JP2024037681A - Microwave irradiation method and irradiation device - Google Patents

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Abstract

【課題】マイクロ波照射による加熱において加熱むらを抑制する。【解決手段】マイクロ波の照射方法は、マイクロ波放射部から照射軸に沿ってマイクロ波を放射させることと、前記照射軸に対して対象物の厚肉方向が傾いた状態で、前記対象物と前記マイクロ波放射部との相対的な位置関係を前記照射軸に沿って変化させることとを含む。【選択図】図1[Problem] To suppress uneven heating during heating by microwave irradiation. [Solution] A microwave irradiation method includes radiating microwaves from a microwave radiating unit along an irradiation axis, and changing the relative positional relationship between the object and the microwave radiating unit along the irradiation axis while the thickness direction of the object is tilted with respect to the irradiation axis. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、マイクロ波の照射方法及び照射装置に関する。 The present invention relates to a microwave irradiation method and an irradiation device.

一般に、被照射物にマイクロ波を照射することで被照射物を誘電加熱する加熱装置が知られている。誘電加熱では、種々の理由により均等に被照射物が加熱されないことがある。そこで均等な加熱のための工夫が様々行われている。 Generally, heating devices are known that dielectrically heat an irradiated object by irradiating the irradiated object with microwaves. In dielectric heating, the object to be irradiated may not be heated evenly for various reasons. Therefore, various efforts have been made to achieve even heating.

例えば特許文献1には、水平方向に被照射物を搬送する搬送路に沿って2つのマイクロ波照射室を設け、互いに異なる周波数のマイクロ波を照射する加熱処理装置について開示されている。この装置では、2つのマイクロ波照射室の各々において、被照射物の上下に導波管が設けられ、水平方向に搬送される被照射物の上下からマイクロ波が照射される。一つ目のマイクロ波照射室では、導波管と被照射物との距離がマイクロ波の波長と同じかそれよりも短くなるように配置した導波管から、比較的低い周波数のマイクロ波が被照射物に照射される。これにより、被照射物の中心部分が加熱される。二つ目のマイクロ波照射室では、比較的高い周波数のマイクロ波が被照射物に照射される。上側に配置された導波管は、被照射物との距離がマイクロ波の波長と同じかそれよりも長くなるように配置され、被照射物の周辺部分が加熱される。下側に配置された導波管は、被照射物との距離がマイクロ波の波長と同じかそれよりも短くなるように配置され、被照射物の中心部分が加熱される。 For example, Patent Document 1 discloses a heat treatment apparatus in which two microwave irradiation chambers are provided along a conveyance path for horizontally conveying an object to be irradiated, and the two microwave irradiation chambers are irradiated with microwaves of different frequencies. In this apparatus, waveguides are provided above and below the object to be irradiated in each of the two microwave irradiation chambers, and microwaves are irradiated from above and below the object to be irradiated, which is being transported in a horizontal direction. In the first microwave irradiation room, relatively low frequency microwaves are emitted from a waveguide arranged so that the distance between the waveguide and the object to be irradiated is the same as or shorter than the wavelength of the microwave. The object to be irradiated is irradiated. As a result, the central portion of the object to be irradiated is heated. In the second microwave irradiation chamber, relatively high frequency microwaves are irradiated onto the object to be irradiated. The waveguide placed on the upper side is placed so that the distance from the object to be irradiated is equal to or longer than the wavelength of the microwave, and the peripheral portion of the object to be irradiated is heated. The lower waveguide is arranged so that the distance to the object to be irradiated is the same as or shorter than the wavelength of the microwave, and the central portion of the object to be irradiated is heated.

特開平7-255388号公報Japanese Patent Application Publication No. 7-255388

上記は一例であり、誘電加熱における加熱むらの抑制方法は種々あり得る。本発明は、マイクロ波照射による加熱において加熱むらを抑制することを目的とする。 The above is just an example, and there may be various methods of suppressing heating unevenness in dielectric heating. An object of the present invention is to suppress uneven heating in heating by microwave irradiation.

本発明の一態様によれば、マイクロ波の照射方法は、マイクロ波放射部から照射軸に沿ってマイクロ波を放射させることと、前記照射軸に対して対象物の厚肉方向が傾いた状態で、前記対象物と前記マイクロ波放射部との相対的な位置関係を前記照射軸に沿って変化させることとを含む。 According to one aspect of the present invention, a microwave irradiation method includes radiating microwaves from a microwave radiating section along an irradiation axis, and a state in which a thick wall direction of an object is tilted with respect to the irradiation axis. and changing the relative positional relationship between the object and the microwave radiating section along the irradiation axis.

本発明によれば、マイクロ波照射による加熱において加熱むらを抑制できる。 According to the present invention, uneven heating can be suppressed in heating by microwave irradiation.

図1は、一実施形態に係るマイクロ波照射装置の構成例の概略を模式的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration example of a microwave irradiation device according to an embodiment. 図2は、マイクロ波照射装置の搬入コンベア及び上昇コンベアの部分の構成例の概略を模式的に示す拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view schematically showing an example of the configuration of the loading conveyor and the ascending conveyor of the microwave irradiation device. 図3は、マイクロ波照射装置の第1ループアンテナ及び第2ループアンテナについて説明するための模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the first loop antenna and the second loop antenna of the microwave irradiation device. 図4Aは、被照射物と対象物の薄肉方向について説明するための図である。FIG. 4A is a diagram for explaining the thinner direction of the irradiated object and the target object. 図4Bは、被照射物と対象物の薄肉方向について説明するための図である。FIG. 4B is a diagram for explaining the thinner direction of the irradiated object and the target object. 図4Cは、被照射物と対象物の薄肉方向について説明するための図である。FIG. 4C is a diagram for explaining the thinner direction of the irradiated object and the target object. 図4Dは、被照射物と対象物の薄肉方向について説明するための図である。FIG. 4D is a diagram for explaining the thinner direction of the irradiated object and the target object. 図5Aは、比較例に係る試験装置の構成の概略を示す図である。FIG. 5A is a diagram schematically showing the configuration of a test device according to a comparative example. 図5Bは、実験例に係る試験装置の構成の概略を示す図である。FIG. 5B is a diagram schematically showing the configuration of a test device according to an experimental example. 図6は、実験によって得られたサーモグラフィー画像の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of a thermography image obtained through an experiment. 図7は、サーモグラフィー画像に示された各領域の温度と、最大温度差とを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the temperature of each region shown in the thermography image and the maximum temperature difference. 図8は、変形例に係るマイクロ波照射装置の構成例の概略を模式的に示す図である。FIG. 8 is a diagram schematically showing an outline of a configuration example of a microwave irradiation device according to a modification. 図9は、変形例に係る導波管を用いたマイクロ波放射部の構成例の概略を模式的に示す図である。FIG. 9 is a diagram schematically showing a configuration example of a microwave radiating section using a waveguide according to a modification.

一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、マイクロ波照射装置及びそれを用いたマイクロ波照射方法に関する。本実施形態のマイクロ波照射装置は、被照射物に対してマイクロ波を照射して、被照射物を内部加熱するように構成されている。被照射物は、これに限らないが、例えば食品である。したがって、このマイクロ波照射装置やそれを用いたマイクロ波の照射方法は、例えば包装食品を含む食品の製造に用いられ得る。本実施形態のマイクロ波照射装置は、被照射物の加熱むらを低減するように構成されている。このため、マイクロ波照射装置は、マイクロ波が主に照射される照射軸に対して、被照射物の薄肉方向が交差するように構成されている。また、マイクロ波照射装置は、被照射物を照射軸に沿って搬送するように構成されている。 One embodiment will be described with reference to the drawings. This embodiment relates to a microwave irradiation device and a microwave irradiation method using the same. The microwave irradiation device of this embodiment is configured to irradiate an object with microwaves to internally heat the object. The object to be irradiated may be, but is not limited to, food, for example. Therefore, this microwave irradiation device and the microwave irradiation method using the same can be used, for example, in the production of foods including packaged foods. The microwave irradiation device of this embodiment is configured to reduce uneven heating of the object to be irradiated. For this reason, the microwave irradiation device is configured such that the thin direction of the object to be irradiated intersects the irradiation axis along which microwaves are mainly irradiated. Further, the microwave irradiation device is configured to transport the object to be irradiated along the irradiation axis.

〈マイクロ波照射装置の構成〉
図1は、本実施形態に係るマイクロ波照射装置1の構成例の概略を模式的に示す図である。マイクロ波照射装置1は、搬送装置70によって、搬送される被照射物90を次々と加熱するように構成されている。搬送装置70は、例えば、搬入コンベア71と、上昇コンベア72と、移載コンベア73と、降下コンベア74と、搬出コンベア75とを備える。
<Configuration of microwave irradiation device>
FIG. 1 is a diagram schematically showing an outline of a configuration example of a microwave irradiation device 1 according to the present embodiment. The microwave irradiation device 1 is configured to successively heat the irradiation target 90 that is transported by the transport device 70. The conveyance device 70 includes, for example, a carry-in conveyor 71, an ascending conveyor 72, a transfer conveyor 73, a descending conveyor 74, and an unloading conveyor 75.

マイクロ波照射装置1に搬入された被照射物90は、例えばベルトコンベアである搬入コンベア71によって水平に搬送され、上昇コンベア72によって上昇方向に垂直搬送され、例えばベルトコンベアである移載コンベア73によって再び水平に搬送され、降下コンベア74によって降下方向に垂直搬送され、例えばベルトコンベアである搬出コンベア75によって再び水平に搬送されて搬出される。本実施形態では、上昇コンベア72及び降下コンベア74で垂直搬送されているときに、被照射物90はマイクロ波加熱される。このように、本実施形態では、搬送装置70は、被照射物90を保持位置で保持する保持具として機能する。 The irradiation object 90 carried into the microwave irradiation apparatus 1 is conveyed horizontally by an inlet conveyor 71, which is, for example, a belt conveyor, is conveyed vertically in the upward direction by an ascending conveyor 72, and is conveyed by a transfer conveyor 73, which is, for example, a belt conveyor. It is conveyed horizontally again, vertically conveyed in the descending direction by a descending conveyor 74, and conveyed horizontally again by a discharge conveyor 75, which is a belt conveyor, for example, and is discharged. In this embodiment, the object 90 to be irradiated is heated by microwaves while being vertically conveyed by the ascending conveyor 72 and the descending conveyor 74. In this manner, in this embodiment, the transport device 70 functions as a holder that holds the irradiated object 90 at the holding position.

上昇コンベア72及び降下コンベア74は、それぞれ同期して昇降する2列のコンベア72aを有する。図2は、搬入コンベア71及び上昇コンベア72の拡大図である。図2に示すように、上昇コンベア72の2列のコンベア72aのそれぞれには、複数のフィンガー72bが設けられている。搬入コンベア71によって搬送された被照射物90は、フィンガー72b上に載置又は保持され、垂直搬送される。 The ascending conveyor 72 and the descending conveyor 74 each have two rows of conveyors 72a that move up and down synchronously. FIG. 2 is an enlarged view of the carry-in conveyor 71 and the ascending conveyor 72. As shown in FIG. 2, each of the two rows of conveyors 72a of the ascending conveyor 72 is provided with a plurality of fingers 72b. The object to be irradiated 90 transported by the carry-in conveyor 71 is placed or held on the fingers 72b and is transported vertically.

図1に戻って説明を続ける。上昇コンベア72によって垂直搬送される被照射物90がマイクロ波加熱されるように、上昇コンベア72には、マイクロ波を放射するアンテナ40が設けられている。より詳細には、図1に示す例では、上昇コンベア72によって垂直搬送される被照射物90がその開口面を通り抜けるように、第1ループアンテナ41及び第2ループアンテナ42が設けられている。第1ループアンテナ41及び第2ループアンテナ42が設けられた部分は、マイクロ波が外部に放出されないように、遮蔽のための金属筐体80によって覆われている。ループアンテナの数は、適宜に変更され得る。上昇コンベア72では、図示が省略されているが、降下コンベア74で図示されているように、上昇コンベア72のコンベア72aは、保護カバー82によって覆われている。このように、主に上昇コンベア72及びアンテナ40等によって、上昇加熱ユニット2が形成されている。 Returning to FIG. 1, the explanation will be continued. The ascending conveyor 72 is provided with an antenna 40 that radiates microwaves so that the object 90 to be irradiated, which is vertically conveyed by the ascending conveyor 72, is heated by microwaves. More specifically, in the example shown in FIG. 1, the first loop antenna 41 and the second loop antenna 42 are provided so that the object 90 to be irradiated, which is vertically conveyed by the ascending conveyor 72, passes through the opening surface thereof. The portion where the first loop antenna 41 and the second loop antenna 42 are provided is covered with a metal casing 80 for shielding so that microwaves are not emitted to the outside. The number of loop antennas can be changed as appropriate. In the ascending conveyor 72, although not shown, the conveyor 72a of the ascending conveyor 72 is covered with a protective cover 82, as shown in the descending conveyor 74. In this way, the ascending heating unit 2 is mainly formed by the ascending conveyor 72, the antenna 40, and the like.

発振器10は、マイクロ波の周波数に応じたマイクロ波電力を出力する。その周波数は、これに限らないが、例えば、200MHz~500MHz、915MHz又は2.45GHzといったものである。第1ループアンテナ41及び第2ループアンテナ42には、図示しない同軸ケーブルを介して、発振器10から高周波電力が給電される。 The oscillator 10 outputs microwave power according to the frequency of the microwave. The frequency is, for example, but not limited to, 200 MHz to 500 MHz, 915 MHz, or 2.45 GHz. High frequency power is supplied from the oscillator 10 to the first loop antenna 41 and the second loop antenna 42 via a coaxial cable (not shown).

ループアンテナについて、図3を参照して説明する。図3は、第1ループアンテナ41及び第2ループアンテナ42の構成例の概略を示す模式図である。第1ループアンテナ41及び第2ループアンテナ42は、同様の構成を有する。第1ループアンテナ41及び第2ループアンテナ42は、例えば、照射するマイクロ波の一波長分の長さを有して円環形状に形成された導線52を備える。導線52の両端は、給電点53となっている。給電点53には、給電器具としての例えば同軸ケーブルが接続されている。同軸ケーブルは、発振器10とループアンテナとを接続して導通させる。発振器10は、同軸ケーブルを介して高周波電力をループアンテナに供給する。給電されると、エレメントとしての導線52に電流が生じ、ループアンテナは電波を放射して電界を形成する。 The loop antenna will be explained with reference to FIG. 3. FIG. 3 is a schematic diagram showing an outline of a configuration example of the first loop antenna 41 and the second loop antenna 42. The first loop antenna 41 and the second loop antenna 42 have similar configurations. The first loop antenna 41 and the second loop antenna 42 each include, for example, a conductive wire 52 formed in an annular shape and having a length corresponding to one wavelength of the microwave to be irradiated. Both ends of the conducting wire 52 serve as power feeding points 53. For example, a coaxial cable as a power supply device is connected to the power supply point 53. The coaxial cable connects and conducts the oscillator 10 and the loop antenna. Oscillator 10 supplies high frequency power to the loop antenna via a coaxial cable. When power is supplied, a current is generated in the conducting wire 52 as an element, and the loop antenna radiates radio waves to form an electric field.

円環形状のループアンテナでは、導線52によって形成された開口面54が照射面55となり、開口面54の中心が照射源56となる。すなわち、開口面54の中心の照射源56が、マイクロ波放射部となる。照射源56を通り、開口面54に垂直な方向にマイクロ波が主に照射される照射軸57が形成され、照射軸57に沿って両方向にマイクロ波が放射される。 In the annular loop antenna, an aperture 54 formed by the conducting wire 52 serves as an irradiation surface 55 , and the center of the aperture 54 serves as an irradiation source 56 . That is, the irradiation source 56 at the center of the aperture 54 becomes a microwave radiator. An irradiation axis 57 is formed that passes through the irradiation source 56 and is mainly irradiated with microwaves in a direction perpendicular to the aperture surface 54, and the microwaves are radiated in both directions along the irradiation axis 57.

なお、導線52が形成する形状は、円環に限らず、四角形、三角形、非対称形など他の形の環状でもよい。ループアンテナは、形状や給電点の位置によって照射源の位置や、照射軸の向きが変わり得る。しかしながら、何れの場合においてもループアンテナでは、給電されたときに電波が放射される源としての照射源が開口面に形成されるという概念が得られる。また、給電されたときに照射源から電波が主として放射される方向を示す照射軸が形成されるという概念が得られる。 Note that the shape formed by the conducting wire 52 is not limited to a circular ring, but may be a ring of other shapes such as a square, a triangle, or an asymmetrical shape. In a loop antenna, the position of the irradiation source and the direction of the irradiation axis can change depending on the shape and the position of the feeding point. However, in any case, the loop antenna provides the concept that an irradiation source, which is a source from which radio waves are radiated when power is supplied, is formed on the aperture surface. Furthermore, the concept of forming an irradiation axis indicating the direction in which radio waves are mainly radiated from the irradiation source when power is supplied can be obtained.

本実施形態では、後述するように、被照射物90の加熱すべき対象物の薄肉方向に沿ってマイクロ波の照射軸57が配置されるように、マイクロ波照射装置1は構成されている。また、このマイクロ波の照射軸57に沿って被照射物90が搬送されるように、マイクロ波照射装置1は構成されている。 In this embodiment, as will be described later, the microwave irradiation device 1 is configured such that the microwave irradiation axis 57 is arranged along the thin wall direction of the object 90 to be heated. Further, the microwave irradiation device 1 is configured so that the object 90 to be irradiated is conveyed along the microwave irradiation axis 57.

金属筐体80内でループアンテナによってマイクロ波を形成するため、マイクロ波の電界振幅方向についての金属筐体80の幅は、次の条件を満たすように構成されている。ここで、円環状のループアンテナから放射されるマイクロ波の電界振幅方向は、照射軸57を通りそれに対して垂直な方向のうち、給電点53と照射源56とを通る直線に対して垂直な面上の方向である。 Since microwaves are generated by a loop antenna within the metal casing 80, the width of the metal casing 80 in the electric field amplitude direction of the microwave is configured to satisfy the following condition. Here, the electric field amplitude direction of the microwave radiated from the annular loop antenna is perpendicular to the straight line passing through the feeding point 53 and the irradiation source 56 among the directions passing through the irradiation axis 57 and perpendicular to it. This is the direction on the surface.

まず、ループアンテナに所定の周波数のマイクロ波電力が給電されることでループアンテナから放射されるマイクロ波の波長を、給電波長λと定義する。給電波長λは、自由空間波長である。上述のとおり、ループアンテナを構成する円環状の導線52の長さは、給電波長λの整数倍以上であり、そのときの整数値を用いて、例えば1波長ループアンテナ、2波長ループアンテナのように定義される。 First, the wavelength of the microwave radiated from the loop antenna when microwave power of a predetermined frequency is fed to the loop antenna is defined as the feeding wavelength λ. The feeding wavelength λ is a free space wavelength. As mentioned above, the length of the annular conducting wire 52 constituting the loop antenna is an integer multiple or more of the feeding wavelength λ, and using the integer value at that time, for example, a one-wavelength loop antenna, a two-wavelength loop antenna, etc. is defined as

金属筐体80内にループアンテナが配置されているため、ループアンテナの幅の分だけ金属筐体80内の実効的な空間が狭まる。金属筐体80のマイクロ波の電界振幅方向についての筐体見かけ幅L´は、この方向の金属筐体80の幅をLとし、この方向のループアンテナの幅をtとしたときに、L´=L-2tとなる。この筐体見かけ幅L´に基づいて、金属筐体80の遮断波長λcを、λc=2L´=2(L-2t)と定義する。さらに、上述のループアンテナの導線52の長さが給電波長λのn倍(nは整数、ループアンテナの導線52の長さを給電波長λで除した値に最も近い整数をnとする)であるときに、アンテナ1波長換算の遮断波長λc´を、λc´=λc/nと定義する。 Since the loop antenna is disposed within the metal housing 80, the effective space within the metal housing 80 is narrowed by the width of the loop antenna. The apparent width L' of the metal housing 80 in the microwave electric field amplitude direction is L' where the width of the metal housing 80 in this direction is L and the width of the loop antenna in this direction is t. =L-2t. Based on this apparent width L' of the housing, the cutoff wavelength λc of the metal housing 80 is defined as λc=2L'=2(L-2t). Furthermore, the length of the conducting wire 52 of the loop antenna described above is n times the feeding wavelength λ (n is an integer, and n is the integer closest to the value obtained by dividing the length of the conducting wire 52 of the loop antenna by the feeding wavelength λ). At some point, the cutoff wavelength λc' in terms of one wavelength of the antenna is defined as λc'=λc/n.

金属筐体80の幅Lは、アンテナ1波長換算の遮断波長λc´と給電波長λとが、
λc´>λ
を満たすように、設定される。すなわち、
L´=L-2t>nλ/2
を満たすように、金属筐体80の幅Lは設定される。金属筐体80内でループアンテナによってマイクロ波を形成するためには、原則としてこの条件を満たさなければならないことは、数値シミュレーションによっても確認されている。この条件を満たさない場合には、電界形成の再現性が低下する。
The width L of the metal casing 80 is such that the cutoff wavelength λc′ in terms of one wavelength of the antenna and the feeding wavelength λ are
λc′>λ
is set to satisfy. That is,
L'=L-2t>nλ/2
The width L of the metal casing 80 is set so as to satisfy the following. Numerical simulations have also confirmed that, in principle, this condition must be satisfied in order to generate microwaves using a loop antenna within the metal casing 80. If this condition is not met, the reproducibility of electric field formation decreases.

また、金属筐体80の筐体見かけ幅L´はnλ/2より大きくなければならないが、更にnλ/2ずつ増加した場合、金属筐体80の内部に複数のピーク波形が形成され、金属筐体80内でマイクロ波の多重反射が生じ得る。多重反射が生じると、複数の共振周波数が生じ、インピーダンス整合のための共振周波数の検出が難しくなる。そこで、
L´=L-2t<nλ/2+nλ/2=nλ
となるように、金属筐体80の幅Lは設計される。
Further, the apparent width L' of the metal casing 80 must be larger than nλ/2, but if it is further increased by nλ/2, multiple peak waveforms are formed inside the metal casing 80, and the metal casing Multiple reflections of microwaves may occur within the body 80. When multiple reflections occur, multiple resonant frequencies occur, making it difficult to detect the resonant frequencies for impedance matching. Therefore,
L'=L-2t<nλ/2+nλ/2=nλ
The width L of the metal casing 80 is designed so that.

以上のように、金属筐体80のマイクロ波の電界振幅方向の幅Lは、筐体見かけ幅L´=L-2tが
nλ/2<L´<nλ
を満たすように、設計されている。
As described above, the width L of the metal casing 80 in the electric field amplitude direction of the microwave is such that the apparent width of the casing L'=L-2t is nλ/2<L'<nλ
It is designed to satisfy.

図1に戻って説明を続ける。マイクロ波照射装置1では、第1ループアンテナ41及び第2ループアンテナ42は、それらの照射面55である開口面54が水平となるように配置されている。マイクロ波照射装置1は、被照射物90が第1ループアンテナ41及び第2ループアンテナ42の開口面54を通り抜けて搬送されるように構成されている。このため、上昇コンベア72のフィンガー72bが設けられた部分は、第1ループアンテナ41及び第2ループアンテナ42の開口面54を貫通するように移動する。第1ループアンテナ41及び第2ループアンテナ42は、それらの照射軸57が上昇コンベア72の搬送方向と平行に、すなわち、鉛直になるように配置されている。第1ループアンテナ41と第2ループアンテナ42とは、それらの照射軸57が一致するように配置されている。 Returning to FIG. 1, the explanation will be continued. In the microwave irradiation device 1, the first loop antenna 41 and the second loop antenna 42 are arranged so that the opening surface 54, which is the irradiation surface 55 thereof, is horizontal. The microwave irradiation device 1 is configured such that the object 90 to be irradiated is conveyed through the opening surfaces 54 of the first loop antenna 41 and the second loop antenna 42 . Therefore, the portion of the ascending conveyor 72 provided with the fingers 72b moves so as to pass through the opening surfaces 54 of the first loop antenna 41 and the second loop antenna 42. The first loop antenna 41 and the second loop antenna 42 are arranged so that their irradiation axes 57 are parallel to the conveyance direction of the ascending conveyor 72, that is, vertically. The first loop antenna 41 and the second loop antenna 42 are arranged so that their irradiation axes 57 coincide.

上昇コンベア72は被照射物90を上昇方向に搬送するのに対して、降下コンベア74は被照射物90を降下方向に搬送する。その他については、上昇コンベア72と降下コンベア74とは、同様の構成を有する。すなわち、降下コンベア74には、搬送される被照射物90がその開口面を通り抜けるように第1ループアンテナ及び第2ループアンテナが設けられている。第1ループアンテナ及び第2ループアンテナは、その照射軸が降下コンベア74の搬送方向と平行に鉛直方向となるように設けられている。第1ループアンテナ及び第2ループアンテナは、金属筐体80によって覆われている。このように、主に降下コンベア74及びアンテナ40等によって、降下加熱ユニット3が形成されている。 The ascending conveyor 72 conveys the object 90 to be irradiated in an upward direction, whereas the descending conveyor 74 conveys the object 90 to be irradiated in a downward direction. In other respects, the ascending conveyor 72 and the descending conveyor 74 have the same configuration. That is, the descending conveyor 74 is provided with a first loop antenna and a second loop antenna so that the object to be irradiated 90 being conveyed passes through the opening surface thereof. The first loop antenna and the second loop antenna are provided so that their irradiation axes are vertical and parallel to the conveyance direction of the descending conveyor 74. The first loop antenna and the second loop antenna are covered by a metal housing 80. In this way, the descending heating unit 3 is formed mainly by the descending conveyor 74, the antenna 40, and the like.

本実施形態では、照射軸57に沿って放射されたマイクロ波が加熱対象物に入りやすいように、被照射物90が配置される。具体的には、照射軸57が対象物をその薄肉方向に通り抜けるように、マイクロ波照射装置1が構成されている。 In this embodiment, the object to be irradiated 90 is arranged so that the microwaves emitted along the irradiation axis 57 easily enter the object to be heated. Specifically, the microwave irradiation device 1 is configured such that the irradiation axis 57 passes through the object in the direction of its thinner wall.

ここで、薄肉方向について、図4A乃至図4Dを参照して説明する。図4Aに示すように、被照射物90が、容器91の中に加熱されるべき対象物92が収容されているものである場合を考える。対象物92は、例えば食品である。対象物92に着目して、図4Bに示すように、対象物92がそのすべての面に内接する直方体96を考える。直方体96の3組の対向する面のうち、最も間隔が狭い面を薄肉方向形成面97とし、薄肉方向形成面97と直交する方向を薄肉方向98と定義した。この定義では、例えば、同じ容器91であっても、図4Cに示すように、容器91の底の方にのみ対象物92が入っている場合には容器91の高さ方向が薄肉方向98となり、図4Dに示すように、容器91一杯に対象物92が入っている場合には容器91の厚さ方向が薄肉方向98となる。また、直方体96の3組の対向する面のうち薄肉方向形成面よりも間隔が広い2対の面が対向する方向を、厚肉方向と称することにする。 Here, the thin wall direction will be explained with reference to FIGS. 4A to 4D. As shown in FIG. 4A, consider a case where the object 90 to be irradiated is a container 91 containing an object 92 to be heated. The object 92 is, for example, food. Focusing on the object 92, consider a rectangular parallelepiped 96 in which the object 92 is inscribed on all its surfaces, as shown in FIG. 4B. Among the three sets of opposing surfaces of the rectangular parallelepiped 96, the surface with the narrowest interval was defined as a thinner direction forming surface 97, and the direction perpendicular to the thinner direction forming surface 97 was defined as a thinner direction 98. According to this definition, for example, even if the container 91 is the same, if the object 92 is contained only at the bottom of the container 91, as shown in FIG. 4C, the height direction of the container 91 becomes the thin wall direction 98. As shown in FIG. 4D, when the container 91 is filled with objects 92, the thickness direction of the container 91 becomes the thinner direction 98. Moreover, the direction in which two pairs of surfaces of the three pairs of opposing surfaces of the rectangular parallelepiped 96, which are wider apart from each other than the thinner direction forming surfaces, face each other will be referred to as the thicker direction.

図1に戻って説明を続ける。本実施形態では、搬送装置70は、被照射物90の薄肉方向を上下方向として被照射物90を搬送する。すなわち、被照射物90の薄肉方向は上下方向に設定され、アンテナ40の照射軸も上下方向に設定されている。被照射物90は、上昇コンベア72及び降下コンベア74によって薄肉方向である上下方向に搬送されながら、その照射軸が薄肉方向となるマイクロ波によって加熱される。上昇コンベア72及び降下コンベア74は、アンテナ40の開口面を通るように被照射物90を上下方向に搬送する。 Returning to FIG. 1, the explanation will be continued. In this embodiment, the transport device 70 transports the object to be irradiated 90 with the thinner direction of the object to be irradiated 90 in the vertical direction. That is, the thinner direction of the irradiated object 90 is set in the vertical direction, and the irradiation axis of the antenna 40 is also set in the vertical direction. The object 90 to be irradiated is heated by microwaves whose irradiation axis is in the thinner direction while being conveyed in the vertical direction, which is the thinner direction, by the ascending conveyor 72 and the lowering conveyor 74. The ascending conveyor 72 and the descending conveyor 74 convey the irradiated object 90 in the vertical direction so as to pass through the opening of the antenna 40 .

搬出コンベア75に対応する部分には、熱画像カメラ31が設けられている。熱画像カメラ31は、搬出コンベア75によって搬送される加熱後の被照射物90を撮影するように構成されている。熱画像カメラ31の撮影結果に基づいて、被照射物90の温度が監視される。 A thermal imaging camera 31 is provided in a portion corresponding to the carry-out conveyor 75. Thermal image camera 31 is configured to photograph the heated object 90 being transported by the carry-out conveyor 75 . Based on the photographic results of the thermal image camera 31, the temperature of the irradiated object 90 is monitored.

また、被照射物90が食品であるとき、当該食品から蒸気が出ることがある。このような蒸気が例えば金属筐体80内やマイクロ波照射装置1の各部にこもると、装置や被照射物90などに悪影響を与える可能性がある。特に、被照射物90の容器の材料として紙を用いる場合などには、蒸気が容器に悪影響を与えるおそれがある。このため、マイクロ波照射装置1は、被照射物90から発生した蒸気がマイクロ波照射装置1の外部に抜けるように、蒸気抜きの構造や機構等を備えることが好ましい。 Further, when the object 90 to be irradiated is food, steam may be emitted from the food. If such vapor is trapped in the metal housing 80 or in various parts of the microwave irradiation device 1, for example, it may have an adverse effect on the device, the irradiated object 90, and the like. In particular, when paper is used as the material for the container of the irradiated object 90, there is a risk that the steam may have an adverse effect on the container. For this reason, the microwave irradiation device 1 is preferably provided with a steam venting structure, mechanism, etc. so that the steam generated from the irradiation object 90 escapes to the outside of the microwave irradiation device 1.

〈マイクロ波照射装置の動作の概要〉
本実施形態のマイクロ波照射装置1の動作について説明する。上昇加熱ユニット2及び降下加熱ユニット3において、発振器10から出力されたマイクロ波電力は、同軸ケーブルを介して第1ループアンテナと第2ループアンテナとに供給される。第1ループアンテナ及び第2ループアンテナは、この給電に基づいて、マイクロ波を放射する。
<Overview of the operation of microwave irradiation equipment>
The operation of the microwave irradiation device 1 of this embodiment will be explained. In the ascending heating unit 2 and the descending heating unit 3, the microwave power output from the oscillator 10 is supplied to the first loop antenna and the second loop antenna via the coaxial cable. The first loop antenna and the second loop antenna radiate microwaves based on this feeding.

マイクロ波照射装置1に搬入された被照射物90は、搬送装置70によって、第1ループアンテナ及び第2ループアンテナから放射されたマイクロ波が照射される加熱位置に次々と搬送される。このマイクロ波の照射によって、被照射物90は次々と誘電加熱される。被照射物90が加熱位置で停止するように搬送装置70が間歇的に動かされてもよいし、被照射物90が加熱位置を十分な時間をかけて通過するように搬送装置70が連続的に動かされてもよい。加熱された被照射物90の温度は、搬出コンベア75において、熱画像カメラ31を用いて監視される。 The objects 90 to be irradiated that have been carried into the microwave irradiation device 1 are successively transported by the transport device 70 to heating positions where they are irradiated with microwaves radiated from the first loop antenna and the second loop antenna. By this microwave irradiation, the irradiated object 90 is dielectrically heated one after another. The transport device 70 may be moved intermittently so that the object 90 to be irradiated stops at the heating position, or the transport device 70 may be moved continuously so that the object 90 to be irradiated passes through the heating position over a sufficient period of time. may be moved by The temperature of the heated object 90 to be irradiated is monitored using the thermal imaging camera 31 on the carry-out conveyor 75 .

[実験例]
上述の実施形態では、アンテナ40から放射されるマイクロ波の照射軸57は、被照射物90の加熱すべき対象物の薄肉方向に合わせてられており、マイクロ波は、対象物の薄肉方向に沿って照射される。被照射物90の加熱について、マイクロ波の照射方向が与える影響を実験により評価した。
[Experiment example]
In the embodiment described above, the irradiation axis 57 of the microwave radiated from the antenna 40 is aligned with the thinner direction of the object to be heated of the irradiated object 90, and the microwave is aligned with the thinner direction of the object to be heated. irradiated along. The influence of the direction of microwave irradiation on heating of the object 90 to be irradiated was evaluated through experiments.

〈方法〉
図5A及び図5Bは、本実験例に係る試験装置100の構成の概略を示す図である。試験装置100では、被照射物190が水平方向に搬送されるように構成されている。試験装置100は、電磁波を遮蔽する金属筐体180を備える。金属筐体180は、アルミニウム材で形成した。金属筐体180の寸法は、搬送方向に沿う長さを666 mm、搬送方向に直交する幅を400 mm、高さを400 mmとした。金属筐体180内を通るように、幅140 mmの樹脂製のコンベア170を設けた。
<Method>
5A and 5B are diagrams schematically showing the configuration of the test apparatus 100 according to this experimental example. The test apparatus 100 is configured so that the object 190 to be irradiated is transported in the horizontal direction. The test apparatus 100 includes a metal casing 180 that shields electromagnetic waves. The metal housing 180 was made of aluminum material. The dimensions of the metal casing 180 were as follows: length along the transport direction was 666 mm, width perpendicular to the transport direction was 400 mm, and height was 400 mm. A conveyor 170 made of resin and having a width of 140 mm was provided so as to pass through the inside of the metal casing 180.

金属筐体180内には、コンベア170が貫通するように、第1ループアンテナ141及び第2ループアンテナ142を設けた。第1ループアンテナ141及び第2ループアンテナ142は、それぞれアルミニウム材で形成した。第1ループアンテナ141及び第2ループアンテナ142は、それぞれ円形の環状とし、その内径は232 mm、外径は256 mm、幅は12 mm、厚みは2 mmとした。第1ループアンテナ141及び第2ループアンテナ142は、互いに対向し、コンベア170に対して同一高さになるように配置した。放射されるマイクロ波の照射軸が、コンベア170の載置面に対して平行となるように、第1ループアンテナ141及び第2ループアンテナ142を設置した。第1ループアンテナ141と第2ループアンテナ142との間隔は、450 mmとした。 A first loop antenna 141 and a second loop antenna 142 were provided in the metal housing 180 so that the conveyor 170 penetrated therethrough. The first loop antenna 141 and the second loop antenna 142 are each formed from an aluminum material. The first loop antenna 141 and the second loop antenna 142 each had a circular ring shape, and had an inner diameter of 232 mm, an outer diameter of 256 mm, a width of 12 mm, and a thickness of 2 mm. The first loop antenna 141 and the second loop antenna 142 were arranged to face each other and to be at the same height with respect to the conveyor 170. The first loop antenna 141 and the second loop antenna 142 were installed so that the irradiation axis of the radiated microwave was parallel to the mounting surface of the conveyor 170. The distance between the first loop antenna 141 and the second loop antenna 142 was 450 mm.

第1ループアンテナ141及び第2ループアンテナ142には、図示しない同軸ケーブルを介して、図示しない発振器を接続した。発振器の出力電力の周波数は450 MHzとした。発振器の出力電力を、同軸ケーブルを介して第1ループアンテナ141及び第2ループアンテナ142に並列かつ同相で給電した。一つの発振器から途中分岐し、並列に各アンテナに給電することによって、一方のアンテナからの出力を他方のアンテナが反射として誤認識することなく同時照射が可能である。 An oscillator (not shown) was connected to the first loop antenna 141 and the second loop antenna 142 via a coaxial cable (not shown). The frequency of the output power of the oscillator was set to 450 MHz. The output power of the oscillator was fed in parallel and in phase to the first loop antenna 141 and the second loop antenna 142 via a coaxial cable. By branching off from one oscillator and feeding power to each antenna in parallel, simultaneous irradiation is possible without the output from one antenna being mistakenly recognized as a reflection by the other antenna.

第1ループアンテナ141及び第2ループアンテナ142への給電によって、第1ループアンテナ141及び第2ループアンテナ142の中心に照射源156が形成される。また、照射源156から開口面154に対して法線方向に照射軸157が形成される。第1ループアンテナ141と第2ループアンテナ142との間隔は、上述のとおり450 mmであり、これは、出力波長λ = 666 mmの1/2波長分よりやや長い。 By feeding power to the first loop antenna 141 and the second loop antenna 142, an irradiation source 156 is formed at the center of the first loop antenna 141 and the second loop antenna 142. Further, an irradiation axis 157 is formed from the irradiation source 156 in the normal direction to the aperture surface 154 . The distance between the first loop antenna 141 and the second loop antenna 142 is 450 mm as described above, which is slightly longer than 1/2 wavelength of the output wavelength λ = 666 mm.

ポリプロピレン(PP)製のトレー(150×115×30 mm)にポテトサラダ140 gを充填し、充填後シールしない試料を被照射物190とした。被照射物190をコンベア170上に配置し、コンベア170による搬送速度を1 mm/秒とし、出力を150 Wとし、6分間加熱した。金属筐体180の出口に設置したサーモグラフィーカメラを用いて加熱後のポテトサラダの表面温度を測定した。搬送方向に沿って3等分したそれぞれの領域の平均温度を熱画像解析ソフトにより算出した。 A tray (150 x 115 x 30 mm) made of polypropylene (PP) was filled with 140 g of potato salad, and a sample that was not sealed after filling was designated as irradiated object 190. The object 190 to be irradiated was placed on the conveyor 170, the conveyance speed of the conveyor 170 was set to 1 mm/sec, the output was set to 150 W, and the object was heated for 6 minutes. The surface temperature of the heated potato salad was measured using a thermography camera installed at the exit of the metal casing 180. The average temperature of each area divided into three equal parts along the conveyance direction was calculated using thermal image analysis software.

図5Aに示す比較例の場合では、照射軸157が金属筐体180の高さ寸法に対して下面から146 mmとなるように、第1ループアンテナ141及び第2ループアンテナ142を設置した。被照射物190の厚肉方向と照射軸157とが一致し、被照射物190の加熱対象物の中央部分を照射軸157が通るように、コンベア170上に被照射物190載置した。 In the case of the comparative example shown in FIG. 5A, the first loop antenna 141 and the second loop antenna 142 were installed so that the irradiation axis 157 was 146 mm from the bottom surface with respect to the height dimension of the metal housing 180. The object to be irradiated 190 was placed on the conveyor 170 so that the thickness direction of the object to be irradiated 190 coincided with the irradiation axis 157 and the irradiation axis 157 passed through the center of the object to be heated.

一方、図5Bに示す実験例の場合では、照射軸157が金属筐体180の高さ寸法に対して下面から186 mmとなるように、第1ループアンテナ141及び第2ループアンテナ142を設置した。搬送方向に沿って被照射物190の長手方向が斜め45°となるように、コンベア170上に図示しない樹脂製の傾斜台を設置し、その上に被照射物190載置した。このようにして、照射軸157は、被照射物190の薄肉方向を斜めに通り、被照射物190の加熱対象物の対向する2面の薄肉方向形成面を貫通し、加熱対象物の中央部分を通る。 On the other hand, in the case of the experimental example shown in FIG. 5B, the first loop antenna 141 and the second loop antenna 142 were installed so that the irradiation axis 157 was 186 mm from the bottom surface with respect to the height dimension of the metal casing 180. . A resin inclined table (not shown) was installed on the conveyor 170 so that the longitudinal direction of the irradiated object 190 was at an angle of 45 degrees along the conveyance direction, and the irradiated object 190 was placed on it. In this way, the irradiation axis 157 passes diagonally through the thinner direction of the object to be irradiated 190, passes through the two opposing thinner direction forming surfaces of the object to be heated, and extends through the central portion of the object to be heated. pass through.

また、第1ループアンテナ141及び第2ループアンテナ142から放射されるマイクロ波の波長と金属筐体180の大きさとの関係についても別途に検討を行った。この検討では、2種類の金属筐体180を用意した。一方の金属筐体180は、上述の金属筐体180と同様にその幅を400 mmとした。他方の金属筐体180は、その幅を350 mmとした。 Further, the relationship between the wavelength of microwaves radiated from the first loop antenna 141 and the second loop antenna 142 and the size of the metal casing 180 was also separately studied. In this study, two types of metal casings 180 were prepared. One metal casing 180 had a width of 400 mm similarly to the metal casing 180 described above. The other metal housing 180 had a width of 350 mm.

また、発振器の出力電力の周波数も2種類とした。すなわち、2種類の金属筐体180を用いて、それぞれ、発振器の出力電力の周波数を450 MHzとした場合と、915 MHzとした場合との2通りの給電周波数で実験を行った。その他の実験条件は、図5Aに示す比較例の場合と同様にした。 Furthermore, there were two types of frequencies for the output power of the oscillator. That is, experiments were conducted using two types of metal casings 180 at two different power supply frequencies: one in which the frequency of the output power of the oscillator was 450 MHz, and the other in which the frequency was 915 MHz. Other experimental conditions were the same as in the comparative example shown in FIG. 5A.

〈結果及び考察〉
実験結果を図6及び図7に示す。図6は、上段に図5Aに示した試験装置100の構成を用いた比較例に係るサーモグラフィーで得られた画像を示し、下段に及び図5Bに示した試験装置100の構成を用いた実験例に係るサーモグラフィーで得られた画像を示す。図7は、図6Aの画像中に示すA-Cの領域のそれぞれの平均温度と、これら各領域の温度のうち最高温度から最低温度を引いた最大温度差とを示す。
<Results and discussion>
The experimental results are shown in FIGS. 6 and 7. FIG. 6 shows an image obtained by thermography according to a comparative example using the configuration of the test device 100 shown in FIG. 5A in the upper row, and an experimental example using the configuration of the test device 100 shown in FIG. 5B in the lower row. An image obtained by thermography is shown. FIG. 7 shows the average temperature of each of the regions AC shown in the image of FIG. 6A, and the maximum temperature difference obtained by subtracting the minimum temperature from the highest temperature among the temperatures of each of these regions.

比較例の場合、加熱対象物の中央の領域Bにおいて発熱が低く、最高温度を示した端部の領域Cに対して8℃の温度差が生じた。比較例の場合、厚肉方向に沿ってマイクロ波が加熱対象物内に浸透するため、加熱対象物の内部で電力の減衰が生じ、加熱対象物の中央の領域Bにおいて発熱が低くなったと考えられる。 In the case of the comparative example, heat generation was low in region B at the center of the object to be heated, and a temperature difference of 8° C. was generated with respect to region C at the end, which showed the highest temperature. In the case of the comparative example, as the microwave penetrates into the heated object along the thickness direction, power attenuation occurs inside the heated object, resulting in lower heat generation in region B of the heated object. It will be done.

これに対して、実験例の場合、加熱対象物の中央の領域Bにおける発熱は向上し、最高温度を示した端部の領域Cに対する温度差は3℃に抑制された。すなわち、比較例に対して実験例では、加熱の均一性が大きく改善した。これは、実験例の場合、薄肉方向に沿ってマイクロ波が加熱対象物内に浸透するため、加熱対象物の内部での電力の減衰が抑制されたためと考えられる。 On the other hand, in the case of the experimental example, the heat generation in the central region B of the object to be heated was improved, and the temperature difference with respect to the end region C, which showed the highest temperature, was suppressed to 3°C. That is, the heating uniformity was greatly improved in the experimental example compared to the comparative example. This is considered to be because, in the case of the experimental example, the microwave penetrated into the object to be heated along the thin wall direction, so that the attenuation of the electric power inside the object to be heated was suppressed.

本実験に用いたような薄く長さがある形状を有する被照射物90の場合には特に、マイクロ波の照射軸と厚肉方向とが一致していると被照射物90中央部分が発熱しにくくなる。このため、マイクロ波の照射軸に対して厚肉方向を傾けることが、均一な加熱に貢献することが明らかになった。 Particularly in the case of the irradiated object 90 having a thin and long shape as used in this experiment, if the microwave irradiation axis and the thickness direction coincide, the central part of the irradiated object 90 will generate heat. It becomes difficult. Therefore, it has become clear that tilting the thickness direction with respect to the microwave irradiation axis contributes to uniform heating.

上述のように、マイクロ波の照射軸が、加熱対象物の薄肉方向形成面を貫通するように、すなわち、薄肉方向に沿うように、マイクロ波照射装置を構成することが好ましい。特に、上述の実施形態のように、マイクロ波の照射軸が、加熱対象物の薄肉方向形成面と直交することは、一つの好ましい態様である。 As described above, it is preferable to configure the microwave irradiation device so that the microwave irradiation axis passes through the thin-wall direction forming surface of the object to be heated, that is, along the thin-wall direction. In particular, it is one preferable aspect that the microwave irradiation axis is orthogonal to the thinner direction forming surface of the heating target as in the above-described embodiment.

また、幅が異なる2種類の金属筐体180を有する試験装置100を用いて、2種類の給電周波数を用いた実験結果は次のようになった。すなわち、加熱後の加熱対象物の中央領域の温度を比較すると、給電周波数が450 MHz及び915 MHzの何れの場合においても、金属筐体180の幅が350 mmの場合は、加熱対象物の中央部で発熱不足が生じ、中央領域の温度が低かった。これに対して、金属筐体180の幅が400 mmの場合は、加熱対象物の中央部で発熱不足が改善し、中央領域も含めて、比較的均一な加熱結果が得られた。 Further, the experimental results using two types of power supply frequencies using the test apparatus 100 having two types of metal casings 180 with different widths were as follows. That is, when comparing the temperature of the central region of the heated object after heating, it is found that when the width of the metal casing 180 is 350 mm, the center region of the heated object There was insufficient heat generation in the central region, and the temperature in the central region was low. On the other hand, when the width of the metal housing 180 was 400 mm, the lack of heat generation at the center of the object to be heated was improved, and relatively uniform heating results were obtained including the center region.

この結果は次の理由によると考えられる。まず、給電周波数が450 MHzのとき、給電波長λは、667 mmとなる。第1ループアンテナ141及び第2ループアンテナ142は、1波長分のループ長さを有している。給電周波数が915 MHzのとき、給電波長λは、328 mmとなる。第1ループアンテナ141及び第2ループアンテナ142は、2波長分のループ長さを有している。 This result is thought to be due to the following reasons. First, when the feeding frequency is 450 MHz, the feeding wavelength λ is 667 mm. The first loop antenna 141 and the second loop antenna 142 have a loop length of one wavelength. When the feeding frequency is 915 MHz, the feeding wavelength λ is 328 mm. The first loop antenna 141 and the second loop antenna 142 have a loop length equivalent to two wavelengths.

図5Aに示すように、本実験において、第1ループアンテナ141及び第2ループアンテナ142の給電点は、鉛直上側に設けられている。このようなループアンテナの配置の場合、ループアンテナから放射されるマイクロ波の電界振幅方向は、照射軸157に対して垂直で水平な方向になる。2種類の金属筐体180では、この水平な方向の幅Lが異なる。 As shown in FIG. 5A, in this experiment, the feeding points of the first loop antenna 141 and the second loop antenna 142 were provided vertically above. In the case of such a loop antenna arrangement, the electric field amplitude direction of the microwave radiated from the loop antenna is perpendicular to and horizontal to the irradiation axis 157. The two types of metal casings 180 have different widths L in the horizontal direction.

また、金属筐体180内に設置された第1ループアンテナ141及び第2ループアンテナ142の幅tは12 mmである。したがって、幅Lが350 mmの金属筐体180の筐体見かけ幅L´は、L´=350 mm-12 mm×2=326 mmである。したがって、幅が350 mmの金属筐体180の遮断波長λcは、λc=326 mm×2=652 mmである。また、幅Lが400 mmの金属筐体180の筐体見かけ幅L´は、L´=400 mm-12 mm×2=376 mmである。したがって、幅が400 mmの金属筐体180の遮断波長λcは、λc=376 mm×2=752 mmである。 Further, the width t of the first loop antenna 141 and the second loop antenna 142 installed in the metal housing 180 is 12 mm. Therefore, the apparent width L' of the metal casing 180 having a width L of 350 mm is L'=350 mm−12 mm×2=326 mm. Therefore, the cutoff wavelength λc of the metal casing 180 having a width of 350 mm is λc=326 mm×2=652 mm. Further, the apparent width L' of the metal casing 180 having a width L of 400 mm is L'=400 mm−12 mm×2=376 mm. Therefore, the cutoff wavelength λc of the metal casing 180 with a width of 400 mm is λc=376 mm×2=752 mm.

給電周波数が450 MHzであり、給電波長λが667 mmであるとき、第1ループアンテナ141及び第2ループアンテナ142は1波長分のループ長さを有しているので、幅が350 mmの金属筐体180のアンテナ1波長換算の遮断波長λc´は、λc´=652 mmである。すなわち、このとき、λc´<λであり、金属筐体180内で、第1ループアンテナ141及び第2ループアンテナ142により、マイクロ波が適切に形成されなかったと考えられる。このため、加熱対象物の中央領域の温度が低くなったと考えられる。 When the feeding frequency is 450 MHz and the feeding wavelength λ is 667 mm, the first loop antenna 141 and the second loop antenna 142 have a loop length of one wavelength. The cutoff wavelength λc' in terms of one wavelength of the antenna of the housing 180 is λc'=652 mm. That is, at this time, λc'<λ, and it is considered that microwaves were not appropriately generated by the first loop antenna 141 and the second loop antenna 142 within the metal casing 180. For this reason, it is considered that the temperature in the central region of the object to be heated became low.

一方、幅が400 mmの金属筐体180のアンテナ1波長換算の遮断波長λc´は、λc´=752 mmである。すなわち、このとき、λc´>λであり、金属筐体180内で、第1ループアンテナ141及び第2ループアンテナ142により、マイクロ波が適切に形成されたと考えられる。このため、加熱対象物の中央領域の温度が比較的高くなったと考えられる。 On the other hand, the cutoff wavelength λc' of the metal casing 180 having a width of 400 mm in terms of one wavelength of the antenna is 752 mm. That is, at this time, λc′>λ, and it is considered that microwaves are appropriately generated by the first loop antenna 141 and the second loop antenna 142 within the metal casing 180. For this reason, it is thought that the temperature in the central region of the object to be heated became relatively high.

給電周波数が915 MHzであり、給電波長λが328 mmであるとき、第1ループアンテナ141及び第2ループアンテナ142は2波長分のループ長さを有しているので、幅が350 mmの金属筐体180のアンテナ1波長換算の遮断波長λc´は、λc´=λc/2=326 mmである。すなわち、このとき、λc´<λであり、金属筐体180内で、第1ループアンテナ141及び第2ループアンテナ142により、マイクロ波が適切に形成されなかったと考えられる。このため、加熱対象物の中央領域の温度が低くなったと考えられる。 When the feeding frequency is 915 MHz and the feeding wavelength λ is 328 mm, the first loop antenna 141 and the second loop antenna 142 have a loop length of two wavelengths, so they are made of metal with a width of 350 mm. The cutoff wavelength λc' in terms of one wavelength of the antenna of the housing 180 is λc'=λc/2=326 mm. That is, at this time, λc'<λ, and it is considered that microwaves were not appropriately generated by the first loop antenna 141 and the second loop antenna 142 within the metal casing 180. For this reason, it is considered that the temperature in the central region of the object to be heated became low.

一方、幅が400 mmの金属筐体180のアンテナ1波長換算の遮断波長λc´は、λc´=λc/2=376 mmである。すなわち、このとき、λc´>λであり、金属筐体180内で、第1ループアンテナ141及び第2ループアンテナ142により、マイクロ波が適切に形成されたと考えられる。このため、加熱対象物の中央領域の温度が比較的高くなったと考えられる。 On the other hand, the cutoff wavelength λc' of the metal casing 180 having a width of 400 mm in terms of one wavelength of the antenna is λc'=λc/2=376 mm. That is, at this time, λc′>λ, and it is considered that microwaves are appropriately generated by the first loop antenna 141 and the second loop antenna 142 within the metal casing 180. For this reason, it is thought that the temperature in the central region of the object to be heated became relatively high.

以上の関係をまとめると次の表1の通りとなる。

Figure 2024037681000002
The above relationships can be summarized as shown in Table 1 below.
Figure 2024037681000002

[変形例]
図1に示す実施形態では、上昇コンベア72と降下コンベア74とにそれぞれ2つのアンテナ40が設けられ、被照射物90がこれらのアンテナ40を通り抜けるときに加熱される例を示した。被照射物90が通り抜けるアンテナ40の数はいくつであってもよい。例えば上昇コンベア72及び降下コンベア74が鉛直方向により長く、1つの上昇コンベア72又は降下コンベア74により多くのアンテナ40が設けられてもよい。
[Modified example]
In the embodiment shown in FIG. 1, two antennas 40 are provided on each of the ascending conveyor 72 and the descending conveyor 74, and the object 90 to be irradiated is heated when it passes through these antennas 40. The number of antennas 40 that the object 90 passes through may be any number. For example, the ascending conveyor 72 and the descending conveyor 74 may be longer in the vertical direction, and more antennas 40 may be provided on one ascending conveyor 72 or descending conveyor 74.

あるいは、上昇コンベア72又は降下コンベア74とアンテナ40と等を含むユニットと同様の構成のユニットがさらに設けられてもよい。ユニット数を増やすことで、各給電ケーブルへの電力負担を軽減させることができる。また、加熱条件を調整するために、設けられるユニットごとにアンテナの大きさ、配置等のアンテナ構成、出力などが異なるように構成されてもよい。 Alternatively, a unit having the same configuration as the unit including the ascending conveyor 72 or the descending conveyor 74, the antenna 40, etc. may be further provided. By increasing the number of units, the power burden on each power supply cable can be reduced. Furthermore, in order to adjust the heating conditions, each unit may be configured to have a different antenna configuration such as antenna size and arrangement, output, etc.

また、図1に示したマイクロ波照射装置1と同様の構成が複数並列に配置されてもよい。すなわち、図8に示すように、マイクロ波照射装置300は、図1に示したマイクロ波照射装置1と同様の構成を有する第1のユニット301、第2のユニット302及び第3のユニット303が並列に配置された構成を有していてもよい。各ユニットが、上昇コンベア372とそこに設けられたアンテナ340とを有する上昇加熱ユニット311と、降下コンベア374とそこに設けられたアンテナ340とを有する降下加熱ユニット312とを備えている。各ユニットに熱画像カメラ330が設けられてもよい。各ユニットが並列に設けられることで、マイクロ波照射装置300全体として、処理能力が向上し得る。 Moreover, a plurality of configurations similar to the microwave irradiation device 1 shown in FIG. 1 may be arranged in parallel. That is, as shown in FIG. 8, the microwave irradiation device 300 includes a first unit 301, a second unit 302, and a third unit 303 having the same configuration as the microwave irradiation device 1 shown in FIG. It may have a configuration arranged in parallel. Each unit includes an ascending heating unit 311 having an ascending conveyor 372 and an antenna 340 disposed thereon, and a descending heating unit 312 having a descending conveyor 374 and an antenna 340 disposed thereon. A thermal imaging camera 330 may be provided in each unit. By providing each unit in parallel, the processing capacity of the microwave irradiation device 300 as a whole can be improved.

また、例えばループアンテナへの給電によって形成される電界の分布や、系の共振周波数などは、例えば電界内に配置された給電されていないループアンテナ、金属板、金属片などといった導電体の存在によって変化し得る。そこで、例えば電界分布を変化させるために、あるいは、インピーダンス整合のために、マイクロ波照射装置1の例えば金属筐体80内に、適当な導電体が配置されてもよい。 Furthermore, the distribution of the electric field formed by feeding power to a loop antenna, the resonant frequency of the system, etc., are affected by the presence of conductors such as unpowered loop antennas, metal plates, metal pieces, etc. placed within the electric field. It can change. Therefore, an appropriate conductor may be placed in, for example, the metal casing 80 of the microwave irradiation device 1, for example, in order to change the electric field distribution or for impedance matching.

上述の実施形態では、被照射物90をアンテナ40が放射するマイクロ波の照射軸57に沿って搬送する例を示した。被照射物90とアンテナ40との相対的な位置関係が照射軸57に沿って変化すれば、現象としては同様のことが起こるので、被照射物90を移動させず、アンテナ40を照射軸57に沿って移動させてもよい。ただし、一般的には、アンテナ40を移動させるよりも被照射物90を移動させる方が容易であることが多い。 In the embodiment described above, an example was shown in which the object 90 to be irradiated is transported along the irradiation axis 57 of the microwave radiated by the antenna 40. If the relative positional relationship between the irradiated object 90 and the antenna 40 changes along the irradiation axis 57, the same phenomenon will occur, so the antenna 40 is moved along the irradiation axis 57 without moving the irradiated object 90 It may be moved along. However, in general, it is often easier to move the irradiated object 90 than to move the antenna 40.

以上の実施形態では、マイクロ波の放射源としてループアンテナを用いた例を示した。マイクロ波の放射源はこれに限らない。例えば、給電器具を介した導通により発振器から給電されることでアンテナの照射面内の照射源から照射軸に沿ってマイクロ波を放射させる各種アンテナが用いられ得る。このようなアンテナには、ループアンテナの他に、例えばマイクロストリップアンテナなどが知られている。 In the above embodiments, an example was shown in which a loop antenna was used as a microwave radiation source. The microwave radiation source is not limited to this. For example, various types of antennas may be used that are supplied with power from an oscillator through conduction through a power supply device and thereby radiate microwaves along the irradiation axis from an irradiation source within the irradiation surface of the antenna. In addition to loop antennas, for example, microstrip antennas are known as such antennas.

また、上述のような指向性アンテナが用いられるに限らず、例えば、図9に示すように、例えばマグネトロンなどのマイクロ波の照射源242から導波管244を用いてマイクロ波が伝送されてマイクロ波放射部246から放射されたマイクロ波が、被照射物90に照射されてもよい。このとき、マイクロ波放射部246からマイクロ波が被照射物90に照射される照射軸248が、被照射物90の薄肉方向に沿っており、被照射物90が照射軸248に沿って搬送されるとき、上述の実施形態と同様に、被照射物を均一に加熱する効果が得られる。 In addition to the directional antenna described above, for example, as shown in FIG. 9, microwaves are transmitted from a microwave irradiation source 242 such as a magnetron using a waveguide 244. The object to be irradiated 90 may be irradiated with the microwaves emitted from the wave emitting section 246. At this time, the irradiation axis 248 along which the microwave irradiation unit 246 irradiates the irradiation object 90 is along the thinner direction of the irradiation object 90, and the irradiation object 90 is conveyed along the irradiation axis 248. In this case, the effect of uniformly heating the object to be irradiated can be obtained, similar to the above-described embodiment.

[マイクロ波照射装置の用途]
上述の各実施形態に係るマイクロ波照射装置1は、種々の用途の処理装置に組み込まれたり、適切な態様で構成されたりし得る。例えば、密封包装された食品の加熱殺菌のために用いられる場合には、マイクロ波照射装置1は、密封包装された食品である被照射物90が加圧されたり、殺菌のために必要な時間保温されたりするように構成された装置内に組み込まれることになる。その他、マイクロ波照射装置1は、食品を包装容器に収容し、この包装容器を密閉することで包装容器食品とすることと、マイクロ波照射装置1を用いて、この包装容器食品を加熱することとを含む食品の製造に用いられ得る。
[Applications of microwave irradiation equipment]
The microwave irradiation device 1 according to each of the embodiments described above can be incorporated into processing devices for various uses or configured in an appropriate manner. For example, when used for heat sterilization of hermetically packaged food, the microwave irradiation device 1 may be used to apply pressure to the irradiated object 90, which is the hermetically packaged food, or for a period of time required for sterilization. It will be incorporated into a device that is configured to maintain heat. In addition, the microwave irradiation device 1 is capable of storing food in a packaging container and sealing the packaging container to produce a packaged food, and using the microwave irradiation device 1 to heat this packaging container food. It can be used in the production of foods containing.

また、マイクロ波照射装置1による加熱の対象物92、すなわち、マイクロ波照射装置1がマイクロ波を照射する被照射物90は、殺菌を目的とした食品に限らない。対象物92は、被解凍物としての冷凍食品であり、マイクロ波照射装置1は、冷凍食品の解凍のために用いられてもよい。また、加熱の対象物92は、食品に限らない。例えば、対象物92は、凍結保存された細胞であり、マイクロ波照射装置1は、凍結保存された細胞の解凍のために用いられてもよい。また、対象物92は、加熱によってガス化、合成、分解等される各種反応物質であり、マイクロ波照射装置1は、各種反応物質のガス化、合成、分解等のために用いられてもよい。このように、マイクロ波照射装置1がマイクロ波を照射する被照射物90は種々あり得、どのようなものであってもよいし、マイクロ波照射装置1の用途もそれに応じてどのようなものであってもよい。 Further, the object 92 to be heated by the microwave irradiation device 1, that is, the object 90 to be irradiated with microwaves by the microwave irradiation device 1 is not limited to food for the purpose of sterilization. The target object 92 is a frozen food as an object to be thawed, and the microwave irradiation device 1 may be used for thawing the frozen food. Furthermore, the object to be heated 92 is not limited to food. For example, the object 92 may be cryopreserved cells, and the microwave irradiation device 1 may be used to thaw the cryopreserved cells. Further, the target object 92 is various reactive substances that are gasified, synthesized, decomposed, etc. by heating, and the microwave irradiation device 1 may be used for gasification, synthesis, decomposition, etc. of various reactive substances. . In this way, there can be various types of irradiated objects 90 to which the microwave irradiation device 1 irradiates microwaves. It may be.

以上、本発明について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、前述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることはいうまでもない。 Although the present invention has been described above by showing preferred embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made within the scope of the present invention. Nor.

1:マイクロ波照射装置
2:上昇加熱ユニット、3:降下加熱ユニット
10:発振器、20:給電器具、31:熱画像カメラ、80:金属筐体、82:保護カバー
40:アンテナ、41:第1ループアンテナ、42:第2ループアンテナ
52:導線、53:給電点、54:開口面、55:照射面、56:照射源、57:照射軸
70:搬送装置、71:搬入コンベア、72:上昇コンベア、72a:コンベア、72b:フィンガー、73:移載コンベア、74:降下コンベア、75:搬出コンベア
90:被照射物、91:容器、92:対象物、96:直方体、97:薄肉方向形成面、98:薄肉方向

1: Microwave irradiation device 2: Rising heating unit, 3: Falling heating unit 10: Oscillator, 20: Power supply device, 31: Thermal image camera, 80: Metal casing, 82: Protective cover 40: Antenna, 41: First Loop antenna, 42: Second loop antenna 52: Conductor, 53: Feeding point, 54: Opening surface, 55: Irradiation surface, 56: Irradiation source, 57: Irradiation axis 70: Conveyance device, 71: Carrying-in conveyor, 72: Elevation Conveyor, 72a: Conveyor, 72b: Finger, 73: Transfer conveyor, 74: Descending conveyor, 75: Unloading conveyor 90: Irradiated object, 91: Container, 92: Target object, 96: Rectangular parallelepiped, 97: Thin wall direction forming surface , 98: Thin wall direction

Claims (14)

マイクロ波放射部から照射軸に沿ってマイクロ波を放射させることと、
前記照射軸に対して対象物の厚肉方向が傾いた状態で、前記対象物と前記マイクロ波放射部との相対的な位置関係を前記照射軸に沿って変化させることと
を含むマイクロ波の照射方法。
radiating microwaves along an irradiation axis from a microwave radiating section;
changing the relative positional relationship between the object and the microwave radiating section along the irradiation axis in a state where the thickness direction of the object is inclined with respect to the irradiation axis. Irradiation method.
前記位置関係を変化させることは、前記照射軸が前記対象物に関する2つの薄肉方向形成面を貫通する状態で前記位置関係を変化させることを含む、請求項1に記載の照射方法。 The irradiation method according to claim 1, wherein changing the positional relationship includes changing the positional relationship in a state where the irradiation axis passes through two thinning direction forming surfaces regarding the target object. 前記マイクロ波を放射させることは、給電器具を介した導通により発振器からアンテナに給電し、前記アンテナの照射面内の照射源から前記照射軸に沿ってマイクロ波を放射させることを含む、請求項1又は2に記載の照射方法。 Claim: 2. Emitting the microwave includes feeding power from an oscillator to the antenna by conduction through a power feeding device, and radiating the microwave from an irradiation source in an irradiation surface of the antenna along the irradiation axis. The irradiation method according to 1 or 2. 前記アンテナは、ループアンテナであり、
前記位置関係を変化させることは、前記対象物が前記ループアンテナの開口面を通過することを含む、請求項3に記載の照射方法。
The antenna is a loop antenna,
4. The irradiation method according to claim 3, wherein changing the positional relationship includes causing the object to pass through an aperture of the loop antenna.
前記位置関係を変化させることは、前記対象物と前記マイクロ波放射部との少なくとも何れか一方を鉛直方向に移動させることを含む、請求項1又は2に記載の照射方法。 The irradiation method according to claim 1 or 2, wherein changing the positional relationship includes moving at least one of the target object and the microwave radiating section in a vertical direction. 請求項1又は2に記載の照射方法によって前記対象物に前記マイクロ波を照射して、前記対象物を加熱することを含む、加熱方法。 A heating method comprising heating the object by irradiating the object with the microwave using the irradiation method according to claim 1 or 2. 請求項6に記載の加熱方法によって、食品である前記対象物を加熱することを含む、食品の製造方法。 A method for manufacturing a food product, comprising heating the object, which is a food product, by the heating method according to claim 6. 照射軸に沿ってマイクロ波を放射するように構成されたマイクロ波放射部と、
前記照射軸に対して対象物の厚肉方向が傾いた状態で、前記対象物を前記照射軸に沿って移動させるように構成された搬送装置と
を備えるマイクロ波照射装置。
a microwave radiator configured to radiate microwaves along an irradiation axis;
and a conveying device configured to move the target object along the irradiation axis in a state where the thickness direction of the target object is inclined with respect to the irradiation axis.
前記搬送装置は、前記対象物を鉛直方向に搬送するように構成されている、請求項8に記載のマイクロ波照射装置。 The microwave irradiation device according to claim 8, wherein the conveyance device is configured to convey the object in a vertical direction. 前記搬送装置は、前記照射軸が前記対象物に関する2つの薄肉方向形成面を貫通する状態で、前記対象物を前記照射軸に沿って移動させるように構成されている、請求項8又は9に記載のマイクロ波照射装置。 According to claim 8 or 9, the conveyance device is configured to move the object along the irradiation axis in a state where the irradiation axis passes through two thinner direction forming surfaces regarding the object. The microwave irradiation device described. 前記マイクロ波放射部は、発振器と導通するように構成された給電器具を介した導通による給電によって、マイクロ波を放射するように構成されたループアンテナを含む、請求項8又は9に記載のマイクロ波照射装置。 The microwave according to claim 8 or 9, wherein the microwave radiating section includes a loop antenna configured to radiate microwaves by supplying power by conduction via a power supply device configured to conduct with the oscillator. Wave irradiation device. 前記搬送装置は、前記対象物を前記ループアンテナの開口面を通過させるように構成されている、請求項11に記載のマイクロ波照射装置。 The microwave irradiation device according to claim 11, wherein the conveyance device is configured to cause the object to pass through an aperture of the loop antenna. 鉛直方向に設けられた照射軸に沿ってマイクロ波を放射するマイクロ波放射部と、
対象物を前記照射軸に沿って鉛直方向に搬送する搬送装置と
を備えるマイクロ波照射装置。
a microwave radiator that radiates microwaves along an irradiation axis provided in the vertical direction;
A microwave irradiation device comprising: a conveying device that conveys a target object in a vertical direction along the irradiation axis.
前記マイクロ波放射部は、発振器と導通するように構成された給電器具を介した導通による給電によって、マイクロ波を放射するように構成されたループアンテナを含み、
前記搬送装置は、前記対象物を前記ループアンテナの開口面を通過させるように構成されている、
請求項13に記載のマイクロ波照射装置。

The microwave radiating unit includes a loop antenna configured to radiate microwaves by supplying power by conduction via a power supply device configured to conduct with the oscillator,
The conveyance device is configured to cause the object to pass through an aperture of the loop antenna.
The microwave irradiation device according to claim 13.

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