JP2002056964A - 誘電加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波高電圧を発生させる発振回路および増
幅回路において無効電力による損失が発生することがな
く、連続的にかつ簡単に負荷の整合が可能で、エネルギ
ー損失の低い誘導加熱装置の提供を目的とする。 【解決手段】 高周波電源部の出力を可変する出力可変
手段が設けられ、負荷の不整合状態のとき負荷への高周
波電圧の入力が低くなるように高周波電源部からの出力
を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、肉・魚等の冷凍食品を
誘電加熱によって解凍する高周波解凍装置、電子レンジ
の解凍用治具等の複合調理器といった誘電加熱装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の高周波解凍装置等の誘電加熱装置
では、加熱電極間に高周波高電圧を印加し、その間に誘
電体である被解凍物を挟んで誘電加熱が行われる。この
ような誘電加熱装置において、加熱電極に加える高周波
高電圧を発生する高周波発振回路の共振回路には、共振
用コンデンサと共振用コイルを直列関係に接続し、直列
共振回路を形成することにより、共振用コンデンサと共
振用コイルの整合定数を調整して整合が行われている。

【０００３】また、特開昭５８−７７８８号公報には、
大容量で固定値の容量安定用コンデンサを負荷と並列に
接続することで、整合を容易にした高周波解凍装置が開
示されており、特公昭６１−４１１０７号公報には、負
荷に対して並列に容量可変のフィルターコンデンサを接
続して、フィルターコンデンサの容量を可変することに
より高周波出力を変える高周波解凍装置が開示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術におい
て、被解凍物との負荷の整合を行う際に、直列共振回路
による方法では、共振回路の形成が簡単になる反面、解
凍が進行するにつれて共振回路の被解凍物の誘電体損失
の値が変化するため、負荷との整合がずれるという欠点
があった。また、容量安定用コンデンサを並列接続する
場合では、整合の調整範囲が小さくなるという欠点があ
った。また、従来整合を行う際には高周波高電圧を入力
した状態で負荷との整合を行うため、高周波高電圧を発
生させる発振回路および増幅回路において無効電力によ
る損失が発生するなどの欠点があった。

【０００５】本発明は、上記に鑑み、連続的にかつ簡単
に誘電体との負荷整合が可能で、エネルギー損失の低い
誘導加熱装置の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による課題解決手
段は、高周波電源部と、該高周波電源部の出力端子に接
続された共振用コイルと誘電体を誘電加熱する加熱電極
とからなる共振回路とを備え、前記加熱電極は平行に対
向配置された固定電極板および可動電極板からなり、前
記高周波電源部の出力を可変する出力可変手段が設けら
れ、負荷の不整合状態のとき負荷への高周波電圧の入力
が低くなるように前記高周波電源部からの出力が調整さ
れる構成とする。

【０００７】また、負荷の整合状態を検知する整合検知
手段が設けられ、整合の調整範囲が広い位置に可動電極
板を移動させる構成とする。

【０００８】これにより、負荷整合を行っているときに
不整合であった場合には高周波電源部６に負担がかかる
ため、低入力にて負荷整合を行うことにより、負担を与
えることなく高周波電源部６における不必要な電力消費
を抑えるとともに、負荷との整合を行うのに最適な条件
を最小限の電力損失で検知することができ、負荷整合を
容易にすることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】（第一実施例）本発明の第一実施
例の高周波解凍装置は、図２の如く、その筐体１が、金
属製で接地されたオープンキャビティ２と、高周波発振
回路室３とからなる。オープンキャビティ２内には加熱
電極が収納され、加熱電極は、下側の固定電極板４とそ
の上方に配された可動電極板５とからなる。固定電極板
４はオープンキャビティ２内に固定され、可動電極板５
は、オープンキャビティ２内に上下動自在に案内支持さ
れ、モータによって固定電極板４と平行関係を維持した
まま上下動される。そして、各電極板４，５はそれぞれ
高周波電源部６に接続される。

【００１０】可動電極板５の下面には、電極板表面の保
護等を目的として非金属製で誘電体損失の小さい（ｔａ
ｎδの小さい）保護板７が装着され、また固定電極板４
の直上には同じく非金属製で誘電体損失の小さい載置板
８が配置されており、載置板８上に誘電体としての被解
凍物９が載置される。

【００１１】図３は高周波電源部６とその加熱電極への
接続の状態を示している。高周波電源部６は、コルピッ
ツ発振回路等の高周波発振回路と、信号増幅トランジス
タによる１段もしくは数段の電力増幅回路によって構成
されている。高周波電源部６の出力端子には、高周波ト
ランス１１が接続され、高周波トランス１１と並列に可
変コンデンサ１２と共振用コイル１３と被解凍物９を挟
んだ状態の加熱電極からなる共振回路部１４とが接続さ
れ、高周波トランス１１をタップにより切り替えること
によって共振回路部１４と高周波電源部６とのインピー
ダンスのマッチングを行っている。

【００１２】そして、載置板８の上に被解凍物９を置い
て可動電極板５を上下に動かし、被解凍物９の上面と保
護板７の下面が接触しないように近接した位置に可動電
極板５を移動する。こうした後に、高周波電源部６を駆
動すると、両電極板４，５の間には高周波高電圧が誘起
され、被解凍物９は高周波高電圧により生ずる電界に対
する誘電体損失により加熱される。被解凍物９が加熱解
凍されていくと、被解凍物９の誘電体損失の大きさが変
化して、加熱電極のキャパシタンスおよびＱ値が変化す
るので、これらの変数の変化を小さくして、回路の整合
を容易に行えるようにするため、本実施例では以下に示
すようにしている。

【００１３】すなわち、図１に示すように、可動電極板
５の上方に、容量安定用の第３電極板２０を設置し、固
定電極板４と第３電極板２０を電気的に接続する。これ
によって、可動電極板５と第３電極板２０とで容量安定
用コンデンサ２１が形成され、加熱電極と被解凍物９に
よるキャパシタンスと、容量安定用コンデンサ２１とが
並列に接続された状態となる。

【００１４】ここで、可動電極板５の位置を上下させる
と、加熱電極と被解凍物９による合成キャパシタンス
と、容量安定用コンデンサ２１の各容量は、一方が減少
すれば他方が増加するといった互いに逆の関係で増減す
る。合成キャパシタンス容量の大きさの変化量は、図４
に示す第３電極板２０がないときより第３電極板２０を
設けたときには図５に示すように小さくなる。なお、こ
れらのデータは、１０ｃｍ×１０ｃｍの銅製電極板を用
い、被解凍物９から第３電極板２０までの間隔は５ｃｍ
とし、可動電極板５を被解凍物９から０〜５ｃｍの間で
変化させたとき、合成キャパシタンスの容量をＣ＝εε
0Ａ／ｄ（ε：空気の比誘電率、ε0：真空の誘電率、
Ａ：面積、ｄ：誘電体から可動電極板までの距離）で求
めてシミュレーションを行ったときの結果である。

【００１５】この曲線の傾き具合からキャパシタンスの
変化量に対するリアクタンスの変化量が小さくなるとこ
ろが整合をとるのに最適な領域となり、使用領域となる
（以下、図中に示された使用領域はこれと同じように設
定されている）。すなわち、加熱が進行して被解凍物９
の誘電体損失が変化しても、容量安定用コンデンサ２１
の容量の大きさを被解凍物９を挟んだ加熱電極による合
成キャパシタンス容量より大きく設定することにより、
整合定数自体の変化を小さくすることができるため、被
解凍物９との負荷整合の調整が容易になる。

【００１６】このように、加熱電極間に載置された被解
凍物９の形状によって可動電極板５の位置が変わり、キ
ャパシタンスの容量の大きさは大きく変化するため、第
３電極板２０を設けると、加熱電極間の距離と容量安定
用コンデンサ２１を形成する電極板間の距離が互いに逆
の関係になり、電気的に絶縁された状態にすると、各コ
ンデンサ容量は互いに逆の関係になる。容量安定用コン
デンサ２１の容量を共振回路部１４に比べて大きく設定
して並列接続することにより、共振回路部１４の容量変
化を吸収することができ、コンデンサの合成容量は全領
域で値の変化が小さくなるので、負荷整合を行う際に整
合定数を大きく変えることなくマッチングを行うことが
できる。

【００１７】（第二実施例）第二実施例では、図６に示
すように、第一実施例と同じ第３電極板２０を設け、容
量安定用の第３電極板２０と固定電極板４との間に高周
波高電圧を印加するようにし、二つの固定された電極板
４，２０の間を移動可能な可動電極板５（容量安定用の
移動電極板と併用）が上下に移動するようにする。この
構造により、加熱電極と被解凍物９による合成キャパシ
タンスと容量安定用コンデンサ２１が直列に接続された
状態となる。

【００１８】可動電極板５の位置が上下すると、電極板
４，５に挟まれた被解凍物９のインピーダンスの虚数部
は電極板間の間隔により大きく変化し、加熱電極と被解
凍物９によるキャパシタンスと、容量安定用コンデンサ
２１の各容量は互いに逆の関係で増減するため、第３電
極板２０がない場合よりも合成キャパシタンス容量の変
化量が図７に示すように小さくなる。また、加熱が進行
して加熱電極の間の被解凍物９の誘電体損失が変化して
も、直列接続であるため、容量安定用コンデンサ２１の
容量を合成キャパシタンスよりも小さな容量となるよう
に使用領域を設定すれば、整合定数自体の変化を小さく
することができ、被解凍物９との負荷整合の調整が容易
になる。

【００１９】したがって、この二つのコンデンサを直列
接続することにより、コンデンサの合成容量はある一定
の範囲では値の変化が非常に小さくなるので、負荷整合
を行う際には、整合定数を大きく変えることなくマッチ
ングを行うことができる。

【００２０】（第三実施例）第三実施例では、加熱電極
間に被解凍物９を載置し、高周波高電圧を与えて負荷整
合を行う際に、共振回路全体が不整合であった場合には
発振回路や電力増幅回路に負担がかかるため、負荷部へ
の高周波の入力を低く抑えることを目的として、図８に
示すように、高周波電源部６の電力増幅回路に対して出
力可変手段を設ける。そして、可動電極板５を被解凍物
９に近付けて、可動電極板５の位置決めが終了してから
被解凍物９との負荷の整合が合うまでの調整中は、高周
波入力を必要最小限に絞るようにする。

【００２１】すなわち、可動電極板５の移動により合成
キャパシタンスの容量は電極板間の距離が変化すること
で変化する。そのため、可動電極板５が移動終了したと
きの位置を検知して、その大きさによりリアクタンスの
大きさを制御する回路が必要になる。しかし、実際はリ
アクタンス分を連続的に変化させる装置を作成するのは
コスト的、技術的に困難であるので、離散値的にリアク
タンス成分の決定を行い、キャパシタンス成分で補足し
て整合を得ることになる。したがって、可変コンデンサ
１２により高周波の出力調整を行っているので、整合状
態となったかどうかを検知する整合検知回路３０を設
け、可変コンデンサ１２の値を調整する制御回路３１に
より加熱電極に印加する高周波高電圧の出力が制御され
ている。不整合状態では入力電力が負荷で反射して発振
回路または増幅回路に戻るため、大きな電力が入力され
ると発振回路または増幅回路が破壊する。そこで、増幅
回路に出力可変回路３２を設けて、負荷から反射してく
る電力を電力検知回路３３により検知しながら負荷の電
力を一定に調整する。これらの回路によって前記出力可
変手段が構成されている。

【００２２】これによって、負荷との整合を行う際には
負荷への高周波の入力を低く抑えることができ、高周波
電源部６と共振回路部１４との整合が成立していないと
きに生じる共振回路部１４からの反射波による高周波電
源部６への不必要な電力負担をかけることをなくすこと
ができるとともに、整合調整中に増幅回路および発振回
路等によって消費される無効電力を削減することができ
る。

【００２３】なお、第一実施例あるいは第二実施例の装
置に本実施例を適用しても同様の作用効果を奏する。

【００２４】（第四実施例）第四実施例では、加熱電極
間に被解凍物９を載置し、高周波入力を与えて共振回路
部１４の整合を行う際に、第三実施例のように高周波高
電圧の出力を必要最小限に絞るとき、移動可能な可動電
極板５の位置と高周波トランス１１のタップによるイン
ピーダンスの値により、被解凍物９との負荷と整合した
ときの整合定数が決まる。もし調整がずれた場合に、高
周波トランス１１のタップを切り替えて整合調整を行う
が、解凍が進行して被解凍物９の誘電体損失が変化し
て、整合の徴調整を行わなければならないときにタップ
を切り替えねばならなくなる恐れがある。

【００２５】このため、図９に示すように、負荷との整
合調整時に可動電極板５の位置を検出してその位置にお
ける最適な整合状態となる調整範囲を検知する整合調整
検知回路４０を設ける。そして、整合の調整範囲が大き
くなる位置に可動電極板５の位置を合わせることによっ
て、整合の調整範囲を大きくとることができ、可動電極
板５の位置に関係なく整合を行った場合における共振用
コイル１３のタップの割り振りによって負荷整合が行え
る範囲が小さくなることを防止でき、解凍が進行しても
負荷整合を容易に行うことができる。

【００２６】（第五実施例）第五実施例では、図１０に
示すように、第３電極板２０を上下動自在に支持して、
モータにより移動させる。そして、負荷との整合状態を
検知する整合検知回路５０を設けておき、加熱電極間に
被解凍物９を載置し、初期の負荷整合を行い解凍動作に
移行したときに、解凍動作に入った後に被解凍物９の誘
電体損失が変化した場合、整合検知回路５０によって検
知される整合状態に応じて第３電極板２０を上下させる
ことにより、容量安定用のコンデンサ容量を可変できる
ようにして、被解凍物９を置いた加熱電極のキャパシタ
ンスの変化を吸収するようにしている。容量安定用コン
デンサ２１は、平板電極板から構成されているため、Ｑ
値の大きな理想的なコンデンサであり、被解凍物９のイ
ンピーダンスに影響を与えることがない。

【００２７】したがって、このコンデンサを共振用コン
デンサとして用いることにより、共振回路部１４におけ
る実抵抗分を増やすことなく、共振用コイル１３のリア
クタンス値を共振回路全体のキャパシタンスと整合でき
る値に設定すると、図１１に示すような曲線になる。こ
れにより、共振用コイル１３のタップを切り替える等の
非直線的な整合定数による負荷整合を行わずに、解凍が
進行して誘電体損失が変化しても、整合の徴調整を容易
に行うことができる。

【００２８】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修
正および変更を加え得ることは勿論である。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、請求項１
の発明によると、高周波電源部の出力を可変する出力可
変手段が設けられ、負荷の不整合状態のとき負荷への高
周波電圧の入力が低くなるように高周波電源部からの出
力が調整されるので、負荷との整合を行う際に、不整合
であっても、負荷からの入力電力の反射波による高周波
電源部への負担をなくすことができ、また整合中に高周
波電源部におけるエネルギー損失を低減することができ
る。

【００３０】請求項２の発明によると、整合状態を検知
することによって、整合の調整範囲が広くなる位置に可
動電極板を移動させると、整合の調整範囲を大きくとる
ことができ、可動電極板の位置に関係なく整合を行った
場合に、解凍が進行しても負荷整合を容易に行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例の共振回路部を示す図

【図２】高周波解凍装置の透視正面図

【図３】高周波解凍装置の全体回路図

【図４】第３電極板がない場合の可動電極板を移動させ
たときの合成キャパシタンスと共振用リアクタンスの特
性図

【図５】第３電極板がある場合の可動電極板を移動させ
たときの合成キャパシタンスと共振用リアクタンスの特
性図

【図６】第二実施例の共振回路部を示す図

【図７】可動電極板を移動させたときの合成キャパシタ
ンスと共振用リアクタンスの特性図

【図８】第三実施例の高周波解凍装置の全体回路図

【図９】第四実施例の共振回路部を示す図

【図１０】第五実施例の共振回路部を示す図

【図１１】可動電極板を移動させたときの合成キャパシ
タンスと共振用リアクタンスの特性図

【符号の説明】

１１ 高周波トランス １２ 可変コンデンサ １３ 共振用コイル １４ 共振回路部 ３０ 整合検知回路 ３１ 制御回路 ３２ 出力可変回路 ３３ 電力検知回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波電源部と、該高周波電源部の出力
   端子に接続された共振用コイルと誘電体を誘電加熱する
   加熱電極とからなる共振回路とを備え、前記加熱電極は
   平行に対向配置された固定電極板および可動電極板から
   なり、前記高周波電源部の出力を可変する出力可変手段
   が設けられ、負荷の不整合状態のとき負荷への高周波電
   圧の入力が低くなるように前記高周波電源部からの出力
   が調整されることを特徴とする誘電加熱装置。
2. 【請求項２】 負荷の整合状態を検知する整合検知手段
   が設けられ、整合の調整範囲が広い位置に可動電極板を
   移動させることを特徴とする請求項１記載の誘電加熱装
   置。