JP2004063310A - Microwave heating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、食品などの被加熱物をマイクロ波により加熱するマイクロ波加熱装置に関するものであり、特に導波管から放射されるマイクロ波の向きを開口部により最適化して加熱分布の改良をねらうものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種のマイクロ波加熱装置としては例えば、特開2000−164341号公報に記載されているようなものがあった。まず図9は従来のマイクロ波加熱装置の断面構成図、図10は同斜視図、図11、図12は図9のP−P’断面図である。
【0003】
代表的な放射手段であるマグネトロン1から放射されたマイクロ波は、導波管2により加熱室3内に導かれ、加熱室3内に載置された被加熱物4を加熱するものである。このとき導波管2と加熱室3の結合部には、加熱室3壁面をくりぬいた開口部5を有しており、開口部5は言わばマイクロ波の放射口としての役割をになうものである。導波管2は、幅広のH面6と幅の狭いE面7により断面がa×bなる箱型に構成され、マグネトロン1の出力アンテナ8から矢印9の方向にマイクロ波を伝送するものである。よって矢印9の方向をマイクロ波の伝送方向と呼ぶことにする。また導波管2の断面(斜線部10)は、導波管2の対称軸であり、管軸と呼ぶことにする。
【0004】
導波管2の形状として、一般的には、マイクロ波の波長をλとした場合、H面の距離a(導波管2の幅)をλ/2<a<λの範囲に、E面の距離b(導波管2の厚み)をb<λ/2に選ぶことで、TE10モードを励振することになる。より具体的には、例えばマイクロ波加熱装置を電子レンジとした場合、λ≒122mm、a=80〜90mm、b=15〜40mmに選ぶことがほとんどである。
【0005】
図11の場合、開口部5は導波管幅aに等しい幅寸法であり、管軸10に対して対称に配置されているから、図11の左右方向への指向性も対称となる。また図12の場合、開口部5、11a、11bを有しているが、やはり管軸10に対して対称に配置されているから、図12の左右方向への指向性も対称となる。
【0006】
また特開平8−124670号公報には、図13のような構成が記載されているが、開口部12a、12bは管軸10に対して対称に配置されているから、図13の左右方向への指向性も対称となる。
【0007】
これらの従来のマイクロ波加熱装置は、加熱むらを起こさないようにするために開口部からのマイクロ波をいかに均一に放射させるかを考えた構成であり、管軸に対して対称形状とするのはごく自然な考え方であった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記従来の構成は、管軸が加熱室壁面の中心線と一致する場合に加熱室内を均一に加熱できるということにほかならない。たとえば加熱室が直方体である場合、壁面は長方形となるので対称軸を為す二本の中心線が存在する。このいずれかに導波管の管軸を一致させることができる場合は、管軸に対して対称形状の開口部により加熱室に対しても対称にマイクロ波を放射することができ、均一な分布を期待することができる。
【0009】
ところがそのような構成にできない場合がある。最近の電子レンジではオーブン機能を有するものが主流であるが、そのためにたとえば図14のように、天面の中央を管ヒータ13が横断しているような場合も想定される。この図は電子レンジを上から見た図であり、この時、管ヒータ13を避けて横に導波管2を平行に配置しようとすると、管軸10は加熱室3天面の中心線14、15のいずれとも一致させることができない。この構成において図11から図13に示したような開口部を採用すると、管軸10に対して対称にマイクロ波が放射されるので、加熱室の後方(図14の上方)の電界強度が強く、前方(図14の下方)の電界強度が弱くなり、結果的に被加熱物の後が熱く前が冷たいような加熱むらが起こりやすい。
【0010】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、導波管の管軸と加熱室壁面の中心線が一致しない場合に、開口部構成の工夫によって管軸に対して非対称な指向性を有するマイクロ波放射を引き起こし、結果的に加熱室内における加熱分布を均一化することを目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を放射する放射手段と、管軸から見て片側にのみ構成された開口部を介して前記放射手段を加熱室に結合する導波管とを有するものである。
【0012】
これによって、管軸に対して開口部のある側への指向性の強いマイクロ波放射を起こすことができ、導波管の管軸と加熱室壁面の中心線が一致しない場合に加熱分布を均一化することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
請求項1に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を放射する放射手段と、前記放射手段を加熱室に結合する導波管とを備え、前記導波管の管軸から見て片側にのみ開口部を構成したものである。
【0014】
開口部が導波管の管軸から見て片側にのみ構成されているので、開口部から加熱室内に放射されるマイクロ波の指向性に関しては、開口部のある側への指向性を強くすることができる。
【0015】
また請求項2に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、開口部は、導波管の管軸から見て加熱室壁面の中心側に位置する構成としたものである。
【0016】
開口部が管軸から見て加熱室天面の中心側に位置するので、加熱室の中心側へのマイクロ波の指向性が強くなる。よって、加熱室の中心が強くて中心から離れるにつれて弱くなるような、加熱室の中心を基準とした対称的なマイクロ波の分布を実現できるので、結果的に被加熱物の加熱分布を均一化することができる。
【0017】
また請求項3に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、開口部、加熱室壁面ともに略長方形状とし、それぞれの長方形状の二本の中心線のうち、一方の中心線は平行でかつ他方の中心線は一致する構成としたものである。
【0018】
この場合、開口部と加熱室壁面とが平行となり、開口部の二本の中心線の交点から加熱室壁面の二本の中心線の交点に向けて、一致する中心線に沿ってマイクロ波の指向性を強くすることができるとともに、一致する中心線の両側へは対称的にすることができる。よって、加熱室の中心が強くて中心から離れるにつれて弱くなるような、加熱室の中心を基準とした対称的なマイクロ波の分布を容易に実現できるので、結果的に被加熱物の加熱分布を均一化することができる。
【0019】
また請求項4に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、導波管のH面で加熱室に結合することで、開口部をH面に形成する構成としたものである。
【0020】
開口部を導波管のH面に形成するので、H面間に発生する電界を利用して、容易に開口部を挟み込むような電界を発生させることができ、この電界の向きに一致する方向を伝搬方向とするような加熱室内の所望の電界強度分布を発生させることができる。よって容易に電界強度分布を制御できる。
【0021】
また請求項5に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、開口部は、導波管の幅方向よりもマイクロ波伝送方向に長い形状としたものである。
【0022】
開口部は、導波管の幅方向の寸法Wよりもマイクロ波伝送方向の寸法Lが長いので、導波管内の開口部近傍の電界としては、伝送方向に開口部をまたがる電界よりも幅方向に開口部をまたがる電界が起こりやすく、この電界の向きに一致する方向を伝搬方向とするような加熱室内の所望の電界強度分布を発生させることができる。よって容易に電界強度分布を制御できる。
【0023】
また請求項6に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、開口部の長さは、マイクロ波の導波管内の波長をλgとしたときに、λg/8以上かつ2λg以下としたものである。
【0024】
また請求項7に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、開口部の長さは、λg/4以上かつλg以下としたものである。
【0025】
開口部の長さLをλg/8以上かつ2λg以下とし、中でも特にλg/4以上かつλg以下としたので、容易に開口部をマイクロ波伝送方向に長い形状とすることができる。特に、長さが短くなりすぎると加熱室にマイクロ波が入りにくくなり、長さが長くなり過ぎると導波管が長くなって部材の量やコストが増えたり、加熱室の強度が弱くなったりする可能性も有る。本発明によれば、適当な長さを選択することができるのでこれらの問題を回避することができる。
【0026】
また請求項8に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、開口部を略長方形状とした時の幅は、10mm以上としたものである。
【0027】
開口部の幅Wは導波管の片側つまりa/2以下で選べるが、10mm以上としておけば安全性にも問題が無い。電子レンジなどのように1000kW前後の出力の場合は、異常使用時でもスパークなどが起こりにくい構成にすべきであり、10mm以上を確保することで、極めて安全に利用できる。
【0028】
また請求項9に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、直状の発熱体を有し、前記発熱体と導波管とを、前記発熱体の長手方向とマイクロ波伝送方向が略平行となるように同一壁面に配置し、開口部は前記導波管の管軸から見て前記発熱体側にのみ構成されたものである。
【0029】
管軸から見て開口部を発熱体側にのみ構成したので、発熱体側に指向性の強いマイクロ波放射ができる。発熱体が一本の場合、発熱体による輻射加熱分布を均一するためには、できるだけ加熱室中央に配置したいということが想定される。本発明の構成により、発熱体を加熱室中央付近に配置しつつ、マイクロ波放射も発熱体側、即ち加熱室中央に向けることができ、発熱体による加熱とマイクロ波による加熱を、それぞれ均一にすることができる。
【0030】
また請求項10に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、壁面上に直状のしぼり部を形成し、前記しぼり部と導波管とを、前記しぼり部の長手方向とマイクロ波伝送方向が略平行となるように同一壁面に配置し、開口部は前記導波管の管軸から見て前記しぼり部側にのみ構成されたものである。
【0031】
開口部を管軸から見てしぼり部側にのみ構成することで、しぼり部側に指向性の強いマイクロ波放射ができる。よって、しぼり部があるために導波管の配置が制限される場合でも、しぼり部側に向けて強いマイクロ波放射が可能となり、しぼり部の有無の影響を受けずに被加熱物を均一に加熱することができる。
【0032】
また請求項11に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、壁面の中央に導波管配置を妨げる部品を有する時、前記部品側に前記導波管のE面を対向させて配置し、開口部は前記導波管の管軸から見て前記部品側に位置する構成としたものである。
【0033】
開口部を管軸から見て部品側にのみ構成することで、部品側に指向性の強いマイクロ波放射ができる。よって、部品があるために導波管の配置が制限される場合でも、部品側に向けて強いマイクロ波放射が可能となり、部品の有無の影響を受けずに被加熱物を均一に加熱することができる。
【0034】
また請求項12に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、加熱室内に被加熱物を載置する載置網を有し、載置網の網目を開口部と略平行に構成したものである。
【0035】
載置網の網目を開口部と平行に配置すると、開口部の幅方向ににかかる向きの電界がそのまま網目の幅方向にもかかりやすく、電界が順次網目間を伝わって載置網上を伝搬することになるので、載置網に沿って均一な電界分布が得やすい。
【0036】
さらに請求項13に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、開口部の近傍でマイクロ波を攪拌する攪拌手段を有するものである。
【0037】
攪拌手段でマイクロ波を攪拌することにより、マイクロ波が加熱室内で共振することによる定在波の発生を防ぎ、定在波による加熱むらを抑えてより均一化することができる。
【0038】
以上によって、管軸に対して開口部のある側への指向性の強いマイクロ波放射を起こすことができ、導波管の管軸と加熱室壁面の中心線が一致しない場合に加熱分布を均一化することができる。
【0039】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【0040】
(実施例1)
図1、図2は、本発明の実施例1におけるマイクロ波加熱装置の構成図である。図1は上から見た図、図2は図1の加熱室の第2の中心線15での断面を右から見た図である。
【0041】
代表的な放射手段としてのマグネトロン1から放射されたマイクロ波は、導波管2により加熱室3内に導かれ、加熱室3内に載置された被加熱物4を加熱するものである。このとき導波管2と加熱室3の結合部には開口部5を有しており、開口部5は言わばマイクロ波の放射口としての役割をになうものである。導波管2は、幅広のH面6と幅の狭いE面7により断面がa×bなる箱型に構成されており、H面6側で加熱室に結合されているため開口部5もH面6側に存在する構成である。マイクロ波の伝送方向は、図1で示すとマグネトロン1の出力アンテナ8から管軸10を左方向に伝送していくものである。このときマイクロ波の自由空間内での波長λ=122mm、a=80mm、b=15〜40mmを選んだ場合、導波管内の伝送方向の波長(管内波長)をλgとすると、λg=λ/(1−(λ/(2a))^2)^0.5≒189mmとなる。加熱室3の天面にはミラクロンヒータなどの管ヒータに代表される直状の発熱体13を有し、被加熱物4に焦げ目をつけるなどオーブン調理やトースター調理に使用されるものである。このとき発熱体13を避けるため導波管2は加熱室の後方(図1の上側、図2の右側)に配置せざるを得ず、開口部も同様の配置となる。16は加熱室天面のしぼり部であり、開口部5はしぼり部16の上面のフラットな部位に形成されている。
【0042】
またこのとき図1から明らかなように、開口部5は長さLで幅Wの細長い長方形状(導波管2の幅方向に狭く伝送方向に長い)であり、開口部5の対称軸を為す二本の中心線17、15が、略長方形の加熱室天面の対称軸を為す二本の中心線14、15と以下のような関係にある。即ち第1の中心線同志(14と17)は平行、第2の中心線同志(いずれも15)は共通である。この構成では、中心線14、15の交点18を加熱室3天面の中心と考えると、開口部5は管軸10から見て加熱室の中心18側に位置する構成である。
【0043】
また本実施例では、開口部5の形状は、L=120mm、W=20mmを選んでいる。また、ドア19は加熱室3正面に開閉自在に取りつけられたドア、載置網20は被加熱物4を載置するものである。載置網20については、図3に上から見た図を示したが、載置網の網目は多数の細長い形状のスリット21により形成されており、スリット21と開口部5とは平行な向きに構成されている。また図2にはしぼり部16の内部に攪拌手段としてのアンテナ22を配置し、アンテナ軸23を回転させることで、時間とともにアンテナ22の向きを変え、マイクロ波を攪拌することで均一化を果たしている。
【0044】
引き続き開口部5の作用についてシミュレーション結果を用いて補足する。図4、図5は開口部形状による電界強度のシミュレーション結果を示し、図4は従来の開口部24の場合、図5は本実施例の開口部5の場合である。また図4、図5とも(a)は開口の下方20mmの電界強度、(b)は開口の下方80mmの電界強度を示しており、図中の線は等電界強度線である。図4、図5とも(a)より(b)の方が等電界強度線の目が粗いので、電界強度が弱くなっていることになり、即ち開口部から遠ざかると電界強度が弱くなることがわかる。
【0045】
まず図4の従来の開口部24の場合、管軸10に沿って右側から伝送されてきたマイクロ波に対して、開口は管軸10に対して対称形状なので図の上方と下方に対称な電界強度分布となる。また一般に導波管内では対向するH面間に電界が立っているので、辺cからも電界が立とうとしており、今回のようにH面上に開口部24を設けた場合は、開口部24を挟み込むようにcからe(あるいはeからc)向きの電界が容易に発生する。通常、導波管内ではTE10モードが起こっており、導波管の中央(管軸10)での電界が最も強く、導波管の端部での電界は0になることが知られている。
【0046】
よって辺dや辺fは電界が0になろうとする位置であるために、cあるいはeからの電界を受け入れられず、c−e間にのみ電界が発生する。そしてこの電界の向きにより、図の左右方向に電界が伝搬しやすくなり、等電界強度線が左右に伸びたような形状となっている。
【0047】
一方図5の本実施例の場合、まず管軸10に沿って右側から伝送されてきたマイクロ波に対して、開口部5は管軸10に対して非対称形状なので図5の上方と下方に非対称な電界強度分布となる。特に開口部5から加熱室にマイクロ波が伝送されるのだから、開口部5での電界強度が強くなる。
【0048】
また一般に導波管内では対向するH面間に電界が立っているので、今回のようにH面上に開口部24を設けた場合は、辺c’と辺d’から電界が立とうとしている。また導波管内のTE10モードにおいては、導波管の中央(管軸10)での電界が最も強く、導波管の端部での電界は0になることが知られている。c’は端部寄りにあり、d’は中央部寄りにあるので、結局d’からの電界の方が強くて支配的になるのではないかと考えられる。ここでd’から見るとf’までの距離が最も近く、d’からf’(あるいはf’からd’)向きの電界が容易に起こる構成である。そしてこの電界の向きにより、図の上下方向に電界が伝搬しやすくなり、等電界強度線が上下に伸びたような形状となる。ただし、この場合は開口形状によって特性が大きく変わってくる。d’−f’間の距離を長くして、たとえばd’が管軸10をまたいで反対側(図の上方向)まで伸びてくるとc’の一部も導波管の中央に存在することになってしまうのでc’からの電界も強くなってくる。またc’−e’間の距離が短くなってくるとc’からe’に向かう電界が生じやすくなってきて、たとえば図4と図5を平均したような分布も考えられる。
【0049】
よって本発明の効果を生かすには、導波管の幅方向よりもマイクロ波伝送方向に細長い開口形状が望ましい。具体的には管内波長λgを用いて、開口部の長さ(図1のL)はλg/8以上かつ2λg以下、できればλg/4以上かつλg以下が望ましい。ちなみに長さが長くなり過ぎると、導波管が長くなって部材の量やコストが増えたり、加熱室の強度が弱くなったりする可能性も有る。そして特に本実施例ではλg=189mmでL=120mmとしている。
【0050】
一方、開口部の幅(図1のW)は導波管の片側つまりa/2以下が望ましいが、電子レンジなどのように1000kW前後の出力の場合は、異常使用時でもスパークなどを回避するという安全性を考慮して10mm以上にすることが望ましい。特に本実施例ではa=80mmでW=20mmとしている。
【0051】
図6は本実施例の特性図であり、被加熱物として4つの紙コップに200ccずつ水を入れて図のように配置して加熱した場合の温度分布を示している。配置がわかるように導波管2、加熱室3、開口部5についても記している。図中の数字は、70秒間加熱して、加熱終了後の温度と加熱前の温度との差をとった温度上昇度で示している。温度上昇度は水に入った電力に比例すると考えて良いので、4つの紙コップに加わった電力は極めて近く、電界強度分布が均一であることを示すものである。開口部と紙コップ内の水の距離を考えると、図5(b)の電界強度分布で加熱されたのではないかと考えられるが、図5(b)では開口部よりもやや下側に等電界強度線の中心があるようなので、これが、図6で示すところの加熱室の第1の中心線14上にほぼ一致し、このために極めて均一に加熱されたのではないかと考えられる。また図6によれば左右方向にも均一であるが、これについても図5の通りである。
【0052】
最後に、本実施例のマイクロ波加熱装置による効果について記載する。
【0053】
まず、開口部5が導波管の管軸10から見て片側にのみ構成されているので、開口部5から加熱室3内に放射されるマイクロ波の指向性に関しては、開口部5のある側への指向性を強くすることができる。
【0054】
特に、この開口部5が管軸10から見て加熱室3天面の中心18側に位置するので、加熱室3の中心18側へのマイクロ波の指向性が強くなり、結果的に加熱室内における加熱分布を均一化することができる。
【0055】
また、開口部5、加熱室3天面ともに略長方形状であり、それぞれの二本の中心線のうち、一方の中心線14、17が平行でかつ他方の中心線15は一致する。この時のマイクロ波の指向性は、図1、図5の開口部5の上下方向には下向きに強くなり、かつ開口部5の左右方向へは対称的にすることができる。つまり加熱室に対して均一に放射することができる。
【0056】
また、開口部5を導波管2のH面6に形成するので、H面間に発生する電界を利用して、容易に開口部5を挟み込むような電界を発生させることができ、この電界の向きに一致する方向を伝搬方向とするような加熱室3内の所望の電界強度分布を発生させることができる。
【0057】
また、開口部5は、導波管2の幅方向の寸法Wよりもマイクロ波伝送方向の寸法Lが長いので、導波管2内の開口部5近傍の電界としては、伝送方向に開口部をまたがる電界よりも幅方向に開口部をまたがる電界が起こりやすく、この電界の向きに一致する方向を伝搬方向とするような加熱室3内の所望の電界強度分布を発生させることができる。
【0058】
また、開口部の長さLをλg/8以上かつ2λg以下とし、中でもλg/4以上かつλg以下としたので、容易に開口部5をマイクロ波伝送方向に長い形状とすることができる。本実施例では、L=120mmとして示したが、これに限定されるものではない。長さが短くなる(例えば40mm未満)と加熱室3にマイクロ波が入りにくくなる場合があり、長さが長くなり過ぎる(たとえば200mm超)と導波管が長くなって部材の量やコストが増えたり、加熱室の強度が弱くなったりする可能性も有る。そして特に本実施例ではλg=189mmでL=120mmとしている。
【0059】
また、開口部5の幅Wは導波管の片側つまりa/2以下で選べば良いが、電子レンジなどのように1000kW前後の出力の場合は、異常使用時でもスパークなどを回避するという安全性を考慮して10mm以上にすることが望ましい。特に本実施例ではa=80mmでW=20mmとしている。
【0060】
また、直状の発熱体13と導波管2とを略平行となるように同一壁面に配置し、管軸10から見て開口部5を発熱体13側にのみ構成したので、発熱体側に指向性の強いマイクロ波放射ができる。特に図1、図2のような一本の発熱体の場合、発熱体による輻射加熱分布を均一するためには、できるだけ加熱室中央に配置したいということが想定される。本実施例では、発熱体13を加熱室中央付近に配置しつつ、マイクロ波放射も加熱室中央に向けることができ、発熱体による加熱とマイクロ波による加熱を、それぞれ均一にすることができる。
【0061】
また、載置網20のスリット21を開口部5と平行に配置したので、開口部5の幅方向ににかかる向きの電界がそのままスリット21の幅方向にもかかりやすく、電界が載置網20上を伝搬しやすいので、より均一化の効果が見込める。
【0062】
さらに、開口部5の近傍でマイクロ波を攪拌するアンテナ22を有するので、マイクロ波の加熱室3内の共振による定在波の発生を防ぎ、定在波による加熱むらを抑えてより均一化することができる。
【0063】
(実施例2)
図7は、本発明の実施例2のマイクロ波加熱装置の構成図である。
【0064】
代表的なマイクロ波加熱装置である電子レンジを斜め前から見た構成であり、加熱室3の側壁に導波管2、三角形の開口部25、開口部をふさぎつつマイクロ波を透過させる材質(マイカやポリプロピレン)からなるカバー26、直状のしぼり部で構成されたレール27、被加熱物を載置して回転させるターンテーブル28などを有している。特にレール27を壁面のしぼり部で構成する方法は、オーブン機能を有する製品の場合に角皿を乗せるために良く用いられる構成である。
【0065】
本実施例では、レール27と導波管2とを略平行に配置し、開口部25を管軸10から見てレール27側にのみ構成することで、レール側に指向性の強いマイクロ波放射ができる。よって図7のようにレール27があるために導波管2が壁面の上方にしか配置できない場合でも、下向きのマイクロ波放射が実現できるので、被加熱物を均一に加熱することができる。特に被加熱物の形状が平らなものの場合、ターンテーブル28に置くと随分低い位置に被加熱物があることになるので、より顕著な効果が期待できる。
【0066】
(実施例3)
図8は、本発明の実施例3のマイクロ波加熱装置の構成図である。
【0067】
本実施例では、開口部28がL字型であり、加熱室29の壁面形状が長方形状ではなく五角形となっている。もちろん本発明は開口部、加熱室ともに長方形状のみに限定されるものではない。たとえば本実施例の場合、実際の加熱室29を30のように広げて考えても良い。こうすれば加熱室の第1の中心線31、加熱室の第2の中心線32、加熱室の中心33を決めることができ、実施例1で述べた本発明の構成を応用することができる。
【0068】
また本実施例の開口部28のような形状の場合、マイクロ波放射の指向性は矢印34のように、傾向として図8の上から下だけではなく、右から左への指向性も出てくるようである。よってこのような場合は導波管2および開口部28を加熱室の第2の中心線32よりも右側に配置することで均一加熱が可能である。
【0069】
また本実施例では加熱室の中心33に導波管配置を妨げる部品35があるが、これはたとえば赤外線センサであるとか湿度センサであるとか、通気用のパンチング孔であるとか庫内灯であるとか、スタラー用のモータであるとか、いろいろな部品が考えられる。もちろんここに記載したものでなくても、導波管配置を妨げるようなものがある場合、本発明の考え方に基づき、開口部の形状と導波管配置を変えることで、加熱室内にマイクロ波を均一に放射することが可能となり、被加熱物を均一に加熱することができる。
【0070】
【発明の効果】
以上のように、本発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を放射する放射手段と、前記放射手段を加熱室に結合する導波管と、前記導波管と前記加熱室の結合部に設けた開口部を有し、前記開口部は前記導波管の管軸から見て片側にのみ構成するものである。
【0071】
これによって、管軸に対して開口部のある側への指向性の強いマイクロ波放射を起こすことができ、導波管の管軸と加熱室壁面の中心線が一致しない場合に加熱分布を均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1におけるマイクロ波加熱装置の構成図
【図2】本発明の実施例1におけるマイクロ波加熱装置の断面構成図
【図3】本発明の実施例1における載置網の構成図
【図4】本発明の実施例1と比較するため、従来例に関してシミュレーションで求めた電界強度分布図
(a)開口下20mmの電界強度分布図
(b)開口下80mmの電界強度分布図
【図5】本発明の実施例1に関してシミュレーションで求めた電界強度分布図
(a)開口下20mmの電界強度分布図
(b)開口下80mmの電界強度分布図
【図6】本発明の実施例1における紙コップ内の水の温度分布図
【図7】本発明の実施例2におけるマイクロ波加熱装置の構成図
【図8】本発明の実施例3におけるマイクロ波加熱装置の構成図
【図9】従来のマイクロ波加熱装置の構成図
【図10】従来のマイクロ波加熱装置のマグネトロンと導波管の斜視構成図
【図11】従来のマイクロ波加熱装置の開口部の構成図
【図12】従来のマイクロ波加熱装置の開口部の構成図
【図13】従来のマイクロ波加熱装置の開口部の構成図
【図14】発熱体を有するマイクロ波加熱装置の構成図
【符号の説明】
1 マグネトロン(放射手段)
2 導波管
3、29 加熱室
4 被加熱物
5、25、28 開口部
6 H面
7 E面
10 管軸
13 発熱体
14、31 加熱室の第1の中心線
15 加熱室の第2の中心線、開口部の第2の中心線
17 開口部の第1の中心線
18、33 加熱室の中心
19 載置網
21 スリット(網目)
27 レール(しぼり部)
32 加熱室の第2の中心線
35 部品[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a microwave heating apparatus that heats an object to be heated such as food by microwaves, and in particular, aims to improve the heating distribution by optimizing the direction of microwaves radiated from a waveguide with openings. Is.
[0002]
[Prior art]
As a conventional microwave heating apparatus of this type, for example, there is one described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-164341. First, FIG. 9 is a sectional configuration diagram of a conventional microwave heating apparatus, FIG. 10 is a perspective view thereof, and FIGS. 11 and 12 are sectional views taken along the line PP ′ of FIG.
[0003]
The microwave radiated from the
[0004]
As the shape of the
[0005]
In the case of FIG. 11, the
[0006]
Japanese Patent Laid-Open No. 8-124670 discloses a configuration as shown in FIG. 13, but the
[0007]
These conventional microwave heating devices have a configuration that considers how to uniformly radiate microwaves from the opening in order to prevent uneven heating, and have a symmetrical shape with respect to the tube axis. Was a very natural way of thinking.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional configuration is nothing but that the heating chamber can be heated uniformly when the tube axis coincides with the center line of the wall surface of the heating chamber. For example, when the heating chamber is a rectangular parallelepiped, the wall surface is rectangular, so there are two center lines that form the axis of symmetry. If the tube axis of the waveguide can coincide with either of these, microwaves can be radiated symmetrically to the heating chamber through openings symmetrical to the tube axis, and the distribution is uniform. Can be expected.
[0009]
However, there are cases where such a configuration is not possible. In recent microwave ovens, those having an oven function are the mainstream. For this reason, for example, as shown in FIG. 14, a case where the
[0010]
The present invention solves the above-described conventional problems. When the tube axis of the waveguide and the center line of the heating chamber wall surface do not coincide with each other, the invention has a directivity that is asymmetric with respect to the tube axis by devising the opening configuration. The object is to cause wave radiation and, as a result, to uniform the heating distribution in the heating chamber.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described conventional problems, a microwave heating apparatus according to the present invention includes a radiating unit that radiates microwaves, and a radiating unit that is provided only on one side when viewed from the tube axis. And a waveguide coupled to the.
[0012]
This makes it possible to generate highly directional microwave radiation toward the side with the opening relative to the tube axis, and the heating distribution is uniform when the tube axis of the waveguide does not coincide with the center line of the heating chamber wall surface. Can be
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The microwave heating apparatus according to the first aspect of the present invention includes a radiating unit that radiates microwaves, and a waveguide that couples the radiating unit to a heating chamber, and one side as viewed from the tube axis of the waveguide. The opening is configured only in the case.
[0014]
Since the opening is configured only on one side when viewed from the tube axis of the waveguide, the directivity of the microwave radiated from the opening into the heating chamber is strengthened toward the side where the opening is located. be able to.
[0015]
In the microwave heating apparatus according to the second aspect of the present invention, the opening is positioned on the center side of the wall surface of the heating chamber as viewed from the tube axis of the waveguide.
[0016]
Since the opening is positioned on the center side of the top surface of the heating chamber when viewed from the tube axis, the directivity of the microwave toward the center side of the heating chamber is enhanced. Therefore, it is possible to realize a symmetrical microwave distribution based on the center of the heating chamber, where the center of the heating chamber is strong and weakens as it moves away from the center, resulting in uniform heating distribution of the object to be heated. can do.
[0017]
In the microwave heating apparatus according to the third aspect of the present invention, both the opening and the heating chamber wall surface are substantially rectangular, and one of the two center lines of the rectangular shape is parallel to the other and The center line is configured to match.
[0018]
In this case, the opening and the wall surface of the heating chamber are parallel to each other, and the microwaves pass along the matching center line from the intersection of the two center lines of the opening toward the intersection of the two center lines of the wall of the heating chamber. The directivity can be increased, and both sides of the coincident center line can be symmetrical. Therefore, it is possible to easily realize a symmetrical microwave distribution based on the center of the heating chamber so that the center of the heating chamber is strong and weakens as the distance from the center increases. It can be made uniform.
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a microwave heating device having a structure in which an opening is formed in the H plane by coupling to the heating chamber at the H plane of the waveguide.
[0020]
Since the opening is formed in the H plane of the waveguide, an electric field that easily sandwiches the opening can be generated using the electric field generated between the H planes, and the direction matches the direction of the electric field. It is possible to generate a desired electric field intensity distribution in the heating chamber such that the direction of propagation is the propagation direction. Therefore, the electric field strength distribution can be easily controlled.
[0021]
In the microwave heating apparatus according to the fifth aspect of the present invention, the opening has a shape that is longer in the microwave transmission direction than in the width direction of the waveguide.
[0022]
Since the opening has a dimension L in the microwave transmission direction that is longer than the dimension W in the width direction of the waveguide, the electric field near the opening in the waveguide is wider than the electric field across the opening in the transmission direction. It is possible to generate a desired electric field strength distribution in the heating chamber such that the electric field across the opening is likely to occur, and the propagation direction is a direction that coincides with the direction of the electric field. Therefore, the electric field strength distribution can be easily controlled.
[0023]
In the microwave heating apparatus according to the sixth aspect of the invention, the length of the opening is set to λg / 8 or more and 2λg or less when the wavelength in the microwave waveguide is λg.
[0024]
In the microwave heating apparatus according to the seventh aspect of the present invention, the length of the opening is λg / 4 or more and λg or less.
[0025]
Since the length L of the opening is not less than λg / 8 and not more than 2λg, and particularly not less than λg / 4 and not more than λg, the opening can be easily made long in the microwave transmission direction. In particular, if the length is too short, it will be difficult for microwaves to enter the heating chamber, and if the length is too long, the waveguide will become longer, increasing the amount and cost of members, and reducing the strength of the heating chamber. There is also a possibility of doing. According to the present invention, since an appropriate length can be selected, these problems can be avoided.
[0026]
In the microwave heating apparatus according to an eighth aspect of the present invention, the width when the opening is made substantially rectangular is 10 mm or more.
[0027]
The width W of the opening can be selected on one side of the waveguide, that is, a / 2 or less, but if it is 10 mm or more, there is no problem in safety. In the case of an output of about 1000 kW, such as a microwave oven, it should be configured such that no spark or the like occurs even during abnormal use, and can be used extremely safely by securing 10 mm or more.
[0028]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a microwave heating apparatus having a straight heating element, wherein the heating element and the waveguide are substantially parallel to each other in the longitudinal direction of the heating element and the microwave transmission direction. The openings are arranged only on the heating element side when viewed from the tube axis of the waveguide.
[0029]
Since the opening is configured only on the heating element side as viewed from the tube axis, microwave radiation with strong directivity can be generated on the heating element side. In the case where there is one heating element, it is assumed that it is desired to place the heating element in the center of the heating chamber as much as possible in order to make the radiation heating distribution by the heating element uniform. With the configuration of the present invention, the heating element is arranged near the center of the heating chamber, and the microwave radiation can also be directed to the heating element side, that is, the center of the heating chamber, so that heating by the heating element and heating by the microwave are made uniform. be able to.
[0030]
In the microwave heating apparatus of the invention described in
[0031]
By configuring the opening only on the narrowed portion side when viewed from the tube axis, microwave radiation with strong directivity can be generated on the narrowed portion side. Therefore, even when the placement of the waveguide is limited due to the presence of the squeezed part, strong microwave radiation toward the squeezed part side is possible, and the object to be heated is made uniform without being affected by the presence or absence of the squeezed part Can be heated.
[0032]
The microwave heating device according to the invention of claim 11 is provided with an opening portion, when a component that obstructs the waveguide arrangement is provided at the center of the wall surface, with the E surface of the waveguide facing the component side. Is configured to be positioned on the component side when viewed from the tube axis of the waveguide.
[0033]
By configuring the opening only on the component side when viewed from the tube axis, microwave radiation with strong directivity can be generated on the component side. Therefore, even if the placement of the waveguide is limited due to the presence of components, strong microwave radiation toward the component side is possible, and the object to be heated is uniformly heated without being affected by the presence or absence of the component. Can do.
[0034]
A microwave heating apparatus according to a twelfth aspect of the present invention has a placing net for placing an object to be heated in a heating chamber, and the mesh of the placing net is configured substantially parallel to the opening.
[0035]
If the mesh of the placement network is arranged in parallel with the opening, the electric field in the direction of the width of the opening is likely to be applied to the width of the mesh as it is, and the electric field propagates through the placement network sequentially between the meshes. Therefore, it is easy to obtain a uniform electric field distribution along the placement network.
[0036]
Furthermore, the microwave heating device of the invention described in
[0037]
By stirring the microwave with the stirring means, it is possible to prevent the standing wave from being generated due to the resonance of the microwave in the heating chamber, and to make the heating uneven by the standing wave more uniform.
[0038]
By the above, microwave radiation with strong directivity to the side with the opening with respect to the tube axis can be generated, and the heating distribution is uniform when the tube axis of the waveguide does not coincide with the center line of the heating chamber wall surface. Can be
[0039]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0040]
Example 1
1 and 2 are configuration diagrams of a microwave heating apparatus according to
[0041]
The microwave radiated from the
[0042]
At this time, as is clear from FIG. 1, the
[0043]
In the present embodiment, L = 120 mm and W = 20 mm are selected as the shape of the
[0044]
Subsequently, the operation of the
[0045]
First, in the case of the
[0046]
Therefore, since the side d and the side f are positions where the electric field is about to be zero, the electric field from c or e cannot be accepted, and an electric field is generated only between c and e. The direction of the electric field makes it easier for the electric field to propagate in the left-right direction in the figure, and the shape of the electric field strength line extends to the left and right.
[0047]
On the other hand, in the case of the present embodiment of FIG. 5, the
[0048]
In general, since an electric field stands between the H planes facing each other in the waveguide, when the
[0049]
Therefore, in order to take advantage of the effect of the present invention, an opening shape that is elongated in the microwave transmission direction rather than the width direction of the waveguide is desirable. Specifically, using the in-tube wavelength λg, the length of the opening (L in FIG. 1) is preferably λg / 8 or more and 2λg or less, preferably λg / 4 or more and λg or less. Incidentally, if the length becomes too long, there is a possibility that the waveguide becomes longer and the amount and cost of members increase, and the strength of the heating chamber becomes weak. Particularly in this embodiment, λg = 189 mm and L = 120 mm.
[0050]
On the other hand, the width of the opening (W in FIG. 1) is desirably one side of the waveguide, that is, a / 2 or less. However, in the case of an output of about 1000 kW such as a microwave oven, a spark is avoided even during abnormal use. In view of the safety, it is desirable to set it to 10 mm or more. Particularly, in this embodiment, a = 80 mm and W = 20 mm.
[0051]
FIG. 6 is a characteristic diagram of the present example, and shows a temperature distribution when 200 cc of water is placed in four paper cups as objects to be heated and arranged and heated as shown in the figure. The
[0052]
Finally, the effect of the microwave heating apparatus of this example will be described.
[0053]
First, since the
[0054]
In particular, since the
[0055]
Further, both the
[0056]
In addition, since the
[0057]
Further, since the
[0058]
Further, since the length L of the opening is λg / 8 or more and 2λg or less, and particularly λg / 4 or more and λg or less, the
[0059]
Further, the width W of the
[0060]
Further, the
[0061]
In addition, since the
[0062]
Further, since the
[0063]
(Example 2)
FIG. 7 is a configuration diagram of the microwave heating apparatus according to the second embodiment of the present invention.
[0064]
A microwave oven, which is a typical microwave heating device, is viewed obliquely from the front, and the side wall of the
[0065]
In the present embodiment, the
[0066]
(Example 3)
FIG. 8 is a configuration diagram of the microwave heating apparatus according to the third embodiment of the present invention.
[0067]
In this embodiment, the
[0068]
In the case of the shape of the
[0069]
Further, in this embodiment, there is a
[0070]
【The invention's effect】
As described above, the microwave heating apparatus according to the present invention includes a radiating unit that radiates microwaves, a waveguide that couples the radiating unit to the heating chamber, and a coupling portion between the waveguide and the heating chamber. The opening is configured only on one side when viewed from the tube axis of the waveguide.
[0071]
This makes it possible to generate highly directional microwave radiation toward the side with the opening relative to the tube axis, and the heating distribution is uniform when the tube axis of the waveguide does not coincide with the center line of the heating chamber wall surface. Can be
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a microwave heating apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram of the microwave heating apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a placement network according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an electric field intensity distribution diagram obtained by simulation for a conventional example for comparison with Example 1 of the present invention.
(A) Electric field intensity distribution diagram 20 mm below the opening
(B) Electric field intensity distribution diagram 80 mm below the opening
FIG. 5 is an electric field intensity distribution diagram obtained by simulation with respect to Example 1 of the present invention.
(A) Electric field intensity distribution diagram 20 mm below the opening
(B) Electric field intensity distribution diagram 80 mm below the opening
FIG. 6 is a temperature distribution diagram of water in a paper cup in
FIG. 7 is a configuration diagram of a microwave heating apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram of a microwave heating device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram of a conventional microwave heating apparatus.
FIG. 10 is a perspective configuration diagram of a magnetron and a waveguide of a conventional microwave heating apparatus.
FIG. 11 is a configuration diagram of an opening of a conventional microwave heating apparatus.
FIG. 12 is a configuration diagram of an opening of a conventional microwave heating apparatus.
FIG. 13 is a configuration diagram of an opening of a conventional microwave heating apparatus.
FIG. 14 is a configuration diagram of a microwave heating apparatus having a heating element.
[Explanation of symbols]
1 Magnetron (radiation means)
2 Waveguide
3, 29 Heating chamber
4 Object to be heated
5, 25, 28 opening
6 H side
7 E side
10 pipe shaft
13 Heating element
14, 31 First center line of heating chamber
15 Second center line of heating chamber, second center line of opening
17 First centerline of opening
18, 33 Center of heating chamber
19 Placement network
21 Slit (mesh)
27 Rail (squeezed part)
32 Second centerline of heating chamber
35 parts
Claims (13)
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