JP2004206938A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被加熱物を加熱するための有効容積を大きくするとともに、設置場所の自由度を備えたコンパクトな高周波加熱装置を提供することを目的とする。
【解決手段】加熱空間１０内に収納する被加熱物を誘電加熱するための複数の加熱電極１８、３１、３２のうち、加熱電極３１、３２を、被加熱物の加熱位置から非加熱位置へ回動可能としたものである。これにより、加熱電極３１、３２が昇降ではなく回動のため、回動に必要な空間は小空間でよく、被加熱物を加熱するための有効容積を大きくするとともに、汎用の電子レンジと同程度のコンパクトな装置とすることができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加熱物の解凍や調理などを行う高周波加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高周波加熱装置の代表である電子レンジは、被加熱物を直接的に加熱できるのでなべ釜を準備する必要がない簡便さでもって生活上の不可欠な機器になっている。また、この電子レンジの加熱の特徴は加熱エネルギを食品内部にまで供給できることであり、この特徴を冷凍食品の解凍に利用するということで冷凍食品が大量に流通してきた。
【０００３】
電子レンジは、被加熱物を収納する加熱室の大きさが大概、幅寸法および奥行き寸法がそれぞれ３０〜４０ｃｍ、高さ寸法が２０ｃｍ前後である。一方使用している周波数の波長は約１２ｃｍであり、加熱室内には強弱の電界分布が必ず生じ、さらには被加熱物の形状やその物理特性の影響が相乗されて局所加熱が発生することがある。冷凍食品の解凍においては、氷が解けて水になった領域に加熱エネルギが集中するので局所加熱現象が顕著に現れ、部分煮えと未解凍とが共存してしまう問題を有している。
【０００４】
波長の長い高周波を利用し、加熱電極を用いて被加熱物を誘電加熱する方法は、歴史が古く、いまでも工業用としてバッチ方式やベルトコンベア方式が用いられている。しかし、これらは大型の冷凍品の処理や冷凍品の多量処理のために大型の装置構成であり、かつ装置の操作も熟練者が行っている。
【０００５】
一方、この加熱電極を用いた装置の家庭用装置への展開も古くから検討されてきた（例えば、特許文献１参照）。しかし、生活上の利便性、あるいは使用上の利便性の価値をユーザに提供できるまでには至っていない。この構成は、誘電加熱時に使用する加熱電極の一方を電子レンジ使用時に被加熱物を載置するターンテーブルと兼用させ、他方の加熱電極は上下方向に昇降する構成としているものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開平０９−８２４６８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の家庭用装置の構成では、上下昇降する加熱電極は、加熱電極間に電界を集中させるために少なくとも１００ｍｍ程度の昇降範囲が必要であり、しかも電界分布を均一化させるためにターンテーブルを兼用する加熱電極との間の平行度を保って保持させることも要求されるので、昇降構成の組込みにより、装置全体の高さ方向の形状が大きくなり、台所への設置が困難になる課題を有していた。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、被加熱物を加熱するための有効容積を大きくするとともに、設置場所の自由度を備えたコンパクトな高周波加熱装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の高周波加熱装置は、複数の加熱電極のうち、一部の加熱電極は、被加熱物の加熱位置と非加熱位置間を回動可能としたものである。
【００１０】
これにより、一部の加熱電極が昇降ではなく回動のため、回動に必要な空間は小空間でよく、被加熱物を加熱するための有効容積を大きくするとともに、汎用の電子レンジと同程度のコンパクトな装置とすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、被加熱物を誘電加熱するための対向する複数の加熱電極を備え、その加熱電極のうち、一部の加熱電極は、被加熱物の加熱位置と非加熱位置間を回動可能とした高周波加熱装置とすることにより、一部の加熱電極が昇降ではなく回動のため、回動に必要な空間は小空間でよく、被加熱物を加熱するための有効容積を大きくするとともに、汎用の電子レンジと同程度のコンパクトな装置とすることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、回動可能な加熱電極の電極面積は、対向する他の加熱電極における電極面積の略１／２とした請求項１に記載の高周波加熱装置とすることにより、加熱電極の回動に必要な空間を小さくでき、装置のコンパクト化を図ることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、対向する加熱電極間に被加熱物を載置する載置台を設置し、この載置台には加熱電極の対向領域を明示した請求項１または２に記載の高周波加熱装置とすることにより、加熱電極の一方が使用者から見えない状態として簡単な構成という印象を与えるとともに、被加熱物の載置が加熱電極の対向領域を明示することで使い勝手のよいものとなる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、マイクロ波を閉じ込めるマイクロ波空間を、被加熱物を載置する載置台により仕切って二つの空間を形成し、一方の空間には第一の加熱電極を設け、他方の被加熱物を収納する空間には第一の加熱電極と対向する第二の加熱電極を設け、この第二の加熱電極は被加熱物の加熱位置と非加熱位置間を回動可能とした高周波加熱装置とすることにより、被加熱物を収納する空間をフラット庫内に形成することができ、掃除のしやすいものとなる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、第一の加熱電極は、上下方向に昇降可能とした請求項４に記載の高周波加熱装置とすることにより、第一の加熱電極の昇降制御により最適加熱が行えるとともに、第一の加熱電極の昇降機構部は載置台で被加熱物から隔離できるので、被加熱物が発生する蒸気や飛散物による汚染を回避し、昇降機構部の動作の信頼性を確保することができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、第二の加熱電極は、第一の加熱電極に対向する位置とマイクロ波空間を形成する金属壁面に対向する位置との間を回動可能とした請求項４または５に記載の高周波加熱装置とすることにより、被加熱物をマイクロ波加熱する場合には、第二の加熱電極を回動することで、加熱空間を十分に広くとれ、被加熱物の出し入れを容易に行うことができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、マイクロ波は載置台を介して被加熱物を収納する空間に供給する構成とした請求項４〜６のいずれか１項に記載の高周波加熱装置とすることにより、マイクロ波を閉じ込める加熱空間の境界面を他の用途、すなわち、回動する加熱電極の収納場所として利用できる。
【００１８】
【実施例】
以下、図１〜図３を参照して本発明の実施例における高周波加熱装置について説明する。
【００１９】
図１において、１０は被加熱物を収納する加熱空間であり、マイクロ波を閉じ込めることができる金属壁面である境界面１１〜１４と、被加熱物を載置する載置台１５とで形成している。前記載置台１５は、非金属材料の境界面を形成する仕切板であって、マイクロ波を閉じ込めるマイクロ波空間１６を仕切って、前記加熱空間１０を形成しているものである。載置台１５により仕切られたマイクロ波空間１６の下方は、給電空間１７となっている。
【００２０】
給電空間１７内の中央には、第一の加熱電極１８と、第一の加熱電極１８を上下方向に昇降する非金属材料で構成した昇降機構１９とを配し、給電空間１７内の周縁には、マグネトロン２０が発生するマイクロ波を伝送するコの字状の形状とした導波管２１と、導波管２１に設けたマイクロ波放射用の開口部２２とを配している。開口部２２は、導波管２１の管軸に対して載置台１５側に偏心させて配置している。導波管２１と給電空間１７との関連は、図３によく示されている。
【００２１】
また、第一の加熱電極１８に電気的に結線したコイル２３を給電空間１７内の下方に配置している。２４は昇降機構１９を駆動するモータである。昇降機構１９は、第一の加熱電極１８に連結した円筒２５と、給電空間１７の境界面２６に連結した昇降ガイド２７、２８と、昇降ガイド２７、２８を固定する固定板２９と、固定板２９とモータ２４の出力軸との間に配し外周にネジ加工を施した昇降用軸３０とから構成している。円筒２５と昇降用軸３０とはネジ組立の構成からなり、モータ２４の動作に伴い昇降用軸３０が回転し、この回転に連動して円筒筒２５が昇降動作をする。そして、昇降範囲は、第一の加熱電極１８が載置台１５に当接する状態を最上位位置とし、円筒２５が境界面２６に当接する状態を最下位位置としている。
【００２２】
一方、加熱空間１０には、第一の加熱電極１８と対向する第二の加熱電極３１、３２を配置している。３３、３４はそれぞれ第二の加熱電極３１、３２の回転の中心であり、この回転の中心と加熱電極３１、３２との間を連結して加熱電極支持部３５、３６をそれぞれ配している。
【００２３】
また、第二の加熱電極３１、３２の電極面積は、第一の加熱電極１８における電極面積の略１／２としており、加熱電極３１、３２の回動空間に必要な空間を小さくするとともに、マイクロ波加熱時には回動して加熱空間１０の左右の境界面１１、１２に設けた凹部３７、３８に格納する構造としている（図２参照）。
【００２４】
図３に示すように、加熱電極支持部３５、３６の他端には、加熱空間１０に対して加熱電極支持部の回転を規定する同心状に配した回転支持ガイド３９〜４２を配している。加熱電極支持部３５、３６は、それぞれ回転支持ガイド３９、４１と溶接組立し、回転支持ガイド３９、４１は、それぞれ回転支持ガイド４０、４２内を回転する。回転支持ガイド３９〜４２はマイクロ波加熱時の電波遮蔽手段としても作用する。
【００２５】
また、載置台１５の加熱空間１０側の面には、第一の加熱電極１８の対向領域を明示している。これは、図３に示すように、第一の加熱電極１８の外周に対応する線を載置台１５に印刷により施すことなどによりなされている。
【００２６】
４３は加熱電極１８、３１、３２に供給する高周波（たとえば１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ）を発生する高周波電源、４４は高周波電源４３から加熱電極の方向に伝送する入射電力および加熱電極側から高周波電源側に戻ってくる反射電力を検知するＣＭ型ＳＷＲ回路などの電力検知部、４５はマイクロ波空間１６の境界面とコイル２３との間に配置したコンデンサである。また、４６は高周波電源４３が発生する高周波を加熱電極側に伝送する同軸ケーブルであり、コンデンサ４５とコイル２３との結線点に中心導体を結線し、その外部導体はマイクロ波空間１６の境界面に導通結線している。
【００２７】
また、４７は加熱空間１０に被加熱物を出し入れするときの開閉扉、４８は加熱条件を入力するキーや加熱状態を表示する表示部などを配した操作パネル、４９は装置の外観形状線である。
【００２８】
また、コンデンサ４５は厚み方向の中央に一方の電極を配し、その電極の両側にそれぞれ誘電体（比誘電率が高い材料が好ましい。たとえば、アルミナ）および他方の電極を積層した構成としている。また各電極および誘電体には中央部に所定の寸法の穴加工を配しており、中央部の穴に金属を挿入して両端の電極を導通させた構成としている。なお、図１および図２においては、中央部に通した金属ねじをマイクロ波空間１６の一部を形成する給電空間１７の境界面と導通するようにねじ組立した構成としている。
【００２９】
次に加熱電極を用いた誘電加熱の動作について説明する。
【００３０】
第二の加熱電極３１、３２は、通常、図２に示すように、凹部３７、３８に格納された非加熱位置の状態である。誘電加熱を行う場合、被加熱物を載置台１５に配した第一の加熱電極１８の対向領域内に被加熱物を載置した後、開閉扉４７を閉じ操作パネル４８内の加熱開始キー押すことにより、第二の加熱電極３１、３２は回動して、図１に示すように、第一の加熱電極１８と対向する加熱位置の状態に移動し、第一の加熱電極１８は載置台１５の裏面に当接する状態に上昇して停止する。
【００３１】
その後、高周波電源４３を低出力にて動作させ、電力検知部４６から得られる反射電力を最小にするように第一の加熱電極１８を下降動作させる。反射電力が最小となる第一の加熱電極１８位置を判定すると、その位置に第一の加熱電極１８を移動停止させる。その後、高周波電源４３の出力を予め決めた規定出力に増し、被加熱物の誘電加熱を実行する。
【００３２】
誘電加熱の継続中にも、電力検知部４６によって反射電力を検知しており、この反射電力を小さくするように第一の加熱電極１８を昇降制御させる（通常、加熱進行に伴って第一の加熱電極１８を載置台１５側に上昇させる）。そして、入射電力に対応する検知値と反射電力に対応する検知値との差が予め定めた値に対して、それ以下になった時点で誘電加熱が完了と判定し、高周波電源４３の動作を停止するとともに各加熱電極１８、３１、３２を初期状態に移動させる。これら一連の制御プログラムは、装置に組込んだ制御部（図示していない）に格納している。
【００３３】
なお、コイル２３およびコンデンサ４５は、高周波電源４３の出力インピーダンスと加熱電極側を見た時の負荷インピーダンスとのインピーダンス整合を図るもので、高周波電源の出力パワーを被加熱物に効率よく伝達するものである。本実施例ではコイルおよびコンデンサはそれぞれ固定リアクタンス素子として示したが、それぞれ、あるいは一方を、リアクタンス成分を可変できる素子とすることができる。リアクタンス成分の可変範囲を広くすれば、多くの被加熱物に対して上述のインピーダンス整合がとれ、反射電力を極めて小さくできるので、それぞれの被加熱物を短時間に誘電加熱できる効用を付帯できる。また、誘電加熱時には加熱空間１０内の空気を対流あるいは給排気させている。
【００３４】
また、誘電加熱の終了は、所定の加熱時間あるいは反射電力量の時間的変化に基づいて行っても構わない。
【００３５】
次にマイクロ波加熱の場合の主要動作について説明する。マイクロ波加熱の場合、第二の加熱電極３１、３２は、図２に示す非加熱位置の状態としている。そして、被加熱物を載置台１５の上に載置した後、開閉扉４７を閉じ、操作パネル４８内の操作キーを用いて加熱条件を入力し加熱開始キーを押すことでマイクロ波加熱が開始する。装置に組込んだ制御部（図示していない）は、この加熱開始キーが押されたことを認識すると、マグネトロン２０を駆動する電源（図示していない）を動作させる。これによりマグネトロン２０がマイクロ波を発生する。発生したマイクロ波は、図３に示すように、コの字状の形状とした導波管２１を伝送し、導波管２１の終端側にそれぞれ設けた開口部２２から給電空間１７に放射される。そして、載置台１５を透過して加熱空間１０内に伝送し被加熱物をマイクロ波エネルギにより加熱する。この時、第一の加熱電極１８は昇降範囲である最上位位置と最下位位置との間を所定の周期にて昇降動作をする。導波管２１に設けた開口部２２は導波管２１の管軸に対して載置台１５側に偏心した配置とし、マイクロ波の放射方向を載置台１５側に強くしている。
【００３６】
また第一の加熱電極１８を昇降動作することで、放射方向を攪拌させ、加熱空間１０内のマイクロ波分布を時間的に変化させ、被加熱物の加熱の均一化を図っている。そして、入力した加熱条件を満たすとマイクロ波加熱を終了する。なお、この終了判定に関しては、被加熱物から得られる温度、湿度などの物理量を検知する検知手段を装置に備えさせている。
【００３７】
次に誘電加熱とマイクロ波加熱とを併用する場合の主要動作について説明する。このような加熱として、冷凍食品の「解凍温め」がある。「解凍温め」に対して、まず誘電加熱を行い、引続いてマイクロ波加熱を実行する。各加熱方法の引渡し時の動作について説明する。誘電加熱の終了に伴って高周波電源４３の動作を停止する。その後直ちにマグネトロン２０を動作させるとともに第二の加熱電極３１、３２をマイクロ波加熱時の状態に移動制御する。また第一の加熱電極１８を連続昇降動作モードとしてマイクロ波加熱への移行を完成させる。
【００３８】
対向する加熱電極１８、３１、３２間に生じる高周波電界は冷凍食品を貫通するので、冷凍食品は食品内部まで確実に昇温されるので均一解凍の状態になる。この状態からマイクロ波加熱をすることで、解凍された食品は融解のための熱エネルギ消費を抑制でき、食品全体は所望の適温まで短時間に昇温する。
【００３９】
なお、本実施例における高周波加熱装置は、誘電加熱の単独機能のもの、あるいは誘電加熱とマイクロ波加熱との複数機能を有するもののいずれにも適用できる。高周波加熱装置の構成寸法の一例は、第一の加熱電極１８の形状は、幅２５０ｍｍ、奥行２００ｍｍ、第二の加熱電極３１、３２の形状は、幅１２０ｍｍ、奥行２１０ｍｍ、第一の加熱電極１８の上下昇降範囲は３０ｍｍ、第二の加熱電極３１、３２と載置台１５との間隙は５５ｍｍである。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の高周波加熱装置によれば、複数の加熱電極のうち、一部の加熱電極は、被加熱物の加熱位置と非加熱位置間を回動可能としたものであり、一部の加熱電極が昇降ではなく回動のため、回動に必要な空間は小空間でよく、被加熱物を加熱するための有効容積を大きくするとともに、汎用の電子レンジと同程度のコンパクトな装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す高周波加熱装置の加熱電極使用時の正面断面図
【図２】同高周波加熱装置の加熱電極非使用時の正面断面図
【図３】同高周波加熱装置の平面断面図
【符号の説明】
１０ 加熱空間
１１、１２、２６ マイクロ波空間の境界面（金属壁面）
１５ 載置台
１６ マイクロ波空間
１８ 第一の加熱電極
１９ 昇降機構
２０ マグネトロン
３１、３２ 第二の加熱電極

Claims (7)

1. 被加熱物を誘電加熱するための対向する複数の加熱電極を備え、その加熱電極のうち、一部の加熱電極は、被加熱物の加熱位置と非加熱位置間を回動可能とした高周波加熱装置。
2. 回動可能な加熱電極の電極面積は、対向する他の加熱電極における電極面積の略１／２とした請求項１に記載の高周波加熱装置。
3. 対向する加熱電極間に被加熱物を載置する載置台を設置し、この載置台には加熱電極の対向領域を明示した請求項１または２に記載の高周波加熱装置。
4. マイクロ波を閉じ込めるマイクロ波空間を、被加熱物を載置する載置台により仕切って二つの空間を形成し、一方の空間には第一の加熱電極を設け、他方の被加熱物を収納する空間には第一の加熱電極と対向する第二の加熱電極を設け、この第二の加熱電極は被加熱物の加熱位置と非加熱位置間を回動可能とした高周波加熱装置。
5. 第一の加熱電極は、上下方向に昇降可能とした請求項４に記載の高周波加熱装置。
6. 第二の加熱電極は、第一の加熱電極に対向する位置とマイクロ波空間を形成する金属壁面に対向する位置との間を回動可能とした請求項４または５に記載の高周波加熱装置。
7. マイクロ波は載置台を介して被加熱物を収納する空間に供給する構成とした請求項４〜６のいずれか１項に記載の高周波加熱装置。

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