JP2020134056A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被加熱物の加熱ムラが極力少ない高周波加熱装置を提供すること。【解決手段】アンテナ２１で検出した高周波を検波する検波手段２２と、加熱室１０の上部に設置され、加熱室１０内で検出した赤外線から被加熱物１１の温度を推定する赤外線センサ２５と、検波手段２２の出力および赤外線センサ２５の出力に基づいて電波放射部２０の出力を制御する制御手段２４と、を備え、制御手段２４は、検波手段２２の出力によって被加熱物１１の下面の温度を推定するとともに、赤外線センサ２５の出力によって被加熱物１１の上面の温度を推定し、電波放射部２０の出力を制御することにより、被加熱物１１の加熱ムラが極力少ない高周波加熱装置を提供することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、解凍機能を有した高周波加熱装置に関する。

従来、この種の高周波加熱装置は、食品の種別・形状・温度等により異なる反射電力をアンテナで検出し、検波回路で検波したあと、制御器に取込まれる出力に応じて各種機器動作を制御するものが存在した（特許文献１参照）。

また、食品の載置位置以外の所定位置の温度を測定する基準温度検出手段と、食品あるいは所定位置から放射される輻射熱を非接触で検出し熱電変換する赤外線検出手段と、食品からの輻射熱による赤外線検出手段の出力、所定位置からの輻射熱による赤外線検出手段の出力及び基準温度検出手段の出力から食品温度を算出する食品温度算出手段と、食品温度算出手段の出力に応じ加熱手段を制御する制御手段と、赤外線検出手段を駆動し前記赤外線検出手段が検出する輻射熱検出の方向を食品の方向かまたは所定位置の方向かに切り替える切替手段を備えたものが存在した（特許文献２参照）。

さらに、食品の重量を検出する重量センサと、加熱室内の食品からの高周波エネルギーの反射量を検出するマイクロ波検波センサと、重量センサとマイクロ波検波センサの出力信号により、食品の加熱時間とマグネトロンの高周波出力を制御する制御手段とからなる高周波加熱装置が存在した（特許文献３参照）。

特開平３−９５３１７号公報 特許第３４９１３０２号公報 特開平４−６５０９５号公報

しかしながら、従来より電子レンジに代表される高周波加熱機を利用するにあたって、被加熱物の各箇所の加熱ムラに代表される出来栄えのばらつきが課題となっている。これを解決するため種々のセンサを搭載して被加熱物の加熱状態を検知し、その検知結果を加熱手段にフィードバックしてマグネトロンや輻射ヒータ等の加熱手段の出力を制御することで加熱ムラを防ごうとしてきた。

たとえば、特許文献１では食品の種別・形状・温度等により異なる反射電力を検波回路で検波し、加熱手段を制御するものである。特許文献２は赤外線検出手段（赤外線センサ）を用いるもので、被加熱物の赤外線を検出することによって、被加熱部の温度を検出し、加熱手段を制御するものである。特許文献３は、高周波エネルギーの反射量を検出するマイクロ波検波センサと重量センサの出力信号により、食品の加熱時間とマグネトロンの高周波出力を制御するものである。

しかしながら各々センサ単体では加熱ムラを完全には防ぐことができない。検波センサは、加熱手段から加熱室への入射波および加熱室から加熱手段への反射波を測定できるが、例えば、加熱室の上方に取り付けられた検波センサは被加熱物の上面の温度変化をよりよく検波するが、被加熱物の下面の温度変化は上面の温度変化に比べて精度よく検波ができない。

また赤外線センサでは、たとえば加熱室の上方に取り付けられていると、ほほ被加熱物の上面の温度変化しか検知することができない。また重量センサでは、そもそも加熱ムラが非常にわかりにくい。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、複数種類のセンサを組み合わせて加熱ムラの少ない高周波加熱装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の高周波加熱装置は、被加熱物を収納する加熱室と、前記加熱室の下部の入射口から前記加熱室内に高周波を放射して被加熱物を加熱する電波放射部と、前記加熱室内の高周波を検出するアンテナと、前記アンテナで検出した高周波を検波する検波手段と、前記加熱室の上部に設置され、前記加熱室内で検出した赤外線から被加熱物の温度を推定する赤外線センサと、前記検波手段の出力および前記赤外線センサの出力に基づいて前記電波放射部の出力を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記検波手段の出力によって被加熱物の下面の温度を推定するとともに、前記赤外線センサの出力によって被加熱物の上面の温度を推定し、前記電波放射部の出力を制御することを特徴とする。

被加熱物の加熱ムラの少ない高周波加熱装置を提供することができる。

実施の形態１における高周波加熱装置の概略図 実施の形態１における検波回路の概略図 実施の形態２における高周波加熱装置の概略図

第１の発明は、被加熱物を収納する加熱室と、前記加熱室の下部の入射口から前記加熱室内に高周波を放射して被加熱物を加熱する電波放射部と、前記加熱室内の高周波を検出するアンテナと、前記アンテナで検出した高周波を検波する検波手段と、前記加熱室の上部に設置され、前記加熱室内で検出した赤外線から被加熱物の温度を推定する赤外線センサと、前記検波手段の出力および前記赤外線センサの出力に基づいて前記電波放射部の出力を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記検波手段の出力によって被加熱物の下面の温度を推定するとともに、前記赤外線センサの出力によって被加熱物の上面の温度を推定し、前記電波放射部の出力を制御することを特徴とする。

これにより、被加熱物の加熱ムラや温度差を極力減らし、所望の仕上がりの加熱効果を得ることができる。

第２の発明は、前記加熱室の上部の第２の入射口と、前記第２の入射口から前記加熱室内に高周波を放射して被加熱物を加熱する第２の電波放射部と、を備え、前記制御手段は、前記検波手段の出力によって被加熱物の下面の温度を推定するとともに、前記赤外線センサの出力によって被加熱物の上面の温度を推定し、前記電波放射部および／または前記第２の電波放射部の出力を制御することを特徴とする。

これにより、さらに被加熱物の加熱ムラや温度差を減らし、所望の仕上がりの加熱効果を得ることができる。

第３の発明は、前記制御手段は、被加熱物の下面の温度と被加熱物の上面の温度が略同
一の所定温度に到達するように前記電波放射部を制御し、前記所定温度に到達したら被加熱物の加熱を終了することを特徴とする。

これにより、被加熱物の加熱ムラや温度差を極力減らし、所望の仕上がりの加熱効果を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
本実施の形態１における高周波加熱装置を図１に基づいて説明する。加熱室１０の中の載置台１３に載置収納された被加熱物１１は、マグネトロン等で構成された電波放射部２０から導波管２３を通して加熱室１０の下部に設けられた入射口１２から放射される高周波によって加熱される。

導波管２３を通過する高周波は、方向性結合器と呼ばれるアンテナ２１によって検出され、アンテナ２１を介して検波手段２２に送られ、ここで検波される。電波放射部２０から放射され入射口１２から加熱室１０に放射される電波（入射波）を検波手段２２は検波することができる。また、加熱室１０内に放射された入射波が被加熱物１１に吸収されずに一部の電波が導波管２３に戻ることがあるが、加熱室１０内から加熱室１０下部の入射口１２を経て電波放射部２０に戻る電波（反射波）を検波手段２２は検波することもできる。すなわち、検波手段２２は入射波と反射波の量を検出することができるように構成されている。

通常、検波手段２２は図２のような回路で構成され、検波手段２２の出力は電圧であることが多い。アンテナ２１から検波手段２２に入力される信号は、図２の入力（端子）４０を経て検波されて出力（端子）４５に到達する。入力４０から出力４５までの間に抵抗４１、ダイオード４３、抵抗４２、コンデンサ４４が接続されている。この出力４５から図１における制御手段２４に信号が入力される。

また方向性結合器と呼ばれるアンテナ２１は、信号センサのような働きをし、通常、入射波についてはある程度（例えば２０ｄＢ程）減衰して検知し、反射波についてもある程度（同じく２０ｄＢほど）減衰して検知する。各々の信号は検波手段２２を経由してＤＣ電圧に変換され制御手段２４に入力される。

制御手段２４には、検波手段２２からの信号だけでなく赤外線センサ２５からの信号も入力される。ここで赤外線センサ２５は加熱室の温度を赤外線の強さから検出するセンサである。

赤外線センサ２５は、８素子〜６４素子のものを使用している。素子の少ないタイプでは赤外線センサ２５を可動式にして赤外線センサ２５を可動させながら被加熱物１１の上面ほぼ全体の温度をマトリックス状に検出することができる。また、素子の多いタイプでは赤外線センサ２５の視野が広がるので、必ずしも可動式にする必要がなく、固定式にして被加熱物１１の上面ほぼ全体の温度をマトリックス状に検出することができる。また、マトリックスの１区画ごとの温度を平均化して被加熱物１１の上面ほぼ全体の平均温度を測定、推定することもできる。

赤外線センサ２５で検出できるのは、被加熱物１１の温度に限れば被加熱物１１の略上面、すなわち被加熱物１１と赤外線センサ２５との間に遮蔽物がない範囲での温度を赤外線センサ２５で検出可能である。被加熱物１１の下面の温度は赤外線センサ２５には届か
ないので、被加熱物１１の下面の温度は赤外線センサ２５で検出することができない。被加熱物１１の下面の温度を、赤外線センサ２５を用いて知ることは事実上不可能である。被加熱物１１は載置台１３などに載せられてから加熱室に置かれるからである。

そこで、被加熱物１１の下面の温度情報を得るために検波手段２２を用いる。高周波の加熱室１０への入射口１２を被加熱物１１の載置台１３の下方（加熱室１０の下部）に配置するようにし、入射口１２から加熱室１０内の被加熱物１１へと放出される高周波（入射波）、もしくは加熱室１０から入射口１２を経て導波管２３に戻ってくる高周波（反射波）、もしくは入射波と反射波の両方をアンテナ２１で受信し、検波手段２２で検波することによって、被加熱物１１の下面のおおよその温度情報を得ることができる。

例えば、凍結した被加熱物１１を解凍する際に、入射波の量に対して反射波の量が一定程度大きいときは、まだ被加熱物１１の下面が凍っている状態であり、被加熱物１１が電波を吸収しきれていない状態を示す。また凍結した被加熱物１１を解凍する際に、入射波の量に対して反射波の量が一定程度小さいときは、被加熱物１１の下面が電波を吸収しているので解凍が一定程度進行している状態を示す。入射波の量と反射波の量を具体的に検出することによって、凍結した被加熱物１１を解凍する際の被加熱物１１の下面の解凍度合いや、被加熱物１１を加熱する際の被加熱物１１の下面の温度をおおよそ推定可能となる。

検波手段２２を用いても、被加熱物１１の下面の細かい温度分布まで知ることは難しいところであるが、被加熱物１１の温度差、特に被加熱物１１の上面と被加熱物１１の下面との温度差を知る目的においては、赤外線センサ２５でのみを用いるよりもはるかに詳細な情報を入手することができる。赤外線センサ２５で被加熱物１１の上面の温度を検出し、検波手段２２で被加熱物１１の下面の温度を検出することで、制御手段２４により電波放射部２０を最適に制御することができる。

一例として、電波放射部２０により被加熱物１１を加熱している途中段階において、赤外線センサ２５によって、マトリックスの１区画ごとの温度を平均化して被加熱物１１の上面ほぼ全体の平均温度が１℃だったとする。このとき、検波手段２２で検波した被加熱物１１の下面の温度情報が３℃だったとする。目標とする被加熱物１１全体の終了温度が２℃だったとすると、制御手段２４は電波放射部２０の出力を弱めつつ時間をかけながら、電波が被加熱物１１全体から吸収されるようにし、被加熱物１１の上面ほぼ全体の温度を２℃まで上昇させ、被加熱物１１の下面の温度を２℃まで下降させるように電波放射部２０の出力を制御し、被加熱物１１の上面および下面の温度が２℃に達したところで加熱を終了する、といったことが可能となる。

このように、被加熱物１１の下面の温度と被加熱物１１の上面の温度が略同一の所定温度に到達するように電波放射部２０を制御し、前記所定温度に到達したら被加熱物の加熱を終了するようにすれば、被加熱物１１の加熱ムラや温度差を極力減らし、所望の仕上がりの加熱効果を得ることができる。

（実施の形態２）
図３は実施の形態２における高周波加熱装置の概略図である。実施の形態１と同様の構成については説明を省略する。高周波加熱装置に第２の電波放射部２６と第２の導波管２７が配置され第２の入射口１４から加熱室１０内に高周波を放射できる構成となっており、第２の入射口１４は加熱室１０の上部に配置されている。これにより実施の形態１の構成とも相俟って、加熱室１０の上面と下面の両方から加熱室１０内に高周波を入射することができるようになっている。

赤外線センサ２５と検波手段２２から出力された温度情報を制御手段２４によって解析し、被加熱物１１の上面と下面いずれかの温度が他方よりも上がったのを検知すれば、それを打ち消すように電波放射部２０および／または第２の電波放射部２６を制御することができる。

例えば、電波放射部２０と第２の電波放射部２６により被加熱物１１を加熱している途中段階において、被加熱物１１の上面の温度が下面の温度より高ければ、電波放射部２０の出力を上げるか第２の電波放射部２６の出力を下げる。他方、被加熱物１１の上面の温度が下面の温度より低ければ、電波放射部２０の出力を下げるか第２の電波放射部２６の出力を上げる。これにより、被加熱物１１のほぼ全体をムラなく加熱することができる。

なお、いずれかの電波放射部の代わりに輻射ヒータを用いて、被加熱物１１の上面と下面の温度に基づき、制御手段２４にて輻射ヒータと電波放射部の出力を制御してもよい。これにより、被加熱物１１のほぼ全体をムラなく加熱することができる。

本発明の高周波加熱装置は、アンテナ２１で検出した高周波を検波する検波手段２２と、加熱室１０の上部に設置され、加熱室１０内で検出した赤外線から被加熱物１１の温度を推定する赤外線センサ２５と、検波手段２２の出力および赤外線センサ２５の出力に基づいて電波放射部２０の出力を制御する制御手段２４と、を備え、制御手段２４は、検波手段２２の出力によって被加熱物１１の下面の温度を推定するとともに、赤外線センサ２５の出力によって被加熱物１１の上面の温度を推定し、電波放射部２０の出力を制御することにより、被加熱物１１の加熱ムラが極力少ない高周波加熱装置を提供することができるので、電子レンジや高周波解凍機など高周波で加熱する機器に適用できる。

１０ 加熱室
１１ 被加熱物
１２ 入射口
１４ 第２の入射口
２０ 電波放射部
２６ 第２の電波放射部
２１ アンテナ
２２ 検波手段
２３ 導波管
２７ 第２の導波管
２４ 制御手段
２５ 赤外線センサ
４０ 入力
４１、４２ 抵抗
４３ ダイオード
４４ コンデンサ
４５ 出力

Claims (3)

1. 被加熱物を収納する加熱室と、
   前記加熱室の下部の入射口から前記加熱室内に高周波を放射して被加熱物を加熱する電波放射部と、
   前記加熱室内の高周波を検出するアンテナと、
   前記アンテナで検出した高周波を検波する検波手段と、
   前記加熱室の上部に設置され、前記加熱室内で検出した赤外線から被加熱物の温度を推定する赤外線センサと、
   前記検波手段の出力および前記赤外線センサの出力に基づいて前記電波放射部の出力を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記検波手段の出力によって被加熱物の下面の温度を推定するとともに、前記赤外線センサの出力によって被加熱物の上面の温度を推定し、前記電波放射部の出力を制御することを特徴とする高周波加熱装置。
2. 前記加熱室の上部の第２の入射口と、
   前記第２の入射口から前記加熱室内に高周波を放射して被加熱物を加熱する第２の電波放射部と、を備え、
   前記制御手段は、前記検波手段の出力によって被加熱物の下面の温度を推定するとともに、前記赤外線センサの出力によって被加熱物の上面の温度を推定し、前記電波放射部および／または前記第２の電波放射部の出力を制御することを特徴とする請求項１記載の高周波加熱装置。
3. 前記制御手段は、被加熱物の下面の温度と被加熱物の上面の温度が略同一の所定温度に到達するように前記電波放射部を制御し、前記所定温度に到達したら被加熱物の加熱を終了することを特徴とする請求項１または２に記載の高周波加熱装置。