JP2017162611A - マイクロ波加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱室内において発生したスパークを正確に検知することができるマイクロ波加熱装置を提供する。【解決手段】マイクロ波発生源と、被加熱物が設置される加熱室と、前記マイクロ波発生源において発生したマイクロ波を前記加熱室内に放射するマイクロ波放射部と、前記加熱室の内部に設置された電磁波検出素子と、前記電磁波検出素子を介して電磁波を検知する電磁波検知器と、前記電磁波検知器により、前記加熱室内において発生したスパークにより生じた電磁波が検知された場合には、前記マイクロ波発生源におけるマイクロ波の発生を停止する制御を行う制御部と、を有することを特徴とするマイクロ波加熱装置により上記課題を解決する。【選択図】 図１

Description

本発明は、マイクロ波加熱装置に関するものである。

マイクロ波加熱装置は、加熱対象となる被加熱物をマイクロ波加熱装置の加熱室内に設置し、マイクロ波発生源において発生させたマイクロ波を被加熱物に照射し、吸収させることにより、被加熱物を加熱する装置である（例えば、特許文献１）。このようなマイクロ波加熱装置においては、加熱室内に放射されたマイクロ波は、加熱室の壁面等において反射を繰り返し、被加熱物に照射される。

一般的には、マイクロ波加熱装置には、マイクロ波発生源として真空管の一種であるマグネトロンが用いられているが、マグネトロンに代わり半導体素子を用いることにより、マイクロ波加熱装置を小型軽量化することができ、出力制御性を向上させることができる。このような半導体素子としては、例えば、高周波領域においても高耐圧で大電流を流すことが可能な窒化ガリウム等を用いた半導体素子が挙げられる。

ところで、マイクロ波加熱装置により加熱される被加熱物に金属等が含まれていたり、被加熱物の種類によっては、スパークが発生する場合がある。このようなスパークの発生が続くと、被加熱物が焦げたり、熱等によりマイクロ波加熱装置がダメージを受け、破損してしまう場合がある。このため、スパークが発生した場合には、初期の段階でスパークを検知し、マイクロ波加熱装置による加熱を停止することが求められる。通常、スパークが発生した場合には、スパークに起因した音や光が生じるため、音または光を検知することにより、スパークを検知する方法が開示されている。

特開２００９−１６１４９号公報 特開２００９−１９７９６号公報 特開２００９−２５０４４４号公報 特公平３−２５６９７号公報 実開平１−１６５５９５号公報

しかしながら、音によりスパークを検知する方法では、マイクロ波加熱装置の周囲の環境音とスパークが発生した際に生じる音とを区別することが困難である。このため、スパークが発生していないにもかかわらず、マイクロ波加熱装置の周囲の環境音により、マイクロ波加熱装置における加熱が停止してしまう場合がある。また、スパークによっては、音が生じないものもあり、このような音の発生しないスパークは検知することができない。

また、光によりスパークを検知する方法では、スパークの発生源となる金属等が食品や食品を入れる容器の内部に入っている場合には、スパークが発生しても、食品や容器の外からは、スパークにより生じた光を検知することができない。

このため、音や光により発生したスパークを検知しようとした場合、スパークが発生していないにも関わらずスパークが発生したものと誤って検知したり、発生したスパークが検知されない場合がある。

本発明は、音や光によることなく、マイクロ波加熱装置内において発生したスパークを正確に検知することを目的とする。

１つの態様では、マイクロ波加熱装置は、マイクロ波発生源と、被加熱物が設置される加熱室と、前記マイクロ波発生源において発生したマイクロ波を前記加熱室内に放射するマイクロ波放射部と、前記加熱室の内部に設置された電磁波検出素子と、前記電磁波検出素子を介して電磁波を検知する電磁波検知器と、前記電磁波検知器により、前記加熱室内において発生したスパークにより生じた電磁波が検知された場合には、前記マイクロ波発生源におけるマイクロ波の発生を停止する制御を行う制御部と、を有する。

１つの側面として、音や光によることなく、加熱室内において発生したスパークを正確に検知することができる。

第１の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の構造図 検知された電磁波の周波数とパワーの相関図 第２の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の構造図 電磁波が検知された際の時間とパワーの相関図 第３の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の説明図 第４の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の説明図

実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。

〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置について、図１に基づき説明する。本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源１０、加熱室２０、加熱室２０内に設置された電磁波検出素子４１、電磁波検知器４２、制御部５０等を有している。マイクロ波発生源１０はマイクロ波伝送部３１を介し加熱室２０に接続されており、加熱室２０とマイクロ波伝送部３１との接続部分が、マイクロ波放射部３０となっている。マイクロ波発生源１０において発生したマイクロ波は、マイクロ波伝送部３１を介し、マイクロ波放射部３０より加熱室２０内に放射される。尚、加熱室２０は鉄等の金属を含む材料により形成されており、加熱室２０内に放射されたマイクロ波は、加熱室２０の内側において反射等されるため、加熱室２０の外側に漏れることはない。

加熱対象となる被加熱物１００は、例えば、食品等であり、加熱室２０内に置かれた被加熱物１００は、マイクロ波放射部３０より加熱室２０内に放射されたマイクロ波を吸収して加熱される。ここで、被加熱物１００に先端の尖った金属片１０１等が含まれている場合、金属片１０１に電界が集中し、スパークが発生する場合がある。このようなマイクロ波を照射した場合に、金属片１０１等において生じるスパークは、コロナ放電であるものが多いと考えられている。スパークが連続して発生すると、スパークが発生している部分が焦げたり、マイクロ波加熱装置がダメージを受ける場合がある。尚、本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置においては、周波数が２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を用いているが、マイクロ波加熱装置においては、周波数が９００ＭＨｚ〜３ＧＨｚのマイクロ波が用いられる場合がある。

ところで、被加熱物１００にマイクロ波を照射した際に、金属片１０１等においてスパークが生じると、音や光の他、１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ（１ＭＨｚ以上、１００ＭＨｚ以下）の周波数の電磁波が生じる。この周波数の電磁波は、マイクロ波加熱装置の周囲の音とは異なるため、その影響を受けることはなく、また、被加熱物１００の内部に金属片１０１が入っている場合であっても、被加熱物１００を透過し、被加熱物１００の外部に放射される。

本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、このような金属片１０１等においてスパークが生じた際に発生した電磁波を電磁波検出素子４１及び電磁波検知器４２において検知することにより、スパークを検知するものである。電磁波検出素子４１は、アンテナ等により形成されており、金属片１０１等においてスパークにより生じた電磁波は、電磁波検出素子４１おいて受信され、スペクトラムアナライザ等により形成されている電磁波検知器４２に送られる。

マイクロ波加熱装置では、マイクロ波放射部３０より加熱室２０内に放射される２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波も電磁波の一種であるため、２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波も、電磁波検出素子４１により受信され、電磁波検知器４２に送られる。スペクトラムアナライザ等の電磁波検知器４２では、電磁波検出素子４１により受信した電磁波を周波数ごとに表示することができるため、２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波とスパークが生じた際に発生した電磁波とが分けられて表示される。即ち、金属片１０１等においてスパークにより生じた電磁波の周波数は、１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚであり、加熱室２０内に放射されるマイクロ波の周波数である９００ＭＨｚ〜３ＧＨｚとは周波数が異なる。従って、電磁波検知器４２により、１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの周波数の電磁波を選択して検知することにより、金属片１０１等におけるスパークを検知することができる。

電磁波検知器４２において、周波数が１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの電磁波が検知されると、検知された電磁波の強度等の情報は制御部５０に送られる。制御部５０では、電磁波検知器４２から送られた１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの周波数の電磁波の強度が、所定の強度以上である場合には、マイクロ波発生源１０におけるマイクロ波の発生を停止する制御がなされる。これにより、被加熱物１００が焦げたり、マイクロ波加熱装置がダメージを受けることを防ぐことができる。尚、本願においては、金属片１０１等においてスパークにより生じた電磁波を検知する電磁波検知部は、電磁波検出素子４１と、電磁波検知器４２とにより形成されている。

図１においては、電磁波検知器４２は、周波数レンジが広く、マイクロ波と、金属片１０１等においてスパークにより生じた電磁波の双方が表示されているものを示しているが、検知するのは金属片１０１等においてスパークにより生じた電磁波のみでよい。このため、電磁波検知器４２における周波数レンジが狭く、例えば、周波数が１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲にしてもよい。図２には、この場合に、金属片１０１等においてスパークにより生じた電磁波が、スペクトラムアナライザ等の電磁波検知器４２に表示されている様子を示す。

〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、図３に示すように、電磁波検知部は、電磁波検出素子４１と、フィルター１４２と、パワーメータ等の電磁波検知器１４３とにより形成されている。電磁波検出素子４１は、フィルター１４２に接続されており、フィルター１４２は電磁波検知器１４３に接続されており、電磁波検知器１４３は制御部５０に接続されている。

加熱室２０内にマイクロ波を放射した際に、スパークにより生じた電磁波の周波数は、１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚである。このため、本実施の形態においては、スパークにより生じた電磁波は通すが、マイクロ波は通さない周波数特性を有するフィルター１４２が設けられている。例えば、フィルター１４２は、周波数が１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの電磁波は通すが、これ以外の周波数の電磁波は通さない特性のものである。電磁波検知器１４３では、フィルター１４２を透過した電磁波の強度のみを検知する。このように、所定の周波数、即ち、１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲の周波数の電磁波を検知することにより、金属片１０１において生じたスパークを正確に検知することができる。

電磁波検知器１４３において検知された電磁波の強度の情報は、制御部５０に送られ、制御部５０では、電磁波検知器１４３から送られた電磁波の強度が、所定の強度以上である場合には、マイクロ波発生源１０におけるマイクロ波の発生を停止する制御を行う。これにより、被加熱物１００が焦げたり、マイクロ波加熱装置がダメージを受けることを防ぐことができる。

本実施の形態においては、低価格なフィルター１４２と電磁波検知器１４３を用いているため、マイクロ波加熱装置を小型で、低コストなものにすることができる。図４は、電磁波検知器１４３において、スパークにより生じた周波数が１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの電磁波を検知した場合の様子を示すものであり、このような電磁波を検知することにより、スパークの発生を検知することができる。

尚、図３では、フィルター１４２と、電磁波検知器１４３とが別々であるものを示しているが、フィルター１４２と電磁波検知器１４３とが一体化されている電磁波検知器を用いてもよい。この場合、更に、マイクロ波加熱装置を小型で、低コストなものにすることができる。

上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。

〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置等をＤＰＦ（Diesel particulate filter：ディーゼル微粒子捕集フィルター）に適用したものであり、加熱対象となるＤＰＦとマイクロ波加熱装置とを有する排気ガス処理装置である。

ディーゼルエンジンの排気には、すす等の微粒子状物質（ＰＭ:particulate matter）が含まれているため、環境対応の観点から除去用のフィルターとして、ＤＰＦを用いることが必須となっている。このようなＤＰＦにおいては、すす等による目詰まりを防ぐため、定期的にＤＰＦを加熱して再生する必要があるが、ＤＰＦを加熱する方式の一つとしてマイクロ波照射することや、マイクロ波照射に適したＤＰＦ材料が開示されている。

本実施の形態における排気ガス処理装置は、図５に示すように、ＤＰＦ２００は金属により形成されたＤＰＦチャンバー２２０内に設置されている。ＤＰＦチャンバー２２０には、ディーゼルエンジン等の排気ガスが流入するガス入口２２１と、ＤＰＦ２００により浄化されたガスが流出するガス出口２２２とが設けられている。ＤＰＦチャンバー２２０には、マイクロ波発生源１０がマイクロ波伝送部２３１を介して接続されており、ＤＰＦチャンバー２２０とマイクロ波伝送部２３１との接続部分が、マイクロ波放射部２３０となっている。

本実施の形態においては、マイクロ波発生源１０において発生したマイクロ波は、マイクロ波伝送部２３１を介し、マイクロ波放射部２３０より、ＤＰＦチャンバー２２０内に放射される。ＤＰＦチャンバー２２０内に放射されたマイクロ波は、ＤＰＦ２００に照射されてＤＰＦ２００が加熱される。

本実施の形態においては、ＤＰＦチャンバー２２０内やＤＰＦ２００内において金属片等が含まれている場合には、金属片において放射されたマイクロ波により電界集中が生じ、スパークが発生する。このようなスパークが発生すると、周波数が１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの電磁波が生じ、生じた電磁波は、ＤＰＦチャンバー２２０内に設置されている電磁波検出素子４１を介し、電磁波検知器４２において検知される。検知された情報は、制御部５０に送られ、制御部５０では、電磁波検知器４２において検知された情報に基づきマイクロ波発生源１０におけるマイクロ波の発生を停止する制御がなされる。これにより、ＤＰＦチャンバー２２０やＤＰＦ２００が破損したり、マイクロ波加熱装置がダメージを受けることを防ぐことができる。

尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。

〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、マイクロ波加熱装置をマイクロ波焼成炉に適用したものである。マイクロ波焼成炉は、例えば、セラミックスの焼成等に用いることができる。

本実施の形態においては、図６に示すように、被加熱物３００はアプリケータ３２０の中に設置されている。また、アプリケータ３２０には、マイクロ波発生源１０がマイクロ波伝送部３３１を介して接続されており、アプリケータ３２０とマイクロ波伝送部３３１との接続部分が、マイクロ波放射部３３０となっている。

本実施の形態においては、マイクロ波発生源１０において発生したマイクロ波は、マイクロ波伝送部３３１を介し、マイクロ波放射部３３０より、アプリケータ３２０内に放射される。アプリケータ３２０内に放射されたマイクロ波は、被加熱物３００に照射されて被加熱物３００が加熱される。アプリケータ３２０の内部には、被加熱物３００を均一に加熱するため、被加熱物３００を載せて回転するターンテーブル３４１や、回転しながらマイクロ波を反射するスターラ３４２等が設けられている。

本実施の形態においては、アプリケータ３２０内や被加熱物３００内において金属片等が含まれている場合には、金属片において放射されたマイクロ波により電界集中が生じ、スパークが発生する。このようなスパークが発生すると、周波数が１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの電磁波が生じ、生じた電磁波は、アプリケータ３２０内に設置されている電磁波検出素子４１を介し、電磁波検知器４２において検知される。検知された情報は、制御部５０に送られ、制御部５０では、電磁波検知器４２において検知された情報に基づきマイクロ波発生源１０におけるマイクロ波の発生を停止する制御がなされる。これにより、アプリケータ３２０や被加熱物３００が破損したり、マイクロ波加熱装置がダメージを受けることを防ぐことができる。

マイクロ波加熱装置は、上記において説明したマイクロ波焼成炉以外にも、他の様々な産業用途、例えば、木材等の乾燥、畳の殺虫、ゴムの加硫前の予備加熱等の用途にも用いることができる。

尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。

以上、実施の形態について詳述したが、特定の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範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
マイクロ波発生源と、
被加熱物が設置される加熱室と、
前記マイクロ波発生源において発生したマイクロ波を前記加熱室内に放射するマイクロ波放射部と、
前記加熱室の内部に設置された電磁波検出素子と、
前記電磁波検出素子を介して電磁波を検知する電磁波検知器と、
前記電磁波検知器により、前記加熱室内において発生したスパークにより生じた電磁波が検知された場合には、前記マイクロ波発生源におけるマイクロ波の発生を停止する制御を行う制御部と、
を有することを特徴とするマイクロ波加熱装置。
（付記２）
前記電磁波検知器は、前記スパークにより生じた電磁波の強度を測定するものであって、
前記スパークにより生じた電磁波は、前記電磁波の強度が、所定の強度以上である場合に検知されることを特徴とする付記１に記載のマイクロ波加熱装置。
（付記３）
前記電磁波検出素子と前記電磁波検知器との間には、前記スパークにより生じた電磁波は通すが、前記マイクロ波は通さないフィルターが設けられていることを特徴とする付記１または２に記載のマイクロ波加熱装置。
（付記４）
前記電磁波検出素子は、アンテナであることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置。
（付記５）
前記スパークにより生じた電磁波の周波数は、１ＭＨｚ以上、１００ＭＨｚ以下であることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置。
（付記６）
前記マイクロ波は、９００ＭＨｚ以上、３ＧＨｚ以下の周波数の電磁波であることを特徴とする付記５に記載のマイクロ波加熱装置。
（付記７）
前記被加熱物は、食品を含むものであることを特徴とする付記１から６のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置。
（付記８）
前記被加熱物は、微粒子捕集フィルターであることを特徴とする付記１から６のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置。

１０ マイクロ波発生源
２０ 加熱室
３０ マイクロ波放射部
４１ 電磁波検出素子
４２ 電磁波検知器
５０ 制御部
１００ 被加熱物
１０１ 金属片

Claims (6)

1. マイクロ波発生源と、
   被加熱物が設置される加熱室と、
   前記マイクロ波発生源において発生したマイクロ波を前記加熱室内に放射するマイクロ波放射部と、
   前記加熱室の内部に設置された電磁波検出素子と、
   前記電磁波検出素子を介して電磁波を検知する電磁波検知器と、
   前記電磁波検知器により、前記加熱室内において発生したスパークにより生じた電磁波が検知された場合には、前記マイクロ波発生源におけるマイクロ波の発生を停止する制御を行う制御部と、
   を有することを特徴とするマイクロ波加熱装置。
2. 前記電磁波検知器は、前記スパークにより生じた電磁波の強度を測定するものであって、
   前記スパークにより生じた電磁波は、前記電磁波の強度が、所定の強度以上である場合に検知されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
3. 前記電磁波検出素子と前記電磁波検知器との間には、前記スパークにより生じた電磁波は通すが、前記マイクロ波は通さないフィルターが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ波加熱装置。
4. 前記スパークにより生じた電磁波の周波数は、１ＭＨｚ以上、１００ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置。
5. 前記被加熱物は、食品を含むものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置。
6. 前記被加熱物は、微粒子捕集フィルターであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置。

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