JP2017017004A - Semiconductor type high frequency induction heating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対向する電極の間に配置された被加熱物を高周波誘電加熱によって加熱する半導体式高周波誘電加熱装置に関し、特に、冷凍食材を高周波誘電加熱によって解凍する半導体式高周波誘電加熱装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor-type high-frequency dielectric heating device that heats an object to be heated disposed between opposing electrodes by high-frequency dielectric heating, and more particularly to a semiconductor-type high-frequency dielectric heating device that thaws frozen food by high-frequency dielectric heating.
従来、高周波誘電加熱によって被加熱物を加熱する高周波誘電加熱装置として、対向する電極の間に配置された被加熱物を高周波誘電加熱によって加熱する高周波誘電加熱装置が知られている。高周波誘電加熱とは、被加熱物(誘電体)に高周波電圧を印加し、被加熱物を構成する各分子の極性を高周波で変化させ、それに伴う分子の回転・衝突・振動・摩擦等に起因する内部発熱によって被加熱物を加熱する加熱方法のことである。 Conventionally, as a high-frequency dielectric heating apparatus that heats an object to be heated by high-frequency dielectric heating, a high-frequency dielectric heating apparatus that heats an object to be heated disposed between opposing electrodes by high-frequency dielectric heating is known. High-frequency dielectric heating is caused by applying high-frequency voltage to the object to be heated (dielectric material), changing the polarity of each molecule constituting the object to be heated at high frequency, and accompanying rotation, collision, vibration, friction, etc. of the molecule. It is a heating method for heating an object to be heated by internal heat generation.
被加熱物を配した電極インピーダンスは、被加熱物の形状、種類、加熱又は解凍温度によって大きく変化する。このとき、高周波電源の出力インピーダンスと被加熱物を配した電極インピーダンスに差がある状態、すなわちインピーダンス整合されていない状態では、反射電力が生じ、加熱又は解凍効率の低下、回路素子の破壊や劣化に至ることがある。
これを防ぐために、高周波電源と電極の間に整合器が挿入されており、その構成要素である、例えば、コンデンサやコイルを設けることでインピーダンス整合を維持するようになっている。
The electrode impedance of the object to be heated varies greatly depending on the shape, type, heating or thawing temperature of the object to be heated. At this time, when there is a difference between the output impedance of the high-frequency power supply and the electrode impedance of the object to be heated, that is, the impedance is not matched, reflected power is generated, the heating or thawing efficiency is lowered, and the circuit element is destroyed or deteriorated. May lead to.
In order to prevent this, a matching device is inserted between the high-frequency power source and the electrode, and impedance matching is maintained by providing, for example, a capacitor or a coil as its constituent elements.
従来、食材等の形状、種類、加熱又は解凍温度によって電極インピーダンスが大きく変化する被加熱物を対象とした高周波誘電加熱装置では、構造がシンプルで回路素子の耐熱温度が高く、反射電力耐性に優れた真空管式高周波電源が用いられている。しかし、真空管式高周波電源は、電力増幅の方式上、陽極電圧が高く、装置が大型、電源効率が低く、それを出力増大で補っているため装置コストが高い、また、フィラメントの余熱が必要であり装置の立ち上げに時間が必要といった問題がある。 Conventional high-frequency dielectric heating devices for heated objects whose electrode impedance changes greatly depending on the shape, type, heating or thawing temperature of foods, etc., have a simple structure, high heat resistance temperature of circuit elements, and excellent resistance to reflected power A vacuum tube type high frequency power supply is used. However, the vacuum tube type high-frequency power supply has a high anode voltage due to the power amplification method, the device is large, the power supply efficiency is low, and it is compensated for by increasing the output, so the device cost is high and the residual heat of the filament is necessary. There is a problem that it takes time to start up the device.
一方、半導体を高速スイッチング制御することにより電力増幅をおこなう半導体式高周波電源は、高分解能な自動整合器と組み合わせることにより、システムとして小型、高効率を特徴とし、従来からプラズマ放電等の用途に用いられてきた。プラズマ放電で用いられる自動整合器の回路構成としては、図1(a)に示す逆L型、図1(b)に示すπ型が考えられる。
図1(a)は、高周波電源20と並列に接続された第1コンデンサC1と、電極30に直列に接続された第2コンデンサC2とコイルLを備えており、第1コンデンサC1と第2コンデンサC2を容量可変とし、その値をリアルタイムに逐次変化させることでインピーダンス整合をおこなう構成である。
ここで、高周波電源20の出力インピーダンスと整合器40の合成インピーダンスをZとすると、
Z=R/(1+ω2R2C1 2)+j{(ωL−1/ωC2)−ωR2C1/(1+ω2R2C1 2)}であり、
その複素共役Z’が容量可変コンデンサC1、C2によるインピーダンス整合範囲として示される。このとき、Z’の抵抗R/(1+ω2R2C1 2)は電源の出力インピーダンスRより大きくなることはないため、例えば、食材のように大きな抵抗やインピーダンスを有する負荷に対してはインピーダンス整合を適切におこなうことはできない。
ここで、上記式中の各記号は、ω:角周波数、R:電源の出力インピーダンス、L:コイルのリアクタンス、C1:容量可変第1コンデンサの容量、C2:容量可変第2コンデンサの容量である。
On the other hand, a semiconductor high-frequency power source that performs power amplification by controlling high-speed switching of a semiconductor is characterized by its small size and high efficiency as a system when combined with a high-resolution automatic matching unit, and has been used for applications such as plasma discharge. Has been. As the circuit configuration of the automatic matching device used in the plasma discharge, an inverted L type shown in FIG. 1A and a π type shown in FIG.
FIG. 1A includes a first capacitor C1 connected in parallel to the high-
Here, when the output impedance of the high
Z = R / (1 + ω 2 R 2 C 1 2) a + j {(ωL-1 / ωC 2) -ωR 2 C 1 / (1 + ω 2 R 2 C 1 2)},
The complex conjugate Z ′ is shown as an impedance matching range by the variable capacitance capacitors C1 and C2. At this time, since the resistance R / (1 + ω 2 R 2 C 1 2 ) of Z ′ does not become larger than the output impedance R of the power supply, for example, it is an impedance for a load having a large resistance or impedance such as food. Alignment cannot be done properly.
Here, each symbol in the above expression is ω: angular frequency, R: output impedance of the power supply, L: reactance of the coil, C 1 : capacitance of the variable capacitance first capacitor, C 2 : capacitance of the variable capacitance second capacitor. It is.
図1(b)は、高周波電源20と並列に接続された第1コンデンサC1と、電極30と並列に接続された第3コンデンサC3と、第1コンデンサC1と第3コンデンサC3の間に直列に接続されたコイルLを備えており、第1コンデンサC1と第3コンデンサC3を容量可変とし、その値をリアルタイムに変化させることでインピーダンス整合をおこなう構成である。
しかし、第3コンデンサC3を容量可変とし、その値を逐次変化させる構成では、電極インピーダンスもそれに応じて逐次変化するため、特に、電極30間の負荷が食材のように大容量であり、しかも、形状、種類、加熱又は解凍温度によって電極インピーダンスが大きく変化する場合、その変化は助長されることになり、インピーダンス整合を安定しておこない続けることは困難である。そして、電極インピーダンスが安定しない状態でインピーダンス整合を維持するためには、大きなインピーダンス調整幅を第1コンデンサC1に持たせる必要があり、整合器40が大型でコストが高くなるといった問題が生じる。
FIG. 1B shows a first capacitor C1 connected in parallel with the high-
However, in the configuration in which the capacitance of the third capacitor C3 is variable and the value is sequentially changed, the electrode impedance is also sequentially changed accordingly, and in particular, the load between the
整合器の大型化の問題を回避する高周波誘電加熱装置として、整合回路が高周波電源と並列に可変コンデンサと、電極と直列に可変コイルを有し、切り替え手段によりコンデンサの容量を増加させることが可能な高周波誘電加熱装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。
特許文献1に記載の高周波誘電加熱装置では、高周波電源に反射する電力を反射電力検知手段によって検知し、反射電力検知手段の検出信号を基に、可変コンデンサと可変コイルの値を適宜組み合わせて、インピーダンスの整合を図り、反射電力を最小に維持する。
As a high-frequency dielectric heating device that avoids the problem of upsizing of the matching unit, the matching circuit has a variable capacitor in parallel with the high-frequency power source and a variable coil in series with the electrode, and the capacity of the capacitor can be increased by switching means A high-frequency dielectric heating apparatus is known (see, for example, Patent Document 1).
In the high frequency dielectric heating device described in Patent Document 1, the power reflected by the high frequency power supply is detected by the reflected power detection means, and based on the detection signal of the reflected power detection means, the values of the variable capacitor and the variable coil are appropriately combined, Impedance matching is used to keep reflected power to a minimum.
特許文献1に記載の高周波誘電加熱装置では、コンデンサやコイルの容量を変化させることでインピーダンス調整を図るように構成されているが、特に、食材の解凍のようにインピーダンスの変化が大きい場合、結局、コイルやコンデンサによるインピーダンス調整幅を大きくする必要があり、整合器の小型化を図ることができない。 The high-frequency dielectric heating device described in Patent Document 1 is configured to adjust the impedance by changing the capacitance of the capacitor or the coil. In particular, when the impedance change is large, such as when the food is thawed, Therefore, it is necessary to increase the impedance adjustment width by the coil or the capacitor, and the matching unit cannot be reduced in size.
そこで、本発明は、これらの問題点を解決するものであり、小型、高効率な半導体式高周波電源による食材の加熱又は解凍を対象とし、食材の形状、種類、加熱又は解凍温度によって電極インピーダンスが変化し易い状況であっても、その変化を抑制し、整合器の簡素化、小型化を図りながらインピーダンス整合を良好におこなうことが可能であり、小型、安価で高品質な加熱又は解凍可能な半導体式高周波誘電加熱装置を提供することを目的とするものである。 Therefore, the present invention is intended to solve these problems, and is intended for heating or thawing of food with a small, high-efficiency semiconductor high-frequency power source. The electrode impedance depends on the shape, type, heating or thawing temperature of the food. It is possible to perform impedance matching satisfactorily while suppressing the change and simplifying the miniaturization and miniaturization even in a situation that is likely to change, and it can be heated or thawed in a compact, inexpensive and high quality manner. An object of the present invention is to provide a semiconductor type high frequency dielectric heating device.
本発明は、半導体式高周波電源と、対向して配置された一対の電極と、インピーダンス整合器からなる半導体式高周波誘電加熱装置であって、前記整合器は、前記高周波電源と並列に接続され第1コンデンサと、前記電極と並列に接続された第3コンデンサと、前記第1コンデンサと前記第3コンデンサの間に直列に接続されたコイルおよび第2コンデンサを備えることにより、前記課題を解決するものである。 The present invention is a semiconductor type high frequency dielectric heating device comprising a semiconductor type high frequency power supply, a pair of electrodes arranged opposite to each other, and an impedance matching unit, wherein the matching unit is connected in parallel with the high frequency power source. One capacitor, a third capacitor connected in parallel with the electrode, a coil and a second capacitor connected in series between the first capacitor and the third capacitor, to solve the above problem It is.
本請求項1に係る発明では、小型、高効率な半導体式高周波電源と電極と並列に接続された第3コンデンサによって、電極インピーダンスの変化を抑制しながら、食材の加熱又は解凍を安定しておこなうことができる。 In the invention according to the first aspect of the present invention, the heating or thawing of the food is stably performed while suppressing the change in the electrode impedance by the small capacitor having high efficiency and the third capacitor connected in parallel with the electrode. be able to.
本請求項2に係る発明では、第1コンデンサ又は第2コンデンサの少なくとも一方に備えられた容量可変手段によってコンデンサの容量を調整可能であり、形状、種類、電気特性が異なる様々な食材に対してインピーダンス整合を良好におこなうことができる。 In the invention according to claim 2, the capacitance of the capacitor can be adjusted by the capacitance varying means provided in at least one of the first capacitor and the second capacitor. For various foods having different shapes, types, and electrical characteristics. Impedance matching can be performed satisfactorily.
本請求項3に係る発明では、高周波電源の出力インピーダンスと整合器によって形成されるインピーダンス整合範囲の少なくとも抵抗は、出力インピーダンスより大きい部分を含み、リアクタンスの範囲は正より負が大であることを特徴としており、これは、第3コンデンサを所定の値に設定することによって容易に実現可能である。
このように、インピーダンス整合範囲を食材の解凍に特化させることにより、整合器の簡素化、小型化を図ることができる。また、インピーダンス整合時間の短縮により、反射電力から機器の損傷や劣化を防ぎ、信頼性を向上させることができる。
本請求項4に係る発明によれば、整合器のインピーダンス情報出力部から食材インピーダンスの正確な情報を簡単に得ることが可能になり、対象とする被加熱物に絞り込んだ整合器のパラメータを設定したり、その結果に基づき整合器の簡素化を図ることができる。
In the invention according to claim 3, at least the resistance of the impedance matching range formed by the output impedance of the high-frequency power supply and the matching unit includes a portion larger than the output impedance, and the reactance range is larger than positive and negative. This can be easily realized by setting the third capacitor to a predetermined value.
As described above, the impedance matching range is specialized for the thawing of the food material, so that the matching unit can be simplified and downsized. Further, by shortening the impedance matching time, damage and deterioration of the device can be prevented from the reflected power, and reliability can be improved.
According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to easily obtain accurate information on the food impedance from the impedance information output unit of the matching unit, and set parameters of the matching unit narrowed down to the object to be heated. Or the matching unit can be simplified based on the result.
以下に、本発明の一実施形態に係る半導体式高周波誘電加熱装置10について、図面に基づいて説明する。
Below, semiconductor type high frequency
半導体式高周波誘電加熱装置10は、図2に示すように、半導体式高周波電源20と、一対の電極30と、電極30と高周波電源20との間に接続されインピーダンス整合をとる整合器40と、高周波電源20と整合器40を接続する同軸ケーブル(図示しない)と、高周波電源20に反射する電力を検知する反射電力検知部(図示しない)と、各部を制御する制御部(図示しない)とを備え、対向配置された一対の電極30間に配置された冷凍食材を高周波誘電加熱によって解凍するものである。なお、高周波電源20は、反射電力検知部によって検知された反射率が所定の閾値を超えると保護機能により高周波出力を抑制又は停止するように構成されている。
As shown in FIG. 2, the semiconductor high-frequency
整合器40は、図2に示すように、高周波電源20と並列に接続された第1コンデンサC1と、電極30と並列に接続された第3コンデンサC3と、第1コンデンサC1と第3コンデンサC3の間に直列に接続されたコイルLおよび第2コンデンサC2を備えており、電極30と並列に第3コンデンサC3を整合器40内部に接続することにより、電極インピーダンスの変化を抑制する回路構成となっている。
As shown in FIG. 2, the
第1コンデンサC1又は第2コンデンサC2の少なくとも一方は、容量可変手段(図示しない)を備え、解凍中、反射電力検知部で検知した反射電力を抑制するように容量調整可能である。上記コンデンサの容量調整は、図2(a)のバリコン駆動による連続調整式や図2(b)のリレーによる多段切り替え式であっても良い。また、第3コンデンサC3は、解凍中に逐次容量を可変調整することはないが、あらかじめ負荷に応じた最適値に設定するために、簡易的な容量可変機構を備えてあっても良い。 At least one of the first capacitor C1 or the second capacitor C2 is provided with a capacity varying means (not shown), and the capacity can be adjusted so as to suppress the reflected power detected by the reflected power detection unit during thawing. The capacitance adjustment of the capacitor may be a continuous adjustment type by variable capacitor driving in FIG. 2A or a multistage switching type by a relay in FIG. Further, the third capacitor C3 does not variably adjust the capacity during the thawing, but may be provided with a simple capacity variable mechanism in order to set the optimum value according to the load in advance.
図2の回路構成において、高周波電源20の出力インピーダンスと整合器40からなる合成インピーダンスをZとすると、合成インピーダンスZは以下の式で表される。
Z=1/[{(1/R+jωC1)−1+j(ωL−1/ωC2)}−1+jωC3]
上記式中の各記号は、ω:角周波数、R:電源の出力インピーダンス(同軸ケーブルの抵抗)、L:コイルのリアクタンス、C1:容量可変の第1コンデンサの容量、C2:容量可変の第2コンデンサの容量、C3:第3コンデンサの容量である。
ここで、合成インピーダンスZの複素共役をZ’とすると、第1コンデンサC1又は第2コンデンサC2の容量可変幅で得られるZ’の範囲が、インピーダンス整合範囲であり、ω、R、L、C1、C2、C3の値によって、自由に設定可能である。
そして、第3コンデンサC3を所定の値に設定することによって、高周波電源20の出力インピーダンスと整合器40によって形成されるインピーダンス整合範囲の少なくとも抵抗は、前記出力インピーダンスより大きく(出力インピーダンスより大きい部分を含み)、リアクタンスの範囲は正より負が大となる。
In the circuit configuration of FIG. 2, if the combined impedance composed of the output impedance of the high
Z = 1 / [{(1 / R + jωC 1 ) −1 + j (ωL−1 / ωC 2 )} −1 + jωC 3 ]
Each symbol in the above formula is ω: angular frequency, R: output impedance of the power source (coaxial cable resistance), L: reactance of the coil, C 1 : capacitance of the first capacitor with variable capacitance, C 2 : variable capacitance. The capacity of the second capacitor, C 3 : the capacity of the third capacitor.
Here, when the complex conjugate of the combined impedance Z is Z ′, the range of Z ′ obtained by the variable capacitance width of the first capacitor C1 or the second capacitor C2 is the impedance matching range, and ω, R, L, C It can be set freely according to the values of 1 , C 2 , and C 3 .
Then, by setting the third capacitor C3 to a predetermined value, at least the resistance of the impedance matching range formed by the output impedance of the high
制御部は、反射電力検知部によって検知された反射率を基に、被加熱物の解凍状態に応じて、第1コンデンサC1又は第2コンデンサC2の少なくとも一方の容量を減少方向に切り替えることによって、インピーダンス整合を図るように設計されている。制御部は、解凍中に第3コンデンサC3の容量を可変調整することはない。 Based on the reflectance detected by the reflected power detection unit, the control unit switches the capacitance of at least one of the first capacitor C1 or the second capacitor C2 in a decreasing direction according to the thawing state of the object to be heated. Designed for impedance matching. The control unit does not variably adjust the capacity of the third capacitor C3 during thawing.
以下に、本発明の実験例について説明する。 Hereinafter, experimental examples of the present invention will be described.
図3(a)は、高周波電源20の周波数=13.56MHz、高周波電源20の出力インピーダンス=50Ω、第1コンデンサC1の容量C1=1500pF、容量可変の第2コンデンサC2の容量C2=25〜250pF、コイルLのインダクタンスL=1.8μHとし、各種食材の解凍をおこない、反射電力検知部による反射電力が常に最小になるように、第2コンデンサC2の容量調整をおこなったときの値(容量%)を示している。
第3コンデンサC3を接続しない場合、解凍開始でのC2容量%は食材の種類や個数によってそれぞれ異なっており、解凍終了でのC2容量%は減少方向に大きく変化している。すなわち、第2コンデンサC2の容量可変幅を大きくしなければ、インピーダンス整合をおこなうことは困難であり、整合器40の簡素化、小型化を図ることはできない。
図3(b)は、上記回路構成に加えて電極30と並列に容量400pFの第3コンデンサC3を接続し、各種食材の解凍をおこない、反射電力検知部による反射電力が常に最小になるように、第2コンデンサC2の容量調整をおこなったときの値(容量%)を示したものである。第2コンデンサC2の容量%を大きく変化させることなく、各種食材の解凍が可能であり、第2コンデンサC2の容量可変幅を小さくした整合器40の簡素化、小型化を図ることができる。
FIG. 3A shows the frequency of the high-
When the third capacitor C3 is not connected, the C2 capacity% at the start of thawing varies depending on the type and number of ingredients, and the C2 capacity% at the end of thawing varies greatly in the decreasing direction. That is, unless the capacitance variable width of the second capacitor C2 is increased, it is difficult to perform impedance matching, and the
In FIG. 3B, in addition to the above circuit configuration, a third capacitor C3 having a capacity of 400 pF is connected in parallel with the
図4は、高周波電源20の周波数=13.56MHz、高周波電源20の出力インピーダンス=50Ω、第2コンデンサC2の容量C2=95pF、コイルLのインダクタンスL=1.8μH、容量可変の第1コンデンサC1の容量C1=150〜1500pF、第3コンデンサC3の容量C3=400pFとし、各種食材の解凍をおこない、反射電力検知部による反射電力が常に最小になるように、第1コンデンサC1の容量調整をおこなったときのC1の値(容量%)を示している。第3コンデンサC3を接続することにより、第1コンデンサC1の容量可変幅を小さく設定することが可能であり、整合器40の簡素化、小型化を図ることができる。
FIG. 4 shows the frequency of the high
図5は、図1(a)の回路構成において、高周波電源20と整合器40の合成インピーダンスをZとし、Z=R/(1+ω2R2C1 2)+j{(ωL−1/ωC2)−ωR2C1/(1+ω2R2C1 2)}の複素共役Z’で得られるインピーダンス整合範囲を示している。
ただし、角周波数ω=13.56MHz、高周波電源20の出力インピーダンスR=50Ω、コイルLのリアクタンスL=1.8μH、容量可変の第1コンデンサC1の容量C1=150〜1500pF、容量可変の第2コンデンサC2の容量C2=25〜250pFとする。
Z’で得られるインピーダンス整合範囲は、高周波電源20の出力インピーダンスR=50Ω(規格化インピーダンス1)より小さい範囲に限定されており、それより大きな抵抗負荷に対してはインピーダンス整合不能である。
5, in the circuit configuration of FIG. 1A, the combined impedance of the high-
However, the angular frequency ω = 13.56 MHz, the output impedance R = 50Ω of the high
The impedance matching range obtained by Z ′ is limited to a range smaller than the output impedance R = 50Ω (standardized impedance 1) of the high-
図6は、図2の回路構成において、高周波電源20の出力インピーダンスと整合器40からなる合成インピーダンスをZとすると、Z=1/[{(1/R+jωC1)−1+j(ωL−1/ωC2)}−1+jωC3}]の複素共役Z’で得られるインピーダンス整合範囲を示している。
ただし、角周波数ω=13.56MHz、電源の出力インピーダンスR=50Ω、コイルLのリアクタンスL=1.8μH、容量可変の第1コンデンサC1の容量C1=150〜1500pF、容量可変の第2コンデンサC2の容量C2=25〜250pF、第3コンデンサC3の容量C3=50pF、200pF、400pF、600pFとする。
電極30と並列に第3コンデンサC3を接続し、その値を増加することによって、前述した図5に示す例のZ’で得られるインピーダンス整合範囲は、反時計周りに回転し、Z’の抵抗は電源の出力インピーダンスR=50Ω(規格化インピーダンス1)より大きい範囲に拡大した。リアクタンスの範囲は、第3コンデンサC3の容量C3=200pF、400pFでは正より負が大きく、C3=600pFでは正より負が小さくなった。このように、電極30と並列に第3コンデンサC3を接続することによって、冷凍食材の解凍に特化した整合範囲を得ることができる。
6, in the circuit configuration of FIG. 2, assuming that the combined impedance composed of the output impedance of the high
However, the angular frequency ω = 13.56 MHz, the output impedance R of the power supply R = 50Ω, the reactance L of the coil L = 1.8 μH, the capacitance C 1 of the variable capacitance first capacitor C 1 = 150 to 1500 pF, the variable capacitance second capacitor C2 of the capacitor C 2 = 25~250pF, third capacitance C 3 = 50 pF capacitor C3, 200pF, 400pF, and 600 pF.
By connecting the third capacitor C3 in parallel with the
図7は、高周波電源20の周波数=13.56MHz、高周波電源20の出力インピーダンス=50Ω、コイルLのインダクタンスL=1.8μH、バリコン第1コンデンサC1の容量C1=150〜1500pF、バリコン第2コンデンサC2の容量C2=25〜250pF、第3コンデンサC3の容量C3=200pF、400pFとし、−40℃の冷凍シャインマスカット15粒(厚さ28mm)を出力50W、解凍時間15分で解凍をおこない、反射電力検知部による反射電力が常に最小になるように、バリコンC1、C2のコンデンサ容量をサーボモーターで逐次自動調整したときのC1、C2の値(容量%)を示している。
第3コンデンサC3が接続されていない状態では、解凍に伴いバリコンC1、C2の値は大きく減少変化しているが、第3コンデンサC3を接続することによりバリコンC1、C2の変化は抑制され、C3=200pFよりC3=400pFの方がバリコンC1、C2の変化抑制の効果は大きかった。
FIG. 7 shows the frequency of the high-
In the state where the third capacitor C3 is not connected, the values of the variable capacitors C1 and C2 greatly decrease and change with the thawing, but the change of the variable capacitors C1 and C2 is suppressed by connecting the third capacitor C3, and C The effect of suppressing changes in the variable capacitors C1 and C2 was greater when C 3 = 400 pF than when 3 = 200 pF.
図8は、高周波電源20の周波数=13.56MHz、高周波電源20の出力インピーダンス=50Ω、コイルLのインダクタンスL=1.8μH、バリコン第1コンデンサC1の容量C1=150〜1500pF、バリコン第2コンデンサC2の容量C2=25〜250pF、第3コンデンサC3の容量C3=200pF、400pFとし、−40℃の冷凍マンゴー(厚さ85mm)を出力200W、解凍時間15分で解凍をおこない、反射電力検知部による反射電力が常に最小になるように、バリコンC1、C2のコンデンサ容量をサーボモーターで逐次自動調整したときのC1、C2の値(容量%)を示している。
第3コンデンサC3が接続されていない状態では、解凍に伴いバリコンC1、C2の値は大きく減少変化しているが、C3=200pFを接続した状態では、バリコンC1、C2の変化は抑制されている。C3=400pFを接続した状態では、自動インピーダンス整合できなかった。
FIG. 8 shows the frequency of the high
In the state where the third capacitor C3 is not connected, the values of the variable capacitors C1 and C2 greatly decrease and change with the thawing, but in the state where C 3 = 200 pF is connected, the change of the variable capacitors C1 and C2 is suppressed. Yes. When C 3 = 400 pF was connected, automatic impedance matching could not be performed.
以上より、半導体式高周波誘電加熱装置10は、整合器40に電極30と並列に第3コンデンサC3を接続することによって、食材解凍に伴う電極インピーダンスの変化を抑制し、整合器40の簡素化、小型化を図りながらインピーダンス整合が可能であることが確認された。
このとき、第3コンデンサC3のコンデンサ容量の値が大きい方が、電極インピーダンスの変化抑制に効果的であるが、冷凍食材が厚肉の場合、整合が困難になることもあるため、食材に応じて、最適なC3の値を設定することが好ましい。
From the above, the semiconductor high-frequency
At this time, the larger capacitor value of the third capacitor C3 is more effective in suppressing the change in electrode impedance. However, when the frozen food is thick, matching may be difficult. Therefore, it is preferable to set an optimal value of C3.
以上、本発明の実施形態を詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行なうことが可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail, this invention is not limited to the said embodiment, A various design change can be performed without deviating from this invention described in the claim. Is possible.
例えば、上述した実施形態では、半導体式高周波誘電加熱装置が冷凍食材を高周波誘電加熱によって解凍するものとして説明したが、食材以外に血液や動植物といった生体などの解凍であっても同様の効果を得ることは可能であり、また、半導体式高周波誘電加熱装置の用途は、被加熱物を加熱するものであればよく、冷凍食材の解凍に限定されない。 For example, in the above-described embodiment, the semiconductor high-frequency dielectric heating device has been described as thawing frozen food by high-frequency dielectric heating, but the same effect can be obtained even when thawing a living body such as blood, animals and plants in addition to food. It is possible to use the semiconductor high-frequency dielectric heating device as long as it heats the object to be heated, and is not limited to thawing frozen food.
また、上述した実施形態に加えて、整合器のインピーダンス情報(例えば、第1コンデンサの状態など)を監視モニタなどに出力するインピーダンス情報出力部を設けてもよい。この場合、整合器のインピーダンス情報出力部から食材インピーダンスの正確な情報を簡単に得ることが可能になり、対象とする被加熱物に絞り込んだ整合器のパラメータを設定したり、その結果に基づき整合器の簡素化を図ることができる。 In addition to the above-described embodiment, an impedance information output unit that outputs impedance information (for example, the state of the first capacitor) of the matching unit to a monitoring monitor or the like may be provided. In this case, it is possible to easily obtain accurate information on food impedance from the impedance information output unit of the matcher, and set the matcher parameters narrowed down to the object to be heated and match based on the result. The device can be simplified.
本発明の半導体式高周波誘電加熱装置は、冷凍食品等の急速解凍に好適であるばかりでなく、工業用の誘電加熱装置としても広く適用でき、また、家庭用または業務用の卓上型解凍装置(電子レンジ)や冷蔵庫等に組み込んで用いることもできる等、産業上の利用可能性が高い。 The semiconductor type high frequency dielectric heating device of the present invention is not only suitable for rapid thawing of frozen foods etc., but can also be widely applied as an industrial dielectric heating device. Industrial applicability is high, for example, it can be incorporated into a microwave oven or refrigerator.
10 ・・・ 半導体式高周波誘電加熱装置
20 ・・・ 高周波電源
30 ・・・ 電極
40 ・・・ 整合器
C1 ・・・ 第1コンデンサ
C2 ・・・ 第2コンデンサ
C3 ・・・ 第3コンデンサ
L ・・・ コイル
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記整合器は、前記高周波電源と並列に接続された第1コンデンサと、前記電極と並列に接続された第3コンデンサと、前記第1コンデンサと前記第3コンデンサの間に直列に接続されたコイルおよび第2コンデンサを備えていることを特徴とする半導体式高周波誘電加熱装置。 A semiconductor type high frequency dielectric heating device comprising a semiconductor type high frequency power source, a pair of electrodes arranged opposite to each other, and an impedance matching device,
The matching unit includes a first capacitor connected in parallel with the high-frequency power source, a third capacitor connected in parallel with the electrode, and a coil connected in series between the first capacitor and the third capacitor. And a semiconductor-type high-frequency dielectric heating device comprising a second capacitor.
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