改变因向加热室内提供微波而形成的电场分布。
根据此微波加热方法，若已产生给定的温度差，可向加热室提供微小水颗粒，以改变加热室内的介电常数分布条件，借此改变向加热室内提供的微波产生的电场分布。因此，可限制微波加热中特有的局部加热，可对需加热物品均匀加热，并可改善需加热物品的加热效果。
(2)如(1)条所述的微波加热方法，还包括细微地改变微波产生的电场分布的步骤。
根据本微波加热方法，由于电场分布可细微变化，所以可以限制局部加热，这样可以改善对需加热物品的均匀加热。
(3)如(1)条或(2)条所述的微波加热方法，其中微小水颗粒由向加热室提供的蒸汽组成。
根据本微波加热方法，借助于利用微小水颗粒，在加热室内部可以同时实现蒸汽传热和介电常数的改变，这可提高对需加热物品的加热效率。
(4)如(1)条或(2)条所述的微波加热方法，其中微小水颗粒由向加热室内提供的雾状水滴组成。
根据本微波加热方法，由于利用了作为微小水颗粒的雾状水滴，可迅速提供水，这可以改善电场控制的响应。
(5)一种通过向存放有物品的加热室提供微波而加热需加热物品的微波加热方法，其中，在第一状态下，通过向加热室内提供微波形成高强度和低强度电场(波腹和波节)，在加热室内在数目上存在两个或多个高强度电场(波腹)，对需加热物品进行微波加热；此后，在第二状态中，向加热室内提供微小水颗粒而改变加热室内部的介电常数分布状态，由此增加高强度电场的数目使之多于第一状态的数目，对需加热物品进行微波加热。
根据本微波加热方法，在加热室内存在两个或多个高强度电场的第一状态下对需加热物品进行微波加热后，向加热室提供微小水颗粒，以改变加热室内部的介电常数分布状态，借此增加高强度电场的数目使之多于第一状态的数目。因此，高强度电场可以不仅产生在需加热物品的特定区域，而且能均匀地产生于其整个区域，由此可以改善对需加热物品的均匀加热。
(6)如(5)条所述的微波加热方法，其中对需加热物品的温度进行测量并且需加热物品的温度分布产生给定的温度差时，从第一状态切换到第二状态。
根据此微波加热方法，由于需加热物品内的温度分布产生给定的温度差时电场被改变，所以温度差可以减小，这样可以使得温度分布均匀。
(7)一种通过向存放有物品的加热室提供微波而加热需加热物品的微波加热装置，其包括：向加热室提供微波的微波发生部件；测量加热室内部温度分布的温度测量机构；介电常数改变机构，通过向加热室提供微小水颗粒，改变加热室内部的介电常数分布状态；以及根据所述(1)至(6)条中任一条所述的微波加热方法控制介电常数改变机构的加热控制机构。
根据此微波加热装置，由微波产生部件向加热室提供微波的同时，利用温度测量机构测量加热室内部的温度分布，并以给定的时限向加热室提供微小水颗粒，借此改变通过向加热室提供微波而产生的电场分布。因此，微波加热所特有的局部加热受到限制，可以实现需加热物品的均匀加热，并可改善加热后的需加热物品的烹饪状态。
(8)如(7)条所述的微波加热装置，其中介电常数改变机构包括水箱、设置在加热室内的蒸发盘、从水箱向蒸发盘提供给定量的水的水泵、以及用于加热蒸发盘以从其上产生蒸汽的蒸发盘加热机构。
根据本微波加热装置，利用水泵从水箱向蒸发盘提供给定量的水，并利用蒸发盘加热机构加热蒸发盘，可以产生期望的蒸汽量。另外，由于蒸发盘设置在加热室内，所以容易清洁加热室，这样加热室的内部就可以保持卫生。
(9)如(7)条所述的微波加热装置，其中介电常数改变机构包括向加热室提供雾状水滴的雾供应机构。
根据本微波加热装置，由于用一步就可从雾供应机构将雾状水滴提供给加热室，所以可迅速改变高强度电场的分布。
(10)一种通过向存放有物品的加热室提供微波而加热需加热物品的微波加热装置，其包括：向加热室提供微波的微波发生部件；水箱；设置在加热室内的蒸发盘；从水箱向蒸发盘提供给定量的水的水供应机构；以及加热蒸发盘以产生蒸汽的蒸发盘加热机构，其中所述微波加热装置还包括：介电常数改变机构，其具有向蒸发盘提供水后加热该蒸发盘由此产生蒸汽的第一介电常数分布状态，以及在加热该蒸发盘后提供水由此立即产生蒸汽的第二介电常数分布状态；以及控制介电常数改变机构的加热控制机构。
根据本微波加热装置，利用介电常数改变机构可以分别产生用于向蒸发盘提供水后加热该蒸发盘由此产生蒸汽的第一介电常数分布状态，以及在加热该蒸发盘后提供水由此立即产生蒸汽的第二介电常数分布状态，利用加热控制机构可对所述第一和第二状态进行控制，由此可改变加热室内部的电场分布状态，于是可使需加热物品加热均匀。
发明效果
根据本发明的微波加热方法和装置，向加热室提供微小水颗粒来改变加热室内部的介电常数分布状态，由此改变因向加热室提供微波而产生的加热室内部的电场分布。因此，可使微波加热所特有的局部加热受到限制，这样可对需加热物品均匀加热，使需加热物品加热后的最终状态得到改善。
附图说明
图1是本发明的微波加热装置的正视图，其示出了开合门处于开启状态的情况；
图2是该微波加热装置的基本工作的说明图；
图3是通往蒸汽供应部件的水供应通道的说明图；
图4是用于控制微波加热装置的控制系统框图；
图5是从上方观看加热室的底面时的加热室平面图；
图6是图5所示的高强度电场模(high-intensity electric field mode)的说明图，同时以简化的或三维方式表示所述模，其中r＝2，s＝2和t＝3；
图7A至7D是出现在加热室的壁面上的高强度电场的变形的说明图；
图8A和8B是微波的概念状态说明图，图8A示出了未向加热室提供微小水颗粒的状态，图8B示出了提供微小水颗粒的状态；
图9A和9B是在对冷冻食品解冻处理过程中微波加热和蒸汽供应顺序的示例性时间表；
图10A和10B对利用红外传感器测量需加热物品的温度的情况进行了解释，明确地说，图10A示出了扫描状态，而图10B示出了通过扫描获取的数据；
图11示出了当红外传感器连续进行几次扫描时，如图10B所示的L线位置处的温度分布曲线；
图12示出了对两个重量不同的需加热物品M1和M2以相同的初始温度在相同的条件下加热时的温度变化曲线；
图13示出了开始供应蒸汽后加热室内部的相对介电常数的变化曲线；
图14A至14C是需加热物品的概念性加热状态的说明图；
图15是利用CAE分析微波空间内的电场强度分布获得的结果图，其中加热室内部的介电常数设为1，相当于空气；
图16是利用CAE分析微波空间内的电场强度分布获得的结果图，其中加热室整体的介电常数设为3，相当于蒸汽；
图17A和17B是利用CAE分析在需加热物品的内部获得相等的电场强度的图形，明确地说，图17A示出加热室内部的介电常数设为1、相当于空气的情况，而图17B示出加热室整体的介电常数设为3、相当于蒸汽的情况；
图18A和18B是需加热物品的加热模式(heating patterns)的说明图，明确地说，图18A示出了开始对需加热物品进行微波加热而未提供蒸汽的时刻，而图18B示出了提供蒸汽后的加热状态；
图19A和19B是以模(mode)的形式示出的需加热物品的内部高强度电场的说明图，明确地说，图19A示出了利用微波加热需加热物品时高强度电场分布情况，图19B示出了供应蒸汽的同时加热需加热物品的情况；
图20是第一和第二状态下高强度电场位置的示例性说明图；
图21是本发明第二实施方式的微波加热装置的结构示意图；
图22是本发明第三实施方式的微波加热装置的结构示意图；
附图标记说明
10               主体壳体
11               加热室
11A              上部空间
12               微波发生部分
13               磁控管
14               热风发生部分
15               蒸汽供应部件
17               循环风扇
18               红外传感器
19               对流加热器
20               热敏电阻
33               搅动叶片
35               蒸发盘
35a             池式凹部
37              蒸发盘加热器
38              水箱
39              水泵
51              控制部件
53              输入操作部件
55              显示板
61              强磁场(Ferromagnetic field)
63，65          强磁场
67，69，71，73  高强度电场
87              雾供应机构
100，200，300   微波加热装置
M               需加热物品
S               蒸汽
ε              介电常数
εr             相对介电常数
λ              波长
具体实施方式
现在参照附图详细说明本发明的微波加热方法和微波加热装置的一些
优选实施方式。
图1是本发明的微波加热装置的正视图，它示出了开合门处于开启状态的情况，图2是微波加热装置基本工作的说明图，图3是通往蒸汽供应部件的水供应通道的说明图，图4是控制微波加热装置的控制系统框图。
微波加热装置(以下称烹饪装置)100是一种烹饪装置，如图1所示，其向存放有需加热物品的加热室11提供微波和蒸汽S中的至少一种，以对需加热物品进行热处理。烹饪装置100包括：作为微波发生部分12而发生微波的磁控管13；在加热室11内产生蒸汽S并起介电常数改变机构作用的蒸汽供应部件15；设置在加热室11上方的上部加热的加热器16；搅动并循环加热室11内的空气的循环风扇17；以及加热在加热室11内循环的空气的对流加热器19。另外，烹饪装置100还包括用作温度测量机构从而通过形成在加热室11的壁面上的检测孔测量加热室11内的需加热物品温度的红外传感器18；设置在加热室11的壁面上、用来检测加热室11的温度的热敏电阻20；以及托盘22，该托盘用作分隔板而可拆卸地设置在加热室11的底面的上方，并在两者之间保持给定间隙，从而将加热室11垂直地分成上和下部空间。
如图1和2所示，加热室11形成在箱形主体壳体1 0内，其正面可以开启。在主体壳体10的正面，安装有带透明窗21a的开合门21，用来开启和关闭加热室11的需加热物品取出开口。开合门21的下端铰接连接于主体壳体10的下边缘，由此开合门21可以沿垂直方向开启和闭合。
可将磁控管13例如设置在加热室11的下部空间内，在接受磁控管13产生的微波的位置设有搅动叶片33(或者旋转天线或类似物)作为辐射波搅动机构。并且，通过从磁控管13向旋转的搅动叶片33辐射微波，在搅动叶片33搅动微波的同时可由搅动叶片33将微波提供给加热室11。顺带提及的是，磁控管13和搅动叶片33的安装部分并不仅限于加热室11的底部，而可以将它们安装在加热室11的上表面或侧面。
如图2所示，在加热室11的深侧空间，设置有循环风扇室25，其中存放循环风扇17及其驱动电机23；并且，加热室11的后壁面设置有深侧壁面27，其将加热室11和循环风扇室25彼此隔开。在深侧壁面27内，形成有用于将加热室11侧的空气吸入循环风扇室25侧的进气通风孔29，以及用于将循环风扇室25侧的空气提供到加热室11侧的供气通风孔31，同时进气通风孔29和供气通风孔31各自的形成区域彼此隔开(见图1)。各通风孔29和31以大量的冲孔的形式形成。
热风发生部分14由循环风扇17和对流加热器19构成。在循环风扇室25内，以围绕循环风扇17的方式设置有矩形-环形-形状的对流加热器19。而且，进气通风孔29设置在循环风扇17的前方，而供风通风孔31沿矩形-环形-形状的对流加热器19的位置设置。因此，当循环风扇17受到驱动并旋转时，存在于加热室11内部的空气经由进气通风孔29被吸入对流加热器19的设置有循环风扇17的中心位置，并径向地扩散；空气通过对流加热器19的附近而被加热，然后经由供气通风孔31充入加热室11。也就是说，空气提供了循环风。
另外，蒸汽供应部件15包括蒸发盘35，该盘包括利用加热产生蒸汽S的池式凹部35a、和设置在蒸发盘35下方用来加热蒸发盘35的蒸发盘加热器37。蒸发盘35例如可由包括凹部的不锈钢板件制成，其呈狭长形。蒸发盘35设置在加热室11的深侧底面上，位于需加热物品取出开口的相对侧。同时蒸发盘35的纵向沿深侧壁面27延伸。顺带提及的是，虽然未示出蒸发盘加热器37，但是这里采用了一种加热器，其具有带如护套加热器之类的热发生元件的铝压铸热封闭件(die cast heat block)与蒸发盘35接触的结构。可供选择的是，可以利用玻璃管加热器或护套加热器通过辐射热对蒸发盘35加热。或者，也可以采用板式加热器或类似器件与蒸发盘35结合在一起的结构。
另外，如图1和3所示，主体壳体10内设有存放向蒸发盘35供水的水箱38、馈送存放在水箱38内的水的水泵39、供水管路43、和与蒸发盘35相对设置的排水口41。需要时，可将存放在水箱38内的水经由供水管路43以希望的量提供给蒸发盘35。顺带提及的是，当水箱38包含在烹饪装置100内时，为了防止烹饪装置100尺寸增大，可将水箱38以紧凑方式埋入主体壳体10内温度相对难以升高的侧壁部分。
上部加热的加热器16是如云母加热器之类的板式加热器，其用于为烧烤烹饪提供热量或预热加热室11；而且上部加热的加热器16被设置在加热室11的上部。另外，上部加热的加热器16也可由护套加热器而不由板式加热器构成。
热敏电阻20被设置在加热室11的壁面上，用于检测加热室11的内部温度。在加热室11的壁面上还可设有自由振动方式工作的红外传感器18，其可以同时测量两个或者多个点(例如，八个点)的温度。利用使红外传感器18振动实现扫描操作，可以测量加热室11内的两点或者多点的温度，而且监测随时间推移的测量点温度可以得知需加热物品M的放置位置。
托盘22可拆卸地由分别设置在加热室11的侧面11a和11b上的固紧部分26支撑。固紧部分26以这样一种方式布置在两个或者多个台阶上，使得它们可以在两个或者多个高度位置上支撑托盘22。通过将托盘22固紧在固紧部分26，加热室11可以分成上部空间11A和下部空间11B。
图4是在烹饪装置100中所采用的控制系统的框图，该控制系统主要由包括例如微处理器的控制部件51构成。控制部件51主要传输和接收与输入操作部件53、显示板55、微波发生部分12、蒸汽供应部件15、热风发生部分14、上部加热的加热器16、温度传感器18、20等相关的信号；并且该控制部件51分别控制这些部分。
输入操作部件53包括不同类型的键诸如启动键、切换加热方式的切换键、自动烹饪键；根据需加热的内盛物适当操作这些键同时确认显示在显示板55上的温度可进行烹饪。
接着，下面将说明烹饪装置100的基本操作。
如图2所示，首先，将作为需加热物品M的食品放在盘上或类似部件上，并且插入加热室11内，此后，将开合门21关闭。通过操作输入操作部件53，设定烹饪方式、加热时间、加热温度等，之后，按下启动按钮，根据控制部件51的操作自动进行烹饪。
例如，当选择“蒸汽发生+循环风扇ON”模式时，由于蒸发盘加热器37接通电源，蒸发盘35内的水被加热，由此产生蒸汽S。由于从蒸发盘35上升的蒸汽S可以通过加热室11循环，所以蒸汽S可以均匀地被吹送到需加热物品M上。
在本例中，由于加热室11内的蒸汽S可以通过接通对流加热器19而被加热，所以通过加热室11循环的蒸汽S的温度可以设定为更高的温度。因此，可以产生所谓的过热蒸汽，过热蒸汽可将需加热物品M烹饪成使该物品表面呈棕黄色。另外，当进行微波加热时，可打开磁控管13以使搅动叶片33旋转，使得在向加热室11提供微波的同时均匀搅动微波，由此可以均匀地微波烹饪需加热物品M。
如上所述，根据烹饪装置100，通过独立地或者相结合地利用磁控管13、热风发生部分14、蒸汽供应部件15和上部加热的加热器16，可以根据对于烹饪而言最佳的加热方法来加热需加热物品(食物)M。
顺带提及，在所述烹饪时间内，加热室11内部的温度可通过红外传感器18或者热敏电阻20来测量，并根据这种测量结果，控制部件51恰当地控制磁控管13、上部加热的加热器16、对流加热器19等。
除了对这些组成部件的所述基本控制外，本发明的烹饪装置100还具有利用微波控制烹饪的功能。
图5是从上方观看时加热室的底面平面图。
为简化说明，假设：不采用搅动叶片，而在加热室11的底面的中心部分设置提供微波的辐射波开口60，在辐射波开口60附近，由于存在强磁场61(用虚线箭头标记示出)，所以容易产生相同方向的强磁场63、65(分别用虚线箭头标记表示)。因此，当微波进入加热室11时，微波在加热室11内的强磁场中共振。在共振状态下，不同于在波导管内的传输状态，磁场和电场彼此相位相差90度，由此以将辐射波开口60夹在中间的方式产生与强磁场63、65不同相的高强度电场67、69(用实线箭头标记示出)。
当没有放置需加热物品时，共振状态由加热室的形状和辐射波开口的位置决定。根据本实施方式，假设与强磁场63、65不同相的高强度电场67、69垂直于加热室11的底面，同时高强度电场71(在图5中位于远侧方向)与高强度电场67方向相同，高强度电场73(在图5中位于近侧方向)与高强度电场69方向相同。当然，各高强度电场的方向以2.45GHz的频率颠倒。这里，图5中的斜线部分表示在加热室11的底面上产生的电场中存在电场强度高于确定水平(certain level)的区域，并且，在加热室的深侧方向(x方向)形成三个高强度电场，在其宽度方向(y方向)形成四个高强度电场。出现这种情况的原因是，由于发生共振状态，电磁波在加热室内以驻波形式分布，由此形成电场的波腹，这些波腹的数目被称为模。通常，在以三维方式表示加热室的形状时，各方向的尺寸用w、y和z表示，如果电场的波腹在各个方向上以数目的形式表示为r、s和t，则模可以表示为(rst)。在图5所示的实例中，r＝3和s＝4。
图6是如图5所示的高强度电场模的简化形式的三维表示，其中r＝2、s＝2和t＝3。图6中的斜线表示在加热室11的壁面上形成的电场中电场强度高于给定水平的电场区域，同时加热室的彼此面对的壁面示出对称的电场分布。当对用斜线部分示出的高强度电场75(电场的波腹)的数目进行计数时，在x方向存在有两个高强度电场75(r＝2)，在y方向有两个(s＝2)，在z方向有三个(t＝3)，表示为模(223)。
此时，在加热室11内没有放置需加热物品的状态下，当加热室11为立方体时，根据加热室11的尺寸和辐射波开口的位置，根据分析可发现稳定模(standable mode)。当加热室11尺寸为x、y和z时，处于各方向上的模的数目是满足以下方程(1)的r、s和t的结合。(这里，x、y和z的单位是mm，r、s和t为整数，λ是微波的波长，约为122mm)。
1/λ2＝(r/(2x))2+(s/(2y))2+(t/(2z))2           (1)
另一方面，若将需加热物品置于加热室11内，由于需加热物品的介电常数导致的波长压缩的影响，模的数目偏离方程(1)。然而，试验表示，即使将需加热物品置于加热室11内，在辐射波开口附近的位置，仍存在满足方程(1)的一些模，但是在远离辐射波开口的位置，模通常被打乱。因此，当加热室11的尺寸以如此方式决定时，即根据方程(1)当波长λ＝122mm时得到期望的模时，可以产生基本上任意的模。另外，当采用搅动叶片33时，由于考虑到辐射波开口60由于搅动叶片33的旋转运动而连续变化，所以模可以在一定程度上发生改变。
另外，通过改变微波的波长λ，可以改变模。明确地说，通过向加热室11提供作为介电物质的微小水颗粒，可以改变微波的波长。现在，以λa表示改变后的波长，以ε表示加热室11内部的介电常数，则改变后的波长λa可以由下列方程(2)表示：
λa＝λ/√ε          (2)
对于空气而言，介电常数ε是1，对于蒸汽而言是3。也就是说，通过从蒸汽供应部件15向加热室11内提供蒸汽，可改变加热室11内部的介电常数，由此微波的波长根据方程(2)的关系向短的波长侧偏移。结果可改变由方程(1)确定的高强度电场的模。
图7是发生在加热室壁面上的高强度电场的变形的图。假设如图7所示的高强度电场75存在于加热室底面上的高强度电场位置，图7A示出了r＝2和s＝2的模，这表示与图6所示的高强度电场的状态相同的状态。在如图7A所示的状态下向加热室11提供水微小颗粒时，则所述状态偏移到其他状态，例如，如图7B、7C和7D所示。图7B示出了r＝5和s＝1的模；图7C示出了r＝3和s＝3的模；图7D示出了r＝4和s＝4的模。也就是说，高强度电场的状态以这种方式变化。
图8的说明图分别概念性地解释了微波的状态，图8A示出了未向加热室提供微小水颗粒的情况，图8B示出了提供微小水颗粒的情况。
在图8A所示的情况中，未提供水微小颗粒，在微波的波长约为122mm时进行微波加热。另一方面，在图8B所示的情况中，提供了水微小颗粒，加热室11内部的介电常数增大，于是微波的波长缩短。结果，由加热室11内的微波产生的驻波的分布变得细密，因此可以获得均匀地加热需加热物品的效果。另外，缩短的微波的波长降低了微波进入需加热物品的穿透深度，由此需加热物品的表面可被特别加热。
下面，将针对传统上难于适当加热到良好烹饪状态的冷冻食品的解冻对如何通过上面所述的方式改变加热室11内部的微波状态从而改善冷冻食品的加热条件进行说明。
图9是在解冻冷冻食品过程中的微波加热和蒸汽供应顺序的实例的曲线图。
为解冻冷冻食品，如图9A所示，首先，在持续第一给定时间段(例如，2分钟)内连续地输出由微波发生部分12产生的微波。在这段时间内，也利用红外传感器18测量加热室11内部的温度分布。
在此，将参照图10对利用红外传感器18测量需加热物品的温度进行说明。
如图10A所示，当红外线传感器18同时检测两个或者多个点(n个点)的温度时，红外线传感器18本身振动，由此红外传感器18沿图10中的箭头标记方向扫描加热室11的内部，并测量加热室11内部的两个或者多个测量点(沿扫描方向的m个点)的温度。因此，红外传感器18的扫描操作检测所有测量点、即如图10B所示的n×m点的温度。参照需加热物品M的温度，可根据随着时间推移连续检测各测量点的温度升高速度得出需加热物品M的放置位置，并将在此放置位置上检测到的温度作为需加热物品M的温度。
图11示出了当红外线传感器1 8的扫描操作连续进行两次或多次时，图10B所示的L线位置的温度分布。在图11中，温度具体在一个扫描宽度内变化的温度分布的峰值位置(谷位置)相应于图10B中的L线上需加热物品M的位置。因此，可以从温度分布的峰值存在的位置得出需加热物品M在加热室11内的位置。此时，当得出相应于需加热物品的位置的温度时，返回到初始加热时间或者返回到温度测量开始时间，就可以判断需加热物品M的初始温度。另外，利用将图11中所示的温度分布曲线的峰值连接在一起的线(图11所示的虚线)的斜率可得出需加热物品M的温度升高速度Δt，从而估计需加热物品的量度。其原因如下：即，如图12所示，当重量不同的两个需加热物品M1和M2以相同的初始温度在相同的条件下加热时，根据它们的重量，两个需加热物品M1和M2的温度升高速度Δt彼此不同，当较小量度的需加热物品M1被加热时，其温度升高速度为ΔTL，而较大量度的需加热物品M2被加热时，其温度升高速度为小于ΔTL的ΔTM。因此，通过判断需加热物品M的初始温度和温度升高速度ΔT可估计出需加热物品M的量度，可以设定冷冻食品的解冻处理的结束时间。
再回到图9，当需加热物品的温度由于微波加热升高到给定的温度时，如图9B所示，在给定的时间内(这里，为1分钟)从蒸汽供应部件15向加热室11供应蒸汽。由于蒸汽的供应，加热室11内部的相对介电常数(介电常数的实数部分)如图13所示逐渐增加，由此，加热室11内部的电场分布发生变化。而且，随着相对介电常数的增大，微波波长缩短，结果如图8A所示的第一状态转换到如图8B所示的第二状态，这样，如图7B、7C和7D所示，高强度电场的模转变为细密分布模。顺便说一下，可根据适当的利用系数间歇地控制供应蒸汽后的微波加热。
这样，如概念性地示出需加热物品的加热条件的图14所示，在微波加热的初始阶段，需加热物品的内部Min被特别强烈地加热，如图14A所示；此后，通过向加热室内提供蒸汽，模转变为被细密分布的高强度电场中的模，于是如图14B所示，需加热物品的表面Mout被特别强烈地加热，最后，如图14C所示，需加热物品的烹饪以其内部Min和表面Mout被均匀加热的方式而告终。
而且，当微波加热时间到达先前从需加热物品的重量所获得的解冻处理的结束时间时，停止微波加热的输出。
以此方式，根据冷冻食品解冻处理过程中微波加热和蒸汽供应的顺序，在通过向加热室11提供微波而获得高强度和低强度电场(波腹和波节)的第一状态下，在加热室11内存在两个或者多个高强度电场(波腹)，利用微波对需加热物品进行加热；此后，从蒸汽供应部件15向加热室11内供应水微小颗粒，由此将加热室11内部的介电常数分布状态改变到高强度电场(波腹)的数目增加到超过第一状态的第二状态，在第二状态下，利用微波对需加热物品进行加热。也就是说，在两种不同状态下，对需加热物品进行微波加热。这可以限制局部微波加热，使其不再影响需加热物品的最终烹饪条件，由此可以以良好的条件终止对需加热物品的处理，不会出现不均匀加热现象。
此处，为了证明上面提到的高强度电场变化的现象，可利用CAE来分析微波空间内场强的分布。从CAE分析可看出，可获得如图15和16所示的这种等强度电场图。图15示出了加热室内的介电常数设定为1、相当于空气时的情况，而图16示出了整个加热室的介电常数设为3、相当于蒸汽的情况。若将这两种情况彼此进行比较，作为整体，高强度电场的分布明显不同。明确地说，在图15中，高强度电场是大尺寸的点，而在图16中，高强度电场细密地散布。因此，通过向加热室11内提供蒸汽，可增加微波加热需加热物品的主要加热点(形成高强度电场的位置)的数目，这可以控制局部加热，并且这样可以完成需加热物品的烹饪，而不会使温度不均匀。
另外，图17是利用CAE分析获得的需加热物品内部等电场强度的图。明确地说，图17A示出了加热室内部的介电常数设为1、相当于空气的情况，而图17B示出了加热室整体的介电常数设为3、相当于蒸汽的情况。如这些图所示，根据是否提供蒸汽，在需加热物品内部也是一样，高强度电场分布明显不同。明确地说，在图17B所示的情况中，在提供有蒸汽的条件下对需加热物品进行微波加热，其高强度电场的分布较之图17A所示的需加热物品仅由微波加热而未提供蒸汽情况更为细密。
换言之，如图18A所示，在未提供蒸汽的条件下，用微波加热的开始阶段，集中于需加热物品上，微波透入需加热物品的内部Min，于是需加热物品被从其内部加热，此后，提供蒸汽，在需加热物品的表面形成露水凝结物SL，微波的加热能量集中在露水凝结水上，因此，如图18B所示，从需加热物品的表面开始加热。如图18B所示，借助于从需加热物品的外侧产生加热获得所谓[通过蒸汽加热获得需加热物品的均匀加热效果]。另一方面，如模拟了需加热物品内的高强度电场的图19所示出的那样，本发明向加热室内提供蒸汽的目的是为了使如图19B所示的、在提供有蒸汽的条件下对需加热物品进行微波加热的高强度电场分布较之如图19A所示的、仅由微波对需加热物品进行加热的高强度电场分布更为细密。凭借高强度电场的细分，加热点(产生高强度电场的位置)被散布，这样就可使需加热物品的温度均匀升高。进一步进行加热之后，在需加热物品的表面形成露水凝结物，这种细分效果将与上面提到的由于提供蒸汽而进一步实现均匀地加热需加热物品产生的均匀加热效果共同起作用。
在本实施方式中，蒸汽供应部件15向加热室11内任意提供作为介电物质的水微小颗粒，以改变加热室11内部的介电常数。实际上，向蒸发盘35内提供水也可以改变加热室11内部的介电常数。这样，在产生蒸汽前、即在向蒸发盘35提供水的时刻之前高强度电场的分布开始改变，这可以迅速实现高强度电场分布的切换。
另外，当产生的蒸汽自然地存在于加热室11的上部时，可以防止在放置于加热室11底面上的需加热物品上形成露水凝结物。因此，在不希望需加热物品(需要解冻的物品)上形成露水凝结物的情况下，通过控制蒸汽供应，也可以改变高强度电场的分布，由此可有利于均匀加热需加热物品。
换言之，通过向提供有微波的有效微波空间(virtual microwave space)内提供蒸汽，该空间内部的介电常数增加，由此好象可以增加整个微波空间的形状使之大于实际的加热室11。这种作用可以改变微波的高强度电场的分布，结果是加热室11内的高强度电场分布可根据是否存在蒸汽而改变，由此可以促使需加热物品的均匀加热。
下文将对本发明的微波加热方法的改型进行说明。
在本改型的微波加热方法中，当改变加热室11内微波的高强度电场时，高强度电场的模以如此的方式布置，即在所述提供蒸汽前的第一状态下和提供蒸汽后的第二状态下使高强度电场发生于尽可能多的彼此不同的位置。
图20是解释第一和第二状态下高强度电场的位置的说明图。如图20所示，例如，对于第一状态下的r＝2，s＝2的模(即，r、s和t中任何两个为2的模)，在第二状态下，产生高强度电场，致使包含将要被补充的位置，以便可在第一状态下未产生高强度电场75的位置产生高强度电场75。
为了在第二状态下在将要补充的位置上产生高强度电场75，可调节向加热室11供应的蒸汽量，由此可设定加热室11内部的可产生期望的模的介电常数，或者可以改变搅动叶片33的方向。
控制高强度电场的位置可使需加热物品的微波加热更加均匀，结果可获得更理想的加热后的效果。
下文将对本发明的微波加热装置的第二实施方式进行说明。
图21示意地示出本发明第二实施方式的微波加热装置的结构。
在本实施方式的微波加热装置200中，蒸汽供应部件15被构建成其将蒸发盘35内产生的蒸汽导出加热室11一次，并且经由外部管81从加热室11的上方将蒸汽再次吹入加热室11。另外，在加热室11上，安装有由陶瓷、树脂、玻璃或者类似材料制成的传输微波的托盘83，同时加热室11内的空间被托盘83垂直地分成上下部空间。
根据这种结构，向加热室11的上部空间11A提供蒸汽，使得仅上部空间11A充满蒸汽。因此，在磁控管13辐射微波的情况下，提供有微波的空间内的介电常数越大，微波的波长越短，这样，仍象前面所述的那样，微波以改变提供有微波的空间的形状的方式起作用。换言之，看起来好象增加了有效微波空间85(此处，这种表达是为了将该空间与加热室11内的实际空间区别开)的尺寸，于是也就可改变高强度电场的分布。这可以改变对需加热物品的加热效果，进而可促使需加热物品加热均匀。
顺带应提及的是，蒸汽发生机构不限于加热包括第一实施方式中的结构的蒸发盘35的电力加热式蒸汽发生机构，例如，也可以采用锅炉式蒸汽发生机构。然而，考虑到水中含有的杂质的影响和构件的维修，优选采用将蒸发盘35以暴露方式设置在加热室11内的结构。利用这种结构，可以方便地除去产生蒸汽时粘附在蒸发盘35上的水垢，因此，这种结构非常卫生。另外，也可以采用引入型(drop type)结构，在该结构中，水供应通道的阀门开启，使水滴下滴到加热构件，由此产生蒸汽。同样在本例中也可获得与设置蒸发盘35的情况下类似效果。
而且，通过将不同的类型的蒸汽发生机构结合在一起可改变电场分布。例如，在第一介电常数分布状态下，在向蒸发盘35提供水后，蒸发盘35被加热，由此产生蒸汽，并在第二介电常数分布状态下，在蒸发盘35被加热后，向蒸发盘35提供水，由此可以立即独立地产生蒸汽或同时产生蒸汽，结果可改变电场分布。
下文将对本发明微波加热装置的第三实施方式进行说明。
图22示意地示出了本发明第三实施方式的微波加热装置的结构。
在本实施方式的微波加热装置300中，将蒸汽供应部件15构建成不通过加热水来产生蒸汽，该装置包括雾供应机构87，用于向加热室11提供雾状水滴。根据这种结构，将微小尺寸的雾状水滴(雾)提供到加热室11内。可以认为，雾的尺寸越大，改变微波的电场分布的效果就越好。因此，雾的尺寸可以设置成大于雾的常规尺寸，3μm，优选可以为10μm或更大，更优选的是在25μm-100μm范围内，其结果可以保证雾对于微波的充分作用，由此可以适当改变电场分布。
通常，往往采用1.6-2.4MHz的超声波振动器作为雾供应机构87。为了增大雾的尺寸，可以采用包括超声波振动器的超声喷射器，该振动器可以以20kHz-100kHz振动，另外，例如也可采用高压喷射器和离心式或者其他类型的喷射器。再者，根据本实施方式，考虑到实际情况是，当雾粘附在需加热物品上时，需加热物品将受到水中含有的杂质或类似物的影响，类似于第二实施方式，所以加热室11由托盘83垂直分成上下部空间，并仅向上部空间11A提供雾。
根据所述结构，向加热室11的上部空间11A提供雾，并且仅上部空间11A充满雾。因此，类似于第二实施方式，微波以改变提供有微波的空间的形状的方式起作用，从而可改变高强度电场的分布。这样可以改变对需加热物品加热的效果，由此可以促进对需加热物品的均匀加热。
虽然已参照本发明的具体实施方式对本发明进行了详细说明，显然，本领域技术人员在不超出本发明的构思和范围的前提下还可以作出各种变换和变型。
本申请以4月28日提交的日本专利申请No.2004-132648为基础，其内容作为本发明的参考。
[图4]
53           输入操作部件
55           显示板
18，20       温度传感器
51           控制部件
12           高频波发生部分
13           磁控管
15           蒸汽供应部件
37           蒸发盘加热加热器
55           水泵
14           热风发生部分
19           对流加热器
17           循环风扇
16           上部加热的加热器
[图9]
温度测量
高频波输出
时间
蒸汽供应输出
时间
[图10]
扫描
[图11]
检测温度
冷冻食品位置
扫描宽度
扫描原点位置
总扫描长度
[图12]
测量温度
量度小
量度大
初始温度
温度升高速度
加热时间
[图13]
相对介电常数
蒸汽供应时间
[图20]
第一状态
第二状态

Claims (10)

1.一种通过向存放有需加热物品的加热室提供微波而加热需加热物品的微波加热方法，包括步骤：
向所述加热室提供微波以加热需加热物品；
测量所述需加热物品的温度，以检测所述需加热物品的温度分布是否产生给定的温度差；及
当产生给定的温度差时，向所述加热室提供微小水颗粒，以改变所述加热室内的介电常数分布条件，由此改变由向所述加热室内提供的微波产生的电场分布。
2.如权利要求1所述的微波加热方法，其中，还包括细微地改变微波产生的电场分布的步骤。
3.如权利要求1或2所述的微波加热方法，其中，所述微小水颗粒由向所述加热室提供的蒸汽组成。
4.如权利要求1或2所述的微波加热方法，其中，所述微小水颗粒由向所述加热室内提供的雾状水滴组成。
5.一种通过向存放有需加热物品的加热室提供微波而加热需加热物品的微波加热方法，包括步骤：
在第一状态下利用微波开始加热所述物品，在此状态下，通过向所述加热室内提供微波形成高和低强度电场(波腹和波节)，在所述加热室内在数目上存在两个或者多个所述高强度电场(波腹)部分；及
此后，在第二状态下利用微波辅助加热所述物品，在此状态下，向所述加热室内提供微小水颗粒而改变所述加热室内部的介电常数分布状态，由此增加所述高强度电场(波腹)的部分的数目使之多于第一状态的数目。
6.如权利要求5所述的微波加热方法，其中，当对所述需加热物品的温度进行测量而所述需加热物品的温度分布产生给定的温度差时，进行从所述第一状态到所述第二状态的切换。
7.一种通过向存放有需加热物品的加热室提供微波而加热需加热物品的微波加热装置，包括：
向所述加热室提供微波的微波发生部件；
测量所述加热室内部的温度分布的温度测量机构；
介电常数改变机构，通过向所述加热室提供微小水颗粒，改变所述加热室内部的介电常数分布状态；及
根据如权利要求1-6中任一项所述的微波加热方法控制所述介电常数改变机构的加热控制机构。
8.如权利要求7所述的微波加热装置，其中，所述介电常数改变机构包括：水箱；设置在所述加热室内的蒸发盘；从所述水箱向所述蒸发盘提供给定量的水的水泵；及加热所述蒸发盘并从该蒸发盘上产生蒸汽的蒸发盘加热机构。
9.如权利要求7所述的微波加热装置，其中，所述介电常数改变机构包括向所述加热室提供雾状水滴的雾供应机构。
10.一种通过向存放有需加热物品的加热室提供微波而加热需加热物品的微波加热装置，包括：
向所述加热室提供微波的微波发生部件；
水箱；
设置在所述加热室内的蒸发盘；
从所述水箱向所述蒸发盘提供给定量的水的水供应机构；
加热所述蒸发盘以产生蒸汽的蒸发盘加热机构；
介电常数改变机构，其具有用于在向所述蒸发盘提供水后加热所述蒸发盘、由此产生蒸汽的第一介电常数分布状态，和用于在加热所述蒸发盘后提供水、由此立即产生蒸汽的第二介电常数分布状态；及
控制所述介电常数改变机构的加热控制机构。
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