JP2023003097A - Heating device and heating method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、加熱装置及び加熱方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to a heating device and a heating method.
特許文献1は、高周波発振器と輻射電気ヒータを備え、両方を用いて加熱調理を行う電子レンジを開示している。
電子レンジのようなマイクロ波加熱を利用した加熱装置において、マイクロ波加熱以外の他の加熱源を利用すると、より効果的な加熱を行えることができ有利である。 In a heating apparatus that uses microwave heating, such as a microwave oven, it is advantageous to use a heating source other than microwave heating, because heating can be performed more effectively.
しかし、他の加熱源が、特許文献1のように電気ヒータであると、その電気ヒータを加熱するための回路等が必要となる。
However, if the other heating source is an electric heater as in
したがって、マイクロ波加熱を利用した加熱において、他の加熱源をシンプルにすることが望まれる。 Therefore, in heating using microwave heating, it is desired to simplify other heating sources.
本開示のある側面は、加熱装置である。開示の加熱装置は、被加熱物が収納される加熱室を内部に形成する加熱庫と、前記被加熱物のマイクロ波加熱のためのマイクロ波を放射するアンテナと、前記被加熱物を外部加熱する加熱源と、を備え、前記加熱源は、前記アンテナによって放射された前記マイクロ波によって加熱される導電体を備える。 One aspect of the present disclosure is a heating device. The disclosed heating device includes a heating chamber that internally forms a heating chamber in which an object to be heated is stored, an antenna that emits microwaves for microwave heating of the object to be heated, and an external heating of the object to be heated. a heating source, said heating source comprising an electrical conductor heated by said microwaves radiated by said antenna.
本開示の他の側面は、加熱方法である。開示の加熱方法は、アンテナから放射したマイクロ波によって被加熱物をマイクロ波加熱するとともに、前記マイクロ波加熱によって加熱された導電体によって前記被加熱物を外部加熱することを備える。 Another aspect of the present disclosure is a heating method. The disclosed heating method includes microwave heating of an object to be heated by microwaves radiated from an antenna, and external heating of the object to be heated by a conductor heated by the microwave heating.
更なる詳細は、後述の実施形態として説明される。 Further details are described as embodiments below.
<1.加熱装置及び加熱方法の概要> <1. Overview of heating device and heating method>
(1)実施形態に係る加熱装置は、被加熱物が収納される加熱室を内部に形成する加熱庫と、前記被加熱物のマイクロ波加熱のためのマイクロ波を放射するアンテナと、前記被加熱物を外部加熱する加熱源と、を備える。前記加熱源は、前記アンテナによって放射された前記マイクロ波によって加熱される導電体を備える。この場合、加熱源が備える導電体は、マイクロ波によって加熱されるため、加熱源を加熱するための専用の回路等が不要である。 (1) A heating apparatus according to an embodiment includes a heating chamber that internally forms a heating chamber in which an object to be heated is stored, an antenna that emits microwaves for microwave heating of the object to be heated, and the object to be heated. and a heating source for externally heating the object to be heated. The heating source comprises an electrical conductor heated by the microwaves radiated by the antenna. In this case, since the conductor included in the heat source is heated by microwaves, a dedicated circuit or the like for heating the heat source is not required.
(2)前記導電体は、前記アンテナの近傍界に配置されている部分を有するのが好ましい。 (2) Preferably, the conductor has a portion located in the near field of the antenna.
(3)前記導電体は、前記アンテナから、前記マイクロ波の1波長の1/2以下の距離に配置されている部分を有するのが好ましい。 (3) It is preferable that the conductor has a portion arranged at a distance of 1/2 or less of one wavelength of the microwave from the antenna.
(4)前記(1)において、前記導電体は、磁性体であるのが好ましい。 (4) In (1) above, the conductor is preferably a magnetic material.
(5)前記(2)又は(3)において、前記導電体は、磁性体であるのが好ましい。 (5) In (2) or (3) above, the conductor is preferably a magnetic material.
(6)前記アンテナは、ヘリカルアンテナ、ループアンテナ、又はダイポールアンテナであるのが好ましい。前記アンテナは、ループ状に形成された部分を有するのが好ましい。ループ状に形成された部分を有するアンテナは、例えば、ヘリカルアンテナ又はループアンテナである。 (6) Preferably, the antenna is a helical antenna, a loop antenna, or a dipole antenna. Preferably, the antenna has a looped portion. An antenna having a looped portion is, for example, a helical antenna or a loop antenna.
(7)前記導電体は、前記アンテナからみて、前記被加熱物とは反対側に配置されているのが好ましい。 (7) It is preferable that the conductor is arranged on the side opposite to the object to be heated as viewed from the antenna.
(8)前記マイクロ波の周波数は、500MHzから3GHzの範囲内であるのが好ましい。 (8) The frequency of the microwave is preferably in the range of 500MHz to 3GHz.
(9)加熱装置は、前記アンテナから放射された前記マイクロ波による前記導電体の加熱を調整する調整器を更に備え得る。前記調整器は、前記アンテナから放射された前記マイクロ波が前記導電体へ到達して前記導電体が加熱される第1モードと、前記マイクロ波が前記導電体へ到達するのが前記第1モードよりも抑制された第2モードと、に切り替えるよう構成されているのが好ましい。 (9) The heating device may further include an adjuster for adjusting heating of the conductor by the microwaves radiated from the antenna. The regulator has a first mode in which the microwave radiated from the antenna reaches the conductor and heats the conductor, and a first mode in which the microwave reaches the conductor. Preferably, it is arranged to switch to a second mode which is more suppressed than the second mode.
(10)前記調整器は、前記第2モードにおいて、前記アンテナと前記導電体との間に配置されて、前記マイクロ波が前記導電体へ到達するのを抑制するマイクロ波シールドを備えるのが好ましい。 (10) The adjuster preferably includes a microwave shield disposed between the antenna and the conductor in the second mode to suppress the microwave from reaching the conductor. .
(11)実施形態に係る加熱方法は、アンテナから放射したマイクロ波によって被加熱物をマイクロ波加熱するとともに、前記マイクロ波加熱によって加熱された導電体によって前記被加熱物を外部加熱することを備える。 (11) A heating method according to an embodiment includes microwave heating of an object to be heated by microwaves radiated from an antenna, and external heating of the object to be heated by a conductor heated by the microwave heating. .
<2.加熱装置及び加熱方法の例> <2. Example of heating device and heating method>
以下、図面を参照しつつ、実施形態に係る加熱装置10及び加熱方法をより詳細に説明する。図1及び図2は、実施形態に係る加熱装置10を示している。加熱装置10は、被加熱物60を加熱する。被加熱物60は、例えば、食品又は医療又は検査用物質である。医療又は検査用物質は、例えば、医薬、試薬、又は検体である。被加熱物60は、冷凍品であってもよい。加熱装置10は、冷凍品を解凍する用途に好適である。加熱装置10は、冷凍品を解凍し、さらに加熱する用途に好適である。加熱装置10は、冷蔵品又は室温品を加熱する用途に用いられても良い。
Hereinafter, the
加熱装置10は、被加熱物60の加熱処理が行われる加熱室30が形成された加熱庫20を備える。図示の加熱室30は、底面31と、天面32と、右側面33と、左側面34と、背面35(奥側面)と、を備える。食品などの被加熱物60は、加熱のため、加熱室30内に収納される。なお、加熱室30の正面は、図示しないドア部により開閉される。
The
加熱装置10は、アンテナ40を備える。アンテナ40は、加熱室30内に収納された被加熱物60のマイクロ波加熱のためのマイクロ波Mを、加熱室30内へ放射する。マイクロ波加熱は、マイクロ波Mによって、誘電体である被加熱物60の分子(特に、水分子)を振動させることで、被加熱物60を加熱させる。マイクロ波加熱は、マイクロ波による誘電加熱である。マイクロ波加熱は、内部加熱である。内部加熱は、被加熱物60の内部から発熱させる。
The
アンテナ40は、加熱室30内に配置されていてもよい。また、マイクロ波M及び必要であれば後述の熱伝導を妨げない仕切り部材が、アンテナ40と加熱室30との間に設けられていても良い。
加熱室30内に設置されるアンテナ40は、図示しない保護体によって覆われているのが好ましい。アンテナ40の保護体は、レドーム(radome)ともいう。保護体は、マイクロ波の透過率が高く、耐熱性に優れた材質であるのが好ましい。マイクロ波の透過率が高く、耐熱性に優れた材質は、例えば、フッ素樹脂である。
The
マイクロ波Mは、一例として、周波数(中心周波数、以下同様。)が300MHzから300GHzの電磁波であるのが好ましく、周波数が300MHzから30GHzの電磁波であるのがより好ましく、周波数が500MHzから3GHzの電磁波であるのがさらに好ましい。 For example, the microwave M is preferably an electromagnetic wave with a frequency (center frequency, hereinafter the same) of 300 MHz to 300 GHz, more preferably an electromagnetic wave with a frequency of 300 MHz to 30 GHz, and an electromagnetic wave with a frequency of 500 MHz to 3 GHz. is more preferable.
周波数が300MHzである場合、波長λは約1mである。周波数が300GHzである場合、波長λは約1mmである。周波数が30GHzである場合、波長λは約10mmである。周波数が500MHzである場合、波長λは約600mmである。周波数が3GHzである場合、波長λは約100mmである。 If the frequency is 300 MHz, the wavelength λ is approximately 1 m. If the frequency is 300 GHz, the wavelength λ is approximately 1 mm. If the frequency is 30 GHz, the wavelength λ is approximately 10 mm. If the frequency is 500 MHz, the wavelength λ is approximately 600 mm. If the frequency is 3 GHz, the wavelength λ is approximately 100 mm.
マイクロ波Mの周波数は、ISM(Industrial Scientific and Medical)バンドに含まれる周波数であるのが好ましく、例えば、433.92MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz、24.125GHz、61.25GHz、122.5GHz、及び245GHzからなる群から選択されるいずれかである。 The frequency of the microwave M is preferably a frequency included in the ISM (Industrial Scientific and Medical) band, for example 433.92 MHz, 915 MHz, 2.45 GHz, 5.8 GHz, 24.125 GHz, 61.25 GHz, 122 .5 GHz and 245 GHz.
マイクロ波Mの周波数は、一例として、915MHz又は2.45GHzがより好適である。周波数が915MHzである場合、波長λは約328mmである。周波数が2.45GHzである場合、波長λは約122mmである。 As an example, the frequency of microwave M is more preferably 915 MHz or 2.45 GHz. If the frequency is 915 MHz, the wavelength λ is approximately 328 mm. If the frequency is 2.45 GHz, the wavelength λ is approximately 122 mm.
加熱装置10は、アンテナ40から放射されるマイクロ波Mを生成するマイクロ波回路90を備える。マイクロ波回路90は、例えば、マイクロ波発生器70及びマイクロ波を増幅させる増幅器80を備える。増幅器80によって増幅されたマイクロ波は、給電線50を介してアンテナ40に接続される。給電線50は、例えば、同軸ケーブル又は平行二線である。給電線50とアンテナ40との接続点を給電点40Aという。
The
加熱庫20は、マイクロ波回路90等が配置される回路収納部37を備える。図1において、回路収納部37は、天面32の上方に形成されている。ただし、回路収納部37の位置は、特に限定されない。回路収納部37に配置されたマイクロ波回路90から延びる給電線50は、回路収納部37外に配置されたアンテナ40の給電点40Aに接続される。
The
図1において、アンテナ40は、天面32の近傍に配置されている。ただし、アンテナ40の位置は、特に限定されない。アンテナ40は、底面31の近傍、天面32の近傍、右側面33の近傍、左側面34の近傍、及び背面(奥側面)35の近傍のうちのいずれか一つの位置又は複数の位置に配置されていてもよい。加熱装置10が複数のアンテナ40を備えることで、効率的に被加熱物60を内部加熱できる。
In FIG. 1, the
加熱装置10は、アンテナ40とは別の加熱源100を備える。加熱源100は、被加熱物60を外部加熱する。加熱源100による加熱は、外部加熱である。すなわち、加熱源100は、それ自体が加熱され、その熱Rが、被加熱物60に伝達される。伝達された熱Rは、被加熱物60を、その表面から加熱する。したがって、実施形態の加熱装置10は、被加熱物60を内部加熱するとともに外部加熱することができる。
The
実施形態において、加熱源100は、アンテナ40から放射されたマイクロ波Mによって加熱される。したがって、加熱装置10は、加熱源100の加熱専用の電気回路を備える必要がない。実施形態の加熱源100は、アンテナ40によって放射されたマイクロ波Mによって加熱される導電体110を備える。導電体110の形状は、例えば、板状又は箱状である。導電体110の形状は特に限定されない。導電体110は、アンテナ40から放射されたマイクロ波Mを吸収し、発熱する。
In an embodiment,
導電体110は、磁性金属などの磁性体であるのが好ましい。磁性体は、非磁性体に比べて、マイクロ波Mを吸収しやすい。磁性体は、例えば、磁性体であるステンレス鋼(SUS)、酸化鉄、酸化クロム、コバルト、フェライト、又は非酸化金属磁性体(オキサイド)である。磁性体であるステンレス鋼(SUS)は、例えば、フェライト系ステンレス鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼である。
なお、導電体110は、非磁性体であってもよいが、マイクロ波Mの反射が大きくなるため、マイクロ波による加熱効率の観点からは、磁性体であるのが好ましい。逆に、導電体110の温度上昇を抑えたい場合には、非磁性体が好ましい。なお、非磁性体は、マイクロ波Mの反射が必要とされる部位、例えば、加熱室30の内表面(底面31、天面32、右側面33、左側面34、及び背面35)又は後述のシールド120に好適に用いることができる。非磁性体は、例えば、銅、アルミニウム、又は非磁性体であるステンレス鋼である。非磁性体であるステンレス鋼は、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼である。
Although the
導電体110は、例えば、支持体115を介して、天面32に取り付けられている。つまり、導電体110は、天面32の近傍に配置されている。ただし、導電体110の位置は、特に限定されない。導電体110は、底面31の近傍、天面32の近傍、右側面33の近傍、左側面34の近傍、及び背面(奥側面)35の近傍のうちのいずれか一つの位置又は複数の位置に配置されていてもよい。加熱装置10が複数の導電体110を備えることで、効率的に被加熱物60を外部加熱できる。
The
図1において、導電体110は、アンテナ40からみて、被加熱物60とは反対側に配置されている。すなわち、アンテナ40からみて、被加熱物60側を正面とし、その反対側を背面とすると、導電体110は、アンテナ40の背面側に配置されている。導電体110がアンテナ40の背面側に配置されていることで、導電体110が被加熱物60へ放射されるマイクロ波Mを阻害しない配置が得られ、好適である。
In FIG. 1 , the
図1においては、マイクロ波回路90から延びる給電線50は、導電体110に形成された貫通孔111を通って、導電体110の背面110B側から正面110A側に延びる。貫通孔111を通った給電線50は、導電体110の正面110A側に配置されたアンテナ40に接続されている。
In FIG. 1, the
導電体110は、少なくともその一部が、アンテナ40のごく近傍に配置されているのが好ましい。本発明者は、加熱されるべき導電体110がアンテナ40のごく近傍に配置されていることで、驚くべきことに、導電体110が非常に効率よく加熱されることを実験的に見出した。一般に、金属のような導電体は、その材質が磁性体であっても、放射を受けたマイクロ波の多くを反射してしまい、加熱のために吸収されるエネルギーはさほど大きくない。このため、導電体110をマイクロ波によって加熱する場合には、加熱効率を高めることが望まれる。
At least a portion of
本発明者は、導電体110の少なくともその一部を、アンテナ40の近傍界N(near filed)に配置することで、導電体110を、マイクロ波によって効率良く加熱できることを見出した。とりわけ、磁性体である導電体110を、近傍界Nに配置することによって、非常に効率よく加熱できることを見出した。
The inventors have found that by arranging at least part of the
近傍界Nは、マイクロ波Mの放射源であるアンテナ40の近くの領域であり、遠方界(far field)とは電磁界の特性が異なる領域である。本発明者の実験によれば、図1の導電体110を、図1に示すように、アンテナ40の近傍に配置した場合と、アンテナ40から離れて遠方界になる位置である底面31の近傍に配置した場合と、を比較すると、導電体110を、図1のようにアンテナ40の近傍に配置した場合の方が、加熱効率が高くなる。
The near field N is a region near the
したがって、近傍界Nにおいては、遠方界よりもマイクロ波Mが反射しにくく、マイクロ波Mが金属などの導電体110に吸収され易いものと考えられる。
Therefore, it is considered that the microwaves M are less likely to be reflected in the near field N than in the far field, and that the microwaves M are more likely to be absorbed by the
また、実施形態において、マイクロ波Mによる導電体110の加熱は、電磁誘導加熱を含むものと考えられる。電磁誘導加熱は、導電体を貫く磁界が変化することで電磁誘導が生じ、導電体に電流が流れ、ジュール熱が発生することを利用した加熱である。近傍界Nにおいては、遠方界よりも大きな磁界を期待できる。したがって、近傍界Nに配置された導電体110においては、電磁誘導を効率的に発生させることができる。
Also, in embodiments, heating of the
電磁誘導加熱をより効果的に生じさせるという観点からは、アンテナ40は、その近傍界Nにおいて、磁界をより大きく発生させるものが好ましい。磁界をより大きく発生させるには、アンテナ40が、ループ状に形成された部分を有するのが好ましい。アンテナ40が、ループ状に形成された部分を有することで、近傍界Nにおいて、ループ状に形成された部分を貫く磁界を発生させることができる。したがって、近傍界Nにおいて、磁界がより支配的になり、電磁誘導が生じ易くなる。ループ状に形成された部分を有するアンテナ40は、例えば、ループアンテナ又はヘリカルアンテナである。
From the viewpoint of generating electromagnetic induction heating more effectively, it is preferable that the
アンテナ40から放射されるマイクロ波Mの波長をλとすると、近傍界Nは、アンテナ40からの距離Dがλ/2以下である領域であるのが好ましく、距離Dがλ/(2π)(≒λ/6.28)以下である領域であるのがより好ましく、距離Dがλ/16以下である領域であるのがさらに好ましい。アンテナ40からの距離Dは、アンテナ40の給電点40Aを起点として距離であってもよいし、アンテナ40の任意の位置を起点とした距離であってもよい。
Assuming that the wavelength of the microwave M emitted from the
マイクロ波Mの周波数が915MHzである場合、その波長λは、約328mmである。この場合、導電体110は、少なくともその一部が、アンテナ40からの距離Dが164mm以下(≒λ/2以下)である領域内に存在するのが好ましく、距離Dが52mm以下(≒λ/(2π)以下)である領域内に存在するのがより好ましく、距離Dが20mm以下(≒λ/16以下)である領域内に存在するのがさらに好ましい。
If the frequency of microwave M is 915 MHz, its wavelength λ is approximately 328 mm. In this case, at least a part of the
マイクロ波Mの周波数が2.45GHzである場合、その波長λは、約122mmである。この場合、導電体110は、少なくともその一部が、アンテナ40からの距離Dが61mm以下(≒λ/2以下)である領域内に存在するのが好ましく、距離Dが19mm以下(≒λ/(2π)以下)である領域内に存在するのがより好ましく、距離Dが8mm以下(≒λ/16以下)である領域内に存在するのがより好ましい。
If the microwave M has a frequency of 2.45 GHz, its wavelength λ is approximately 122 mm. In this case, at least part of the
また、導電体110は、導電体110とアンテナ40との最短距離が、λ/(2π)(≒λ/6.28)以下であるように配置されているのが好ましく、λ/16以下であるように配置されているのがより好ましい。導電体110とアンテナ40との最短距離は、導電体110における任意の位置と、アンテナ40における任意の位置と、の間の距離であって、最も短くなる距離である。
Moreover, the
また、導電体110は、導電体110とアンテナ40の給電点40Aとの最短距離が、λ/(2π)(≒λ/6.28)以下であるように配置されているのが好ましく、λ/16以下であるように配置されているのがより好ましい。導電体110とアンテナ40の給電点40Aとの最短距離は、アンテナ40の給電点Aから導電体110までの最短距離である。
Moreover, the
なお、一般的な電子レンジのように、加熱室外に配置されたマグネトロンによって発生したマイクロ波を、導波管によって加熱室に伝送する場合、加熱室は、遠方界になる。したがって、導電体110を加熱室内又はその近傍に配置したとしても、導電体110の効率的な加熱を期待できないおそれがある。特に、導電体とアンテナとの距離Dをλ/16以下にしたい場合には、特に困難が生じる。これに対して、本実施形態のように、アンテナ40自体を、加熱室30内又は加熱室30近傍に配置し、導電体110の少なくともその一部を、アンテナ40の近傍界Nに配置することで、容易に、導電体110を効率的に加熱できる。
When microwaves generated by a magnetron placed outside the heating chamber are transmitted to the heating chamber through a waveguide as in a general microwave oven, the heating chamber becomes a far field. Therefore, even if the
マイクロ波Mの波長λからみて、アンテナ40と導電体110との距離を十分に小さくしたい場合、例えば、λ/16以下としたい場合、マイクロ波Mの周波数は、大きいほうが、アンテナ40と導電体110との間隔の物理長を大きくでき有利である。アンテナ40と導電体110との間隔の物理長は大きい方が、設計・配置の自由度が高く有利である。一例として、マイクロ波Mの波長は、915MHzが好適である。周波数が915MHzである場合、波長λは約328mmであって、λ/16は約20mmである。したがって、マイクロ波Mの波長λからみて、アンテナ40と導電体110との距離を十分に小さくしても、アンテナ40と導電体110との間隔の物理長をある程度確保できる。
When it is desired to make the distance between the
加熱室30は、その全体又は大部分が、アンテナ40の近傍界Nであってもよい。逆に、加熱室30は、遠方界となる領域を含んでも良い。この場合、アンテナ40から放射されたマイクロ波Mは、近傍界Nにおいて導電体110を加熱し、遠方界において被加熱物60を加熱することができる。
The
比較的低い温度での加熱が求められる用途に加熱装置10が用いられる場合、導電体110は、最も温度が高い部位において、100℃以上に加熱されるのが好ましく、120℃以上に加熱されるのがより好ましく、130℃以上に加熱されるのがさらに好ましく、150℃以上に加熱されるのがさらに好ましく、200℃以上に加熱されるのがさらに好ましい。
When the
比較的高い温度での加熱が求められる用途に加熱装置10が用いられる場合、導電体110は、最も温度が高い部位において、100℃未満であるのが好ましく、40℃以上100℃未満であるのがより好ましく、40℃以上80℃未満であるのがさらに好ましく、40℃以上60℃未満であるのがさらに好ましい。
When the
なお、導電体110は、マイクロ波加熱の効率化のため、アンテナ40のグランドに対して絶縁されているのが好ましい。アンテナ40のグランドGNDは、例えば、マイクロ波回路90におけるグランドGNDと等電位である。マイクロ波回路90のグランドGNDは、接地のため、例えば、加熱装置10の加熱庫20に接続されている。この場合、導電体110は、加熱庫20に対して絶縁状態で設けられていれば、アンテナ40のグランドに対して絶縁されていることになる。導電体110を加熱庫20に対して絶縁状態で設けるには、例えば、支持体115を絶縁材料によって形成すればよい。
Note that the
図3は、アンテナ40の一例であるヘリカルアンテナ41を示している。ヘリカルアンテナ41は、例えば、ノーマルモード型のヘリカルアンテナである。ノーマルモード型のヘリカルアンテナは、モノポールアンテナのアンテナ素子をらせん状に形成したものである。ヘリカルアンテナ41において、らせん状に形成された部分は、3次元的なループ形状であり、らせん状の部分を貫く磁界を発生させることができる。
FIG. 3 shows a
ヘリカルアンテナ41は、その給電点40Aにおいて、給電線50と接続されている。ヘリカルアンテナ41から放射されたマイクロ波Mは、被加熱物60をマイクロ波加熱させるとともに、導電体110を加熱させる。
図4は、アンテナ40の他の一例であるループアンテナ42を示している。ループアンテナ42は、アンテナ素子をループ状に形成したものである。ループは1回巻でもよいし、複数回巻でもよい。ループアンテナ42は、ループ状に形成された部分を有し、ループ状の部分を貫く磁界を発生させることができる。
FIG. 4 shows a
ループアンテナ42は、その給電点40Aにおいて、給電線50と接続されている。ループアンテナ42から放射されたマイクロ波Mは、被加熱物60をマイクロ波加熱させるとともに、導電体110を加熱させる。
The
図5は、アンテナ40の他の一例であるダイポールアンテナ43を示している。ダイポールアンテナ43は、2本の直線状のアンテナ素子を有し、その給電点40Aにおいて、給電線50と接続されている。ダイポールアンテナ43から放射されたマイクロ波Mは、被加熱物60をマイクロ波加熱させるとともに、導電体110を加熱させる。
FIG. 5 shows a
図6から図8は、加熱源100に関連した構成の変形例を示している。変形例に係る加熱装置10は、マイクロ波Mによる導電体110の加熱を調整する調整器160を備える。調整器160は、アンテナ40から放射されたマイクロ波Mが導電体110へ到達して導電体110が加熱される第1モードと、マイクロ波Mが導電体110へ到達するのが第1モードよりも抑制された第2モードと、に切り替えるよう構成されている。
FIGS. 6-8 illustrate variations in configuration associated with the
調整器160は、一例として、マイクロ波シールド120と、導電体110を移動させる駆動部130と、を備える。導電体110と駆動部130とはロッド140を介して接続されている。導電体110は、加熱されやすいように、シールド120よりもマイクロ波Mを吸収しやすい材料、例えば磁性体によって形成されている。シールド120は、導電体110よりもマイクロ波Mを反射しやすい材料、例えば非磁性体によって形成されている。
シールド120は、第2モードにおいて、導電体110とアンテナ40との間に位置して、アンテナ40から放射されたマイクロ波Mが導電体110へ到達するのを阻害する。したがって、第2モードでは、導電体110の加熱が抑制され、被加熱物60は、専ら、マイクロ波加熱によって加熱される。なお、櫛歯状のシールド120の櫛歯同士の間隔は、櫛歯同士の間の隙間においてマイクロ波Mが透過できない程度に十分に小さくするのが好ましい。マイクロ波Mが透過できない間隔は、マイクロ波Mの波長に応じて適宜設定される。
一方、第1モードでは、シールド120は、アンテナ40から放射されたマイクロ波Mが導電体110へ到達するのを阻害しないか、又は阻害する程度が小さくなる。したがって、第1モードでは、導電体110が加熱され易く、被加熱物60は、マイクロ波加熱による内部加熱と、導電体110による外部加熱と、によって加熱される。
On the other hand, in the first mode, the
図6に示すように、シールド120及び導電体110は、互いに噛み合う櫛歯形状に形成されている。シールド120は、一例として、前述の支持体115を介して、天面32に取り付けられており、加熱庫20内において位置固定して設けられている。一方、導電体110は、シールド120に対して移動可能に設けられている。より具体的には、導電体110は、第1モードにおいては、シールド120に噛み合った位置(図7の位置)にあり、第2モードにおいては、導電体110は、上方位置(図8の位置)へ移動し、導電体110とアンテナ40との間に、シールド120を位置させる。
As shown in FIG. 6, the
給電線50は、導電体110とシールド120とに形成された貫通孔を通って、アンテナ40へ延びる。給電線50を挿通可能な貫通孔は、導電体110に形成された切欠110C及びシールド120に形成された切欠120Cによって構成される。
図6に示すように、シールド120及び導電体110は、互いに噛み合った状態において、全体として矩形状に形成されている。第1モードにおいては、シールド120及び導電体110は互いに噛み合った状態、すなわち、シールド120及び導電体110が上下方向に同じ位置にある。この場合、導電体110は、シールド120に阻害されることなく、アンテナ40から放射されたマイクロ波Mの照射を受けることができる(図7参照)。したがって、導電体110は、加熱され、熱Rを被加熱物60へ放射することができる。また、導電体110の熱は、シールド120へ伝導し、シールド120も加熱される。加熱されたシールド120は、熱を被加熱物60へ放射する。
As shown in FIG. 6, the
第2モードにおいては、導電体110は、駆動部130によって上方移動する。アンテナ40から放射されたマイクロ波Mは、シールド120によって反射され、導電体110には、到達しないか、ほとんど到達しない。したがって、導電体110の加熱は抑えられる。
In the second mode, the
なお、導電体110が位置固定して設けられ、シールド120が、駆動部130によって移動するように設けられていても良い。また、導電体110及びシールド120の両方が移動して、相対位置が変化してもよい。
Alternatively, the
駆動部130は、例えば、モータ又はソレノイドなどを有し、移動のために必要な機構を備える。図7に示すように、駆動部130は、コントローラ150によって、その動作が制御される。コントローラ150は、例えば、マイクロコントローラによって構成される。コントローラ150は、外部からの入力に応じて、又は、内部制御によって、第1モードと第2モードとの切替を行う。コントローラ150は、第1モードにあるときは、導電体110がシールド120と同じ高さに位置するように駆動部130を制御し、第2モードにあるときには、導電体110がシールド120の上方に位置するように駆動部130を制御する。
The driving
図9は、加熱装置10の他の変形例を示している。図9に示す加熱装置10においては、加熱室30を形成する面(例えば、天面32)自体が、マイクロ波Mによって加熱する導電体を構成している。つまり、加熱室30を形成する面(例えば、天面32)自体が、被加熱物60を外部加熱する加熱源を構成している。図9に示す加熱装置10の場合、図1に示す導電体110を省略でき、構造をよりシンプルにでき有利である。
FIG. 9 shows another modification of the
マイクロ波Mによって加熱される面は、天面32以外の他の面、例えば、底面31、右側面33、左側面34、又は背面35であってもよい。2以上の面が、マイクロ波Mによって加熱されてもよい。マイクロ波Mによって加熱される面は、少なくともその一部が、アンテナ40の近傍界N内に位置する。1又は複数のアンテナ40が、マイクロ波Mによって加熱されるべき面の近傍に配置される。
The surfaces heated by the microwaves M may be surfaces other than the
近傍界N内に位置する天面32などが、マイクロ波Mによって加熱されると、その熱Rが被加熱物60へ放射され、被加熱物60が外部加熱される。したがって、被加熱物60は、マイクロ波加熱による内部加熱と、外部加熱と、によって加熱される。なお、マイクロ波Mによって、天面32だけが加熱された場合であっても、熱伝導によって、他の面31,33,34,35も加熱され得る。したがって、他の面31,33,34,35も、被加熱物60の外部加熱のための熱Rを放射できる。
When the
なお、加熱室30を形成する面31,32,33,34,35のうち、近傍界Nの外にある部分は、近傍界N内に比べて、マイクロ波Mを反射し易くなることが期待される。
It is expected that the portions outside the near field N among the
加熱室30を形成する面(例えば、天面32)を構成する部材は、マイクロ波Mによって効率的に加熱されるよう磁性体であるのが好ましい。加熱室30を形成する面(例えば、天面32)を構成する部材は、磁性体と非磁性体との組み合わせによって構成されていてもよい。この場合、近傍界N内に位置する面(例えば、天面32)の一部又は全部を磁性体によって形成し、他の面31,33,34,35を、非磁性体によって形成してもよい。この場合、非磁性体によって形成された面は、マイクロ波Mを効率的に反射でき、被加熱物60へのマイクロ波Mの照射の観点から、好適である。
It is preferable that the member forming the surface (for example, the top surface 32) forming the
加熱室30を形成する面(例えば、天面32)を構成する部材は、マイクロ波加熱の効率化のため、アンテナ40のグランドに対して絶縁されているのが好ましい。マイクロ波回路90のグランドGNDは、接地のため、加熱庫20において加熱室30を形成する面を構成する部材以外の部材に接続されているのが好ましい。加熱室30を形成する面を構成する部材とそれ以外の部材とを絶縁状態にすることで、加熱室30を形成する面を構成する部材を、アンテナ40のグランドに対して絶縁することができる。
It is preferable that the member forming the surface (for example, the top surface 32) forming the
図10は、図1に示す加熱装置10によって、導電体110の加熱させた第1実験の結果を示している。第1実験においては、アンテナ40は、ヘリカルアンテナ41とした。
マイクロ波Mの周波数は915MHz(波長λ:約328mm)、マイクロ波Mのパワーは、実効値において約300Wとなるよう調整した。ヘリカルアンテナ41は、線状アンテナのゲインが最も得られるエレメント長5/8λに近い248mmのアンテナ素子をらせん状に形成して構成した(自由空間下でのアンテナ放射でないため、アンテナ理論どおりのエレメント長では、目的とするマイクロ波放射できないため、調整により最適化した。以下のアンテナ構造でも同様である)。導電体110は、ヘリカルアンテナ41との最短距離が1cm未満になるよう配置した。したがって、導電体110は、少なくともその一部が、ヘリカルアンテナ41の近傍界N内にある。
FIG. 10 shows the results of a first experiment in which the
The frequency of the microwave M was adjusted to 915 MHz (wavelength λ: about 328 mm), and the power of the microwave M was adjusted to about 300 W in terms of effective value. The
第1実験では、導電体110の材質を、磁性体ステンレス鋼とした場合と、非磁性体ステンレス鋼とした場合、それぞれについて、導電体110の加熱温度を測定した。温度は、加熱開始後、5分毎にマイクロ波Mの出力を停止して、導電体110の表面温度を測定した。なお、第1実験は、被加熱物60無しで行った。測定した温度は、導電体110において最も温度の高い位置における温度である。
In the first experiment, the heating temperature of the
図10に示すように、導電体110が非磁性体である場合、導電体110の温度は、5分で50℃まで上昇し、その後、約60℃まで上昇した。導電体が磁性体である場合、導電体110の温度は、5分で180℃まで上昇した。その後、温度が低下したものの、140℃まで加熱することができた。
As shown in FIG. 10, when the
図10に示す結果によれば、非磁性体の導電体110の場合、導電体110の温度上昇を抑えることができる。したがって、非磁性体の導電体110は、比較的低い温度、例えば100℃未満、での加熱が求められる用途に適する。比較的低い温度での加熱が求められる用途は、例えば、低温調理又は解凍である。解凍は、例えば、冷凍食品の解凍であってもよいし、冷凍された医療又は検査用物質の解凍であってもよい。
According to the results shown in FIG. 10, in the case of the
また、磁性体の導電体110の場合、非磁性体の導電体110に比べて、より効率的に加熱される。したがって、磁性体の導電体110は、比較的高い温度、例えば100℃以上、での加熱が求められる用途に適する。比較的高い温度での加熱が求められる用途は、例えば、表面に焼き目を付けることが必要な調理又はその他の食品加工である。
Also, the
なお、被加熱物60有りで、マイクロ波Mによる導電体110の加熱を行うと、マイクロ波Mのエネルギーが被加熱物60に吸収されるため、第1実験の結果に比べて、導電体110の温度上昇を抑えることができる。
When the
図11は、図1に示す加熱装置10において、アンテナ40の種類を変えて行った第2実験の結果を示している。第2実験においては、アンテナ40として、ループアンテナ42及びダイポールアンテナ43を用いた。第2実験においても、マイクロ波Mの周波数は915MHz(波長λ:約328mm)、マイクロ波Mのパワーは、実効値において約300W程度となるよう調整した。導電体110は、アンテナ40との最短距離が1cm未満になるよう配置した。したがって、導電体110は、少なくともその一部が、ヘリカルアンテナ41の近傍界N内にある。導電体110は、磁性体ステンレス鋼とした。
FIG. 11 shows the results of a second experiment in which the type of
ループアンテナ42は、ループ長を1λより短く構成した。ダイポールアンテナ43は、エレメント長が248mmの1/2になるように構成した。
The
第2実験では、導電体110の材質を、磁性体ステンレス鋼とし、導電体110の加熱温度を測定した。温度は、加熱開始後、5分毎にマイクロ波Mの出力を停止して、導電体110の表面温度を測定した。なお、第2実験は、被加熱物60無しで行った。測定した温度は、導電体110において最も温度の高い位置における温度である。
In the second experiment, the material of the
図11は、アンテナ40がループアンテナ42である場合、及びアンテナ40がダイポールアンテナ43である場合それぞれについての温度変化を示している。図11では、アンテナ40がヘリカルアンテナ41である第1実験において、導電体110の材質が磁性体ステンレス鋼である場合の導電体110の温度変化も示されている。
FIG. 11 shows temperature changes when the
図11に示す結果によれば、最高温度で比較すると、ループアンテナ42の温度が最も高くなり、ヘリカルアンテナ41、ダイポールアンテナ43の順で温度が低くなった。ヘリカルアンテナ41の場合、導電体110の温度は、5分で、175℃まで上昇し、その後、230℃まで上昇した。ダイポールアンテナ43の場合、5分で105℃まで上昇し、その後、125℃まで上した。
According to the results shown in FIG. 11, when comparing the maximum temperatures, the temperature of the
ループアンテナ42及びヘリカルアンテナ41は、ループ状に形成された部分を有するアンテナであるため、ダイポールアンテナ43に比べて、近傍界Nにおいて、磁界をより優位にできる。この結果、ループアンテナ42及びヘリカルアンテナ41においては、電磁誘導加熱が効果的に生じ、最高温度が高くなったものと考えられる。したがって、ループアンテナ42及びヘリカルアンテナ41は、比較的高い温度での加熱が求められる用途に好適である。しかも、ループアンテナ42は、最高温度が200℃を超えており、好適である。
Since the
一方、ダイポールアンテナ43は、導電体110を比較的低い温度で維持でき、比較的低い温度での加熱が求められる用途に好適である。
On the other hand, the
第3実験として、被加熱物60を冷凍牛肉として、加熱を行った。第3実験の実験条件は、第1実験と同様である。ただし、導電体110は磁性体とした。冷凍牛肉の重さは、150gとした。食品用冷凍庫にて冷凍された冷凍牛肉を、食品用冷凍庫から取り出して時間を置かずに直ちに、加熱装置10にて30分加熱調理した。この調理によって、冷凍牛肉は、内部まで解凍・加熱され、表面には焼き目がついた。つまり、冷凍牛肉からローストビーフを作ることができた。
As a third experiment, heating was performed using frozen beef as the
マイクロ波加熱だけで冷凍品を加熱する場合、加熱が十分に行えなかったり、加熱ムラが生じたりすることがある。これは、冷凍品においては、水が固体であるため、水分子の振動によるマイクロ波加熱が十分に行えなかったり、部分的に解凍されるとその部分で局所的に加熱が進行したりするためである。これに対して、本実施形態の加熱装置10では、被加熱物60が冷凍品であっても、導電体110による外部加熱によって、被加熱物60を解凍することができる。つまり、加熱初期においては、アンテナ40から放射されたマイクロ波のエネルギーは、被加熱物60のマイクロ波加熱のために被加熱物60に吸収されるよりも、主に、導電体110の加熱に用いられる。この結果、加熱初期においては、導電体110がより効率的に加熱され、被加熱物60の表面を全体的に外部加熱することができる。
When a frozen product is heated only by microwave heating, the heating may not be sufficiently performed or uneven heating may occur. This is because in frozen products, since water is solid, microwave heating due to the vibration of water molecules cannot be sufficiently performed, and when partially thawed, heating progresses locally in that part. is. In contrast, in the
被加熱物60の表面が外部加熱によって解凍されると、マイクロ波加熱が有効になり、外部加熱とともに被加熱物60を内部まで加熱することができる。また、外部加熱による被加熱物60の全体的な加熱があるため、マイクロ波加熱の集中が起きにくく、加熱ムラも生じにくい。この結果、冷凍品を良好に加熱調理することができる。
When the surface of the
このように、実施形態の加熱装置10は、被加熱物60が食品である場合、冷凍品を調理又は加工する食品加工機として用いられ得る。加熱装置10は、例えば、冷凍品を解凍し、調理温度まで加熱して焼き目を付けることができる。これにより、解凍から調理までを一気に行うことができる。
As described above, the
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。 The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible.
10 :加熱装置
20 :加熱庫
30 :加熱室
31 :底面
32 :天面
33 :右側面
34 :左側面
35 :背面
37 :回路収納部
40 :アンテナ
40A :給電点
41 :ヘリカルアンテナ
42 :ループアンテナ
43 :ダイポールアンテナ
50 :給電線
60 :被加熱物
70 :マイクロ波発生器
80 :増幅器
90 :マイクロ波回路
100 :加熱源
110 :導電体
110A :正面
110B :背面
110C :切欠
111 :貫通孔
115 :支持体
120 :マイクロ波シールド
120C :切欠
130 :駆動部
140 :ロッド
150 :コントローラ
160 :調整器
A :給電点
D :距離
GND :グランド
M :マイクロ波
N :近傍界
R :熱
10 : Heating device 20 : Heating chamber 30 : Heating chamber 31 : Bottom surface 32 : Top surface 33 : Right surface 34 : Left surface 35 : Rear surface 37 : Circuit storage unit 40 :
Claims (11)
前記被加熱物のマイクロ波加熱のためのマイクロ波を放射するアンテナと、
前記被加熱物を外部加熱する加熱源と、
を備え、
前記加熱源は、前記アンテナによって放射された前記マイクロ波によって加熱される導電体を備える
加熱装置。 a heating chamber internally forming a heating chamber in which an object to be heated is stored;
An antenna that radiates microwaves for microwave heating of the object to be heated;
a heating source that externally heats the object to be heated;
with
The heating device, wherein the heating source comprises a conductor heated by the microwaves radiated by the antenna.
請求項1に記載の加熱装置。 The heating device according to claim 1, wherein the conductor has a portion located in the near field of the antenna.
請求項1又は2に記載の加熱装置。 3. The heating device according to claim 1, wherein the conductor has a portion arranged at a distance of 1/2 or less of one wavelength of the microwave from the antenna.
請求項1に記載の加熱装置。 The conductor is a magnetic material,
The heating device according to claim 1.
請求項2又は請求項3に記載の加熱装置。 The heating device according to claim 2 or 3, wherein the conductor is a magnetic material.
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の加熱装置。 The heating device according to any one of claims 1 to 4, wherein the antenna is a helical antenna, a loop antenna, or a dipole antenna.
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の加熱装置。 The heating device according to any one of claims 1 to 6, wherein the conductor is arranged on the side opposite to the object to be heated when viewed from the antenna.
請求項1から7のいずれか1項に記載の加熱装置。 8. The heating device according to any one of claims 1 to 7, wherein the microwave frequency is in the range of 500 MHz to 3 GHz.
前記調整器は、前記アンテナから放射された前記マイクロ波が前記導電体へ到達して前記導電体が加熱される第1モードと、前記マイクロ波が前記導電体へ到達するのが前記第1モードよりも抑制された第2モードと、に切り替えるよう構成されている
請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の加熱装置。 further comprising a regulator for regulating heating of the conductor by the microwaves radiated from the antenna;
The regulator has a first mode in which the microwave radiated from the antenna reaches the conductor and heats the conductor, and a first mode in which the microwave reaches the conductor. 9. A heating device according to any one of the preceding claims, wherein the heating device is configured to switch between a second mode which is more constrained than the
請求項9に記載の加熱装置。 10. The regulator of claim 9, wherein in the second mode, the regulator comprises a microwave shield disposed between the antenna and the conductor to suppress the microwaves from reaching the conductor. heating device.
ことを備える加熱方法。 A heating method comprising microwave heating an object to be heated by microwaves radiated from an antenna, and externally heating the object to be heated by a conductor heated by the microwave heating.
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