JP2014044944A - Microwave heating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被加熱物にマイクロ波を放射して誘導加熱する電子レンジ等のマイクロ波加熱装置に関し、特にマイクロ波放射部の構造に特徴を有するマイクロ波加熱装置に関するものである。 The present invention relates to a microwave heating apparatus such as a microwave oven that radiates microwaves to an object to be heated and performs induction heating, and particularly relates to a microwave heating apparatus characterized by the structure of a microwave radiating portion.
マイクロ波により対象物を加熱処理するマイクロ波加熱装置の代表的な装置としては、電子レンジがある。電子レンジにおいては、マイクロ波発生器において発生したマイクロ波が金属製の加熱室の内部に放射され、加熱室内部の対象物である被加熱物が放射されたマイクロ波により誘電加熱される。 A typical microwave heating apparatus that heats an object using a microwave is a microwave oven. In a microwave oven, microwaves generated in a microwave generator are radiated into a metal heating chamber, and an object to be heated in the heating chamber is dielectrically heated by the radiated microwaves.
従来の電子レンジにおけるマイクロ波発生器としては、マグネトロンが用いられている。マグネトロンにより生成されたマイクロ波は、導波管を介して加熱室内部に放射される。加熱室内部におけるマイクロ波の電磁界分布(マイクロ波分布)が不均一であると、被加熱物を均一にマイクロ波加熱することができない。 A magnetron is used as a microwave generator in a conventional microwave oven. Microwaves generated by the magnetron are radiated into the heating chamber through the waveguide. If the electromagnetic field distribution (microwave distribution) of the microwave in the heating chamber is not uniform, the object to be heated cannot be heated by microwaves uniformly.
加熱室内部の被加熱物を均一に加熱する手段として、被加熱物を載置するテーブルを回転させて被加熱物を回転させる機構、被加熱物を固定してマイクロ波を放射するアンテナを回転させる機構、または位相器によってマイクロ波発生器から発生するマイクロ波の位相を変化させる機構など、何らかの駆動機構を用いて被加熱物に放射されるマイクロ波の向きを変えながら加熱して、被加熱物に対して均一加熱を図る方法が一般的である。 As a means of uniformly heating the object to be heated inside the heating chamber, a mechanism for rotating the object to be heated by rotating the table on which the object to be heated is rotated, and an antenna for emitting microwaves by fixing the object to be heated are rotated. To be heated by changing the direction of the microwave radiated to the object to be heated using some kind of drive mechanism, such as a mechanism to change the phase of the microwave generated from the microwave generator by the phaser A method of uniformly heating an object is common.
例えば、従来のマイクロ波加熱装置は、導波管内部に回転可能なアンテナ、アンテナシャフトなどが配置されており、アンテナモータによって当該回転アンテナを回転させながらマグネトロンを駆動することにより、加熱室内のマイクロ波分布の不均一さを低減するように構成されている。 For example, in a conventional microwave heating apparatus, a rotatable antenna, an antenna shaft, and the like are disposed inside a waveguide. By driving the magnetron while rotating the rotating antenna by an antenna motor, a microwave in the heating chamber is obtained. It is configured to reduce the non-uniformity of the wave distribution.
また、特開昭62−64093号公報(特許文献1)には、マグネトロンの下部に回転アンテナを設け、当該回転アンテナの羽根に送風ファンからの冷却風をあてることにより、送風ファンの風力により回転アンテナを回転させて、加熱室内のマイクロ波分布を変化させるマイクロ波加熱装置が提案されている。 In JP-A-62-64093 (Patent Document 1), a rotating antenna is provided at the lower part of a magnetron, and cooling air from the blower fan is applied to the blades of the rotary antenna so that the fan is rotated by the wind force of the blower fan. There has been proposed a microwave heating device that rotates the antenna to change the microwave distribution in the heating chamber.
また、米国特許第4301347号明細書(特許文献2)には、回転式の位相シフターを有し、加熱室内部に円偏波を放射する単一のマイクロ波放射部を備えるマイクロ波加熱装置が提案されている。 In addition, US Pat. No. 4,301,347 (Patent Document 2) discloses a microwave heating apparatus having a rotary phase shifter and a single microwave radiating unit that radiates circularly polarized waves inside a heating chamber. Proposed.
前述の従来構成の電子レンジのようなマイクロ波加熱装置においては、できるだけ簡易的な構造を有し、被加熱物を効率良く、ムラ無く均一に加熱することが求められている。しかし、これまで提案されている従来の構成においては、満足出来るものではなく、構造上、効率化および均一化などの点で種々の問題を有している。 A microwave heating apparatus such as the microwave oven having the above-described conventional configuration is required to have a simple structure as much as possible, and to efficiently heat an object to be heated efficiently and uniformly. However, the conventional configurations proposed so far are not satisfactory, and have various problems in terms of efficiency and uniformity in terms of structure.
また、マイクロ波加熱装置、特に電子レンジにおいては、高出力化の技術開発が進み、日本国内では定格高周波出力1000Wの製品が商品化されている。電子レンジは、熱伝導によって食品を加熱するのではなく、誘電加熱を用いて直接食品を加熱できる利便性がこの商品の大きな特徴である。しかし、電子レンジにおいて、不均一加熱が未解決な状態での高出力化は不均一加熱をより顕在化させるという大きな問題を抱えている。 In microwave heating devices, particularly microwave ovens, technological development for higher output has progressed, and products with a rated high-frequency output of 1000 W have been commercialized in Japan. Microwave ovens are notable for heating food by heat conduction, but the convenience of being able to heat food directly using dielectric heating is a major feature of this product. However, in a microwave oven, increasing the output in a state where non-uniform heating has not been solved has a big problem that non-uniform heating becomes more obvious.
前記従来の構成において、駆動機構を有するマイクロ波加熱装置が抱える構造上の課題としては、下記の2点が挙げられる。 In the conventional configuration, the following two points are given as structural problems of the microwave heating device having a driving mechanism.
1点目は、加熱ムラを低減するためにテーブルまたはアンテナを回転させるための駆動機構を必要としており、このためテーブルまたはアンテナのための回転スペース、およびテーブルまたはアンテナを回転させるモータなどの駆動源のための設置スペースを確保しなければならず、マイクロ波加熱装置の小型化を阻害していたことである。 The first point requires a drive mechanism for rotating the table or antenna in order to reduce heating unevenness. Therefore, a rotation space for the table or antenna, and a drive source such as a motor for rotating the table or antenna. It was necessary to secure an installation space for preventing the miniaturization of the microwave heating apparatus.
2点目は、アンテナを安定的に回転させるために、当該アンテナを加熱室の上部または下部に設ける必要があり、構造的に制限されていたことである。 The second point is that in order to rotate the antenna stably, it is necessary to provide the antenna above or below the heating chamber, which is structurally limited.
従来のマイクロ波加熱装置における加熱室に通じる、マイクロ波が照射される空間内には、テーブルまたは位相器の回転機構などが設置されており、このような機構の設置は、マイクロ波による放電現象を引き起こし、装置としての信頼性を低下させている。したがって、これら機構が不要となる信頼性の高いマイクロ波加熱装置が要望されている。 A rotating mechanism of a table or a phaser is installed in a space where microwaves are irradiated, which leads to a heating chamber in a conventional microwave heating apparatus, and the installation of such a mechanism is a discharge phenomenon caused by microwaves. This reduces the reliability of the device. Therefore, there is a demand for a highly reliable microwave heating apparatus that eliminates these mechanisms.
また、特許文献2に記載されているような、円偏波を加熱室内部に放射する単一のマイクロ波放射部を有するマイクロ波加熱装置は、駆動機構を有していないという利点があるが、被加熱物をより均一に加熱するという観点において、未だ改善の余地がある。 In addition, the microwave heating apparatus having a single microwave radiating unit that radiates circularly polarized waves into the heating chamber as described in Patent Document 2 has an advantage of not having a drive mechanism. There is still room for improvement in terms of heating the object to be heated more uniformly.
本発明は、前述の従来のマイクロ波加熱装置における各種課題を解決するものであり、駆動機構を用いることなく被加熱物をより均一に加熱することができるマイクロ波加熱装置を提供することを目的とする。 The present invention solves various problems in the above-described conventional microwave heating apparatus, and an object thereof is to provide a microwave heating apparatus that can heat an object to be heated more uniformly without using a drive mechanism. And
前記従来のマイクロ波加熱装置における課題を解決するために、本発明に係るマイクロ波加熱装置は、
被加熱物を収納する加熱室と、
前記被加熱物を載置する載置部と、
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、
マイクロ波を伝送する導波管と、
前記マイクロ波発生部から発生されるマイクロ波を前記導波管内へ出力するマイクロ波出力部と、
前記導波管内を通るマイクロ波を前記加熱室内に放射する複数のマイクロ波放射部と、
を備え、
前記導波管は、
前記マイクロ波出力部に近い側に配置された第1の終端部と、
前記マイクロ波出力部から遠い側に配置された第2の終端部と、
を備え、
前記導波管の全長は、前記導波管の管内波長の4分の1の偶数倍の長さと、前記第1の終端部と前記マイクロ波出力部の中心との間隔の2倍の長さとを加算した長さに設定されている。
In order to solve the problems in the conventional microwave heating apparatus, the microwave heating apparatus according to the present invention is:
A heating chamber for storing an object to be heated;
A placement section for placing the object to be heated;
A microwave generator for generating microwaves;
A waveguide for transmitting microwaves;
A microwave output unit for outputting the microwave generated from the microwave generation unit into the waveguide;
A plurality of microwave radiating portions for radiating microwaves passing through the waveguide into the heating chamber;
With
The waveguide is
A first termination located on the side near the microwave output;
A second termination located on the side far from the microwave output;
With
The total length of the waveguide is a length that is an even multiple of one-fourth of the in-tube wavelength of the waveguide, and a length that is twice the distance between the first terminal portion and the center of the microwave output portion. Is set to the length obtained by adding
本発明によれば、駆動機構を用いることなく被加熱物をより均一に加熱することができるマイクロ波加熱装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the microwave heating apparatus which can heat a to-be-heated material more uniformly without using a drive mechanism can be provided.
本発明に係るマイクロ波加熱装置は、被加熱物を収納する加熱室と、前記被加熱物を載置する載置部と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、マイクロ波を伝送する導波管と、前記マイクロ波発生部から発生されるマイクロ波を前記導波管内へ出力するマイクロ波出力部と、前記導波管内を通るマイクロ波を前記加熱室内に放射する複数のマイクロ波放射部と、を備え、前記導波管は、前記マイクロ波出力部に近い側に配置された第1の終端部と、前記マイクロ波出力部から遠い側に配置された第2の終端部と、を備え、前記導波管の全長は、前記導波管の管内波長の4分の1の偶数倍の長さと、前記第1の終端部と前記マイクロ波出力部の中心との間隔の2倍の長さとを加算した長さに設定されている。この構成によれば、冷凍食品のようなマイクロ波を吸収しにくい被加熱物を加熱する際にも、導波管内における定在波の位置(波形)を安定させることができ、各マイクロ波放射部から同等量のマイクロ波を安定して放射させることができる。その結果、駆動機構を用いることなく加熱室内の被加熱物をより均一に加熱することができる。 A microwave heating apparatus according to the present invention includes a heating chamber that houses an object to be heated, a placement unit that places the object to be heated, a microwave generation unit that generates microwaves, and a conductor that transmits microwaves. A microwave output section for outputting a microwave generated from the microwave generation section into the waveguide, and a plurality of microwave radiation sections for radiating a microwave passing through the waveguide into the heating chamber. And the waveguide includes a first termination portion disposed on a side closer to the microwave output portion, and a second termination portion disposed on a side far from the microwave output portion. And the total length of the waveguide is an even multiple of a quarter of the in-tube wavelength of the waveguide and twice the distance between the first termination and the center of the microwave output section. The length is set by adding the length. According to this configuration, the position (waveform) of the standing wave in the waveguide can be stabilized even when an object to be heated that hardly absorbs microwaves, such as frozen foods, is heated. The same amount of microwaves can be stably emitted from the section. As a result, the object to be heated in the heating chamber can be heated more uniformly without using a drive mechanism.
なお、前記複数のマイクロ波放射部は、平面視において前記加熱室の底部に左右対称に配置されることが好ましい。この構成によれば、加熱室全体に対してより均一にマイクロ波を放射することができ、駆動機構を用いることなく加熱室内の被加熱物をより均一に加熱することができる。 In addition, it is preferable that the plurality of microwave radiating units are arranged symmetrically on the bottom of the heating chamber in a plan view. According to this configuration, microwaves can be radiated more uniformly over the entire heating chamber, and the object to be heated in the heating chamber can be heated more uniformly without using a drive mechanism.
また、前記加熱室の底部の中心部は、前記第2の終端部から前記管内波長の4分の1の整数倍の距離離れた位置に配置されていることが好ましい。この構成によれば、加熱室の底部の中心部と対応する位置に定在波の腹または節を位置させることができ、加熱室の底部の中心部に対して対称性をもったより均一なマイクロ波の放射を行うことができる。その結果、加熱室全体に対してより均一にマイクロ波を放射することができ、駆動機構を用いることなく加熱室内の被加熱物をより均一に加熱することができる。 Moreover, it is preferable that the center part of the bottom part of the said heating chamber is arrange | positioned in the position away from the said 2nd termination | terminus part the distance of the integral multiple of 1/4 of the said in-tube wavelength. According to this configuration, the antinode or node of the standing wave can be positioned at a position corresponding to the center portion of the bottom portion of the heating chamber, and a more uniform micrometer having symmetry with respect to the center portion of the bottom portion of the heating chamber. Wave radiation can be performed. As a result, microwaves can be emitted more uniformly over the entire heating chamber, and the object to be heated in the heating chamber can be heated more uniformly without using a drive mechanism.
また、前記第2の終端部に対して最も近くに配置されるマイクロ波放射部は、前記第2の終端部から前記管内波長の4分の1の奇数倍の距離離れた位置に配置されることが好ましい。この構成によれば、第2の終端部に対して最も近くに配置されるマイクロ波放射部が、導波管内に発生した定在波の腹と対応する位置に位置することになり、導波管内の定在波の位置(波形)をより一層安定させることができる。 Further, the microwave radiating portion disposed closest to the second termination portion is disposed at a position away from the second termination portion by an odd multiple of a quarter of the guide wavelength. It is preferable. According to this configuration, the microwave radiating portion disposed closest to the second terminal portion is located at a position corresponding to the antinode of the standing wave generated in the waveguide. The position (waveform) of the standing wave in the tube can be further stabilized.
また、前記マイクロ波放射部は、円偏波を放射する開口形状で構成されることが好ましい。この構成によれば、マイクロ波放射部を中心として円偏波特有の360度全方向に回転する電界を発生させ、マイクロ波放射部の中心から渦を巻くようにマイクロ波が加熱室内に放射され、円周方向をより均一に加熱することができる。その結果、加熱室全体に対してもより均一にマイクロ波を放射することができ、駆動機構を用いることなく加熱室内の被加熱物をより均一に加熱することができる。 Moreover, it is preferable that the said microwave radiation | emission part is comprised by the opening shape which radiates | emits a circularly polarized wave. According to this configuration, an electric field that rotates 360 degrees in all directions, which is peculiar to circularly polarized waves, is generated around the microwave radiating portion, and the microwave is radiated into the heating chamber so as to wind a vortex from the center of the microwave radiating portion. Thus, the circumferential direction can be heated more uniformly. As a result, microwaves can be emitted more uniformly to the entire heating chamber, and the object to be heated in the heating chamber can be more uniformly heated without using a drive mechanism.
以下、本発明に係るマイクロ波加熱装置の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態のマイクロ波加熱装置においては電子レンジについて説明するが、電子レンジは例示であり、本発明のマイクロ波加熱装置は電子レンジに限定されるものではなく、誘電加熱を利用した加熱装置、生ゴミ処理機、あるいは半導体製造装置などのマイクロ波加熱装置を含むものである。また、本発明は、以下の実施の形態の具体的な構成に限定されるものではなく、同様の技術的思想に基づく構成が本発明に含まれる。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of a microwave heating apparatus according to the invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the microwave heating apparatus of the following embodiment, a microwave oven will be described. However, the microwave oven is an example, and the microwave heating apparatus of the present invention is not limited to the microwave oven, and uses dielectric heating. And a microwave heating device such as a garbage processing machine or a semiconductor manufacturing device. Further, the present invention is not limited to the specific configurations of the following embodiments, and configurations based on similar technical ideas are included in the present invention.
(実施の形態1)
図1は、本発明に係る実施の形態1のマイクロ波加熱装置の断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view of the microwave heating apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図1に示すように、実施の形態1のマイクロ波加熱装置は、筐体101と、筐体101内に設けられ被加熱物102を収納する加熱室103と、被加熱物102を載置する載置部104と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部105と、マイクロ波を伝送する導波管106と、マイクロ波発生部105から発生されるマイクロ波を導波管106内へ出力するマイクロ波出力部109と、導波管106内を通るマイクロ波を加熱室103内に放射する複数のマイクロ波放射部110とを備えている。導波管106は、マイクロ波出力部109に近い側に配置された第1の終端部107と、マイクロ波出力部109に遠い側に配置された第2の終端部108とを備えている。
As shown in FIG. 1, the microwave heating apparatus according to the first embodiment mounts a
なお、載置部104としては、例えば、ガラス板を用いることができる。また、マイクロ波発生部105およびマイクロ波出力部109としては、例えば、マグネトロンを用いることができる。
In addition, as the mounting
図2は、実施の形態1のマイクロ波加熱装置の全体構成を示す斜視図である。図2に示すように、筐体101には、被加熱物102を加熱室103へ出し入れするための扉201が設けられている。
FIG. 2 is a perspective view showing the overall configuration of the microwave heating apparatus of the first embodiment. As shown in FIG. 2, the
次に、(1)実施の形態1のマイクロ波加熱装置の概略動作、(2)導波管106内に発生する定在波と、導波管106の全長の設定、(3)導波管106内に定在波が発生しているときに導波管106内を流れる導波管壁電流、(4)マイクロ波放射部110から加熱室103内へ放射されるマイクロ波と導波管壁電流との関係について説明する。
Next, (1) the schematic operation of the microwave heating apparatus of the first embodiment, (2) the standing wave generated in the
なお、ここでは、導波管106として最も一般的に用いられている方形の導波管を用いるものとする。また、ここでは、マイクロ波放射部110は、加熱室103内と導波管106内とを連通するように形成された開口部により構成されるものとする。
Here, it is assumed that a rectangular waveguide most commonly used as the
最初に、(1)実施の形態1のマイクロ波加熱装置の概略動作について説明する。 First, (1) the schematic operation of the microwave heating apparatus of the first embodiment will be described.
図3は、実施の形態1のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部と定在波とマイクロ波出力部との関係を説明する図である。使用者により加熱室103内の載置部104上に被加熱物102が置かれ、加熱開始の指示が行われると、マイクロ波発生部105がマイクロ波を発生する。当該マイクロ波は、マイクロ波出力部109から導波管106内に出力される。このマイクロ波が第1の終端部107および第2の終端部108で反射されることにより、導波管106内に図3の(b)に示される定在波303のようなマイクロ波の定在波が発生する。この定在波がマイクロ波供給源として機能し、マイクロ波放射部110を通じて加熱室103内にマイクロ波が放射されることにより、被加熱物102が加熱される。なお、従来の一般的なマイクロ波加熱装置においては、導波管の終端部は開放されており、導波管内に定在波は発生しない。
FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship among the microwave radiating unit, the standing wave, and the microwave output unit in the microwave heating apparatus according to the first embodiment. When the user places the object to be heated 102 on the
次に、(2)導波管106内に発生する定在波と、導波管106の全長の設定について説明する。
Next, (2) standing waves generated in the
マイクロ波の周波数をf[Hz]、真空の誘電率をεo、被加熱物102を構成する誘電体の比誘電率をεr、電界強度をE[V/m]、誘電体損失角をtanδとすると、被加熱物102によって消費される単位体積当たりの電力Pは、下記(数1)の式のように表される。
The microwave frequency is f [Hz], the vacuum dielectric constant is εo, the dielectric constant of the dielectric constituting the object to be heated 102 is εr, the electric field strength is E [V / m], and the dielectric loss angle is tan δ. Then, the electric power P per unit volume consumed by the to-
前記(数1)の式に示されるように、電力Pは、誘電体固有の性質によって決まる比誘電率εrと誘電体損失角tanδの影響を受ける。誘電体である被加熱物102がマイクロ波を吸収し易いか否かは、誘電損失係数の大きさにより判断することができる。この誘電損失係数は、下記(2)の式に示されるように、比誘電率εrと誘電体損失角tanδとの積により算出することができる。誘電損失係数が小さいほど誘電体はマイクロ波を吸収しにくく、誘電損失係数が大きいほど誘電体はマイクロ波を吸収し易い。 As shown in the equation (Equation 1), the electric power P is affected by the relative dielectric constant εr and the dielectric loss angle tan δ determined by the intrinsic properties of the dielectric. Whether or not the object to be heated 102, which is a dielectric material, easily absorbs microwaves can be determined by the magnitude of the dielectric loss coefficient. This dielectric loss coefficient can be calculated by the product of the relative dielectric constant εr and the dielectric loss angle tan δ, as shown in the following equation (2). The smaller the dielectric loss coefficient, the more difficult the dielectric absorbs microwaves, and the larger the dielectric loss coefficient, the easier the dielectric absorbs microwaves.
誘電損失係数が大きい誘電体としては、水(水の比誘電率εr:約80、誘電体損失角tanδ:0.16)が挙げられる。水を多く含む被加熱物102が載置部104に載置された場合、マイクロ波出力部109から出力されたマイクロ波の多くは、被加熱物102内に吸収される。このため、第2の終端部108で反射されてマイクロ波出力部109へ戻ってくるマイクロ波の量は少なくなる。この場合、当該マイクロ波出力部109へ戻ってくるマイクロ波が更に第1の終端部107で反射される量も少なくなり、導波管106内に発生する定在波が、第1の終端部107によって反射されたマイクロ波の影響を受けることは殆どない。したがって、導波管106内を進行する管内波長のみを考慮して各部を設計すればよい。
Examples of the dielectric having a large dielectric loss coefficient include water (relative permittivity of water εr: about 80, dielectric loss angle tan δ: 0.16). When the object to be heated 102 containing a large amount of water is placed on the
一方、冷凍食品のような被加熱物102は、誘電損失係数が小さくマイクロ波を吸収しにくい(氷の比誘電率εr:4.2、誘電体損失角tanδ:0.0009)。このような被加熱物102が載置部104に載置された場合、マイクロ波出力部109から出力されたマイクロ波は、被加熱物102内に吸収されにくく、第2の終端部108で反射されてマイクロ波出力部109へ戻ってくる量が多くなる。この場合、当該マイクロ波出力部109へ戻ってくるマイクロ波が更に第1の終端部107で反射される量が多くなり、導波管106内に発生する定在波が、第1の終端部107によって反射されたマイクロ波の影響を受ける。したがって、第1の終端部107によって反射されたマイクロ波の影響を考慮して各部を設定する必要が出てくる。
On the other hand, the
近年、マイクロ波加熱装置の普及により市販の冷凍食品の種類が増加し、マイクロ波加熱装置により当該冷凍食品を加熱することが多くなっている。冷凍された被加熱物102を加熱する場合、解凍された部分は氷から水に変化して誘電損失係数が増大する。一方、解凍されていない部分は、氷のままで誘電損失係数が変化しない。このため、解凍された部分のみに加熱が集中して、当該部分が過加熱になる場合がある。 In recent years, with the spread of microwave heating devices, the types of commercially available frozen foods have increased, and the frozen foods are often heated by microwave heating devices. When heating the frozen object to be heated 102, the thawed portion changes from ice to water and the dielectric loss coefficient increases. On the other hand, the part that has not been thawed remains ice and the dielectric loss coefficient does not change. For this reason, heating concentrates only on the thawed part, and the part may be overheated.
そこで、本発明者らが鋭意検討したところ、冷凍食品のような誘電損失係数が小さくマイクロ波を吸収しにくい被加熱物102が載置部104に載置された場合、導波管106内に発生する定在波は、図3の(b)に示すような波形になることを知見した。すなわち、第1の終端部107および第2の終端部108を備えた導波管106内にマイクロ波が伝送されることにより発生した定在波は、第1の終端部107および第2の終端部108の位置で必ず振幅が0になる。言い換えれば、第1の終端部107および第2の終端部108には、必ず定在波の節が位置する。誘電損失係数が小さい被加熱物102が載置部104に載置された場合、導波管106内に発生する定在波は、第1の終端部107側で発生する定在波(図3の(b)のeの範囲)と第2の終端部108側で発生する定在波(図3の(b)のcの範囲)とで構成される定在波303となる。以下、第1の終端部107側で発生する定在波と、第2の終端部108側で発生する定在波との境目を、境界点304という。なお、この境界点304は、導波管106内の電界強度分布の観測やCAEにより得られる電界強度分布により確認することができる。
Therefore, the present inventors diligently studied, and when the object to be heated 102 having a small dielectric loss coefficient such as frozen food and hardly absorbing microwaves is placed on the
第1の終端部107側で発生する定在波は、マイクロ波出力部109から出力されたマイクロ波がすぐに第1の終端部107で反射されることにより形成されるため、マイクロ波出力部109と第1の終端部107との距離dをベースに発生する定在波となる。また、第1の終端部107から最初の節となる境界点304までの距離eは、マイクロ波出力部109と第1の終端部107との距離dの2倍となる。
Since the standing wave generated on the first
第2の終端部108側で発生する定在波は、マイクロ波出力部109から出力されたマイクロ波が導波管106内を進行し、第2の終端部108で反射されることにより形成されるため、導波管106内を進行する時の管内波長λgをベースに発生する定在波となる。また、境界点304から第2の終端部108までの距離cは、当該定在波の波長の4分の1(λg/4)の偶数倍となる。なお、導波管106内に伝送されるマイクロ波の管内波長λgは、マイクロ波発生部105が出力する波長をλ(λ=(光速)/(発振周波数))、導波管106の遮断波長をλc(λc=2×a:aは導波管幅)とすると、下記の(数3)の式のように表される。
The standing wave generated on the second
理論上では、第2の終端部108側で発生する定在波は、マイクロ波の発生源であるマイクロ波出力部109から第2の終端部108までの長さcを自然数で割った様々な波長を取り得る。特に図3の(b)のcの範囲における導波管106の内部では、マイクロ波放射部110から加熱室103内へマイクロ波が放射されるときなど、定在波の波長が変動することが起こり得る。すなわち、導波管106内に発生する定在波の腹と節の位置が安定せず変動することが起こり得る。この場合、各マイクロ波放射部110から同等量のマイクロ波を安定して放射させることが困難になる。なお、図3において、点線301は、定在波の腹の位置を示している。
Theoretically, the standing wave generated on the second
導波管106内に発生する定在波の位置(波形)を安定させるには、導波管106内に伝送されるマイクロ波が自然に呈する状態である管内波長λgをベースとして各部を設計することが良いと考えられる。すなわち、導波管106内に伝送されるマイクロ波の波長と、導波管106内に発生する定在波の波長とが同一波長であるとして各部を設計することが良いと考えられる。この場合、マイクロ波放射部110から加熱室103内へマイクロ波が放射されるときにおいても、導波管106内に発生する定在波の位置(波形)を安定させることができ、各マイクロ波放射部110から同等量のマイクロ波を安定して放射させることが可能になる。
In order to stabilize the position (waveform) of the standing wave generated in the
以上で述べた理由により、実施の形態1においては、導波管106の全長(第1の終端部107から第2の終端部108までの長さ)を、導波管106の管内波長の4分の1(λg/4)の偶数倍の長さと、第1の終端部107とマイクロ波出力部109の中心との間隔の2倍の長さとを加算した長さに設定している。これにより、冷凍食品のような誘電損失係数が小さくマイクロ波を吸収しにくい被加熱物102を加熱する際にも、導波管106内の定在波の位置(波形)を安定させることができ、各マイクロ波放射部110から同等量のマイクロ波を安定して放射させることが可能になる。
For the reason described above, in the first embodiment, the total length of the waveguide 106 (the length from the
なお、マイクロ波発生部105の取付状態や第1の終端部107および第2の終端部108の状態が理想の状態とならない場合には、導波管106内の管内波長λgが前記数3の式に基づいて算出された値からずれることが起こり得る。この場合、導波管106内の電界の振幅を実測して管内波長λgを決定すると良い。
In the case where the attachment state of the
次に、(3)導波管106内に定在波が発生しているときに導波管106内を流れる導波管壁電流について説明する。
Next, (3) the waveguide wall current flowing in the
図4は、マイクロ波放射部と定在波と導波管壁電流との関係を説明する図である。図4の(a)に示すように、導波管106内に定在波303が発生しているときに導波管106内を流れる導波管壁電流は、定在波303の腹が電流の流れ出し・流れ込みのポイントとなる。導波管壁電流は、図4の(b)および図4の(c)に示すように、互いに隣接する定在波303の腹と腹との間を流れるとともに、導波管106の側壁を介してマイクロ波放射部110が配置される面とその対向面との間を流れる。定在波303の腹における振幅は、最大値と最小値を交互に繰り返すように変化する。定在波303の腹における振幅が最大値から最小値に、または最小値から最大値に変化するとき、導波管壁電流は、図4の(b)および図4の(c)に示すように、流れ方向が反転する。
FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship among the microwave radiating portion, the standing wave, and the waveguide wall current. As shown in FIG. 4A, the waveguide wall current flowing in the
次に、(4)マイクロ波放射部110から加熱室103内へ放射されるマイクロ波と導波管壁電流との関係について説明する。
Next, (4) the relationship between the microwave radiated from the
図5は、マイクロ波放射部110から加熱室103内へ放射されるマイクロ波と導波管壁電流との関係を説明する図である。図5の(a)に示すように導波管106内に定在波303が発生するとともに、図5の(b)に示すように導波管壁電流である電流502を遮るようにマイクロ波放射部110として開口部501が設けられている場合、図5の(c)に示すように、電流502が開口部501に遮られることにより発生する電界503と、開口部501の下方の磁界504とに直交するマイクロ波放射方向505(すなわち、加熱室103内)にマイクロ波が放射されることになる。なお、導波管壁電流は磁界と直交する方向に流れる。
FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the microwave radiated from the
以上のように、実施の形態1においては、導波管106の全長を、導波管106の管内波長の4分の1(λg/4)の偶数倍の長さと、第1の終端部107とマイクロ波出力部109の中心との間隔の2倍の長さとを加算した長さに設定している。この構成によれば、冷凍食品のような誘電損失係数が小さくマイクロ波を吸収しにくい被加熱物102を加熱する際にも、導波管106内の定在波の位置(波形)を安定させることができ、各マイクロ波放射部110から同等量のマイクロ波を安定して放射させることができる。その結果、駆動機構を用いることなく加熱室103内の被加熱物102をより均一に加熱することができる。
As described above, in the first embodiment, the total length of the
なお、複数のマイクロ波放射部110は、平面視において加熱室103の底部に左右対称に配置されることが好ましい。この構成によれば、加熱室103全体に対してより均一にマイクロ波を放射することができ、駆動機構を用いることなく加熱室103内の被加熱物102をより均一に加熱することができる。
In addition, it is preferable that the plurality of
また、複数のマイクロ波放射部110は、平面視においてマイクロ波伝送方向302と平行な導波管106の中央軸に対して線対称(前後対称)に配置されていることが好ましい。この構成によれば、加熱室103全体に対してより均一にマイクロ波を放射することができ、駆動機構を用いることなく加熱室103内の被加熱物102をより均一に加熱することができる。また、この場合、加熱室103の底部の中心部が導波管106の中心軸上に位置するように構成することにより、マイクロ波放射部110の配置の対称性を高めて、加熱室103内の被加熱物102をより均一に加熱することができる。なお、加熱室103の内部の凹凸構造や使用者の利便性などから、被加熱物102を載置するのに推奨する位置を加熱室103の底部の中央部から外れた位置とした場合には、当該加熱室103の底部の中央部から外れた位置を、マイクロ波放射部110の対称配置の基準としてもよい。
Moreover, it is preferable that the plurality of
また、加熱室103の底部の中心部は、第2の終端部108から管内波長の4分の1(λg/4)の整数倍の距離離れた位置に配置されていることが好ましい。この構成によれば、加熱室103の底部の中央部と対応する位置に定在波の腹または節を位置させることができ、加熱室103の底部の中央部に対して対称性をもったより均一なマイクロ波の放射を行うことができる。その結果、加熱室103全体に対してより均一にマイクロ波を放射することができ、駆動機構を用いることなく加熱室103内の被加熱物102をより均一に加熱することができる。
Moreover, it is preferable that the center part of the bottom part of the
また、第2の終端部108に対して最も近くに配置されるマイクロ波放射部110は、第2の終端部108から管内波長の4分の1の奇数倍の距離離れた位置に配置されることが好ましい。この構成によれば、第2の終端部108に対して最も近くに配置されるマイクロ波放射部110が、導波管106内に発生した定在波の腹と対応する位置に位置することになり、導波管106内の定在波の位置(波形)をより一層安定させることができる。
In addition, the
(実施の形態2)
以下、本発明に係る実施の形態2のマイクロ波加熱装置を添付の図面を参照しながら説明する。図6は、本発明に係る実施の形態2のマイクロ波加熱装置である電子レンジにおけるマイクロ波放射部と定在波と導波管壁電流との関係を説明する図である。実施の形態2の電子レンジが実施の形態1の電子レンジと異なる点は、マイクロ波放射部110が円偏波を放射する開口形状で構成されている点である。
(Embodiment 2)
Hereinafter, a microwave heating apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship among the microwave radiating section, the standing wave, and the waveguide wall current in the microwave oven that is the microwave heating apparatus according to the second embodiment of the present invention. The microwave oven of the second embodiment is different from the microwave oven of the first embodiment in that the
実施の形態2において、マイクロ波放射部110は、細長い長方形の2本の長孔(スリット)を互いに中心点で交差させたX字形状の開口形状で構成されている。また、2本の長孔は、マイクロ波伝送方向302に対して45度傾斜するとともに、マイクロ波伝送方向302と平行な導波管106の中心軸と交差しないように設けられている。マイクロ波放射部110がこのように構成されることにより、マイクロ波は加熱室103内に円偏波として放射される。
In the second embodiment, the
円偏波とは、移動通信および衛星通信の分野で広く用いられている技術である。身近な使用例としては、ETC(Electronic Toll Collection System)「ノンストップ自動料金収受システム」などが挙げられる。円偏波は、電界の偏波面が電波の進行方向に対して時間に応じて回転するマイクロ波であり、円偏波を形成すると電界の方向が時間に応じて変化し続けるので、加熱室103内に放射されるマイクロ波の放射角度も変化し続け、時間的に電界強度の大きさが変化しないという特徴を有している。この特徴により、円偏波を放射するマイクロ波放射部を有する実施の形態2に係るマイクロ波加熱は、従来のマイクロ波加熱装置に用いられている直線偏波によるマイクロ波加熱と比較して、広範囲にわたってマイクロ波が分散放射されて、被加熱物をより均一に加熱することが可能となる。特に、円偏波の周方向に対して均一加熱の傾向が強い。なお、円偏波は回転方向から右旋偏波(CW:clockwise)と左旋偏波(CCW:counter clockwise)の2種類に分類されるが、加熱性能に違いはない。 Circular polarization is a technique widely used in the fields of mobile communication and satellite communication. Examples of familiar use include an ETC (Electronic Toll Collection System) “non-stop automatic toll collection system” and the like. Circular polarization is a microwave in which the polarization plane of the electric field rotates with respect to the traveling direction of the radio wave, and when the circular polarization is formed, the direction of the electric field continues to change with time. The radiation angle of the microwave radiated into the inside continues to change, and the electric field strength does not change with time. Due to this feature, the microwave heating according to the second embodiment having a microwave radiating unit that radiates circularly polarized waves is compared with microwave heating by linearly polarized waves used in conventional microwave heating devices. Microwaves are dispersed and radiated over a wide range, and the object to be heated can be heated more uniformly. In particular, there is a strong tendency for uniform heating in the circumferential direction of circular polarization. Note that circularly polarized waves are classified into two types, that is, right-handed polarization (CW: clockwise) and left-handed polarization (CCW: counterclockwise) from the direction of rotation, but there is no difference in heating performance.
以上のように、実施の形態2においては、マイクロ波放射部110が円偏波を放射する開口形状で構成されているので、マイクロ波放射部を中心として円偏波特有の360度全方向に回転する電界を発生させ、マイクロ波放射部110の中心から渦を巻くようにマイクロ波が加熱室103内に放射され、円周方向をより均一に加熱することができる。その結果、加熱室103全体に対してもマイクロ波を放射することができ、駆動機構を用いることなく加熱室103内の被加熱物102をより均一に加熱することができる。
As described above, in the second embodiment, the
なお、誘電損失係数が小さい被加熱物102が載置部104に載置された場合、誘導波管106内には通常、定在波303が発生するが、マイクロ波放射部110から加熱室103内にマイクロ波が放射されるとき、定在波303のバランスがくずれることが起こり得る。この場合、バランスがくずれてから再び安定した定在波303に戻るまでの間は進行波が発生する。このような場合であっても、円偏波を放射するようにマイクロ波放射部110を構成することにより、マイクロ波放射部110の中心から渦を巻くように加熱室103内にマイクロ波を放射して、加熱室103内の被加熱物102をより均一に加熱することができる。
When the object to be heated 102 having a small dielectric loss coefficient is placed on the
なお、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、前記実施の形態2においては、図6に示すように、複数のマイクロ波放射部110が左右対称で且つ前後対称(奥行き方向に対して対称)に配置されるものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図7に示すように、複数のマイクロ波放射部110は、前後非対称(奥行き方向に対して非対称)に配置されてもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can implement in another various aspect. For example, in the second embodiment, as shown in FIG. 6, the plurality of
また、前記実施の形態2においては、図6に示すように、複数のマイクロ波放射部110の全部が定常波の腹と対向する位置に配置されるものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図8に示すように、複数のマイクロ波放射部110の一部は、定在波の腹からずれた部分と対向する位置に配置されてもよい。また、図8に示すように、マイクロ波放射部110同士の間隔は、等間隔でなくてもよい。
In the second embodiment, as shown in FIG. 6, all of the plurality of
また、前記実施の形態2においては、円偏波を放射するマイクロ波放射部110の開口形状として、図6に示すようなX字形状を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、マイクロ波放射部110は、図9に示すような形状の開口411〜417で構成されてもよい。すなわち、マイクロ波放射部110は、少なくとも2つの長孔を備え、少なくとも1つの長孔の長手方向がマイクロ波伝送方向418に対して傾斜するように構成されていれば良い。また、マイクロ波放射部110を構成する少なくとも2つの長孔は、開口415,416のように、それぞれの長手方向が交差するように配置されていればよく、互いに連結される必要はない。また、当該長孔の形状は、長方形に限定されるものではなく、長方形のコーナー部を丸めた形状(R形状)や、楕円形状であってもよい。
Moreover, in the said Embodiment 2, although X shape as shown in FIG. 6 was mentioned as an example as opening shape of the microwave radiation |
本発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を被加熱物により均一に放射することができるので、冷凍食品などのマイクロ波を吸収しにくい被加熱物の加熱加工や殺菌を行う加熱装置などに有効に利用することができる。 Since the microwave heating apparatus of the present invention can uniformly radiate microwaves to the object to be heated, it is effective for a heating apparatus that performs heating processing and sterilization of an object to be heated that hardly absorbs microwaves such as frozen foods. Can be used.
101 筐体
102 被加熱物
103 加熱室
104 載置部
105 マイクロ波発生部
106 導波管
107 第1の終端部
108 第2の終端部
109 マイクロ波出力部
110 マイクロ波放射部
201 扉
301 定在波の腹の位置
302 マイクロ波伝送方向
303 定在波
304 境界点
501 開口部
502 電流(導波管壁電流)
503 電界
504 磁界
505 マイクロ波放射方向
DESCRIPTION OF
503
Claims (5)
前記被加熱物を載置する載置部と、
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、
マイクロ波を伝送する導波管と、
前記マイクロ波発生部から発生されるマイクロ波を前記導波管内へ出力するマイクロ波出力部と、
前記導波管内を通るマイクロ波を前記加熱室内に放射する複数のマイクロ波放射部と、
を備え、
前記導波管は、
前記マイクロ波出力部に近い側に配置された第1の終端部と、
前記マイクロ波出力部から遠い側に配置された第2の終端部と、
を備え、
前記導波管の全長は、前記導波管の管内波長の4分の1の偶数倍の長さと、前記第1の終端部と前記マイクロ波出力部の中心との間隔の2倍の長さとを加算した長さに設定されているマイクロ波加熱装置。 A heating chamber for storing an object to be heated;
A placement section for placing the object to be heated;
A microwave generator for generating microwaves;
A waveguide for transmitting microwaves;
A microwave output unit for outputting the microwave generated from the microwave generation unit into the waveguide;
A plurality of microwave radiating portions for radiating microwaves passing through the waveguide into the heating chamber;
With
The waveguide is
A first termination located on the side near the microwave output;
A second termination located on the side far from the microwave output;
With
The total length of the waveguide is a length that is an even multiple of one-fourth of the in-tube wavelength of the waveguide, and a length that is twice the distance between the first terminal portion and the center of the microwave output portion. A microwave heating device set to a length obtained by adding
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