JP2021177462A - 高周波解凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】任意の形状の被解凍物の表面温度の測定が可能な高周波解凍装置を提供する。【解決手段】高周波解凍装置１００は、庫内に被解凍物２０が載置される解凍庫１において、解凍庫１の底面側には第１電極２が設けられ、第１電極２より上方に載置される被解凍物２０よりも上方に、開口を有する第２電極が設けられ、第２電極よりも上方に非接触式温度センサ５ａ、５ｂが設けられ、非接触式温度センサ５ａ、５ｂは第２電極の開口を介して被解凍物２０の温度を測定する。【選択図】図１

Description

本発明は、高周波を用いた誘電加熱により食品を解凍する高周波解凍装置に関する。

特許文献１には、高周波解凍装置において被解凍物の表面温度を測定する手段として、可変電極板に固定された接触式温度センサを使用し、当該温度センサが被解凍物に接触することにより被解凍物の表面温度を測定することが示されている。また、特許文献２には、高周波加熱装置において、第１電極と複数の第２電極との間に配置された加熱対象物の温度を、赤外線センサで検知することが示されている。

特開平９−２５１８８９号公報 国際公開２０２０／０２７２４０号

上記のような高周波照射下の温度測定の技術に関して、高周波照射下に細い金属片が存在すると、当該金属片に電界が集中するため、集中部分が過加熱されて焦げたり、放電が生じたりすることが知られている。したがって、特許文献１に開示の技術で使用する接触式温度センサとしては、安価な温度測定手段である熱電対やサーミスタが適さず、非常に高価な光ファイバ温度計等を使用することになり、高周波解凍装置のコストアップが問題となる。

また、特許文献２の図２６の非接触式の赤外線温度センサは、加熱室の内部側壁に備えられており、第一電極と加熱対象物との隙間から加熱対象物の表面温度を横向きに検知する。したがって、例えば図２６のように中央部が高く周辺部が低い形状の加熱対象物の場合、図２６の赤外線温度センサは、中央部の高さに視野を遮られるため、中央部を挟んで反対側に位置する周辺部の温度を検知できないことが問題となる。

以上に鑑み、本発明は、任意の形状の被解凍物の表面温度の測定が可能な高周波解凍装置を提供することを課題とする。

本発明に係る高周波解凍装置は、庫内に被解凍物が載置される解凍庫において、前記解凍庫の底面側には第１電極が設けられ、前記第１電極より上方に載置される前記被解凍物よりも上方に、開口を有する第２電極が設けられ、前記第２電極よりも上方に非接触式温度センサが設けられ、前記非接触式温度センサは前記第２電極の前記開口を介して前記被解凍物の温度を測定することを特徴とする。

本発明によれば、任意の形状の被解凍物の表面温度の測定が可能な高周波解凍装置を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る高周波解凍装置の構成を示す概略図である。 本発明の実施形態１に係る高周波解凍装置の第２電極の上面図である。 本発明の実施形態２に係る高周波解凍装置の構成を示す概略図である。 本発明の実施形態２に係る高周波解凍装置の第２電極の上面図である。 本発明の実施形態３に係る高周波解凍装置の第２電極の上面図である。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。本発明は、下記の実施形態のみに限定されるものではない。また、各実施形態における構成要素は、一部又は全部を適宜組み合わせることができる。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

＜実施形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る高周波解凍装置１００の構成を示す概略図である。図２は、本発明の実施形態１に係る高周波解凍装置１００の第２電極３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ（３ａ〜３ｄ）の上面図である。高周波解凍装置１００は、高周波電流による誘電加熱によって被解凍物２０を解凍する装置であり、解凍庫１を備える。解凍庫１の庫内には、第１電極２、第２電極３ａ〜３ｄ（図２参照）が設けられる。解凍庫１の庫外（天井部分）には、赤外線温度センサ（非接触式温度センサ）５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ（５ａ〜５ｄ）が設けられているとともに、解凍庫１における各赤外線温度センサ５ａ〜５ｄに対応した位置には、孔６が設けられる。但し、赤外線温度センサ５ｃ，５ｄは非図示である。
さらに、高周波解凍装置１００は、高周波電流を制御するための構成として、制御器１０、発振器１１ａ，１１ｂ、整合器１２ａ，１２ｂ、調整器１３を備える。以降、高周波解凍装置１００の各構成について詳述する。

解凍庫１はアルミニウムや鉄などの金属で構成されており、内部で発生した電磁波を庫外に放出しないよう遮蔽する役割を持つ。第１電極２は、アルミニウムや銅の金属製の板であり、解凍庫１の底面側に設けられる。被解凍物２０は、第１電極２より上方に載置される。第２電極３ａ〜３ｄはアルミニウムや銅などの金属製の板であり、それぞれが電極孔（開口）４を備えており（図２参照）、被解凍物２０より上方に設けられる。後述する制御器１０等で制御された高周波電流が伝送されることにより、この第１電極２と第２電極３ａ〜３ｄとの間に高周波電界が形成され、高周波電界内に置かれた被解凍物２０が誘電加熱により解凍される。

赤外線温度センサ５ａ〜５ｄは、赤外線を検知することにより、測定対象（被解凍物２０）に直接接触することなく温度を測定する非接触式温度センサである。赤外線温度センサ５ａ〜５ｄは金属部品を有するため、解凍庫１の庫外に設置し、金属部分に電界が集中して破損することを防いでいる。赤外線温度センサ５ａ〜５ｄは、解凍庫１の上面に開けられた孔６を介して、解凍庫１の庫外から庫内の様子を観察することができる。換言すれば、赤外線温度センサ５ａ〜５ｄは測定対象の温度（表面温度）を検出することができる。なお、孔６の孔径が波長に対して十分小さければ、庫内の高周波電界の漏洩量を十分に抑えることができるため、孔６による赤外線温度センサ５ａ〜５ｄへの背景技術で述べたような影響はない。ちなみに、高周波の周波数は３〜３００ＭＨｚであるが、例えば３００ＭＨｚの高周波の場合、波長は約１００ｃｍであり、孔６の孔径は、波長に対して十分に小さいといえる。

赤外線温度センサ５ａ〜５ｄは第２電極３ａ〜３ｄよりも上方に位置し、赤外線温度センサ５ａ〜５ｄと被解凍物２０との間には第２電極３ａ〜３ｄが存在する。第２電極３ａ〜３ｄはそれぞれ電極孔４を備えており、赤外線温度センサ５ａ〜５ｄの視野範囲には電極孔４が含まれる。よって、赤外線センサ５ａ〜５ｄは、それぞれ孔６と電極孔４を介して被解凍物２０の表面を直接見通せるため、各電極孔４を介して被解凍物２０の表面４箇所の代表温度を測定することができる。例えば、赤外線温度センサ５ａは第２電極３ａの電極孔４を介して、赤外線温度センサ５ｂは第２電極３ｂの電極孔４を介して被解凍物２０の代表温度を測定する。このとき、赤外線温度センサ５ａ〜５ｄは被解凍物２０のほぼ垂直上方から表面温度を測定するため、様々な任意の形状の被解凍物２０の表面温度を正確に測定することができる。

制御器１０は、赤外線温度センサ５ａ〜５ｄの測定した被解凍物２０の４箇所の代表温度に基づいて、発振器１１ａ，１１ｂの出力を制御するとともに、整合器１２ａ，１２ｂおよび調整器１３に指令を出し、第２電極３ａ〜３ｄに伝送される高周波電流を制御する。

発振器１１ａ，１１ｂは高周波電流を発振する。整合器１２ａ，１２ｂは上流の発振器１１ａ、１１ｂのインピーダンスと下流の調整器１３および第２電極３ａ〜３ｄのインピーダンスの整合をとる。調整器１３は制御器１０の指令に基づいて、整合器１２ａ，１２ｂと第２電極３ａ〜３ｄとを接続する。図１では、整合器１２ａは第２電極３ａ，３ｂ，３ｄ（非図示）の３つと接続し、整合器１２ｂは第２電極３ｃ（非図示）１つと接続している。

例えば、赤外線温度センサ５ａの検知した温度が、他の赤外線温度センサ５ｂ、５ｃ、５ｄで検知した温度より高い場合、すなわち、被解凍物２０における第２電極３ａ下の部位が他の部位より高温の場合、高周波解凍装置１００は以下の制御を行う。制御器１０は、整合器１２ａと第２電極３ｂ、３ｃ、３ｄとを接続するように調整器１３に指示すると共に、整合器１２ａと繋がる発振器１１ａの出力を増加させる。さらに、整合器１２ｂと第２電極３ａとを接続するように調整器１３に指示すると共に、整合器１２ｂと繋がる発振器１１ｂの出力を低減させる。これにより、被解凍物２０の相対的に高温な部位が位置する第２電極３ａ下の電界の大きさが低下して熱量が減少し、被解凍物２０の相対的に低温な部位が位置する第２電極３ｂ〜３ｄ下の電界の大きさが上昇して熱量が増加する。よって被解凍物２０の温度むらを低減させ、均等に近づけた温度分布が実現できる。

以上のように、本実施形態の高周波解凍装置１００によれば、赤外線温度センサ（非接触式温度センサ）５ａ〜５ｄが第２電極３ａ〜３ｄの電極孔（開口）４を介して垂直上方から被解凍物２０の表面温度を測定するため、様々な任意の形状の被解凍物２０の表面温度を正確に測定することができる。さらに、正確な測定温度に基づいて被解凍物２０の温度を適温に調整することができる。なお、高周波解凍装置１００は、第２電極を１つだけ備えてもよい。第２電極を１つにすることでコストダウンを図ることができる。

また、第２電極３ａ〜３ｄが複数であることにより、第２電極３ａ〜３ｄそれぞれの下の電界の大きさ、換言すれば熱量を調整し、被解凍物２０の部位毎に解凍温度を調整することができる。部位毎の解凍温度の調整が可能であるため、様々な任意の形状、例えば分厚い箇所と薄い箇所の混在した形状等の被解凍物２０であっても、温度むらを低減させて均等に近づけた温度分布を実現出来る。なお、高周波解凍装置１００は、４つより多くの第２電極を備えてもよい。より多くの第２電極を備えることで、より細やかな解凍温度の調整が可能となる。

また、非接触式温度センサとして赤外線温度センサ５ａ〜５ｄを使用することにより、コスト削減を図ることができる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２について説明する。実施形態２の説明においては、実施形態１と異なる部分についてのみ説明し、実施形態１と重複する部分の説明を省略する。図３は、本実施形態に係る高周波解凍装置１１０の構成を示す概略図である。図４は、本実施形態に係る高周波解凍装置１１０の第２電極３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの上面図である。

本実施形態の高周波解凍装置１１０は、実施形態１の第２電極３ａ〜３ｄの代わりに、第２電極３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０を備える。また、非接触式温度センサとして、実施形態１の赤外線温度センサ５ａ〜５ｄの代わりに、赤外線温度カメラ５０を備える。また、実施形態１の孔６の代わりに、シールドメッシュ５１を備える。

第２電極３０ａ〜３０ｄは、アルミニウムや銅などの金属製の板であり、多数の電極孔４０が等感覚に開けられている。第２電極３０ａ〜３０ｄとしては、例えば、パンチングプレスの金型を用いて孔を空けられたパンチングメタルが、等間隔の電極孔４０が簡便に実現出来る等の理由により好ましい。

赤外線温度カメラ５０は、撮像素子毎に赤外線を検知することにより、測定対象に接触することなく対象の温度を正確に測定する非接触式温度センサである。赤外線温度カメラ５０は金属部品を有するため、解凍庫１の庫外に設置し、金属部分に電界が集中して破損することを防いでいる。赤外線温度カメラ５０は、解凍庫１の上面に開けられたシールドメッシュ５１を介して、解凍庫１の庫外から庫内の様子を観察することができる。換言すれば、赤外線カメラ５０は測定対象の温度（表面温度）を検出することができる。シールドメッシュ５１は、金網製であり、解凍庫１の庫内で発生した電磁波を庫外に放出しないとともに、庫外から庫内を観察できる大きさの網目を備えている。

赤外線温度カメラ５０は第２電極３０ａ〜３０ｄよりも上方に位置し、赤外線温度カメラ５０と被解凍物２０との間には第２電極３０ａ〜３０ｄが存在する。第２電極３０ａ〜３０ｄはそれぞれ多数の電極孔４０を備えており、赤外線温度カメラ５０の視野範囲には多数の電極孔４０が含まれる。よって、赤外線温度カメラ５０はシールドメッシュ５１と多数の電極孔４０を介して被解凍物２０の表面を直接見通せるため、撮像素子と同数の測定箇所において被解凍物２０の表面温度を測定することができる。このとき、赤外線温度カメラ５０は被解凍物２０のほぼ垂直上方から表面温度を測定するため、様々な任意の形状の被解凍物２０の表面温度を正確に測定することができる。

制御器１０は、赤外線温度カメラ５０の測定した温度を、第２電極３０ａ〜３０ｄ下のそれぞれの領域について平均し、第２電極３０ａ〜３０ｄ毎に４個の平均温度を算出する。制御器１０は、この平均温度に基づいて、発振器１１ａ，１１ｂの出力を制御するとともに、整合器１２ａ，１２ｂおよび調整器１３に指令を出し、第２電極３ａ〜３ｄに伝送される高周波電流を制御する。制御の方法は実施形態１と同様である。

以上のように、本実施形態の高周波解凍装置１１０によれば、赤外線温度カメラ（非接触式温度センサ）５０を用いることにより、被解凍物２０について撮像素子数分の多数の温度データを取得し、当該温度データに基づいて加熱制御を行うことができるので、より正確な加熱制御が可能である。

＜実施形態３＞
次に、本発明の実施形態３について説明する。実施形態３の説明においては、実施形態２と異なる部分についてのみ説明し、実施形態２と重複する部分の説明を省略する。図５は、本発明の実施形態３に係る高周波解凍装置１１０（図３参照）の第２電極３１ａ〜３１ｄの上面図である。

本実施形態の実施形態３に係る高周波解凍装置１１０（図３参照）の第２電極３１ａ〜３１ｄは、アルミニウムや銅の金属板に切れ目を入れて拡げることにより、菱形の孔を備えた金網状に加工されたエキスパンドメタルである。この菱形の孔が実施形態２の電極孔４０に相当し、本実施形態の第２電極３１ａ〜３１ｄを用いた場合も、第２実施形態と同様に赤外線温度カメラ５０を用いた正確な温度測定が可能である。

本実施形態の高周波解凍装置１１０によれば、第２電極３１ａ〜３１ｄの孔を切れ込みにより実現することにより、廃材の発生を防ぐことが出来る。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜追加や変更が可能である。例えば、電極孔４，４０，第２電極３１ａ〜３１ｄの孔の形状は楕円や実施形態に例示した以外の多角形であってもよい。また、赤外線温度センサの数も４つには限定されないし、赤外線温度カメラの数も１つには限定されない。また、被解凍物２０から染み出すドリップの処理を考慮する必要が生じる可能性があるものの、解凍庫１の天地を逆としてもよい。すなわち、第２電極３１ａ〜３１ｄに被解凍物を載置し、下方に位置する非接触式の温度センサで被解凍物２０の温度を測定することもできる。

１ 解凍庫
２ 第１電極
２０ 被解凍物
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ 第２電極
４，４０ 電極孔（開口）
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 赤外線温度センサ（非接触式温度センサ）
５０ 赤外線温度カメラ（非接触式温度センサ）
１０ 制御器
１１ａ，１１ｂ 発振器
１２ａ，１２ｂ 整合器
１３ 調整器
１００，１１０ 高周波解凍装置

Claims (6)

1. 庫内に被解凍物が載置される解凍庫において、
   前記解凍庫の底面側には第１電極が設けられ、
   前記第１電極より上方に載置される前記被解凍物よりも上方に、開口を有する第２電極が設けられ、
   前記第２電極よりも上方に非接触式温度センサが設けられ、前記非接触式温度センサは前記第２電極の前記開口を介して前記被解凍物の温度を測定することを特徴とする高周波解凍装置。
2. 請求項１に記載の高周波解凍装置であって、
   前記開口を有する前記第２電極が複数設けられていることを特徴とする高周波解凍装置。
3. 請求項２に記載の高周波解凍装置であって、
   前記非接触式温度センサが赤外線温度センサであることを特徴とする高周波解凍装置。
4. 請求項２に記載の高周波解凍装置であって、
   前記第２電極に前記開口が複数設けられており、
   前記非接触式温度センサが赤外線温度カメラであることを特徴とする高周波解凍装置。
5. 請求項４に記載の高周波解凍装置であって、
   前記第２電極がエキスパンドメタルであることを特徴とする高周波解凍装置。
6. 庫内に被解凍物が載置される解凍庫において、
   前記解凍庫の底面側には第１電極が設けられ、
   前記第１電極より上方に載置される前記被解凍物よりも上方に、開口を有する第２電極が設けられ、
   前記第２電極よりも上方に非接触式温度センサが設けられ、前記非接触式温度センサの視野範囲には、前記第２電極の前記開口が含まれることを特徴とする高周波解凍装置。

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