JP2014089942A - 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電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配置位置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 dielectrically heats it, and more particularly to a microwave heating apparatus characterized by the arrangement position of a microwave radiation 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、マグネトロンなどの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 such as a magnetron are radiated into a metal heating chamber, and an object to be heated in the heating chamber is dielectrically heated by the radiated microwave.
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 of the microwave in the heating chamber is not uniform, the object to be heated cannot be heated by microwaves uniformly.
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構成、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構成、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構成など、何らかの駆動部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、均一化を図る方法が一般的であった。 As a means for uniformly heating the object to be heated, a structure for rotating the object to be heated by rotating a table on which the object to be heated is mounted, a structure for rotating an antenna for radiating microwaves while fixing the object to be heated, or There is a method to make uniform by heating while changing the direction of the microwave radiated to the object to be heated using some kind of drive unit, such as a configuration that changes the phase of the microwave generated from the microwave generator by the phase shifter It was general.
一方、構成を簡単にするために駆動部を持たずに均一加熱する方法が期待されており、時間的に電界の偏波面が回転する円偏波を利用する方法が提案されている。本来、誘電加熱は誘電損失を有する被加熱物をマイクロ波の電界によって加熱する原理に基づくため、電界が回転することは均一化に効果があるものと考えられる。 On the other hand, in order to simplify the configuration, a method of uniformly heating without a driving unit is expected, and a method using circularly polarized waves in which the polarization plane of an electric field rotates with time is proposed. Originally, since dielectric heating is based on the principle of heating an object to be heated having dielectric loss with a microwave electric field, rotation of the electric field is considered to have an effect on uniformity.
例えば、具体的な円偏波の発生方法としては、特許文献1には図12のように導波管1上で交差するX字型の円偏波開口2を用いる方式が示され、特許文献2には図13のように導波管1上で直交する向きの二つの長孔の開口1301を対向させつつも離して配置する方法が示され、特許文献3には図14のように導波管1に結合させたパッチアンテナ1401の平面形状に切り欠き1402を設ける方法が記載されている。 For example, as a specific method of generating circularly polarized waves, Patent Document 1 discloses a method using X-shaped circularly polarized apertures 2 that intersect on the waveguide 1 as shown in FIG. FIG. 2 shows a method of disposing two elongated holes 1301 that are orthogonal to each other on the waveguide 1 as shown in FIG. 13 while facing each other, and Patent Document 3 introduces a method as shown in FIG. A method is described in which a notch 1402 is provided in the planar shape of a patch antenna 1401 coupled to the wave tube 1.
例えば、従来のマイクロ波加熱装置では、導波管内部に回転アンテナ、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で、加熱室内のマイクロ波分布の不均一さを低減している。 For example, in a conventional microwave heating apparatus, a rotating antenna, an antenna shaft, and the like are arranged inside a waveguide. By driving a magnetron while rotating the rotating antenna by an antenna motor, the microwave distribution in the heating chamber is increased. Non-uniformity is reduced.
また、特許文献1に記載されているように、マグネトロンの上部に回転可能なアンテナを設け、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、該送風ファンの風力でアンテナを回転させ、加熱室内のマイクロ波分布を変化させているマイクロ波加熱装置が提案されている。 Further, as described in Patent Document 1, a rotatable antenna is provided on the upper part of the magnetron, and the antenna is rotated by the wind of the blower fan by applying cooling air from the blower fan to the blades of the rotary antenna. There has been proposed a microwave heating apparatus that changes the microwave distribution in the heating chamber.
一方、位相器を有する例として、マイクロ波加熱による被加熱物の加熱むらの低減と共にコストダウンおよび給電部の省スペース化を図った特許文献2に記載されているように、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有したマイクロ波加熱装置が提案されている。 On the other hand, as an example having a phase shifter, as described in Patent Document 2 in which heating unevenness of an object to be heated by microwave heating is reduced and cost reduction and space saving of a power feeding unit are achieved, a circular shape is provided inside the heating chamber. A microwave heating apparatus having a single microwave radiating unit that radiates polarized waves has been proposed.
しかしながら、前記従来の構成の電子レンジのようなマイクロ波加熱装置では、なるべく簡易的な構造で、被加熱物を効率良く、ムラ無く加熱することが求められているが、これまで提案されていた構成では下記の問題があった。 However, in the microwave heating apparatus such as the microwave oven having the above-described conventional configuration, it is required to efficiently heat an object to be heated with a simple structure as much as possible, and has been proposed so far. The configuration had the following problems.
なお、マイクロ波加熱装置、特に電子レンジは、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おり、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するため、加熱むらが未解決の中での高出力化は加熱むらの問題をより顕在化させることになる。 Microwave heating devices, especially microwave ovens, have been developed for high-power technology, and products with a rated high-frequency output of 1000 W have been commercialized in Japan. Instead of heating food by heat conduction, dielectric heating Since the food is directly heated using, the increase in output while the uneven heating is unsolved will make the problem of uneven heating more obvious.
前記従来の駆動部を有するマイクロ波加熱装置が抱える構造上の問題としては、下記の3点が挙げられる。1点目は、加熱むら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機構を必要としており、このため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。2点目は、テーブルまたはアンテナを安定的に回転させるために、該回転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、構造が制限されていたことである。3点目は、水蒸気加熱や熱風加熱などの種々の加熱機能を有する電子レンジの登場により、電子レンジの筐体内部に多くの構成部品が必要となることおよび、筐体内部の制御部品などの発熱量が多いため、十分な冷却性能を実現するために冷却用の風路を確保する必要となり、導波手段およびマイクロ波放射部の設置位置が制限されるため、加熱室内のマイクロ波分布が不均一になってしまうことである。 The following three points are given as structural problems of the microwave heating apparatus having the conventional driving unit. The first point requires a mechanism for rotating the table or antenna in order to reduce heating unevenness. For this reason, it is necessary to secure a rotation space and an installation space such as a motor for rotating the table or antenna. It was that the miniaturization of the heating device was hindered. Secondly, in order to stably rotate the table or antenna, it is necessary to provide the rotating antenna at the upper part or the lower part of the heating chamber, and the structure is limited. Third, with the advent of microwave ovens with various heating functions such as steam heating and hot air heating, many components are required inside the microwave oven casing, and control components inside the casing, etc. Because of the large amount of heat generation, it is necessary to secure a cooling air path in order to achieve sufficient cooling performance, and the installation position of the waveguide means and the microwave radiating unit is limited, so the microwave distribution in the heating chamber is It becomes non-uniform.
さらに、マイクロ波加熱装置におけるマイクロ波照射室であるアプリケータ内にテーブルまたは位相器の回転機構などを設置することは、マイクロ波による放電現象を引き起こし、信頼性を下げる。よって、これら機構を不要とするマイクロ波加熱装置が要求されている。 Furthermore, installing a table or a phaser rotation mechanism in an applicator, which is a microwave irradiation chamber in a microwave heating apparatus, causes a discharge phenomenon due to microwaves and lowers reliability. Therefore, there is a demand for a microwave heating apparatus that does not require these mechanisms.
次に、前記従来の円偏波を利用したマイクロ波加熱装置は、特許文献1〜3のいずれの場合においても、駆動部を無しにできるほどの均一効果はないという問題があった。いずれの特許文献も、円偏波と駆動部の相乗効果で従来の駆動部のみよりも均一になるということを記載しているに過ぎない。 Next, the conventional microwave heating device using circularly polarized waves has a problem that in any case of Patent Documents 1 to 3, there is no uniform effect that can eliminate the drive unit. Both patent documents only describe that the synergistic effect of the circularly polarized wave and the drive unit is more uniform than the conventional drive unit alone.
具体的には、特許文献1では図12のように導波管1の終端に位相シフター1201と呼ばれる回転体を有し、特許文献2では被加熱物を回転させるターンテーブル(図示せず)を有し、特許文献3では、図14のようにターンテーブル1403に加えてパッチアンテナ1401をも回転させて攪拌機として利用する構成を記載している。いずれも円偏波を用いれば駆動部無しにできるとは記載されていない。これは、もし円偏波で駆動部を無しにすると、一般的な駆動部を有した構成(たとえばテーブルを回転させる、アンテナを回転させるなどの構成)に比べて均一加熱性が劣るためである。 Specifically, Patent Document 1 has a rotating body called a phase shifter 1201 at the end of the waveguide 1 as shown in FIG. 12, and Patent Document 2 has a turntable (not shown) for rotating an object to be heated. Patent Document 3 describes a configuration in which a patch antenna 1401 is also rotated and used as an agitator in addition to the turntable 1403 as shown in FIG. It is not described that any drive unit can be used if circularly polarized waves are used. This is because if the drive unit is eliminated by circular polarization, the uniform heating performance is inferior to a configuration having a general drive unit (for example, a configuration in which a table is rotated, an antenna is rotated, etc.). .
均一加熱性を向上させるための手段として、マイクロ波放射部を導波手段の伝送方向と伝送方向及び電界方向に直交する方向に複数配置することがある。前述のように、マイクロ波放射部を複数配置することで加熱室内への伝送方向、伝送方向及び電界方向に直交す
る方向それぞれに対してマイクロ波放射範囲を拡げることが出来ることから、加熱室内への均一なマイクロ波放射ができる。
As a means for improving the uniform heating property, a plurality of microwave radiation portions may be arranged in a direction orthogonal to the transmission direction of the waveguide means, the transmission direction, and the electric field direction. As described above, by arranging a plurality of microwave radiation portions, the microwave radiation range can be expanded in each of the transmission direction into the heating chamber, the transmission direction, and the direction orthogonal to the electric field direction. Uniform microwave radiation.
しかし、マイクロ波放射部を導波手段の中でマイクロ波発生手段から伝送されたマイクロ波の進行波が支配的な領域において、導波手段の伝送方向及び電界方向に直交する方向にマイクロ波放射部が複数配置された場合、放射されるマイクロ波は指向性が強くなり、特に偶数個のマイクロ波放射部が配置された場合、それぞれのマイクロ波放射部から放射されたマイクロ波が干渉によって強めあい、マイクロ波放射部間の中心付近に伝送方向と反対方向に電界の強い領域が形成される。この強電界領域によって、被加熱物が局所的に過加熱となるなど、加熱むらが顕著になり、例えば、被加熱物の底面が焦げる等の調理性能悪化を引き起こす。 However, in the region where the traveling wave of the microwave transmitted from the microwave generating means is dominant in the microwave radiating part in the waveguide means, the microwave radiation is performed in the direction orthogonal to the transmission direction of the waveguide means and the electric field direction. When multiple parts are arranged, the radiated microwaves have a strong directivity. Especially when an even number of microwave radiating parts are arranged, the microwaves radiated from the respective microwave radiating parts are strengthened by interference. In the meantime, a region having a strong electric field is formed in the direction opposite to the transmission direction near the center between the microwave radiation portions. Due to this strong electric field region, the heating unevenness becomes remarkable, for example, the heated object is locally overheated, and the cooking performance deteriorates, for example, the bottom surface of the heated object is burnt.
本発明は前記課題を解決するものであり、被加熱物を均一に加熱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。特に、図12や図13のように導波管1の開口から円偏波を放射する場合、マイクロ波発生手段から伝送されるマイクロ波の進行波が支配的な領域において、導波管1のマイクロ波の伝送方向および電界方向に直交する方向に偶数個配置された場合の第二のマイクロ波放射部からのマイクロ波放射で発生する干渉を抑えるために、第二のマイクロ波放射部の数を単一または3以上の奇数個のマイクロ波放射部とする。マイクロ波放射部が単一に配置される場合、導波管におけるマイクロ波の伝送方向および電界方向に直交する方向へのマイクロ波放射をより強めるために、マイクロ波放射部の形状を変更する等の方法もある。上記の構成により、加熱室内のマイクロ波分布の均一化を図り、被加熱物の均一加熱できるようにすることを目的とする。 This invention solves the said subject, and it aims at providing the microwave heating apparatus which can heat a to-be-heated material uniformly. In particular, when circularly polarized light is radiated from the opening of the waveguide 1 as shown in FIGS. 12 and 13, in the region where the traveling wave of the microwave transmitted from the microwave generating means is dominant, the waveguide 1 In order to suppress interference generated by microwave radiation from the second microwave radiation section when an even number of microwave transmission directions and directions perpendicular to the electric field direction are arranged, the number of second microwave radiation sections Is a single or an odd number of microwave radiation portions of 3 or more. When the microwave radiating unit is arranged in a single unit, the shape of the microwave radiating unit is changed in order to further enhance the microwave radiation in the direction orthogonal to the microwave transmission direction and the electric field direction in the waveguide. There is also a method. An object of the present invention is to make the microwave distribution in the heating chamber uniform and to uniformly heat the object to be heated.
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、被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段と、マイクロ波を伝送する導波手段と、前記加熱室内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射部と、前記マイクロ波放射部が前記導波手段の伝送方向と伝送及び電界方向に直交する方向のそれぞれに複数個配置される第一のマイクロ波放射部と、前記第一のマイクロ波放射部より前記マイクロ波発生手段に近い領域に配置される第二のマイクロ波放射部と、前記第二のマイクロ波放射部が単一に配置されるマイクロ波放射部、または前記導波手段の伝送及び電界方向に直交する方向に3以上の奇数個で配置されるマイクロ波放射部である構成としている。 In order to solve the above-described conventional problems, a microwave heating apparatus of the present invention includes a heating chamber that houses an object to be heated, a microwave generating unit that generates a microwave, a waveguide unit that transmits the microwave, A microwave radiating part that radiates microwaves into the heating chamber, and a first microwave in which a plurality of microwave radiating parts are arranged in each of the transmission direction of the waveguide means and the direction orthogonal to the transmission and electric field direction A radiation unit, a second microwave radiation unit disposed in a region closer to the microwave generation means than the first microwave radiation unit, and a microwave in which the second microwave radiation unit is disposed in a single unit It is configured to be a microwave radiating portion or a microwave radiating portion arranged in an odd number of 3 or more in a direction orthogonal to the transmission and electric field direction of the waveguide means.
上記構成により、マイクロ波の進行波が支配的な領域で導波手段の伝送及び電界方向に直交するように偶数個配置された各マイクロ波放射手段から放射されるマイクロ波によるマイクロ波の干渉を抑えて、伝送方向と反対方向に発生する強電界領域を抑制することが可能となる。 With the above configuration, in the region where the traveling wave of the microwave is dominant, the interference of the microwave due to the microwave radiated from each of the microwave radiating means arranged so as to be orthogonal to the transmission of the waveguide means and the electric field direction. It is possible to suppress the strong electric field region generated in the direction opposite to the transmission direction.
また、第二のマイクロ波放射部が単一の場合でも、マイクロ波発生手段に最も近い位置に配置されるほどマイクロ波放射部から放射されるマイクロ波が強くなるため、マイクロ波放射部を偶数個配置した場合に発生するマイクロ波の干渉による強電界領域をなくすことができると同時に均一加熱性の確保も可能である。 Even when the second microwave radiating unit is single, the microwave radiated from the microwave radiating unit becomes stronger as it is arranged closest to the microwave generating means. It is possible to eliminate a strong electric field region due to the interference of microwaves generated in the case where they are arranged, and at the same time to ensure uniform heating.
さらに、第二のマイクロ波放射部が3以上の奇数個で配置される場合において、中央に位置するマイクロ波放射部が導波手段の管軸上に配置されることにより、マイクロ波の干渉による強電界領域の発生が抑制され、過加熱領域を減少させることで、被加熱物の加熱均一化を図ることが出来る。 Further, when the second microwave radiating portions are arranged in an odd number of 3 or more, the microwave radiating portion located in the center is arranged on the tube axis of the waveguide means, thereby causing interference of microwaves. Generation of a strong electric field region is suppressed, and the overheated region is reduced, so that heating of the object to be heated can be made uniform.
また、マイクロ波放射部の少なくとも1つが、少なくとも1つの長孔で構成され、前記長孔を有している前記マイクロ波放射部において、長孔の長手方向と前記導波手段の管軸
の交差角度により、マイクロ波放射部から加熱室内に放射されるマイクロ波の広がる方向が変化する。
Further, at least one of the microwave radiating portions is constituted by at least one long hole, and in the microwave radiating portion having the long holes, the longitudinal direction of the long holes intersects the tube axis of the waveguide means. The spreading direction of the microwave radiated from the microwave radiating unit into the heating chamber varies depending on the angle.
なお、本発明において、長孔の長手方向と前記導波手段の管軸の交差角度とは、長孔の長手方向と前記導波手段の管軸によって形成される角度の中で、最も小さい角度のことを意味する。 In the present invention, the crossing angle between the longitudinal direction of the long hole and the tube axis of the waveguide means is the smallest angle among the angles formed by the longitudinal direction of the long hole and the tube axis of the waveguide means. Means that.
特に、長孔の長手方向と前記導波手段の管軸の交差角度が45°より小さい場合、導波手段の伝送及び電界方向に直交する方向に指向性を持ったマイクロ波を放射し、長孔の長手方向と前記導波手段の管軸の交差角度が45°より大きい場合、導波手段の伝送方向及び伝送方向と反対方向に指向性を持ったマイクロ波を放射する。 In particular, when the crossing angle between the longitudinal direction of the long hole and the tube axis of the waveguide means is smaller than 45 °, microwaves having directivity are radiated in the direction orthogonal to the transmission of the waveguide means and the electric field direction. When the crossing angle between the longitudinal direction of the hole and the tube axis of the waveguide means is larger than 45 °, microwaves having directivity are radiated in the transmission direction of the waveguide means and in the direction opposite to the transmission direction.
これを利用することで、マイクロ波放射部からの導波手段に対してマイクロ波の伝送及び電界方向に直交する方向へのマイクロ波放射が強くなり、より加熱の均一化をはかることができる。 By utilizing this, microwave transmission in the direction orthogonal to the direction of the electric field and transmission of the microwave is stronger with respect to the waveguide means from the microwave radiating section, and the heating can be made more uniform.
さらに、マイクロ波の進行波が支配的な領域で導波手段の伝送及び電界方向に直交するように配置された、少なくとも1つの長孔を有しているマイクロ波放射部において、少なくとも1つの長孔の長手方向の長さを、第一のマイクロ波放射部の長さより第二のマイクロ波放射部の長さの方を長くすることにより、マイクロ波放射部からの干渉による伝送方向の反対方向に発生する強電界領域を抑制すると同時に、前記第二のマイクロ波放射部からの伝送及び電界方向に直交する方向へのマイクロ波放射を強めることができ、被加熱物のより均一な加熱が可能となるマイクロ波加熱装置を実現することが出来る。 Further, in the microwave radiating section having at least one long hole arranged so as to be orthogonal to the transmission of the waveguide means and the electric field direction in a region where the traveling wave of the microwave is dominant, at least one long By making the length of the longitudinal direction of the hole longer than the length of the first microwave radiation portion, the length of the second microwave radiation portion is opposite to the transmission direction due to interference from the microwave radiation portion. In addition to suppressing the strong electric field region generated at the same time, the transmission from the second microwave radiating part and the microwave radiation in the direction perpendicular to the electric field direction can be strengthened, and the heated object can be heated more uniformly. A microwave heating apparatus can be realized.
また、円偏波を放射するマイクロ波放射部を配置することにより、マイクロ波放射部から円偏波の特徴である広がりを持ったマイクロ波が放射され、被加熱物へのマイクロ波の放射をより広い範囲で均一化することができる。特に、円偏波によるマイクロ波加熱は、周方向に対しての均一加熱が期待できる。 In addition, by arranging a microwave radiating part that radiates circularly polarized waves, microwaves with a spread characteristic of circularly polarized waves are radiated from the microwave radiating parts, and microwave radiation to the object to be heated is radiated. It is possible to make uniform in a wider range. In particular, microwave heating by circular polarization can be expected to be uniform in the circumferential direction.
さらに、円偏波を放射するマイクロ波放射部を2本以上の長孔により構成される単純な形状とすることにより、被加熱物の均一加熱だけではなく、駆動部のない簡易な構成で信頼性の向上および給電部の小型化を実現することができる。 Furthermore, the microwave radiation part that radiates circularly polarized waves has a simple shape composed of two or more long holes, so that not only uniform heating of the object to be heated, but also a simple structure without a drive part is reliable. The improvement in performance and the miniaturization of the power feeding unit can be realized.
本発明は、各マイクロ波放射部から放射されるマイクロ波の干渉によって導波手段の伝送方向と反対方向に発生する強電界領域を減らすことが可能となり、均一加熱できるマイクロ波加熱装置を実現できる。 The present invention makes it possible to reduce the strong electric field region generated in the direction opposite to the transmission direction of the waveguide means due to the interference of the microwaves radiated from each microwave radiating portion, and to realize a microwave heating apparatus capable of uniform heating. .
また、少なくとも1つの長孔を有しているマイクロ波放射部で、長孔の長手方向と導波手段の管軸の交差角度が、45°より小さい構成とすることにより、導波手段の伝送方向だけでなく、特に伝送及び電界方向に直交する方向にそれぞれマイクロ波をより放射することが可能となり、被加熱物の均一加熱性を向上できる。 Further, in the microwave radiating portion having at least one long hole, the crossing angle between the longitudinal direction of the long hole and the tube axis of the waveguide means is smaller than 45 °, so that the transmission of the waveguide means is performed. In addition to the direction, it becomes possible to radiate more microwaves, particularly in the direction orthogonal to the transmission and electric field directions, and the uniform heating property of the object to be heated can be improved.
さらに、第二のマイクロ波放射部が単一の場合の少なくとも1つの長孔の長手方向の長さが、第一のマイクロ波放射部を構成するマイクロ波放射部の少なくとも1つの長孔の長手方向の長さよりも長いことにより、マイクロ波放射による干渉をなくし、強電界領域を抑制することが出来ると同時に、マイクロ波の伝送及び電界方向と直行する方向へのマイクロ波放射をより強くすることができ、被加熱物のより均一な加熱が可能となるマイクロ波加熱装置を実現することが出来る。 Further, the length in the longitudinal direction of the at least one long hole when the second microwave radiating portion is single is the length of the at least one long hole of the microwave radiating portion constituting the first microwave radiating portion. Being longer than the length of the direction can eliminate the interference caused by microwave radiation and suppress the strong electric field region, and at the same time, enhance the microwave transmission and the microwave radiation in the direction perpendicular to the electric field direction. Therefore, it is possible to realize a microwave heating apparatus that can more uniformly heat an object to be heated.
加えて、円偏波を放射するマイクロ波放射部を配置することにより、マイクロ波放射部から円偏波の特徴である広がりを持ったマイクロ波が放射され、被加熱物へのマイクロ波の放射をより広い範囲で均一化することができる。特に、円偏波によるマイクロ波加熱は、周方向に対しての均一加熱が期待できる。 In addition, by arranging a microwave radiating section that radiates circularly polarized waves, microwaves with a spread characteristic of circularly polarized waves are radiated from the microwave radiating section, and microwave radiation to the object to be heated is radiated. Can be made uniform in a wider range. In particular, microwave heating by circular polarization can be expected to be uniform in the circumferential direction.
さらに、円偏波を放射するマイクロ波放射部を2本以上の長孔により構成される単純な形状とすることにより、被加熱物の均一加熱だけではなく、駆動部のない簡易な構成で信頼性の向上および給電部の小型化を実現することができる。 Furthermore, the microwave radiation part that radiates circularly polarized waves has a simple shape composed of two or more long holes, so that not only uniform heating of the object to be heated, but also a simple structure without a drive part is reliable. The improvement in performance and the miniaturization of the power feeding unit can be realized.
第1の発明のマイクロ波加熱装置は、被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段と、マイクロ波を伝送する導波手段と、前記加熱室内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射部と、前記マイクロ波放射部が前記導波手段の伝送方向と伝送及び電界方向に直交する方向のそれぞれに複数個配置される第一のマイクロ波放射部と、前記第一のマイクロ波放射部より前記マイクロ波発生手段に近い領域に配置される第二のマイクロ波放射部と、前記第二のマイクロ波放射部が単一に配置されるマイクロ波放射部、または前記導波手段の伝送及び電界方向に直交する方向に3以上の奇数個で配置されるマイクロ波放射部であることにより、マイクロ波の進行波が支配的な領域に、マイクロ波放射手段が偶数個配置された際に、各マイクロ波放射部から放射されたマイクロ波が干渉し、マイクロ波の伝送方向と反対方向に発生する強電界領域の発生を抑制することができ、被加熱物の過加熱領域を減らすことができ、加熱の均一化を可能となる。 A microwave heating apparatus according to a first aspect of the present invention is a heating chamber for storing an object to be heated, a microwave generating means for generating microwaves, a waveguide means for transmitting microwaves, and radiating microwaves into the heating chamber. A plurality of microwave radiating portions, a plurality of the microwave radiating portions disposed in each of a transmission direction of the waveguide means and a direction orthogonal to the transmission and electric field directions, and the first microwave radiating portion, A second microwave radiating section disposed in a region closer to the microwave generating means than the microwave radiating section; and a microwave radiating section in which the second microwave radiating section is disposed in a single unit, or the waveguide. Since the microwave radiating unit is arranged in an odd number of 3 or more in a direction orthogonal to the transmission and electric field direction, an even number of microwave radiating means is arranged in a region where the traveling wave of the microwave is dominant. In this case, the microwaves radiated from the microwave radiating portions interfere with each other, and the generation of a strong electric field region generated in the direction opposite to the microwave transmission direction can be suppressed, and the overheating region of the object to be heated is reduced. And uniform heating is possible.
第2の発明は、特に第1の発明のマイクロ波を伝送する導波手段が、TE10モードを
伝送する矩形導波管とすることで、前記矩形導波管の幅方向と長手方向に複数配置されるマイクロ波放射部は、加熱室において、前記矩形導波管の幅方向と長手方向にマイクロ波放射を拡げることができ、被加熱物の均一加熱が可能となる。
In the second invention, the waveguide means for transmitting the microwave of the first invention is a rectangular waveguide for transmitting the TE10 mode, and a plurality of the waveguide means are arranged in the width direction and the longitudinal direction of the rectangular waveguide. In the heating chamber, the microwave radiating section can spread the microwave radiation in the width direction and the longitudinal direction of the rectangular waveguide, and the object to be heated can be uniformly heated.
第3の発明は、特に、第1または第2の発明の第二のマイクロ波放射部の単一に配置されるマイクロ波放射部が、円偏波を放射する構成とすることで、マイクロ波の干渉による強電界領域の発生を抑制すると同時に、円偏波放射部の中心から渦を巻くようにマイクロ波が放射されるので、円周方向に均一に加熱することができ、被加熱物のより均一に加熱することが可能となる。 In the third invention, in particular, the microwave radiating unit disposed in a single portion of the second microwave radiating unit of the first or second invention is configured to radiate circularly polarized waves. In addition to suppressing the generation of a strong electric field region due to interference, the microwave is radiated from the center of the circularly polarized radiation section so as to vortex, so that it can be heated uniformly in the circumferential direction, It becomes possible to heat more uniformly.
第4の発明は、特に、第1または第2の発明における第二のマイクロ波放射部の単一に配置されるマイクロ波放射部が、直線偏波を放射する構成とすることで、マイクロ波の干渉による強電界領域の発生を抑制すると同時に、より加熱したい方向へ指向性を持たせることが可能なため、加熱を均一化することができ、被加熱物の均一加熱性の向上が可能となる。 In the fourth aspect of the invention, in particular, the microwave radiating unit disposed in a single part of the second microwave radiating unit in the first or second aspect of the invention is configured to radiate linearly polarized waves. In addition to suppressing the generation of a strong electric field region due to interference, it is possible to provide directivity in the direction of heating more, so that the heating can be made uniform and the uniform heating property of the object to be heated can be improved. Become.
第5の発明は、特に、第1または第2の発明における第二のマイクロ波放射部の3以上の奇数個で配置されるマイクロ波放射部の中で、中央に位置するマイクロ波放射部が導波手段の管軸上に配置される構成とすることにより、中央のマイクロ波放射部からのマイクロ波放射が、マイクロ波の干渉による強電界領域の発生を抑制し、過加熱領域を減少させることで、被加熱物の加熱均一化を図ることが出来る。 In the fifth aspect of the invention, in particular, among the microwave radiating portions arranged in an odd number of three or more of the second microwave radiating portions in the first or second invention, the microwave radiating portion located in the center is By adopting a configuration that is arranged on the tube axis of the waveguide means, the microwave radiation from the central microwave radiation portion suppresses the generation of a strong electric field region due to the interference of the microwave and reduces the overheating region. Thus, it is possible to achieve uniform heating of the object to be heated.
第6の発明は、特に、第1から第4のいずれか1つの発明におけるマイクロ波放射部の少なくとも1つが、少なくとも1つの長孔で構成され、前記マイクロ波放射部の少なくとも1つの長孔の長手方向と導波手段の管軸の交差角度を45°より小さい構成とすることで、マイクロ波放射部からの、マイクロ波の伝送及び電界方向に直交する方向へのマイクロ波放射がより強くなり、より広い領域で加熱することが可能となるため、マイクロ波の干渉による強電界領域を抑制すると同時に、被加熱物の均一加熱性をさらに向上させることができる。 In the sixth aspect of the invention, in particular, at least one of the microwave radiating portions in any one of the first to fourth aspects of the invention is configured by at least one long hole, and the microwave radiating portion has at least one long hole. By making the crossing angle between the longitudinal direction and the tube axis of the waveguide means smaller than 45 °, microwave transmission from the microwave radiating section and microwave radiation in the direction perpendicular to the electric field direction become stronger. Since it is possible to heat in a wider region, it is possible to suppress a strong electric field region due to microwave interference and to further improve the uniform heating property of the object to be heated.
第7の発明は、特に、第1から第4のいずれか1つの発明におけるマイクロ波放射部の少なくとも1つが、少なくとも1つの長孔で構成され、単一に配置される第二のマイクロ波放射部の少なくとも1つの長孔の長手方向の長さが、第一のマイクロ波放射部の少なくとも1つの長孔の長手方向の長さよりも長い構成であることで、マイクロ波放射の干渉を抑えて、導波手段の伝送方向と反対方向に発生する強電界領域を抑制すると同時に、伝送方向と伝送及び電界方向に直交する方向に対してマイクロ波放射を広範囲に放射することが出来、被加熱物の均一加熱性を向上することができる。 In the seventh aspect of the invention, in particular, the second microwave radiation in which at least one of the microwave radiation portions in any one of the first to fourth aspects of the invention is composed of at least one long hole and is disposed in a single unit. The length of the longitudinal direction of the at least one long hole of the portion is longer than the length of the longitudinal direction of the at least one long hole of the first microwave radiation portion, thereby suppressing interference of microwave radiation. In addition, the strong electric field region generated in the direction opposite to the transmission direction of the waveguide means is suppressed, and at the same time, microwave radiation can be radiated in a wide range in the direction perpendicular to the transmission direction and the transmission and electric field direction. The uniform heating property can be improved.
第8の発明は、特に、第1から第7のいずれか1つの発明の円偏波を放射するマイクロ波放射部が、二つの長孔が交差する略X字状の構成としている。これにより、簡単な構成で確実に円偏波を放射することができる。 In the eighth aspect of the invention, in particular, the microwave radiating portion that radiates circularly polarized waves according to any one of the first to seventh aspects of the invention has a substantially X-shaped configuration in which two long holes intersect. Thereby, it is possible to reliably radiate circularly polarized waves with a simple configuration.
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〜図6は、本発明の実施の形態1におけるマイクロ波加熱装置の説明図である。
(Embodiment 1)
1-6 is explanatory drawing of the microwave heating apparatus in Embodiment 1 of this invention.
図1はマイクロ波加熱装置の全体構成を示す斜視図である。図1において、マイクロ波放射部102、加熱室103、載置台104、ドア105によりマイクロ波加熱装置101が構成されている。図2は、円偏波を放射するマイクロ波放射部102の配置位置の説明図である。図2において、マイクロ波はマイクロ波発生手段202により発生し、導波手段201内を伝送され円偏波を放射するマイクロ波放射部102から放射される。また、終端部203で反射して導波手段201内で定在波を形成する。マイクロ波放射部102の長孔は、長孔の長手方向204、長孔の長手方向204と導波手段の管軸211の交差角度205、マイクロ波の伝送方向207、マイクロ波の伝送方向と反対方向208、伝送及び電界。図3は導波手段201の一つである矩形導波管301の概略図である。図4は導波手段201の伝送モードと電界、磁界及び電流や定在波について説明した図である。図5は、導波手段201においてマイクロ波の進行波が支配的な領域に配置された各マイクロ波放射部102から放射されるマイクロ波の干渉により発生する強電界領域501の説明図である。図5(a)については、マイクロ波放射部周辺の電界強度の時間変化をコンター図で表しており、図5(b)はマイクロ波加熱装置101を導波手段の管軸211に沿った平面で鉛直方向にきった断面において、電界強度をコンター図で表現している。これらの結果は電磁界解析による結果である。解析条件としては、加熱室壁面の境界条件を吸収境界、マイクロ波放射部の数は8としている。図6は第二のマイクロ波放射部221が単一である場合の配置と形状についての概略図である。 FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of the microwave heating apparatus. In FIG. 1, a microwave heating device 101 is configured by a microwave radiation unit 102, a heating chamber 103, a mounting table 104, and a door 105. FIG. 2 is an explanatory diagram of an arrangement position of the microwave radiation unit 102 that radiates circularly polarized waves. In FIG. 2, the microwave is generated by the microwave generation means 202 and is radiated from the microwave radiation section 102 that is transmitted through the waveguide means 201 and radiates circularly polarized waves. Further, a standing wave is formed in the waveguide unit 201 by being reflected by the terminal portion 203. The long hole of the microwave radiating part 102 is opposite to the long hole longitudinal direction 204, the crossing angle 205 of the long hole long direction 204 and the tube axis 211 of the waveguide means, the microwave transmission direction 207, and the microwave transmission direction. Direction 208, transmission and electric field. FIG. 3 is a schematic view of a rectangular waveguide 301 that is one of the waveguide means 201. FIG. 4 is a diagram for explaining the transmission mode of the waveguide means 201, the electric field, the magnetic field, the current, and the standing wave. FIG. 5 is an explanatory diagram of the strong electric field region 501 generated by the interference of the microwaves radiated from the respective microwave radiating units 102 arranged in the region where the traveling wave of the microwave is dominant in the waveguide unit 201. FIG. 5A shows a time variation of the electric field intensity around the microwave radiating portion in a contour diagram, and FIG. 5B shows a plan view of the microwave heating device 101 along the tube axis 211 of the waveguide means. In the vertical cross section, the electric field strength is represented by a contour diagram. These results are the results of electromagnetic field analysis. As an analysis condition, the boundary condition of the heating chamber wall surface is an absorption boundary, and the number of microwave radiation portions is eight. FIG. 6 is a schematic diagram of the arrangement and shape in the case where the second microwave radiating portion 221 is single.
代表的なマイクロ波加熱装置である電子レンジは、被加熱物(図示せず)を収納可能な加熱室103と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段202と、マイクロ波発生手段202から放射されたマイクロ波を加熱室103に導く導波手段201と、導波手段201のH面302に設けた導波手段201内のマイクロ波を加熱室103内に放射するマイクロ波放射部102を有している。 A microwave oven, which is a typical microwave heating apparatus, is radiated from a heating chamber 103 in which an object to be heated (not shown) can be stored, a microwave generation unit 202 that generates a microwave, and a microwave generation unit 202. A waveguide unit 201 that guides the microwave to the heating chamber 103, and a microwave radiation unit 102 that radiates the microwave in the waveguide unit 201 provided on the H surface 302 of the waveguide unit 201 into the heating chamber 103. ing.
また、図1に示すように電子レンジは、マイクロ波放射部102の上部をカバーしつつ被加熱物を載置する載置台104と、被加熱物の出し入れのためのドア105を有する。ここで、載置台104は、ガラスやセラミックなどマイクロ波が透過しやすい材料で構成する。 As shown in FIG. 1, the microwave oven includes a mounting table 104 on which an object to be heated is placed while covering the upper part of the microwave radiating unit 102, and a door 105 for taking in and out the object to be heated. Here, the mounting table 104 is made of a material that easily transmits microwaves, such as glass or ceramic.
なお、マイクロ波発生手段202にはマグネトロン、導波手段201には矩形導波管301、マイクロ波放射部102には導波手段201に設けた開口部を用いることで上記の構成を容易に実現できる。 The above configuration can be easily realized by using a magnetron for the microwave generation means 202, a rectangular waveguide 301 for the waveguide means 201, and an opening provided in the waveguide means 201 for the microwave radiation section 102. it can.
最初にマイクロ波加熱装置の概略動作について説明を行なう。使用者により加熱室103内に被加熱物が置かれ、加熱開始指示が行われると、マイクロ波加熱装置は、マイクロ波発生手段202であるマグネトロンから導波手段201内にマイクロ波を供給し、加熱室103と導波手段201とを接続しているマイクロ波放射部102を通じて、加熱室103内にマイクロ波を放射することで、マイクロ波加熱装置は被加熱物の加熱を行う。 First, the schematic operation of the microwave heating apparatus will be described. When an object to be heated is placed in the heating chamber 103 by the user and a heating start instruction is given, the microwave heating apparatus supplies microwaves from the magnetron, which is the microwave generating means 202, into the waveguide means 201, The microwave heating apparatus heats an object to be heated by radiating microwaves into the heating chamber 103 through the microwave radiating unit 102 connecting the heating chamber 103 and the waveguide unit 201.
なお、本発明において、マイクロ波放射部102から放射され被加熱物を直接加熱するマイクロ波を直接波と呼び、加熱室103の内壁で反射したマイクロ波を反射波と呼ぶ。 Note that in the present invention, microwaves radiated from the microwave radiating unit 102 and directly heating an object to be heated are called direct waves, and microwaves reflected by the inner wall of the heating chamber 103 are called reflected waves.
次に、図3を用いて電子レンジに搭載される代表的な導波手段201である矩形導波管301について説明する。最も単純で一般的な導波手段201は、図3のように一定の長方形の断面(幅a×高さb)を伝送方向207に伸ばした直方体からなり、マイクロ波の波長をλとしたときに、導波管の幅a(マイクロ波の波長λ>a>λ/2)、高さb(<
λ/2)の範囲に選ぶことにより、TE10モードでマイクロ波を伝送することが知られている。
Next, a rectangular waveguide 301 which is a typical waveguide unit 201 mounted on a microwave oven will be described with reference to FIG. The simplest and general waveguide means 201 is a rectangular parallelepiped having a certain rectangular cross section (width a × height b) extending in the transmission direction 207 as shown in FIG. 3, and the wavelength of the microwave is λ. And a waveguide width a (microwave wavelength λ>a> λ / 2) and height b (<
It is known to transmit microwaves in the TE10 mode by selecting in the range of λ / 2).
TE10モードとは、矩形導波管301内において導波管の伝送方向207には磁界402成分のみが存在して電界401成分のない、H波(TE波;電気的横波伝送 Transverse Electric Wave)における伝送モードのことを指す。なお、TE10モード以外の伝送モードがマイクロ波加熱装置101の導波手段201に適用されることは殆どない。 The TE10 mode is an H wave (TE wave; Electrical Transverse Electric Wave) in which the magnetic field 402 component exists only in the waveguide transmission direction 207 in the rectangular waveguide 301 and has no electric field 401 component. Refers to the transmission mode. Note that transmission modes other than the TE10 mode are rarely applied to the waveguide means 201 of the microwave heating apparatus 101.
電子レンジでは波長λは約120mmであり、一般的には幅aを80〜100mm、高さbを15〜40mm程度に選ぶことが多い。 In a microwave oven, the wavelength λ is about 120 mm, and in general, the width a is often selected to be 80 to 100 mm and the height b is selected to be about 15 to 40 mm.
このとき、図3の上下の面を磁界402が平行に渦巻く面という意味でH面302と呼び、左右の面を電界401に平行な面という意味でE面303と呼ぶ。なお、マイクロ波が導波管内を伝送されるときの波長は、管内波長λgと表され、λg=λ/√(1−(λ/(2×a))^2)となり、幅a寸法によって変化するが、高さb寸法には無関係に決まる。 At this time, the upper and lower surfaces in FIG. 3 are referred to as the H surface 302 in the sense that the magnetic field 402 spirals in parallel, and the left and right surfaces are referred to as the E surface 303 in the meaning parallel to the electric field 401. The wavelength when the microwave is transmitted through the waveguide is expressed as an in-tube wavelength λg, which is λg = λ / √ (1- (λ / (2 × a)) ^ 2), depending on the width a dimension. Although it varies, it is determined regardless of the height b dimension.
また、TE10モードでは、導波手段201の幅方向の両端(E面303)で電界401が0、幅方向の中央で電界401が最大となる。よって、マグネトロンは電界401が最大となる導波手段201の幅方向の中央に結合させる構成とする。 In the TE10 mode, the electric field 401 is 0 at both ends (E plane 303) in the width direction of the waveguide unit 201, and the electric field 401 is maximum at the center in the width direction. Therefore, the magnetron is configured to be coupled to the center in the width direction of the waveguide unit 201 where the electric field 401 is maximum.
上述の通り、2.45GHz近辺の周波数を用いるマイクロ波加熱装置である電子レンジにおいて、TE10モードでマイクロ波を伝送する場合、導波管の幅aを80〜100mmとすることが多い。 As described above, in a microwave oven that is a microwave heating device using a frequency around 2.45 GHz, when transmitting microwaves in the TE10 mode, the width a of the waveguide is often set to 80 to 100 mm.
しかしながら、導波手段201の伝送及び電界方向に直交する方向209における加熱室103の寸法は、導波管の幅a寸法より大きいことが多いため、マイクロ波放射部102から放射されるマイクロ波を伝送及び電界方向に直交する方向209に広げなければ、均一加熱を実現することは困難である。 However, since the dimension of the heating chamber 103 in the direction 209 orthogonal to the transmission and electric field direction of the waveguide means 201 is often larger than the width a dimension of the waveguide, the microwave radiated from the microwave radiating unit 102 is reduced. It is difficult to achieve uniform heating without spreading in the direction 209 orthogonal to the transmission and electric field directions.
よって、マイクロ波放射部102から放射されるマイクロ波を伝送及び電界方向に直交する方向209に広げる技術は、重要である。 Therefore, a technique for spreading the microwave radiated from the microwave radiation unit 102 in the direction 209 orthogonal to the transmission and electric field direction is important.
次に、マイクロ波放射部102から放射されるマイクロ波を伝送及び電界方向に直交する方向209に拡げて放射する従来技術として、導波手段201内の電界401分布の概腹位置405にマイクロ波放射部102を配置する方法について説明する。 Next, as a conventional technique for spreading and radiating the microwave radiated from the microwave radiating unit 102 in the direction 209 orthogonal to the transmission and electric field direction, the microwave is placed at the approximate belly position 405 of the electric field 401 distribution in the waveguide unit 201. A method for arranging the radiation unit 102 will be described.
導波手段201として図3に示すような矩形導波管301を用いている場合、マイクロ波発生手段202から発生した進行波と、導波手段201の終端部203で反射した反射波が互いに干渉し、図4に示すように導波管内に定在波404が生じる。 When the rectangular waveguide 301 as shown in FIG. 3 is used as the waveguide unit 201, the traveling wave generated from the microwave generation unit 202 interferes with the reflected wave reflected by the terminal portion 203 of the waveguide unit 201. As shown in FIG. 4, a standing wave 404 is generated in the waveguide.
なお、マイクロ波放射部102の位置する導波手段201内の定在波404の電界401の位相によって、導波手段201から加熱室103へ放射されるマイクロ波の広がりは変化する。このマイクロ波の広がりが変化する原理については、以下で説明する。 Note that the spread of the microwave radiated from the waveguide unit 201 to the heating chamber 103 changes depending on the phase of the electric field 401 of the standing wave 404 in the waveguide unit 201 where the microwave radiation unit 102 is located. The principle of changing the spread of the microwave will be described below.
まず、図4を用いて定在波404における電界401・磁界402・電流403の関係について説明する。進行波は電界401と磁界402の方向は90°ずれており、位相は同一である。これに対し、定在波404は電界401と磁界402の方向は90°ずれており、位相はπ/2ずれている。よって、定在波404が発生している矩形導波管301
内の電界401と磁界402の関係は図4のようになる。これは、定在波404の場合は、進行波が導波手段201の終端部203で反射する際に、電界401の位相がπ/2ずれることが主な原因である。なお、電流403は導波手段201の表面を磁界402に直交する方向に流れる。
First, the relationship between the electric field 401, the magnetic field 402, and the current 403 in the standing wave 404 will be described with reference to FIG. In the traveling wave, the directions of the electric field 401 and the magnetic field 402 are shifted by 90 °, and the phase is the same. On the other hand, in the standing wave 404, the directions of the electric field 401 and the magnetic field 402 are shifted by 90 °, and the phase is shifted by π / 2. Therefore, the rectangular waveguide 301 in which the standing wave 404 is generated.
The relationship between the electric field 401 and the magnetic field 402 is as shown in FIG. In the case of the standing wave 404, this is mainly due to the phase of the electric field 401 being shifted by π / 2 when the traveling wave is reflected by the terminal portion 203 of the waveguide unit 201. The current 403 flows on the surface of the waveguide unit 201 in a direction perpendicular to the magnetic field 402.
定在波404が発生している矩形導波管301のH面302にマイクロ波放射部102を配置した場合の、マイクロ波の指向性についての原理説明を行なう。 The principle of microwave directivity when the microwave radiating portion 102 is arranged on the H surface 302 of the rectangular waveguide 301 where the standing wave 404 is generated will be described.
図4に示すように導波手段201内の定在波404について、概腹位置405と概節位置406にマイクロ波放射部102が配置された場合について考える。本発明における腹および節とは、導波手段201の伝送方向207における電界401の強弱を指しており、伝送及び電界方向に直交する方向209における電界401の強弱を意味してはいない。 As shown in FIG. 4, consider a case where the microwave radiating unit 102 is disposed at the approximate belly position 405 and the approximate node position 406 for the standing wave 404 in the waveguide unit 201. The antinodes and nodes in the present invention indicate the strength of the electric field 401 in the transmission direction 207 of the waveguide means 201, and do not mean the strength of the electric field 401 in the direction 209 orthogonal to the transmission and electric field direction.
マイクロ波放射部102における電流403の伝送方向207成分と伝送及び電界方向に直交する方向209成分を考えた場合、概腹位置405に置かれたマイクロ波放射部102における電流403には伝送及び電界方向に直交する方向209成分が多い。 Considering the transmission direction 207 component of the current 403 in the microwave radiating unit 102 and the direction 209 component orthogonal to the transmission and electric field direction, the current 403 in the microwave radiating unit 102 placed at the approximate position 405 includes the transmission and electric field. There are many direction 209 components orthogonal to a direction.
電流403の流れる方向と電界401が広がる方向は同一であるので、導波手段201から加熱室103へ放射されるマイクロ波は、主に伝送及び電界方向に直交する方向209に広がる。 Since the direction in which the current 403 flows and the direction in which the electric field 401 spreads are the same, the microwave radiated from the waveguide unit 201 to the heating chamber 103 mainly spreads in the direction 209 orthogonal to the transmission and electric field direction.
また、概節位置406に置かれたマイクロ波放射部102における電流403には伝送方向207成分が多い。このため、導波手段201から加熱室103へ放射されるマイクロ波は、主に導波手段201の伝送方向207に広がる。 In addition, the current 403 in the microwave radiation unit 102 placed at the approximate node position 406 has many components in the transmission direction 207. For this reason, the microwave radiated from the waveguide unit 201 to the heating chamber 103 mainly spreads in the transmission direction 207 of the waveguide unit 201.
次に、導波手段201内の電界401の節位置について説明する。図4に示すような終端部203を備えた導波手段201内をマイクロ波が伝送する場合、マイクロ波の伝送方向207に定在波404が形成される。導波手段201は終端部203で閉じられているため、終端部203における振幅は0となる。また、マイクロ波発生手段202の供給側は、振幅最大値を示す自由端となる。 Next, the node position of the electric field 401 in the waveguide unit 201 will be described. When microwaves are transmitted through the waveguide unit 201 having the termination portion 203 as shown in FIG. 4, a standing wave 404 is formed in the microwave transmission direction 207. Since the waveguide unit 201 is closed by the terminal end 203, the amplitude at the terminal end 203 is zero. Further, the supply side of the microwave generation means 202 is a free end indicating the maximum amplitude value.
ここで、導波手段201内に存在する定在波404は、マイクロ波発生手段202が供給する発振周波数が基になった波である。したがって、導波手段201内に存在する定在波404の波長は、マイクロ波発生手段202の発振周波数によって生じる管内波長λgの約1/2となる。 Here, the standing wave 404 existing in the waveguide unit 201 is a wave based on the oscillation frequency supplied by the microwave generation unit 202. Therefore, the wavelength of the standing wave 404 existing in the waveguide unit 201 is about ½ of the in-tube wavelength λg generated by the oscillation frequency of the microwave generation unit 202.
よって、導波手段201内には、終端部203を基点として、管内波長λgの約1/2毎に定在波404の節位置が生じる。また、定在波404の腹位置は、隣り合う節位置のほぼ中間に存在する。 Therefore, in the waveguide means 201, the node position of the standing wave 404 is generated at every half of the guide wavelength λg with the terminal end 203 as a base point. Further, the antinode position of the standing wave 404 exists substantially in the middle of the adjacent node positions.
ただし、現実の導波手段201である導波管においては、マイクロ波発生手段202周辺の導波手段201内の電界401が安定しないことや、終端部203の状態が理想状態とならない場合が多く、理論値前後の管内波長λgを生じることがある。よって、現実の正確な導波管内の定在波404の波長は導波手段201内の振幅を実測するのが確実である。 However, in the waveguide that is the actual waveguide unit 201, the electric field 401 in the waveguide unit 201 around the microwave generation unit 202 is often not stable, and the state of the terminal portion 203 is not ideal. In some cases, an in-tube wavelength λg around the theoretical value is generated. Therefore, it is certain to actually measure the amplitude of the standing wave 404 in the actual waveguide in the waveguide means 201.
次に、円偏波の特徴および円偏波を用いたマイクロ波加熱の利点について説明する。 Next, features of circularly polarized waves and advantages of microwave heating using circularly polarized waves will be described.
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401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401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401強度の大きさが変化しないという特徴を有している。
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 401 rotates with respect to the traveling direction of the radio wave, and when the circular polarization is formed, the direction of the electric field 401 continues to change with time. The radiation angle of the microwave radiated into the chamber 103 continues to change, and the intensity of the electric field 401 does not change with time.
前記の特徴により、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、被加熱物を均一に加熱することができるようになる。特に、円偏波の周方向に対して均一加熱の傾向が強い。 Due to the above characteristics, compared to microwave heating by linear polarization used in conventional microwave heating devices, microwaves are dispersed and radiated over a wide range so that the object to be heated can be heated uniformly. become. In particular, there is a strong tendency for uniform heating in the circumferential direction of circular polarization.
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。 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.
なお、円偏波に対して、導波手段201内のマイクロ波の電場および磁場の振動方向が一定方向であるのが直線偏波である。直線偏波を加熱室103内に放射する従来のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波分布の不均一さを低減するために、被加熱物を載置するテーブルを回転させる構造や、導波手段201から加熱室103へマイクロ波を放射するアンテナを回転させる構造などを設置する必要がある。 Note that the direction of vibration of the microwave electric field and the magnetic field in the waveguide unit 201 is constant with respect to the circularly polarized wave, which is a linearly polarized wave. In the conventional microwave heating apparatus that radiates linearly polarized waves into the heating chamber 103, in order to reduce the non-uniformity of the microwave distribution, a structure for rotating the table on which the object to be heated is placed, or waveguide means It is necessary to install a structure for rotating an antenna that radiates microwaves from 201 to the heating chamber 103.
よって、従来の直線偏波を用いたマイクロ波加熱装置によるマイクロ波加熱で問題とされていた、直接波と反射波の干渉によって加熱室103内に生じる定在波404を緩和することが可能となり、均一なマイクロ波加熱を実現することができる。 Therefore, the standing wave 404 generated in the heating chamber 103 due to the interference between the direct wave and the reflected wave, which has been a problem in the microwave heating by the microwave heating device using the conventional linearly polarized wave, can be relaxed. Uniform microwave heating can be realized.
なお、本発明における円偏波とは、マイクロ波放射部102からのマイクロ波の広がりが正確な真円となっている場合のみを意味しているのではなく、マイクロ波の広がりが楕円となっているなどの場合も含んでいる。つまり、電界401の方向が時間に応じて変化し続けることで、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401強度の大きさが変化しないという特徴を有しているものも円偏波と呼んでいる。 The circularly polarized wave in the present invention does not mean only when the microwave spread from the microwave radiating unit 102 is an exact circle, but the microwave spread is an ellipse. It also includes cases such as That is, as the direction of the electric field 401 continues to change according to time, the radiation angle of the microwave radiated into the heating chamber 103 also continues to change, and the intensity of the electric field 401 does not change with time. What it has is also called circular polarization.
次に、円偏波の利用において、開放空間の通信分野と閉空間の加熱の分野では、いくつか異なる点があるので説明を加える。通信分野では、他のマイクロ波との混在を避けて必要な情報のみを送受信する必要があるため、送信側は右旋偏波か左旋偏波のどちらかに限定して送信し、受信側もそれに合わせた最適な受信アンテナを選ぶことになる。 Next, in the use of circularly polarized waves, there are some differences between the communication field in the open space and the heating field in the closed space. In the communications field, it is necessary to send and receive only the necessary information while avoiding mixing with other microwaves, so the transmitting side transmits only to right-handed polarized waves or left-handed polarized waves, and the receiving side also sends The optimum receiving antenna is selected accordingly.
一方、加熱の分野では、指向性を有する受信アンテナの代わりに、特に指向性のない食品などの被加熱物がマイクロ波を受けるので、マイクロ波が全体に均等に当たることのみが重要となる。 On the other hand, in the field of heating, instead of a receiving antenna having directivity, an object to be heated such as food with no directivity receives microwaves, so that it is only important that the microwaves are evenly applied to the whole.
よって、加熱の分野では右旋偏波と左旋偏波が混在しても問題はないが、逆に被加熱物の置き位置や形状によって不均等な分布になるのをできるだけ防ぐ必要がある。例えば、単一の円偏波開口の場合、被加熱物を円偏波開口の真上に置くと良いが、前後あるいは左右にずらして置くと、円偏波開口に近い部位が加熱されやすく、遠い部位は加熱されにくく、結果として加熱むらが生じてしまう。よって、複数の円偏波開口を配置することが望ましい。 Therefore, in the heating field, there is no problem even if right-handed polarized waves and left-handed polarized waves are mixed, but it is necessary to prevent uneven distribution depending on the position and shape of the object to be heated. For example, in the case of a single circularly polarized aperture, it is better to place the object to be heated directly above the circularly polarized aperture, but if it is shifted back and forth or left and right, the part close to the circularly polarized aperture is likely to be heated, Distant parts are difficult to be heated, resulting in uneven heating. Therefore, it is desirable to arrange a plurality of circularly polarized apertures.
本実施の形態のようにTE10モードでマイクロ波を伝送している場合において、導波
手段201における導波手段の管軸211を境界にして、円偏波開口から放射される円偏波の方向が逆(右旋偏波および左旋偏波)になるが、このように配置することは通信分野では考えられないことであり、本発明で初めて実現させた加熱分野ならではの配置である。
In the case where microwaves are transmitted in the TE10 mode as in the present embodiment, the direction of circularly polarized light radiated from the circularly polarized aperture with the tube axis 211 of the waveguide means in the waveguide means 201 as a boundary Is reversed (right-handed polarized wave and left-handed polarized wave), but such an arrangement is unthinkable in the communication field, and is an arrangement unique to the heating field realized for the first time in the present invention.
なお、本実施の形態では、円偏波を放射するマイクロ波放射部102を、二つの長孔が交差する略X字状の構成としている。これにより、簡単な構成で確実に円偏波を放射することができる。 In the present embodiment, the microwave radiating portion 102 that radiates circularly polarized waves has a substantially X-shaped configuration in which two long holes intersect. Thereby, it is possible to reliably radiate circularly polarized waves with a simple configuration.
次に、マイクロ波放射部102を通して、導波手段201から加熱室103へ放射されるマイクロ波の干渉について説明する。 Next, interference of microwaves radiated from the waveguide unit 201 to the heating chamber 103 through the microwave radiation unit 102 will be described.
任意の点でのマイクロ波の相互干渉は、各マイクロ波放射部102からのマイクロ波の広がり方向と任意の点までの距離の差および加熱室103内でのマイクロ波の波長によって決定される。なお、加熱室103内での波長の1/2の偶数倍(0を含む)の時に強め合い、奇数倍の時に弱め合う。一般的なマイクロ波加熱装置に用いられるマイクロ波の周波数2.45GHzの場合、加熱室103内などの空気中での波長は、約120mmである。 The mutual interference of the microwaves at an arbitrary point is determined by the difference between the spreading direction of the microwaves from each microwave radiation unit 102 and the distance to the arbitrary point and the wavelength of the microwaves in the heating chamber 103. In addition, it is strengthened when it is an even multiple (including 0) of ½ of the wavelength in the heating chamber 103 and weakened when it is an odd multiple. In the case of a microwave frequency of 2.45 GHz used in a general microwave heating apparatus, the wavelength in air such as in the heating chamber 103 is about 120 mm.
例えば、長孔の長軸方向と導波手段の管軸の交差角度205が、0°(長孔の長手方向204と導波手段の管軸211が平行)であるマイクロ波放射部102と交差角度205が、45°のマイクロ波放射部102を1つずつ配置した場合について考える。 For example, the crossing angle 205 of the major axis direction of the long hole and the tube axis of the waveguide means intersects the microwave radiating portion 102 where the long axis direction 204 of the long hole and the tube axis 211 of the waveguide means are parallel. Consider a case where the microwave radiating portions 102 having an angle 205 of 45 ° are arranged one by one.
長孔の長軸方向と導波手段の管軸の交差角度205が、0°の場合は、導波手段201から加熱室103へ放射されるマイクロ波は、主に伝送及び電界方向に直交する方向209へ放射され、長孔の長軸方向と導波手段の管軸の交差角度205が、45°の場合は、伝送方向207と伝送及び電界方向に直交する方向209へほぼ均等に放射され、加熱室103内で相互干渉する。 When the crossing angle 205 between the major axis direction of the long hole and the tube axis of the waveguide means is 0 °, the microwave radiated from the waveguide means 201 to the heating chamber 103 is mainly orthogonal to the transmission and electric field directions. When the crossing angle 205 between the long axis direction of the long hole and the tube axis of the waveguide means is 45 °, the light is emitted almost evenly in the transmission direction 207 and the direction 209 orthogonal to the transmission and electric field directions. Interfering with each other in the heating chamber 103.
上記の各マイクロ波放射部102から放射されたマイクロ波の相互干渉により、加熱室103内において局所的にマイクロ波の強弱が生じるが、各マイクロ波放射部102が有するマイクロ波の広がりが、顕著に変化することはない。 Although the microwaves locally generate in the heating chamber 103 due to the mutual interference of the microwaves radiated from each of the microwave radiating units 102, the spread of the microwaves included in each microwave radiating unit 102 is remarkable. Will not change.
よって、加熱室103内のマイクロ波分布は、各マイクロ波放射部102から放射されたマイクロ波の広がりを足し合わせた分布に近いものとなる。 Therefore, the microwave distribution in the heating chamber 103 is close to a distribution obtained by adding the spread of the microwaves radiated from the microwave radiating units 102.
また、特にマイクロ波発生手段202に最も近い位置に配置されるマイクロ波放射部102において、マイクロ波発生手段202に近い位置では導波手段201内において伝送されるマイクロ波は進行波の状態でマイクロ波放射部102から放射される。また、導波手段201の終端部203に近い領域では定在波の状態になっている。逆に、マイクロ波発生手段202から離れた、導波手段の終端部203に近い領域ではマイクロ波が定在波となって存在している。マイクロ波が進行波である領域においてマイクロ波放射部102からマイクロ波が放射された場合、マイクロ波放射部102間の中央付近から導波手段201の伝送方向と反対方向に対して強電界領域が発生する。 In particular, in the microwave radiating unit 102 disposed at a position closest to the microwave generating means 202, the microwave transmitted in the waveguide means 201 is in a traveling wave state at a position close to the microwave generating means 202. Radiated from the wave radiation unit 102. Further, the region close to the terminal end 203 of the waveguide means 201 is in a standing wave state. On the contrary, the microwave exists as a standing wave in a region near the terminal end portion 203 of the waveguide means away from the microwave generating means 202. When microwaves are radiated from the microwave radiating unit 102 in a region where the microwave is a traveling wave, a strong electric field region is formed near the center between the microwave radiating units 102 in the direction opposite to the transmission direction of the waveguide unit 201. Occur.
図5において、強電界領域501の発生を電磁場解析により求めた結果を示した。図5(a)ではマイクロ波放射部から発生した電界の強度をコンター図で表している。図の右側から左側にマイクロ波が伝送されており、タイムステップがT3において、マイクロ波発生手段202に近い2つのマイクロ波放射部102間の中央から伝送方向と反対方向に強電界領域501が発生している。これは、進行波領域で配置された二つのマイクロ波放
射部102からマイクロ波が放射される際に干渉が起こり、マイクロ波放射部間の中央付近にマイクロ波の強めあいが伝送方向と反対方向に起こることから発生する。進行波の領域では、定在波の領域よりもマイクロ波放射の指向性が強くなり、マイクロ波の強めあいも顕著になる。図5(b)ではマイクロ波加熱装置101を導波手段の管軸211に沿った平面で鉛直方向にきった断面において、電磁場解析による電界強度の解析結果をコンター図で表したものであり、図には強電界領域501が発生している結果が求められた。ここでの解析条件は、加熱室壁境界は吸収境界である。
FIG. 5 shows the result of obtaining the generation of the strong electric field region 501 by electromagnetic field analysis. In FIG. 5A, the intensity of the electric field generated from the microwave radiating portion is represented by a contour diagram. A microwave is transmitted from the right side to the left side of the figure, and a strong electric field region 501 is generated in the direction opposite to the transmission direction from the center between the two microwave radiating portions 102 close to the microwave generating means 202 at the time step T3. doing. This is because interference occurs when microwaves are radiated from the two microwave radiating portions 102 arranged in the traveling wave region, and the strength of the microwaves is opposite to the transmission direction in the vicinity of the center between the microwave radiating portions. Arising from what happens. In the traveling wave region, the directivity of microwave radiation is stronger than in the standing wave region, and the strengthening of the microwave becomes significant. In FIG. 5 (b), the analysis result of the electric field strength by the electromagnetic field analysis is represented by a contour diagram in a cross section in which the microwave heating device 101 is cut in the vertical direction on the plane along the tube axis 211 of the waveguide means. In the figure, the result of generation of the strong electric field region 501 was obtained. The analysis condition here is that the heating chamber wall boundary is an absorption boundary.
図6では上記のようなマイクロ波放射の干渉から発生する強電界領域501を発生させないために、第二のマイクロ波放射部221を単一のマイクロ波放射部とする構成となっており、このような構成では、マイクロ波の干渉をなくすことができ、強電界領域501は発生せず、被加熱物の過加熱を防止して均一加熱性を向上することができる。 In FIG. 6, in order not to generate the strong electric field region 501 generated from the interference of the microwave radiation as described above, the second microwave radiation portion 221 is configured as a single microwave radiation portion. In such a configuration, interference of microwaves can be eliminated, the strong electric field region 501 is not generated, and overheating of the object to be heated can be prevented and the uniform heating property can be improved.
図6(a)は、第二のマイクロ波放射部221が円偏波を発生させるマイクロ波放射部である場合を表しており、形状としては長孔を二つ組み合わせた略X字形状となっている。図6(b)は、第二のマイクロ波放射部221が前記略X字形状をしており、導波手段201の管軸211上に配置されている構成を表している。図6(c)は、第二のマイクロ波放射部221が、導波手段201の管軸211上に配置され、伝送方向207と並行なスリット形状をしている構成を表しており、図6(d)はスリットが伝送及び電界方向に直交する方向と平行な形状で構成されるものを表している。 FIG. 6A shows a case where the second microwave radiating portion 221 is a microwave radiating portion that generates circularly polarized waves, and the shape is a substantially X shape combining two long holes. ing. FIG. 6B shows a configuration in which the second microwave radiating portion 221 has the substantially X shape and is disposed on the tube axis 211 of the waveguide means 201. FIG. 6C illustrates a configuration in which the second microwave radiating unit 221 is disposed on the tube axis 211 of the waveguide unit 201 and has a slit shape parallel to the transmission direction 207. (D) represents that the slit is formed in a shape parallel to the direction orthogonal to the transmission and electric field direction.
以下に、本実施の形態における具体的な構成および作用、効果を説明する。 Hereinafter, specific configurations, operations, and effects in the present embodiment will be described.
図2および図6に示すように、本実施の形態のマイクロ波加熱装置101である電子レンジは、被加熱物を収納する加熱室103と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段202と、マイクロ波を伝送する導波手段201と、加熱室103内にマイクロ波を放射する第一のマイクロ波放射部220を導波手段201の伝送及び電界方向に直交する方向209に複数配置する構成としている。 As shown in FIGS. 2 and 6, the microwave oven that is the microwave heating apparatus 101 of the present embodiment includes a heating chamber 103 that stores an object to be heated, a microwave generation unit 202 that generates a microwave, and a microwave. A plurality of waveguide means 201 for transmitting waves and a first microwave radiation portion 220 for radiating microwaves into the heating chamber 103 are arranged in a direction 209 orthogonal to the transmission of the waveguide means 201 and the electric field direction. .
また、第一のマイクロ波放射部220よりマイクロ波発生手段202に近い領域に第二のマイクロ波放射部221が配置されている。進行波が支配的な領域であるマイクロ波発生手段202に最も近い位置に配置された第二のマイクロ波放射部221は、少なくとも1つの長孔で構成されると共に、単一のマイクロ波放射部として、マイクロ波の干渉によって発生する強電界領域501をなくすことができ、被加熱物の均一な加熱が実現できる。 In addition, a second microwave radiating portion 221 is disposed in a region closer to the microwave generating means 202 than the first microwave radiating portion 220. The second microwave radiating portion 221 arranged at a position closest to the microwave generating means 202, which is a region where traveling waves are dominant, is configured by at least one long hole, and a single microwave radiating portion. As described above, the strong electric field region 501 generated by microwave interference can be eliminated, and uniform heating of the object to be heated can be realized.
これは、マイクロ波の進行波が支配的な領域に、マイクロ波放射部が偶数個配置された際に、各マイクロ波放射部から放射されたマイクロ波が干渉し、マイクロ波の伝送方向と反対方向に発生する強電界領域の発生を抑制することができ、被加熱物の過加熱領域を減らすことができ、加熱の均一化を可能となる。 This is because, when an even number of microwave radiating parts are arranged in a region where the traveling wave of the microwave is dominant, the microwaves radiated from each microwave radiating part interfere with each other and are opposite to the transmission direction of the microwaves. Generation of a strong electric field region generated in the direction can be suppressed, an overheating region of the object to be heated can be reduced, and heating can be made uniform.
なお、第二のマイクロ波放射部221が、図6(a)で表されるような円偏波を発生させるマイクロ波放射部であっても、図6(b)、(c)、(d)で表されるような直線偏波を発生させるマイクロ波放射部であっても、マイクロ波の干渉をなくし、強電界領域501を抑制することができる。 Note that even if the second microwave radiating unit 221 is a microwave radiating unit that generates circularly polarized waves as shown in FIG. 6A, FIGS. 6B, 6C, and 6D are used. Even in the microwave radiating unit that generates linearly polarized waves represented by (), the interference of microwaves can be eliminated and the strong electric field region 501 can be suppressed.
(実施の形態2)
図7は、本発明の実施の形態2におけるマイクロ波加熱装置の説明図である。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is an explanatory diagram of the microwave heating apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
図7は、導波手段201と第一のマイクロ波放射部220と第二のマイクロ波放射部2
21とマイクロ波発生手段202との位置関係を説明する図であり、特に第二のマイクロ波放射部221がマイクロ波の伝送及び電界方向に直交する方向209に3以上の奇数個で配置され、中央のマイクロ波放射部が導波手段201の管軸211上に配置される構成について表している。図7(a)は管軸211上のマイクロ波放射部が伝送方向207に対して平行な方向のスリット上のものである構成を表し、図7(b)は管軸211上のマイクロ波放射部が、伝送及び電界方向に直交する方向209に平行なスリット形状をしている構成を表し、図7(c)は管軸211上のマイクロ波放射部が長孔2つを組み合わせた略X字状の形状をした構成のものを表している。
FIG. 7 shows the waveguide means 201, the first microwave radiating section 220, and the second microwave radiating section 2.
21 is a diagram for explaining the positional relationship between the microwave generation means 202, and in particular, the second microwave radiating section 221 is arranged in an odd number of 3 or more in the direction 209 orthogonal to the microwave transmission and electric field direction, A configuration in which the central microwave radiation portion is arranged on the tube axis 211 of the waveguide means 201 is shown. FIG. 7A shows a configuration in which the microwave radiation part on the tube axis 211 is on a slit in a direction parallel to the transmission direction 207, and FIG. 7B shows the microwave radiation on the tube axis 211. FIG. 7C shows a configuration in which the microwave radiating portion on the tube axis 211 is a combination of two long holes. FIG. 7C shows a configuration in which the portion has a slit shape parallel to the direction 209 orthogonal to the transmission and electric field direction. It represents a configuration having a letter shape.
図7のように導波手段201の管軸211上に第二のマイクロ波放射部221を配置することにより、管軸211上からマイクロ波放射を発生させることで、伝送方向と反対方向208に発生するマイクロ波の干渉による強めあいの領域の発生が抑制される。 By arranging the second microwave radiating portion 221 on the tube axis 211 of the waveguide means 201 as shown in FIG. 7, microwave radiation is generated on the tube axis 211, so that the direction 208 is opposite to the transmission direction. Occurrence of a strong region due to generated microwave interference is suppressed.
そのため、干渉による強電界領域501が発生することもなく、被加熱物の過加熱も抑制されるため、加熱均一性能の向上を図ることが可能となる。 Therefore, strong electric field region 501 due to interference does not occur, and overheating of the object to be heated is suppressed, so that it is possible to improve the heating uniformity performance.
なお、図面において、(実施の形態1)と同一動作を示す部分は同一番号を付与している。また、(実施の形態2)における基本的な動作は(実施の形態1)と同様である。
また、管軸211上に配置されるマイクロ波放射部は、図に示すように、スリット形状のものでも略X字状でも良い。
In the drawings, the same reference numerals are given to the portions showing the same operations as those in (Embodiment 1). The basic operation in (Embodiment 2) is the same as that in (Embodiment 1).
Moreover, the microwave radiation | emission part arrange | positioned on the tube axis | shaft 211 may have a slit shape or a substantially X shape as shown in the figure.
(実施の形態3)
以下に、本実施の形態における具体的な構成および作用、効果を説明する。
(Embodiment 3)
Hereinafter, specific configurations, operations, and effects in the present embodiment will be described.
図8〜11は、本発明の実施の形態3におけるマイクロ波加熱装置101の説明図である。 8-11 is explanatory drawing of the microwave heating apparatus 101 in Embodiment 3 of this invention.
図8は、導波手段201と第二のマイクロ波放射部221とマイクロ波発生手段202との位置関係を説明する図であり、特に、第二のマイクロ波放射部221の少なくとも1つの長孔の長手方向と導波手段の管軸の交差角度205が、45°より小さい構成を表わしている。 FIG. 8 is a diagram for explaining the positional relationship among the waveguide means 201, the second microwave radiating portion 221, and the microwave generating means 202, and in particular, at least one long hole of the second microwave radiating portion 221. The crossing angle 205 between the longitudinal direction of the waveguide and the tube axis of the waveguide means represents a configuration smaller than 45 °.
また、図9は第二のマイクロ波放射部221の少なくとも2つの長孔の方向と導波手段の管軸の交差角度205と、導波手段201から加熱室103へ放射されるマイクロ波の広がりの関係を説明した図であり、電磁場解析により求めた電界分布を表わしている。 FIG. 9 shows the crossing angle 205 between the direction of at least two long holes of the second microwave radiating portion 221 and the tube axis of the waveguide means, and the spread of the microwave radiated from the waveguide means 201 to the heating chamber 103. Is a diagram illustrating the electric field distribution obtained by electromagnetic field analysis.
また、図10は第二のマイクロ波放射部221の少なくとも1つの長孔の長手方向の長さ216が、第一のマイクロ波放射部220の少なくとも1つの長孔の長手方向の長さ215よりも長い構成を表している。 10 shows that the longitudinal length 216 of at least one long hole of the second microwave radiating portion 221 is longer than the length 215 of at least one long hole of the first microwave radiating portion 220 in the longitudinal direction. Represents a long configuration.
また、図11は第二のマイクロ波放射部221の形状が二つの略X字状のマイクロ波放射部をつなげた形状を表している。 FIG. 11 shows a shape in which the second microwave radiating portion 221 is formed by connecting two substantially X-shaped microwave radiating portions.
なお、(実施の形態3)における基本的な動作は(実施の形態1)および(実施の形態2)と同様であるとして、発明の主要点でない限り説明を省略し、以下その動作、作用を説明する。 Note that the basic operation in (Embodiment 3) is the same as that in (Embodiment 1) and (Embodiment 2), and the description is omitted unless it is a main point of the invention. explain.
長孔の長手方向と導波手段の管軸の交差角度205により、導波手段201から加熱室103に放射されるマイクロ波の広がる方向が変化する原理について説明する。 The principle of changing the direction in which the microwave radiated from the waveguide unit 201 to the heating chamber 103 changes depending on the crossing angle 205 between the longitudinal direction of the long hole and the tube axis of the waveguide unit will be described.
マイクロ波放射手段が長孔の場合、長辺同士の距離は短辺同士の距離より短いため、電界は長辺同士間に生じ易い。 When the microwave radiation means is a long hole, the distance between the long sides is shorter than the distance between the short sides, so that an electric field is likely to occur between the long sides.
よって、長孔の長手方向204に直角な方向に電界分布が生じるため、長孔の長手方向と導波手段の管軸の交差角度205を変化させることにより、マイクロ波の広がる方向も変化する。 Therefore, since an electric field distribution is generated in a direction perpendicular to the longitudinal direction 204 of the long hole, changing the crossing angle 205 between the longitudinal direction of the long hole and the tube axis of the waveguide means also changes the direction in which the microwave spreads.
以上より、長孔の長手方向と導波手段の管軸の交差角度205が45°より小さい場合は、主に伝送及び電界方向に直交する方向209にマイクロ波が広がる。 From the above, when the crossing angle 205 between the longitudinal direction of the long hole and the tube axis of the waveguide means is smaller than 45 °, the microwave spreads mainly in the direction 209 orthogonal to the transmission and electric field direction.
また、長孔の長手方向と導波手段の管軸の交差角度205が45°より大きい場合は、主に伝送方向207にマイクロ波が広がる。 When the crossing angle 205 between the longitudinal direction of the long hole and the tube axis of the waveguide means is larger than 45 °, the microwave spreads mainly in the transmission direction 207.
次に、図9においては、長孔の長手方向と導波手段の管軸の交差角度205を、25°から65°まで10°刻みで変化させた場合の、マイクロ波放射部102から加熱室103へ放射されるマイクロ波の分布を電磁界解析により求めた。 Next, in FIG. 9, from the microwave radiating unit 102 to the heating chamber when the crossing angle 205 between the longitudinal direction of the long hole and the tube axis of the waveguide means is changed in increments of 10 ° from 25 ° to 65 °. The distribution of the microwave radiated to 103 was obtained by electromagnetic field analysis.
なお、本解析では時計回りに長孔の長手方向204を回転させているが、反時計回りの場合についても同様の結果が得られる。 In this analysis, the longitudinal direction 204 of the long hole is rotated clockwise, but the same result can be obtained in the case of counterclockwise rotation.
図9に示すように、長孔の長手方向と導波手段の管軸の交差角度205が45°以下の場合はマイクロ波の放射が導波手段の伝送及び電界方向に直交する方向209へより顕著に発生していることが分かる。これに対して、長孔の長手方向と導波手段の管軸の交差角度205を45°以上とするとより伝送方向にマイクロ波放射が広がりを見せることがわかる。 As shown in FIG. 9, when the crossing angle 205 between the longitudinal direction of the long hole and the tube axis of the waveguide means is 45 ° or less, the microwave radiation is transmitted in the direction 209 orthogonal to the transmission and electric field direction of the waveguide means. It can be seen that it has occurred remarkably. On the other hand, it can be seen that when the crossing angle 205 between the longitudinal direction of the long hole and the tube axis of the waveguide means is 45 ° or more, the microwave radiation spreads more in the transmission direction.
以上より、長手方向に対して直角方向にマイクロ波の広がりが強く、長孔の長手方向と導波手段の管軸の交差角度205が45°を境にして、45°より小さい場合に、伝送及び電界方向に直交する方向209に放射されるマイクロ波の量が、伝送方向207へ放射されるマイクロ波の量より大きくなる。 As described above, the transmission of microwaves is strong in the direction perpendicular to the longitudinal direction, and the crossing angle 205 between the longitudinal direction of the long hole and the tube axis of the waveguide means is less than 45 ° with respect to 45 °. In addition, the amount of microwave radiated in the direction 209 orthogonal to the electric field direction is larger than the amount of microwave radiated in the transmission direction 207.
よって、マイクロ波放射部102の少なくとも1つは、少なくとも1つの長孔で構成すると共に、少なくとも1つの長孔の長手方向と導波手段の管軸の交差角度205が、45°より小さい構成とすることにより、導波手段201の幅よりも外側にマイクロ波を広げることができ、マイクロ波の干渉による伝送方向と反対方向に発生する強電界領域501を減らすことになり、加熱室103内の被加熱物を均一に加熱することが可能となる。 Therefore, at least one of the microwave radiating portions 102 is composed of at least one long hole, and the crossing angle 205 between the longitudinal direction of the at least one long hole and the tube axis of the waveguide means is smaller than 45 °. By doing so, the microwave can be spread outside the width of the waveguide means 201, and the strong electric field region 501 generated in the direction opposite to the transmission direction due to the interference of the microwave is reduced. It becomes possible to uniformly heat the object to be heated.
以下本実施の形態における動作、作用を説明する。 The operation and action in this embodiment will be described below.
本実施の形態のマイクロ波加熱装置101である電子レンジは、被加熱物を収納する加熱室103と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段202と、マイクロ波を伝送する導波手段201と、加熱室103内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射部102を導波手段201の伝送方向及び伝送及び電界方向に直交する方向209に複数配置する構成としている。 A microwave oven that is the microwave heating apparatus 101 of the present embodiment includes a heating chamber 103 that stores an object to be heated, a microwave generation unit 202 that generates a microwave, a waveguide unit 201 that transmits a microwave, A plurality of microwave radiating portions 102 that radiate microwaves are arranged in the heating chamber 103 in a direction 209 orthogonal to the transmission direction of the waveguide means 201 and the transmission and electric field directions.
図8に示すように、マイクロ波発生手段202からの距離が最も近い位置に配置される、第二のマイクロ波放射部221が、少なくとも1つの長孔で構成されると共に、また少なくとも1つの長孔の長手方向と導波手段の管軸の交差角度205が、45°より小さい構成としている。 As shown in FIG. 8, the second microwave radiating portion 221 disposed at a position closest to the microwave generating means 202 is configured with at least one long hole and also has at least one long length. The intersection angle 205 between the longitudinal direction of the hole and the tube axis of the waveguide means is configured to be smaller than 45 °.
このように実施の形態1と同様に第二のマイクロ波放射部221を単一にすることで加熱均一性を向上できることと、さらに、マイクロ波放射部102の少なくとも1つは、少なくとも1つの長孔で構成されると共に、少なくとも1つの長孔の長手方向と導波手段の管軸の交差角度205が、45°より小さい構成により、導波手段201の伝送及び電界方向に直交する方向209にマイクロ波を広げることが可能となる。 As described above, the heating uniformity can be improved by making the second microwave radiating portion 221 as single as in the first embodiment, and at least one of the microwave radiating portions 102 has at least one length. The crossing angle 205 between the longitudinal direction of the at least one long hole and the tube axis of the waveguide means is smaller than 45 °, and is formed in a direction 209 orthogonal to the transmission and electric field direction of the waveguide means 201. It becomes possible to spread the microwave.
さらに、図10のように第二のマイクロ波放射部221の少なくとも1つの長孔の長手方向の長さ216が、第一のマイクロ波放射部220の少なくとも1つの長孔の長手方向の長さ215よりも長い構成である場合、マイクロ波の干渉を抑えると同時に導波手段201の伝送及び電界方向に直交する方向209にマイクロ波を広げることが可能となり、加熱均一性の向上を図ることが出来る。 Further, as shown in FIG. 10, the longitudinal length 216 of at least one long hole of the second microwave radiating portion 221 is equal to the longitudinal length of at least one long hole of the first microwave radiating portion 220. When the configuration is longer than 215, it is possible to suppress microwave interference and simultaneously spread the microwave in the direction 209 perpendicular to the transmission of the waveguide means 201 and the electric field direction, thereby improving the heating uniformity. I can do it.
なお、第二のマイクロ波放射部221は、図11のような複数のX字上のマイクロ波放射部がつながった形状でも、放射されるマイクロ波の干渉を減らし、強電界領域501を少なくすることにより、被加熱物の均一加熱が可能となる。 The second microwave radiating portion 221 reduces the interference of the radiated microwave and reduces the strong electric field region 501 even when the plurality of X-shaped microwave radiating portions are connected as shown in FIG. As a result, the object to be heated can be uniformly heated.
また、第二のマイクロ波放射部221の少なくとも1つの長孔の短手方向の長さが、第一のマイクロ波放射部220の少なくとも1つの長孔の短手方向の長さより長くとも同じ効果が得られる。 Further, the same effect is obtained even if the length in the short direction of at least one long hole of the second microwave radiating portion 221 is longer than the length in the short direction of at least one long hole of the first microwave radiating portion 220. Is obtained.
さらに、マイクロ波放射部102を、長手方向長さを短くすると共に、X字の交点を長孔の長手方向中心と異なる位置にする形状やマイクロ波放射部の端部の角にRをつける形状などにおいても上記と同様な効果が得られる。 Further, the microwave radiating portion 102 has a shape in which the length in the longitudinal direction is shortened and an X-shaped intersection is different from the longitudinal center of the long hole, or a corner is added to the end of the microwave radiating portion. The same effects as described above can be obtained also in
以上より、第二のマイクロ波放射部を単一または3以上の奇数個で配置することに加え、マイクロ波放射部の形状を変化させることで、進行波領域においてマイクロ波干渉を少なくすると同時に伝送及び電界方向へのマイクロ波の広がりを良くすることが可能となり、被加熱物の加熱分布をより均一化するマイクロ波加熱装置101を提供することができる。 From the above, in addition to arranging the second microwave radiating section as a single or an odd number of 3 or more, changing the shape of the microwave radiating section reduces the microwave interference in the traveling wave region and transmits at the same time. In addition, it is possible to improve the spread of the microwave in the electric field direction, and it is possible to provide the microwave heating apparatus 101 that makes the heating distribution of the object to be heated more uniform.
なお、マイクロ波放射部102の数および位置が加熱室の中央210に対して対称である場合や、マイクロ波放射部102が長孔以外の形状の場合や、全てのマイクロ波放射部102が同一形状でない場合においても本発明に含まれる。 In addition, when the number and position of the microwave radiation | emission parts 102 are symmetrical with respect to the center 210 of a heating chamber, when the microwave radiation | emission part 102 is shapes other than a long hole, all the microwave radiation | emission parts 102 are the same. The present invention includes a case where the shape is not used.
以上のように、本発明のマイクロ波加熱装置は、被加熱物への均一照射ができるので、食品加熱や殺菌などを行うマイクロ波加熱装置などに有効に利用することができる。 As described above, since the microwave heating apparatus of the present invention can uniformly irradiate an object to be heated, it can be effectively used for a microwave heating apparatus that performs food heating or sterilization.
101 マイクロ波加熱装置
102 マイクロ波放射部
103 加熱室
104 載置台
105 ドア
201 導波手段
202 マイクロ波発生手段
203 終端部
204 長孔の長手方向
205 交差角度
207 伝送方向
208 伝送方向と反対方向
209 伝送及び電界方向に直交する方向
210 加熱室の中央
211 管軸
220 第一のマイクロ波放射部
221 第二のマイクロ波放射部
301 矩形導波管
302 H面
303 E面
401 電界
402 磁界
403 電流
404 定在波
405 概腹位置
406 概節位置
407 電界方向
501 強電界領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Microwave heating apparatus 102 Microwave radiation | radiation part 103 Heating chamber 104 Mounting stand 105 Door 201 Waveguide means 202 Microwave generation means 203 Termination part 204 Longitudinal direction of long hole 205 Crossing angle 207 Transmission direction 208 Direction opposite to transmission direction 209 Transmission And the direction orthogonal to the electric field direction 210 center of the heating chamber 211 tube axis 220 first microwave radiating portion 221 second microwave radiating portion 301 rectangular waveguide 302 H surface 303 E surface 401 electric field 402 magnetic field 403 current 404 constant Standing wave 405 Rough position 406 Rough position 407 Electric field direction 501 Strong electric field region
Claims (8)
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段と、
マイクロ波を伝送する導波手段と、
前記加熱室内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射部と、
前記マイクロ波放射部が前記導波手段の伝送方向と伝送及び電界方向に直交する方向のそれぞれに複数個配置される第一のマイクロ波放射部と、
前記第一のマイクロ波放射部より前記マイクロ波発生手段に近い領域に配置される第二のマイクロ波放射部と、
前記第二のマイクロ波放射部が単一に配置されるマイクロ波放射部、または前記導波手段の伝送及び電界方向に直交する方向に3以上の奇数個で配置されるマイクロ波放射部であるマイクロ波加熱装置。 A heating chamber for storing an object to be heated;
Microwave generation means for generating microwaves;
Waveguide means for transmitting microwaves;
A microwave radiating section for radiating microwaves into the heating chamber;
A plurality of the microwave radiating units disposed in each of the transmission direction of the waveguide means and the direction orthogonal to the transmission and electric field direction; and
A second microwave radiation portion disposed in a region closer to the microwave generation means than the first microwave radiation portion;
The second microwave radiating unit is a microwave radiating unit arranged in a single unit, or a microwave radiating unit arranged in an odd number of 3 or more in a direction orthogonal to the transmission and electric field direction of the waveguide means. Microwave heating device.
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CN113038650A (en) * | 2021-04-14 | 2021-06-25 | 西华师范大学 | Microwave heating device and microwave emission control circuit |
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- 2013-08-05 JP JP2013162096A patent/JP2014089942A/en active Pending
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