JP3817382B2 - Microwave heating device - Google Patents
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- Control Of High-Frequency Heating Circuits (AREA)
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波利用機器であるマグネトロン応用装置に係わり、特に、マグネトロンを用いた加熱装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、マグネトロン応用装置として、電子レンジ等の加熱装置がある。
【0003】
マグネトロンにより発生されたマイクロ波(高周波)を用いて物を加熱することは、加熱効率が良い。そのため、マグネトロンを使ったマイクロ波加熱装置は、家庭用の電子レンジの他に、産業用としても用いられている。
【0004】
図11に、マグネトロンが電子レンジに使用された場合の概念図を示す。同図において、1は電子レンジの加熱用筐体(オーブン)、302はドア、3は被加熱物、5はマグネトロン、5aはマグネトロンのアンテナ、8はマグネトロンを動作させるための電源、307はファン、308はファンにより発生させられた冷却風、6はマグネトロンで発生した高周波電力を加熱用筐体内に導く導波管、4は供給された高周波電力を拡散するためのスターラである。
【0005】
被加熱物3はドア302から加熱用筐体1内にセットされる。
【0006】
マグネトロン5で発生したマイクロ波はアンテナ5aから放射され、導波管6を通して被加熱物3のある加熱用筐体1内に供給される。この時マグネトロン5は熱を発するため、冷却風308がファン307によってマグネトロン5に送られる。加熱用筐体1内に供給されたマイクロ波電力は、被加熱物3が均一に加熱されるようにスターラ4によって拡散される。
【0007】
また、一般的な熱処理には、熱水中に被加熱物を浸す熱処理方法、熱水を加熱用筐体内にスプレーノズルから噴霧する熱処理方法、被加熱物の入った加熱筐体内を高温の蒸気で満たす加熱処理方法等がある。
【0008】
さらに、実公昭60−8710号公報、実公昭60−21975号公報には、高圧に制御した加熱室にマイクロ波を照射する加熱殺菌装置が開示されている。また均一に加熱させる手段であるスターラ等が開示されている。
【0009】
しかしながら、上記公報の加熱殺菌装置は、被加熱物の温度検出ができないため密閉包装の無い状態で加熱して予め温度と時間の関係を調べておき、その温度データを利用して加圧条件を決める方法(実公昭60−8710)をとるか、密閉容器の温度を測定して加圧条件を決める方法(実公昭60−21975)などが採用されている。
【0010】
このようなマイクロ波加熱装置では実際の食品温度に対応する加圧条件に対しては十分な精度の圧力となっているとは言えない。食品の個体差やマイクロ波加熱の出力差、時間的変動、食品の位置変動など多くの変動要因があり、このため、密閉容器の内部、外部の圧力差が生じ、変形のために容器が損傷・破損を生じることもある。
【0011】
また、特公昭51−12133号公報、特公昭53−119183号公報、実公昭60−8710号公報、実公昭60−21975号公報は、単に、包装された被加熱物を内部加熱方式により加熱する際におこる容器の破裂を防ぐ為のものであり、加圧と同時に加熱温度を上昇させることについては考慮されていない。さらに均一に加熱させる手段に加わる応力、つまり加圧による摩擦の増大については何等考慮されていない。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電子レンジ等のマイクロ波加熱装置は次のような問題点を有している。
【0013】
加熱用筐体内の被加熱物は、マイクロ波を照射されることにより温度が上昇する。その後100℃に達すると、被加熱物の水分は蒸発をはじめる。被加熱物は、水分の蒸発による潜熱により照射されたエネルギーが奪われるため、なかなか100℃を超えて温度上昇しない。
【0014】
単に、食用に被加熱物を加熱するのみであれば100℃以上に温度を上昇させる必要はないが、殺菌を目的として被加熱物を加熱する場合には100℃以上の温度が必要な場合がある。
【0015】
例えば、レトルトパウチ詰め食品や魚肉ソーセージ等の殺菌には、耐熱菌の殺菌のため100〜140℃の高温殺菌処理が必要である。
【0016】
高温殺菌処理のために従来のマイクロ波加熱装置を用いれば、被加熱物の温度を十分に上げることができない。
【0017】
また、大きなマイクロ波電力を加熱用筐体内に注入して、強引に被加熱物の温度を上げた場合には、被加熱物から水分が抜けてしまう、という問題がある。
【0018】
また加圧によりスターラやターンテーブルなどのマイクロ波加熱を均一化する手段にも加圧による機械的負担がかかり動作が不安定となる問題が発生する。
【0019】
本発明はこの欠点を改善し被加熱物の高温殺菌を高い信頼性で迅速に行うものである。
【0020】
さらに、熱水中に被加熱物を浸す熱処理方法、加熱用筐体内に熱水をスプレーノズルから噴霧する熱処理方法、被加熱物の入った加熱筐体内を高温の蒸気で満たす熱処理方法等の熱処理方法がある。このような熱処理方法では、被加熱物の表面から熱が伝わるため表面と内部とに温度差が生じる。また加熱するのに時間がかかる等の問題がある。被加熱物の表面部分は長時間高温にさらされるため、被加熱物が変質することがある。
【0021】
本発明は、かかる問題点を解決するもので、その目的は、簡単な構成手段により、少ないエネルギーで、短時間に加熱処理できるマグネトロン応用装置を提供することにある。
【0022】
また、本発明の他の目的は、被加熱物の高温殺菌を高い信頼性で迅速に行うマグネトロン応用装置を提供することにある。
【0023】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明によるマイクロ波加熱装置は、内部に被加熱物を収容する加熱用筐体部と、加熱用筐体の内部にマイクロ波電力を供給するためのマイクロ波電力供給部と、加熱用筐体の内部を高圧にするための加圧系統部とを有する。
【0024】
さらに、被加熱物を入れる加熱用筐体を密閉構造とし、これに加圧装置により大気圧以上の圧力をかけながらマイクロ波加熱を行う構成とする。また、マイクロ波加熱を均一に行うための均一化手段を加熱用筐体内に有すると共にそれを駆動する駆動部分を加熱用筐体とは別な密閉構造とし、加熱用筐体内の圧力よりも幾分か高くなる状態に加圧せしめる。
【0025】
被加熱物を入れる加熱用筐体を密閉構造とし、これに加圧装置により大気圧以上の圧力をかけながらマイクロ波加熱を行う構成とするとともに、被加熱物の包装の変形を検知するセンサーを設け、被加熱物の雰囲気を加圧する際に、マイクロ波加熱による被加熱物、特に包装部の変形をモニターし、必要以上に包装部が変形しないように加圧圧力を制御する。
【0026】
前記手段によれば、加熱用筐体内の圧力を高くしてマイクロ波加熱を行うので、被加熱物の水分の蒸発を抑制した状態で、被加熱物をマイクロ波を用いて100℃より高い温度で熱処理できる。
【0027】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態において、内部に被加熱物を収容する加熱用筐体部と、加熱用筐体の内部にマイクロ波電力を供給するためのマイクロ波電力供給部と、加熱用筐体の内部を高圧にするための加圧系統部とを有するマイクロ波加熱装置である。
【0028】
さらに、上記構成に加え以下の構成を夫々有するマイクロ波加熱装置である。
【0029】
(1)被加熱物をマイクロ波加熱を行うに際して、マイクロ波加熱中に被加熱物の周囲の雰囲気の圧力を大気圧より高くする。
【0030】
(2)加熱用筐体の内部に照射されたマイクロ波を分散させる分散手段を有し、分散手段の駆動部は加圧室部に配置され、分散手段を駆動する部分の配置された加圧室部の圧力を大気圧より高する。
【0031】
(3)加熱用筐体の内部に配設された被加熱物を回転させる回転手段を有し、回転手段の駆動部は加圧室部に配置され、回転手段を駆動する部分の配置された加圧室部の圧力を大気圧より高する。
【0032】
(4)マイクロ波照射の時間又は強度を変化させる手段を備える。
【0033】
(5)加熱用筐体の一部に圧力センサと、温度または湿度センサとを有し、大気圧より高い圧力の状態で被加熱物をマイクロ波加熱し、加熱筐体内の湿度が急増する段階でマイクロ波加熱を終了するよう制御する手段を有する。
【0034】
(6)加熱用筐体の一部に位置センサや形状センサを配置し、被加熱物の位置や形状を監視しながらマイクロ波加熱をおこなう。
【0035】
(7)マイクロ波手段として複数の加熱筐体を用意し、順次被加熱物を加熱処理する。
【0036】
(8)マイクロ波加熱に先立ち又はマイクロ波加熱と同時に、高温蒸気や電気ヒータにより被加熱物の周囲を加熱する手段を有する。
【0037】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【0038】
図1は、本発明に係わるマイクロ波加熱装置の一実施例を示す断面図である。
【0039】
図1において、1は加熱用筐体、1aは上部筐体、1bは下部筐体、1cは上部筐体1aと下部筐体1bの合わせ目、2はトレイ、3は被加熱物、4は供給された高周波電力を拡散するためのスターラ、5はマグネトロン、5aはマグネトロンのアンテナ、6はマグネトロンで発生した高周波電力を加熱用筐体内に導く導波管、7はガス排出部、8はマグネトロンを動作させるための電源、9は誘電体、10は加圧系統部、10aは加圧気体供給用パイプ、10bは穴部、13は温度センサー、14は圧力センサー、15は位置センサー、16はチョークである。
【0040】
マグネトロン5で発生したマイクロ波はアンテナ5aから発射され、導波管6を通して被加熱物3のある加熱用筐体1内に供給される。この時マグネトロン5は熱を発するため、冷却風がファンによってマグネトロン5に送られる。加熱用筐体1内に供給されたマイクロ波電力は、被加熱物3が均一に加熱されるようにスターラ4によって拡散される。
【0041】
加熱用筐体1は内側が金属の上部筐体1aと下部筐体1bからなり、これらを上下合せた際にその合わせ目1cは、マイクロ波の漏洩が規制内に留まるような構造とし、マイクロ波漏洩を防止している。また、図1のマイクロ波加熱装置は、内部を高圧にするため、機密性を良くするように配慮した構造とされている。
【0042】
電波を反射するため金属板で形成されたスターラ4は、被加熱物を均一に加熱するための第1の均一化手段であり、金属もしくはプラスチックなどの棒体4aにより支持され、駆動装置であるモータ4bにより回転するように構成されている。
【0043】
ガラスやセラミックからなるトレイ2は被加熱物3を支持するための支持体であり、被加熱物3を均一に加熱するための第2の均一化手段である。またトレイ2はセラミックもしくは金属からなる支持棒2aにより加熱用筐体1の適当な位置に被加熱物を支持している。さらに支持棒2aは駆動装置であるモータ2bに連結され、モータ2bの回転をトレイ2に伝えている。この実施例では、トレイ2を回転させているが、上下又は左右の移動でも良い。被加熱物3を移動させながら加熱する目的は、被加熱物3をむら無く加熱するためであって、むら無く加熱できれば被加熱物3を移動させる必要はない。
【0044】
マイクロ波電力を発生する電子管マグネトロン5は、アンテナ5aからマイクロ波電力が放射され、マイクロ波電力は加熱用筐体1に接続された導波管6を介して加熱用筐体1の内部に照射される。
【0045】
セラミックやテフロンなどから成る誘電体9は、加熱用筐体1の内部空間からアンテナ5aの配置された導波管を隔離するための壁である。また誘電体9は、加熱用筐体1の内部の蒸気からマグネトロン5のアンテナ5aを遮断し、腐蝕や汚れ、圧力による変形、破損を防止するように構成されている。誘電体9は、銀ろう等により加熱用筐体に固着され、またはゴム等のオーリングを介して加熱用筐体1に密着している。
【0046】
マグネトロン5を動作させるには高電圧電源や陰極加熱用の低電圧電源が必要である。電源部8は高電圧ケーブル8aによりマグネトロンに接続されている。また、マグネトロンの陽極部は高温となりこれを冷却するため、強制的に冷却される。図1では冷却方法を省略してある。
【0047】
加熱用筐体1は機密性を良くするように配慮した構造なっている。
【0048】
加熱用筐体の外部には、空気などの気体を送り込み、加熱用筐体内を高圧にするための加圧系統部10を有する。この加圧気体は加圧気体供給用パイプ10aにより加熱用筐体1に設けられた穴部10bから筐体内部に導かれる。図1において、穴部10bは下部筐体1bに設けてあるが、上部筐体1aに設けてもよい。また、穴部10bは、マグネトロンより発射されたマイクロ波を通過させない程度の径をもつ穴である。さらに穴部10bは、加熱用筐体1の容量に合わせて複数個設けてもよく、このように構成することで、マイクロ波を加熱筐体1内から漏洩させることなく、大量の気体を加熱筐体1内に送り込むことができる。
【0049】
ガス排出部7は、加熱用筐体1内の圧力を高めるために使用された気体を排出するための穴であり、ガス排出制御装置に接続されている。また、ガス排出部7は、マグネトロンより放射されたマイクロ波を通過させない程度の径をもつ穴である。さらにガス排出部7は、複数個設けてもよく、このように構成することで、マイクロ波を加熱筐体1内から漏洩させることなく、大量の気体を加熱筐体1内から排出することができる。
【0050】
図1に記載のマイクロ波加熱装置では、上部筐体1aと下部筐体1bが分離し、被加熱物3がトレイ2に配設され、上部筐体1aと下部筐体1bを密着し、その後に加圧系統部10を作動させて高圧空気や高圧窒素などのガス体が加熱用筐体内部に送られ、加熱用筐体内部の圧力が上昇する。
【0051】
一方、マイクロ波電力はマグネトロン5から導波管6により加熱用筐体内部に送られて被加熱物3に照射されマイクロ波加熱が行われる。上部筐体1aと下部筐体1bとの合せ目1cはマイクロ波が漏洩しないように4分の1波長のチョーク16が設けられている。チョーク16は外部への漏洩マイクロ波の進行方向、すなわち加熱用筐体を形成する側壁の厚さ方向に対し垂直な方向に設置される。
【0052】
図1に示したチョーク16の加熱用筐体を形成する側壁の厚さ方向に対し垂直な方向の幅、つまり図1におけるチョーク16の高さはマグネトロンから発射されたマイクロ波の4分の1波長である。また、チョーク16は上部筐体1aに全周にわたり形成され、マイクロ波の漏洩を防止している。
【0053】
図1ではチョーク16を上部筐体1aに設けたが、下部筐体1bに設けてもよい。また、図1では加熱用筐体を上下に分割したが、加熱筐体を左右分割する場合は、チョークの水平方向幅をマイクロ波の4分の1波長にすればよい。さらに、チョーク16の代わりにガスケットを用いてもよい。
【0054】
圧力センサ14は被加熱物の雰囲気の圧力をモニターし、温度センサ13は放射温度計などから成り、加熱用筐体1に取り付けられ被加熱物の温度又は加熱用筐体内の温度を検出する。なお、温度センサ13は湿度センサでも良く、必要に応じ温度及び湿度センサの両方を具備してもよい。
【0055】
温度センサ及び湿度センサ13,圧力センサ14,位置センサ15等の複数のセンサを加熱用筐体1の内部に設置し、計測したデータに基づき、加熱用筐体1内の圧力の調整やマイクロ波電力の調整が可能となる。位置センサ15は、センサから被加熱物の包装までの距離を検知して圧力条件やマイクロ波出力を制御する。
【0056】
本実施例によれば、高圧中で加熱するため被加熱物3はその温度が100℃を越えても内部の水分が蒸発せず、殺菌に必要な温度まで加熱することが可能となる。
【0057】
例えば水の沸点は、1気圧(atm)で100℃、2気圧で121℃、3気圧で134℃、4気圧で144℃、5気圧で152℃、6気圧で160℃である。
【0058】
加熱用筐体内の圧力を制御することにより各気圧下での水の沸点迄の加熱が可能となる。
【0059】
特に被加熱を殺菌するためには120℃以上にしなければならず、2気圧を超えて加圧する必要がある。
【0060】
例えばボツリヌス菌は105℃以上の加熱処理が必要であるため、加熱用筐体内を2気圧にすれば熱処理が可能である。
【0061】
また例えば芽胞菌は120℃以上の熱処理が必要であるため、2気圧あれば熱処理が可能である。しかしながら、2気圧では水の沸点が121℃のため、1℃の制御誤差で被加熱物の水分が蒸発してしまう。そのため、好ましくは、加熱用筐体内を2気圧を超えた圧力とするとよい。
【0062】
殺菌の為の加熱処理の場合は、より好ましくは、加熱用筐体内の圧力を4気圧とすることで140℃の加熱がマイクロ波加熱によりできるようになり、確実に殺菌することができる。この場合は時間も短縮できるので被加熱物の変質をより小さくすることができる。
【0063】
また、密封包装された被加熱物を加熱する場合は、加熱中でも加熱用筐体内の圧力は密封包装内よりも高い。すなわち、密封包装内の気圧より加熱用筐体内の気圧は常に高い。このようにすることで、密封状態のものを破裂させずに、高温で加熱することができる。
【0064】
マイクロ波を使用するため、被加熱物が直接誘電加熱されるので極めて効率良く、また内部からの発熱があり、迅速な殺菌処理を行うことができる。変質と水分の消失も少なく被加熱物の品位も劣化させないため、特に食品の加熱処理に適している。
【0065】
なお、マイクロ波電力は、加熱用筐体1内の圧力を上昇させた後、被加熱物に照射する。このような構成とすることで、急速な加熱が可能となり、被加熱物を短い時間で高温にすることができる。
【0066】
また、マイクロ波電力は、加熱用筐体1内の圧力を上昇させながら、同時に被加熱物に照射してもよい。このような構成では、被加熱物の温度上昇と共に被加熱物の雰囲気の圧力が上昇するため、被加熱物は加熱用筐体内を加圧したことによる圧力により変形しない。このような方法は密封包装した被加熱物に有効であり、被加熱物の変形、破損を防ぐことができる。
【0067】
次にマグネトロンの動作部を図2を用いて説明する。
【0068】
図2はマグネトロンの断面構造を示す。陰極フィラメント101の回りには、複数の陽極ベイン102が放射状に形成されている。この複数の陽極ベイン102は、陽極シリンダー103とろう付等で固着されているか、あるいは、陽極ベイン102は、押出し成型等により、陽極シリンダー103と一体に形成されている。
【0069】
陽極シリンダーの上下には円筒状の永久磁石104が設置されている。磁石104からの磁束は、磁極105を通って、陰極フィラメントと陽極ベイン間に形成される作用空間に対し上下方向に必要な直流磁界を発生させる。ヨーク106は、永久磁石の磁束を通すものである。
【0070】
陰極フィラメントから放出された電子は、直流磁界の影響を受けて円運動しながら、各陽極ベインに、高周波の電位を形成する。
【0071】
陽極ベイン102は、シリンダー103の内壁から中心方向に設けられており、中心を通る軸線から見て、放射状に配置される。
【0072】
この陽極ベイン102は、径の異なる2つの環状体からなる第1のストラップリングと、第2のストラップリングによって、1つおきに結ばれている。
【0073】
図2の陽極ベイン102のうちの1枚には、マイクロ波を導くためのアンテナリード107が銀ろう付等により付設されている。
【0074】
ベイン102に植設されたアンテナリ−ド107は、陽極シリンダ−103の一方の開口側に内封された磁極105を挿通し、封止金属141のほぼ中央を通る。封止金属141の端部には、気密封着する円筒状絶縁体111があり、円筒状絶縁体111の一方の端部に排気管109の外周とろう付けされたカップ状の排気管サポ−ト112が、ろう付けされている。
【0075】
排気管108は、マグネトロン管内を真空排気したあと、アンテナリ−ド107と共に封止切り、アンテナカバ−110を排気管サポ−ト112に圧入固定して、その先端を保護する。ここで、排気管108とアンテナリ−ド107を封止切ることによって形成された凹部は、不要輻射を阻止するためのチョ−ク部109となっている。
【0076】
図2のマグネトロンは排気管108とアンテナリードとを共に封止切る形状であるが、マイクロ波発振部にドーム状のセラミックを用いたマグネトロンでもよい。
【0077】
電子を発生させる陰極フィラメント101は、一般には酸化トリウム(ThO2)を微量含むタングステンが用いられる。電子放射特性を向上させるため、陰極フィラメント表面には、炭化層(W2C)が形成されている。陰極フィラメント101は上側エンドシールド121および、下側エンドシールド122との高融点ろう材、例えばルテニウム・モリブデン共晶合金等によって係合し、支持されている。
【0078】
上側エンドシールド121および下側エンドシールド122は、各々、陰極リード123および124によって支持されている。これらのエンドシールド、および陰極リードは、耐熱性、加工性の観点から、一般にはMoが用いられている。
【0079】
2本の陰極リードは、入力側セラミック125によって支持されている。陰極リード123及び124は、陰極端子126とともに入力側セラミックに真空気密を保つように銀ろう付けされている。
【0080】
マグネトロンに振動、衝撃等が加わると陰極リード123及び124が振動し、しかも、その振動の仕方が陰極リード123,124で異なるために、陰極フィラメント101に機械的なストレスを生じさせ、陰極フィラメント1の断線をひきおこすことがある。これを防止するためにスペーサ127が用いられる。このスペーサの効果によって、陰極リードが振動しても、その振動による陰極リード123と124の動きはほとんど同一になるため、陰極フィラメントに加わるストレスを小さくすることができる。スリーブ128は、スペーサ127を所定の位置に支持するためのものである。
【0081】
陰極端子126はチョークコイル131と接続し、チョークコイル131は、入力部のケース133を取り付ける貫通コンデンサ132と接続され、貫通コンデンサは電源と接続する。陰極端子126とチョークコイル131とは一般には溶接によって接続され、又、チョークコイル131と貫通コンデンサ132も一般には溶接によって接続される。ここで、チョークコイル131と、貫通コンデンサ132とは、マグネトロン内部から、電源側を見た場合の、ローパスフィルターを形成する。陰極フィラメントと陽極との間の作用空間に発生したマイクロ波が、陰極フィラメントおよび陰極リードを通して、外部に放射されるのを防止するためである。
【0082】
各々の陰極リードはチョークコイルと直列に接続され、チョークコイルの他端はコンデンサを介してアースと対向する。
【0083】
入力部のケース133は、蓋体134によって密閉され、マイクロ波が外部に放射されるのを防止する。
【0084】
入力側セラミック125は、シール部品142を介して、陽極シリンダー103と真空気密を保って係合し、出力側セラミック111は、シール部品104を介して、陽極シリンダー103と、真空気密を保って係合している。
【0085】
ヨーク144は、金属ガスケット143を介して、シール部品141と電気的に接続され、シール部品141は、陽極シリンダーと同電位となっており、したがって、ヨーク144は、陽極シリンダーと同電位となっている。
【0086】
ヨーク144とヨーク106は、一般にはかしめによって接続されている。
【0087】
マグネトロンの陽極は、陰極フィラメント101からの熱輻射、電子が陽極ベイン102に衝突することによる発熱等により、高温になる。陽極が高温になると、磁石の磁気特性を変化させたり、マグネトロンの周辺機器に悪影響を及ぼす等の弊害を生ずる。冷却フィン145は、この問題を対策するために設けられている。一般には、マグネトロン動作時は、電子レンジ等に設置されたファンによって、冷却フィンに冷却風が送られる。図2には空冷の実施例を記載したが、冷却フィン145にかえて、中に液が通った管を陽極シリンダーに接触させ、液を循環させて冷却させる液冷式としてもよい。
【0088】
図3に、マグネトロンを駆動する駆動回路の例を示す。
【0089】
同図において、231がマグネトロンである。スイッチング電源装置に直流電力を供給する直流電源は、商用交流電源203と、全波整流器から構成されている。
【0090】
整流器の直流出力端子には、リアクタとキャパシタで構成されたフィルタが接続されているが、このフィルタは、整流電流を平滑するためでなく、発振電流に含まれる高周波雑音が、交流電源側を通して洩れるのを防ぎ、これによって妨害波の発生を避けるためである。
【0091】
スイッチング装置は、トランジスタ211を備え、オン信号発生回路、駆動回路によって、オン−オフ動作を繰り返す。スイッチング装置は、トランジスタ211に逆並列に接続されたダンパダイオード215および並列に接続された共振用キャパシタ213を備えている。
【0092】
電源装置は一次巻線219と、三つの二次巻線221,223,225を持つ昇圧トランスを有している。一次巻線219は、スイッチング装置を介してフィルタと接続され、直列共振回路がキャパシタ213と一次巻線219によって構成される。
【0093】
二次巻線221は、キャパシタと高圧ダイオードよりなる倍電圧整流器を通してマグネトロン231に接続される。電流検出機233はマグネトロン231を流れる負荷電流を検出するために用いられている。
【0094】
二次巻線225は、マグネトロン231の陰極を加熱するために設けられ、さらに他の二次巻線223は、出力のフィ−ドバック用の電圧を作るためのものである。また、二次巻線224は、整流して、制御回路などへの電源として用いられる。
【0095】
図4は本発明の他の実施例を示す断面図である。図1と同じ部位には同じ番号を付してある。
【0096】
トレイ2を支えて回転させる支持棒2aとモータ2bの外側には金属もしくはプラスチックからなるカバー11が配設されている。カバー11内部は下部加圧室を形成し、下部加圧室は加熱用筐体1の内部と同等の圧力が加えられても耐え得るようにしてある。
【0097】
また、スターラ4を支持し回転させる棒体4aとモータ4bの外側には金属もしくはプラスチックからなるカバー12が配設され、カバー12の内部は上部加圧室を形成し、上部加圧室は加熱用筐体1の内部と同等の圧力が加えられても耐え得る。
【0098】
また図4は加熱用筐体1に被加熱物3の温度を検出するための温度センサー13、被加熱物3の雰囲気圧力を検出するための圧力センサー14が設けられていると共に、加熱用筐体1の内部の加圧ガス体を排出制御するためのガス排出制御装置に繋がるガス排出部7が設けられている。
【0099】
加圧系統部10からの加圧気体は、一旦、筐体10cに導かれる。その後、筐体10cに接続された3本の加圧気体供給用パイプ10aにより下部筐体1b、上部加圧室、下部加圧室に導かれる。この加圧気体により加熱用筐体1の内部を加圧すると同時に上部加圧室、下部加圧室をも加圧する。
【0100】
被加熱物3を入れる加熱用筐体1を密閉構造とし、これに加圧装置により大気圧以上の圧力をかけながらマイクロ波加熱を行う。また、マイクロ波加熱を均一に行うための均一化手段を加熱用筐体内に有すると共に、それを駆動する駆動部分を加熱用筐体とは別な密閉構造である加圧室部とし、加熱用筐体内の圧力よりも幾分か高くなる状態に加圧することにより、加熱用筐体内の気圧が下がることを防止している。
【0101】
駆動装置のある加圧室の圧力を加熱用筐体の圧力より高くするためには、ガス排出部7から加熱筐体内のガスを抜きつつ加熱すればよい。
【0102】
加熱用筐体内のガス適当量を排出せしめながら運転することにより前記加熱用筐体内の圧力を加圧室の圧力よりわずかに低くできる。
【0103】
加熱用筐体1の内部の加圧ガス体はガス排出部7から適当な量が排出されているため、加熱用筐体1の内部の圧力は上下の加圧室11、12内の圧力よりわずかながら低下する。このため、被加熱物から発生する水蒸気はガス排出部7より排出され、上下加圧室内はより圧力が高く保たれる関係で水蒸気分が上下加圧室内のモータなどマイクロ波加熱均一化手段の駆動部に浸入することがない。この結果、モーターの電気的絶縁の劣化や腐食の発生などが抑制され、動作信頼性向上やより長期間の運転が可能となる。
【0104】
加圧系統部10と加熱用筐体1,上部加圧室,下部加圧室とを繋ぐ穴部は、マグネトロンより発射されたマイクロ波を通過させない程度の径をもつ穴である。さらに穴部は、複数個設けてもよく、このように構成することで、マイクロ波を加熱筐体1内から漏洩させることなく、大量の気体を加熱筐体1内,上部加圧室内,下部加圧室内に送り込むことができる。
【0105】
このため、加熱用筐体1を貫通する支持棒2aや棒体4aの貫通部からガス体が漏洩することがなく、加熱筐体内の圧力を一定に保つことができ、また加熱筐体内の圧力の低下を防止することができる。
【0106】
図4のマイクロ波加熱装置にいおいては、加熱用筐体1の支持棒2a貫通部に特別な気密対策を施す必要が無い。また、この貫通部からのガス体の流失が少なくなるように構造面の工夫の必要が無い。
【0107】
また、加熱用筐体1内の加圧により回転のためのトルクが大きくなる。図4のマイクロ波加熱装置によれば、モータ又は回転部の負担を軽減できる。
【0108】
この現象は4のスターラについても同様であり、図4のマイクロ波加熱装置によれば、加圧による摩擦の増大や位置の移動により棒体4aとモータ4bによるスターラの回転部の問題を軽減できる。すなわち、圧力で摩擦が増えて短寿命となる問題の発生も極めて少なくなる。
【0109】
図5は本発明のさらに他の実施例を示す断面図である。図4と同じ部位には同じ番号を付してある。
【0110】
図5において、10dは上部加圧室および下部加圧室と加熱筐体とを貫通する貫通穴である。貫通穴10dは、加圧気体が加熱用筐体1から上部加圧室および下部加圧室に抜けるように形成されている。このため加圧気体供給用パイプを簡略化することができる。
【0111】
上部加圧室および下部加圧室と加熱筐体とを貫通する貫通穴は、マグネトロンより発射されたマイクロ波を通過させない程度の径をもつ穴である。さらに貫通穴は、複数個設けてもよく、このように構成することで、マイクロ波を加熱筐体1内から漏洩させることなく、大量の気体を穴部10bを通じて加熱筐体1内に送り込むことができる。
【0112】
図5のマイクロ波加熱装置においては、加熱用筐体1を貫通している支持棒2aを加熱用筐体1と同じ気圧内に配置している。そのため加熱用筐体1の支持棒2aの貫通部に特別な気密対策を施す必要が無い。また、この貫通部からのガス体の流失が少なくなるように構造面の工夫の必要が無い。
【0113】
本発明の加熱装置において、必要にして十分な加熱がされているかどうかは、加熱用筐体内部の気体圧力が殺菌に必要な温度に達するための圧力で、水分の沸騰点を越えている状態であり、温度が殺菌に必要な値になっているかどうかである。この条件を確保するため、図1、図4、図5のマイクロ波加熱装置には加熱筐体1の壁部に圧力センサ、温度センサが取り付けられている。
【0114】
圧力センサの出力により加圧系統部10は制御されるとともにマグネトロン5およびその電源部8は温度センサの出力と圧力センサの出力の両方を考慮した動作制御を受ける。つまりある設定圧力で所定の温度が一定時間に亘って得られるように制御されるのである。
【0115】
また、ある温度に達したら加熱を終了する方法として、湿度センサーを加熱用筐体1の壁部に設け、加熱用筐体1の内部がある設定圧力値となっていて湿度センサの出力が急増した場合には設定温度に達したと判断してマイクロ波加熱を中止する方法も有効である。なお、本発明の装置は加圧気体中のマイクロ波加熱であり、図示していないが安全のため安全弁などの処置がとられる。
【0116】
図6は本発明のさらに他の実施例であり、図1と同じ部位には同じ番号を付してある。マイクロ波で効率よく加熱するため、省エネルギーの特徴を持ったマイクロ波加熱殺菌装置となるが、レトルト食品など密封包装された食品を対象とする場合には、食品温度を直接測定出来ないために、温度に対応した加圧を行う事が一般には困難となる。
【0117】
しかしながら本発明によれば、レトルト食品など密封包装された食品内と外部の圧力差が生じると容器が変形しようとするが、位置センサ15が容器の位置をモニターしており、変形しようとすると圧力もしくはマイクロ波出力を制御して変形をある範囲内に留めるように働く。
【0118】
このため、内部の食品の温度に適したコントロールが常に行われるので、包装の損傷や破裂を防止でき、殺菌に対しても十分な温度へのマイクロ波加熱ができるものである。
【0119】
例えば図9に示すように、被加熱物3の内圧と外圧の差が出ると包装の上部カバー3aは点線のように凸または凹に変形するが、位置センサ15で上部カバー3aの位置を検知して、その出力により制御をかける。
【0120】
包装内の食品温度が不明でも内圧が食品温度に対応して変わることから、圧力センサ14の値により実質的に食品温度を知ることができる。
【0121】
また位置センサ15は画像センサーを利用することで、被加熱物3が薄いプラスチック袋に入った状態でも、その全体外形変化を検知して制御を行うことができる。このような位置センサ15はより変形しやすい食品の加熱に適している。
【0122】
位置センサ15により、容器の変形具合を検知して雰囲気圧力やマイクロ波出力を制御するため、容器の変形を抑制することが可能となり、容器の損傷や破裂を防止することができる。
【0123】
図7はトレイ2の支持棒2aまたはスターラ4を支持する棒体4aの貫通部におけるマイクロ波の漏洩を防止するための構造を説明する要部断面図である。
【0124】
支持棒2aまたは棒体4aが金属により形成される場合は、その部分からマイクロ波が漏洩する可能性がある。
【0125】
加熱筐体1の支持棒2aまたは棒体4aの貫通部には凸部17を設けてある。
【0126】
図7の構成によれば支持棒2aまたは棒体4aが金属の場合、支持棒2aまたは棒体4aと凸部17によりコンデンサが形成され、マイクロ波がモータ2bまたはモータ4bのある空間に漏洩することを防止できる。
【0127】
また、支持棒2aまたは棒体4aが金属の場合は、その貫通穴部と凸部の内径と電波電搬を減衰させる寸法とし、寸法Hを十分大きくすれば、この空間からの電波漏洩を防ぐことができる。
【0128】
図8はトレイ2の支持棒2aまたはスターラ4を支持する棒体4aの貫通部におけるマイクロ波の漏洩を防止するための構造を説明する他の構成の要部断面図である。図7と同じ部位には同じ符号を付けてある。
【0129】
加熱筐体1の支持棒2aまたは棒体4aの貫通部にはチョーク18を設けてある。チョーク18の水平方向幅はマイクロ波の4分の1波長である。
【0130】
図8の構成によればチョーク18により、マイクロ波がモータ2bまたはモータ4bのある空間に漏洩することを防止できる。
【0131】
図9は本発明のさらに他の実施例を示す図である。図6と同じ部分には同じ番号をつけてある。
【0132】
マイクロ波加熱において均一加熱を行うためにスターラ4の形状を図6とは異なる形状とし、加熱用筐体1内のマイクロ波加熱の温度パターンを変えたものである。図9のマイクロ波加熱装置は、周辺で高温となる温度パターンとなるようにしてある。すなわち、通常ターンテーブルの中心軸上に位置する部分の被加熱物の温度が高くなるが、図9では中心軸上より外側で高温となるようにしてある。具体的には、スターラを角型の形状としてある。もちろんスターラ4の位置やターンテーブルの位置、マグネトロンの放射位置をかえてもよい。
【0133】
被加熱物の周辺を加熱する図9のマイクロ波加熱装置と、被加熱物の中心部を加熱するマイクロ波加熱装置の2種類のマイクロ波加熱装置を用い、被加熱物を順次加熱処理することで、確実に加熱処理むらの無い熱処理が可能となる。
【0134】
また、周辺部と中心部を2回に分けて加熱するため、無理に全体を加熱しなくてよい。つまり、加熱むらがあるからといって必要以上加熱する必要がない。
【0135】
このように異なったマイクロ波加熱装置を複数用いることにより、容易に加熱処理することができる。
【0136】
図10はさらに他の実施例を示す図である。図6と同じ部分には同じ番号をつけてある。同図中19はシーズヒータ等のヒータであり、加熱筐体1の側壁に支持部材19aにより取付けられている。
【0137】
マイクロ波加熱では内部から発熱するがその表面部は肉厚の包装容器3bに覆われている。発生した熱が容器3bに奪われて被加熱物3の表面温度が低下することを防ぐため、容器周辺をヒータ19により加熱する。
【0138】
図10のヒータ19は電気的に加熱するものであるが、高温の蒸気でもよい。
【0139】
ヒータの加熱のタイミングはマイクロ波加熱と同時でもよく、あるいは、容器の熱容量が大きい場合は、マイクロ波加熱に先立ってヒータにより加熱するとよい。もしくは、マイクロ波加熱装置に挿入する前に容器を加熱してもよい。
【0140】
なお、図9、図10は、被加熱物3の入った容器の上部3aの形状の変化を位置センサ15により測定し、測定結果を基にマイクロ波出力または加熱用筐体内の気圧を制御している。上部3aの点線部は容器の変形を示している。
【0141】
以上、殺菌を目的としたマイクロ波加熱装置につて述べたが、殺菌に限られるものではなく、100℃を超える加熱処理の必要な物に適用できることは言うまでもない。
【0142】
【発明の効果】
本発明によれば、食品などの被加熱物を収納した場所の雰囲気を加圧した状態でマイクロ波により加熱するため、100℃を越えても水分の蒸発が少なく、また蒸発熱で大きくエネルギーを失うこと無しに100℃以上の温度まで加熱することができる。レトルト食品の様な包装済みの食品においては食品温度検出が困難となるにも拘らず、温度に適した外部圧力に調整することができるもので、食品や包装の変形・損傷なしに殺菌に必要な温度までマイクロ波加熱を迅速に行う事ができるマイクロ波加熱装置を提供できる。
【0143】
また本発明によれば、マイクロ波加熱により被加熱物の蒸発熱で大きくエネルギーを失うことなしに100℃以上の温度まで加熱することができるため、信頼性の良好なマイクロ波加熱装置を提供できる。
【0144】
また本発明によれば、圧力の調整と合せてマイクロ波加熱時間や出力を設定することにより殺菌に必要な温度までマイクロ波加熱を迅速に行う事ができるため、被加熱物の高温殺菌を高い信頼性で迅速に行うことができる。
【0145】
食品を高速で殺菌できるため食品の変質がなく、食品の商品価値を損ねることがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のマイクロ波加熱装置の一実施例を示す断面図である。
【図2】本発明に関わるマグネトロンの断面図である。
【図3】本発明に関わるマイクロ波加熱装置のマグネトロンを駆動する電源回路図である。
【図4】本発明のマイクロ波加熱装置の他の実施例を示す断面図である。
【図5】本発明の実施例を示すマイクロ波加熱装置の断面図である。
【図6】本発明のマイクロ波加熱装置の他の実施例を示す断面図である。
【図7】本発明のマイクロ波加熱装置の他の実施例を示す要部断面図である。
【図8】本発明のマイクロ波加熱装置の他の実施例を示す要部断面図である。
【図9】本発明のマイクロ波加熱装置の他の実施例を示す断面図である。
【図10】本発明のマイクロ波加熱装置の他の実施例を示す断面図である。
【図11】従来のマイクロ波加熱装置を示す断面図である。
【符号の説明】
1 加熱用筐体
2 トレイ
3 被加熱物
4 スターラ
5 電子管マグネトロン
6 導波管
7 ガス排出部
10 加圧系統部
11,12 カバー
13 温度センサ
14 圧力センサ
15 位置センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetron application apparatus that is a high-frequency application device, and more particularly to a heating apparatus using a magnetron.
[0002]
[Prior art]
Generally, there is a heating device such as a microwave oven as a magnetron application device.
[0003]
Heating an object using microwaves (high frequency) generated by a magnetron has good heating efficiency. Therefore, the microwave heating apparatus using a magnetron is used not only for a microwave oven for home use but also for industrial use.
[0004]
FIG. 11 shows a conceptual diagram when the magnetron is used in a microwave oven. In the figure, 1 is a heating case (oven) for a microwave oven, 302 is a door, 3 is an object to be heated, 5 is a magnetron, 5a is a magnetron antenna, 8 is a power source for operating the magnetron, and 307 is a fan. 308 is a cooling air generated by a fan, 6 is a waveguide for guiding high-frequency power generated by the magnetron into the heating housing, and 4 is a stirrer for diffusing the supplied high-frequency power.
[0005]
The
[0006]
Microwaves generated by the
[0007]
In addition, general heat treatment includes a heat treatment method in which an object to be heated is immersed in hot water, a heat treatment method in which hot water is sprayed from a spray nozzle into a heating casing, and a high-temperature steam is heated in the heating casing containing the object to be heated. There is a heat treatment method filled with
[0008]
Furthermore, Japanese Utility Model Publication Nos. 60-8710 and 60-21975 disclose heat sterilization apparatuses that irradiate microwaves in a heating chamber controlled to a high pressure. Further, a stirrer that is a means for uniformly heating is disclosed.
[0009]
However, since the temperature of the object to be heated cannot be detected, the heat sterilization apparatus of the above publication is heated in a state without airtight packaging, and the relationship between temperature and time is examined in advance, and the pressure data is determined using the temperature data. A method of determining the pressurizing condition by measuring the temperature of the sealed container (Jokosho 60-21975) or the like is adopted.
[0010]
In such a microwave heating apparatus, it cannot be said that the pressure is sufficiently accurate with respect to the pressurizing condition corresponding to the actual food temperature. There are many fluctuation factors such as individual differences in food, microwave heating output differences, temporal fluctuations, food position fluctuations, etc., which causes pressure differences inside and outside the sealed container, and the container is damaged due to deformation・ It may cause damage.
[0011]
Japanese Patent Publication Nos. 51-12133, 53-119183, 60-8710, and 60-21975 simply heat a packaged object to be heated by an internal heating method. This is to prevent the container from bursting, and it is not considered to raise the heating temperature simultaneously with pressurization. Further, no consideration is given to the stress applied to the means for heating uniformly, that is, the increase in friction due to pressurization.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
Conventional microwave heating devices such as microwave ovens have the following problems.
[0013]
The temperature of the object to be heated in the heating casing rises when irradiated with microwaves. Thereafter, when the temperature reaches 100 ° C., the moisture of the object to be heated starts to evaporate. The object to be heated loses the irradiated energy due to the latent heat due to the evaporation of moisture, so the temperature does not easily rise above 100 ° C.
[0014]
There is no need to raise the temperature to 100 ° C. or higher if the object to be heated is simply heated for edible purposes, but a temperature of 100 ° C. or higher may be required when heating the object to be sterilized. is there.
[0015]
For example, sterilization of retort pouch-stuffed foods and fish sausages requires high-temperature sterilization treatment at 100 to 140 ° C. to sterilize heat-resistant bacteria.
[0016]
If a conventional microwave heating apparatus is used for high-temperature sterilization, the temperature of the object to be heated cannot be raised sufficiently.
[0017]
In addition, when large microwave power is injected into the heating casing and the temperature of the object to be heated is forcibly raised, there is a problem in that moisture escapes from the object to be heated.
[0018]
In addition, there is a problem that a mechanical load due to pressurization is applied to a means for uniformizing microwave heating such as a stirrer or a turntable by pressurization, resulting in unstable operation.
[0019]
The present invention improves this defect and rapidly sterilizes an object to be heated at high reliability.
[0020]
Furthermore, heat treatment methods such as a heat treatment method in which the object to be heated is immersed in hot water, a heat treatment method in which hot water is sprayed from the spray nozzle into the heating housing, and a heat treatment method in which the heating housing containing the object to be heated is filled with high-temperature steam. There is a way. In such a heat treatment method, since heat is transferred from the surface of the object to be heated, a temperature difference occurs between the surface and the inside. There is also a problem that it takes time to heat. Since the surface portion of the object to be heated is exposed to a high temperature for a long time, the object to be heated may be altered.
[0021]
The present invention solves such problems, and an object of the present invention is to provide a magnetron application apparatus capable of performing heat treatment in a short time with a small amount of energy by a simple configuration means.
[0022]
Another object of the present invention is to provide a magnetron application apparatus that performs high-temperature sterilization of an object to be heated quickly with high reliability.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a microwave heating apparatus according to the present invention includes a heating housing portion that accommodates an object to be heated, and a microwave power for supplying microwave power to the heating housing. It has a supply part and a pressurization system part for making the inside of the case for heating into a high pressure.
[0024]
Further, the heating housing in which an object to be heated is sealed has a sealed structure, and microwave heating is performed while applying a pressure higher than atmospheric pressure by a pressurizing device. In addition, the heating case has a uniformizing means for uniformly performing microwave heating, and the driving portion for driving the same is made a sealed structure different from the heating case, so that the pressure is higher than the pressure in the heating case. Pressurize to a higher level.
[0025]
The heating housing that puts the object to be heated has a sealed structure, and it is configured to perform microwave heating while applying a pressure higher than atmospheric pressure by a pressure device, and a sensor that detects deformation of the package of the object to be heated When the atmosphere of the object to be heated is provided and pressurized, the deformation of the object to be heated by microwave heating, particularly the packaging part, is monitored, and the pressing pressure is controlled so that the packaging part does not deform more than necessary.
[0026]
According to the above means, since the microwave heating is performed by increasing the pressure in the heating casing, the object to be heated is heated to a temperature higher than 100 ° C. using the microwave in a state in which the evaporation of the moisture of the object to be heated is suppressed. Can be heat treated.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In an embodiment of the present invention, a heating casing portion that houses an object to be heated, a microwave power supply section for supplying microwave power to the heating casing, and a heating casing It is a microwave heating device having a pressurization system part for making the inside high pressure.
[0028]
Furthermore, the microwave heating apparatus has the following configurations in addition to the above configuration.
[0029]
(1) When performing microwave heating on the object to be heated, the pressure of the atmosphere around the object to be heated is set higher than atmospheric pressure during microwave heating.
[0030]
(2) Dispersion means for dispersing the microwaves applied to the inside of the heating housing is provided, and the drive unit of the dispersion means is arranged in the pressurizing chamber, and the pressurization in which the part for driving the dispersion means is arranged Increase the chamber pressure above atmospheric pressure.
[0031]
(3) It has a rotating means for rotating an object to be heated arranged inside the heating casing, and a driving part of the rotating means is arranged in the pressurizing chamber, and a part for driving the rotating means is arranged. The pressure in the pressurizing chamber is increased from atmospheric pressure.
[0032]
(4) A means for changing the time or intensity of microwave irradiation is provided.
[0033]
(5) A stage in which a pressure sensor and a temperature or humidity sensor are provided in a part of the heating housing, and the object to be heated is microwave-heated at a pressure higher than the atmospheric pressure, and the humidity in the heating housing rapidly increases. Means for controlling to end the microwave heating.
[0034]
(6) A position sensor and a shape sensor are arranged in a part of the heating casing, and microwave heating is performed while monitoring the position and shape of the object to be heated.
[0035]
(7) A plurality of heating casings are prepared as microwave means, and the object to be heated is sequentially heated.
[0036]
(8) Prior to microwave heating or simultaneously with microwave heating, a means for heating the periphery of an object to be heated with high-temperature steam or an electric heater is provided.
[0037]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0038]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a microwave heating apparatus according to the present invention.
[0039]
In FIG. 1, 1 is a heating housing, 1a is an upper housing, 1b is a lower housing, 1c is a joint between the upper housing 1a and the
[0040]
Microwaves generated by the
[0041]
The
[0042]
A
[0043]
The
[0044]
The
[0045]
The dielectric 9 made of ceramic, Teflon, or the like is a wall for isolating the waveguide in which the antenna 5 a is disposed from the internal space of the
[0046]
In order to operate the
[0047]
The
[0048]
A pressurizing
[0049]
The gas discharge unit 7 is a hole for discharging the gas used to increase the pressure in the
[0050]
In the microwave heating apparatus illustrated in FIG. 1, the upper casing 1 a and the lower casing 1 b are separated, the
[0051]
On the other hand, the microwave power is sent from the
[0052]
The width in the direction perpendicular to the thickness direction of the side wall forming the heating casing of the
[0053]
Although the
[0054]
The
[0055]
A plurality of sensors such as a temperature sensor, a
[0056]
According to the present embodiment, since the object to be heated 3 is heated at a high pressure, the internal moisture does not evaporate even when the temperature exceeds 100 ° C., and the
[0057]
For example, the boiling point of water is 100 at 2 atm (atm), 121 at 2 atm, 134 at 3 atm, 134 at 4 atm, 144 at 4 atm, 152 at 5 atm, and 160 at 6 atm.
[0058]
By controlling the pressure in the heating casing, heating to the boiling point of water at each atmospheric pressure is possible.
[0059]
In particular, in order to sterilize the object to be heated, the temperature must be 120 ° C. or higher, and it is necessary to apply pressure exceeding 2 atm.
[0060]
For example, since Clostridium botulinum requires heat treatment at 105 ° C. or higher, heat treatment can be performed by setting the inside of the heating housing to 2 atm.
[0061]
Further, for example, spore bacteria need to be heat-treated at 120 ° C. or higher, so that heat treatment is possible at 2 atmospheres. However, since the boiling point of water is 121 ° C. at 2 atmospheres, the moisture of the object to be heated evaporates with a control error of 1 ° C. Therefore, it is preferable to set the pressure inside the heating housing to a pressure exceeding 2 atm.
[0062]
In the case of the heat treatment for sterilization, more preferably, the pressure in the heating housing is set to 4 atm so that heating at 140 ° C. can be performed by microwave heating, and the sterilization can be surely performed. In this case, since the time can be shortened, the quality of the object to be heated can be further reduced.
[0063]
Further, when heating an object to be heated that is sealed and packaged, the pressure in the heating casing is higher than that in the sealed package even during heating. That is, the atmospheric pressure in the heating housing is always higher than the atmospheric pressure in the sealed package. By doing in this way, it can heat at high temperature, without bursting the thing of a sealed state.
[0064]
Since microwaves are used, the object to be heated is directly dielectrically heated, so that it is extremely efficient and generates heat from the inside, so that a quick sterilization process can be performed. It is particularly suitable for heat treatment of foods because it does not deteriorate or lose moisture and does not deteriorate the quality of the object to be heated.
[0065]
The microwave power is applied to the object to be heated after increasing the pressure in the
[0066]
Moreover, you may irradiate a to-be-heated object simultaneously, raising the pressure in the housing | casing 1 for a heating with microwave electric power. In such a configuration, the pressure of the atmosphere of the object to be heated increases as the temperature of the object to be heated increases. Therefore, the object to be heated does not deform due to the pressure generated by pressurizing the inside of the heating casing. Such a method is effective for a sealed object to be heated, and can prevent deformation and breakage of the object to be heated.
[0067]
Next, the operation part of the magnetron will be described with reference to FIG.
[0068]
FIG. 2 shows a cross-sectional structure of the magnetron. A plurality of
[0069]
Cylindrical
[0070]
Electrons emitted from the cathode filament form a high-frequency potential on each anode vane while circularly moving under the influence of a DC magnetic field.
[0071]
The
[0072]
This
[0073]
One of the
[0074]
An
[0075]
After exhausting the inside of the magnetron tube, the
[0076]
The magnetron shown in FIG. 2 has a shape in which both the
[0077]
The
[0078]
[0079]
The two cathode leads are supported by the
[0080]
When vibration, impact, etc. are applied to the magnetron, the cathode leads 123 and 124 vibrate, and the manner of vibration differs between the cathode leads 123, 124. Therefore, mechanical stress is generated in the
[0081]
The
[0082]
Each cathode lead is connected in series with the choke coil, and the other end of the choke coil is opposed to the ground via a capacitor.
[0083]
The
[0084]
The input side ceramic 125 is engaged with the
[0085]
The
[0086]
The
[0087]
The anode of the magnetron becomes high temperature due to heat radiation from the
[0088]
FIG. 3 shows an example of a drive circuit for driving the magnetron.
[0089]
In the figure,
[0090]
A filter composed of a reactor and a capacitor is connected to the DC output terminal of the rectifier, but this filter does not smooth the rectified current, but high-frequency noise contained in the oscillation current leaks through the AC power supply side. This is to prevent the occurrence of disturbing waves.
[0091]
The switching device includes a
[0092]
The power supply device has a step-up transformer having a primary winding 219 and three
[0093]
The secondary winding 221 is connected to the
[0094]
The secondary winding 225 is provided for heating the cathode of the
[0095]
FIG. 4 is a sectional view showing another embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG.
[0096]
A
[0097]
Further, a
[0098]
4 shows that the
[0099]
The pressurized gas from the pressurizing
[0100]
The
[0101]
In order to make the pressure in the pressurizing chamber with the driving device higher than the pressure in the heating casing, heating may be performed while the gas in the heating casing is being removed from the gas discharge section 7.
[0102]
By operating while discharging an appropriate amount of gas in the heating housing, the pressure in the heating housing can be made slightly lower than the pressure in the pressurizing chamber.
[0103]
Since an appropriate amount of the pressurized gas body inside the
[0104]
The hole that connects the pressurizing
[0105]
For this reason, a gas body does not leak from the support rod 2a penetrating the
[0106]
In the microwave heating apparatus of FIG. 4, it is not necessary to take special measures against airtightness on the support rod 2 a penetrating portion of the
[0107]
Further, the torque for rotation increases due to the pressurization in the
[0108]
This phenomenon is the same for the 4 stirrer. According to the microwave heating apparatus of FIG. 4, the problem of the rotating part of the stirrer by the rod 4a and the motor 4b can be reduced by increasing the friction due to pressurization and moving the position. . That is, the occurrence of a problem that the friction is increased by the pressure and the life is shortened is extremely reduced.
[0109]
FIG. 5 is a sectional view showing still another embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG.
[0110]
In FIG. 5, 10d is a through-hole which penetrates an upper pressurization chamber, a lower pressurization chamber, and a heating housing. The through
[0111]
The through hole penetrating the upper pressurizing chamber, the lower pressurizing chamber, and the heating casing is a hole having a diameter that does not allow microwaves emitted from the magnetron to pass therethrough. Further, a plurality of through holes may be provided. By configuring in this way, a large amount of gas is fed into the
[0112]
In the microwave heating apparatus of FIG. 5, the support rod 2 a penetrating the
[0113]
In the heating device of the present invention, whether or not sufficient heating is necessary is a state in which the gas pressure inside the heating housing is a pressure for reaching the temperature necessary for sterilization and exceeds the boiling point of moisture. Whether the temperature is a value necessary for sterilization. In order to ensure this condition, a pressure sensor and a temperature sensor are attached to the wall portion of the
[0114]
The
[0115]
Also, as a method of ending heating when a certain temperature is reached, a humidity sensor is provided on the wall of the
[0116]
FIG. 6 shows still another embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIG. In order to heat efficiently with microwaves, it becomes a microwave heat sterilizer with energy-saving features, but when foods sealed and packaged such as retort foods are targeted, food temperature can not be measured directly, It is generally difficult to apply pressure corresponding to the temperature.
[0117]
However, according to the present invention, the container tends to deform when there is a pressure difference between the inside and outside of the sealed and packed food such as retort food, but the
[0118]
For this reason, since control suitable for the temperature of the internal food is always performed, damage and rupture of the package can be prevented, and microwave heating to a temperature sufficient for sterilization can be performed.
[0119]
For example, as shown in FIG. 9, when the difference between the internal pressure and the external pressure of the
[0120]
Even if the food temperature in the package is unknown, the food pressure can be substantially known from the value of the
[0121]
Further, the
[0122]
Since the
[0123]
FIG. 7 is a cross-sectional view of a main part for explaining a structure for preventing leakage of microwaves in the through portion of the bar 4a supporting the support bar 2a or the
[0124]
When the support bar 2a or the bar 4a is made of metal, microwaves may leak from that portion.
[0125]
A protruding
[0126]
According to the configuration of FIG. 7, when the support bar 2a or the bar 4a is a metal, a capacitor is formed by the support bar 2a or the bar 4a and the
[0127]
Further, when the support bar 2a or the bar 4a is made of metal, the through holes and the inner diameters of the protrusions and the dimensions for attenuating the radio wave transport are set, and if the dimension H is sufficiently large, leakage of radio waves from this space can be prevented. be able to.
[0128]
FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part of another configuration for explaining a structure for preventing leakage of microwaves in a through portion of the support body 2a of the
[0129]
A
[0130]
According to the configuration of FIG. 8, the
[0131]
FIG. 9 is a view showing still another embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 6 are given the same numbers.
[0132]
In order to perform uniform heating in microwave heating, the shape of the
[0133]
Using the two types of microwave heating apparatus, the microwave heating apparatus in FIG. 9 for heating the periphery of the object to be heated and the microwave heating apparatus for heating the center of the object to be heated, the object to be heated is sequentially heated. Thus, it is possible to reliably perform heat treatment without unevenness in heat treatment.
[0134]
Moreover, since the peripheral part and the central part are heated twice, it is not necessary to forcibly heat the whole. In other words, it is not necessary to heat more than necessary just because there is uneven heating.
[0135]
Heat treatment can be easily performed by using a plurality of different microwave heating apparatuses.
[0136]
FIG. 10 shows still another embodiment. The same parts as those in FIG. 6 are given the same numbers. In the figure,
[0137]
Microwave heating generates heat from the inside, but its surface is covered with a thick packaging container 3b. In order to prevent the generated heat from being taken away by the container 3 b and the surface temperature of the article to be heated 3 being lowered, the periphery of the container is heated by the
[0138]
Although the
[0139]
Heating timing of the heater may be simultaneous with microwave heating, or when the heat capacity of the container is large, the heater may be heated prior to microwave heating. Alternatively, the container may be heated before being inserted into the microwave heating device.
[0140]
9 and 10, the change in the shape of the upper part 3a of the container containing the
[0141]
As mentioned above, although the microwave heating device for the purpose of sterilization was described, it is needless to say that the present invention is not limited to sterilization and can be applied to an object requiring heat treatment exceeding 100 ° C.
[0142]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the atmosphere in the place where the object to be heated such as food is stored is heated by the microwave, the moisture is hardly evaporated even when the temperature exceeds 100 ° C., and the heat of evaporation greatly increases the energy. It can be heated to a temperature of 100 ° C. or higher without losing. For pre-packaged foods such as retort foods, it can be adjusted to an external pressure suitable for the temperature despite the difficulty in detecting the food temperature, and is necessary for sterilization without deformation or damage to the food or packaging. It is possible to provide a microwave heating apparatus that can rapidly perform microwave heating to a certain temperature.
[0143]
Further, according to the present invention, the microwave heating device can be heated to a temperature of 100 ° C. or higher without greatly losing energy due to the heat of evaporation of the object to be heated, so that a microwave heating device with good reliability can be provided. .
[0144]
Further, according to the present invention, microwave heating can be quickly performed to a temperature necessary for sterilization by setting the microwave heating time and output together with the pressure adjustment. It can be done quickly with reliability.
[0145]
Since food can be sterilized at high speed, there is no deterioration of the food and the commercial value of the food is not impaired.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a microwave heating apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a magnetron according to the present invention.
FIG. 3 is a power supply circuit diagram for driving a magnetron of a microwave heating apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing another embodiment of the microwave heating apparatus of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a microwave heating apparatus showing an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing another embodiment of the microwave heating apparatus of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of an essential part showing another embodiment of the microwave heating apparatus of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of an essential part showing another embodiment of the microwave heating apparatus of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing another embodiment of the microwave heating apparatus of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing another embodiment of the microwave heating apparatus of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a conventional microwave heating apparatus.
[Explanation of symbols]
1 Heating case
2 trays
3 Object to be heated
4 Starr
5 Electron tube magnetron
6 Waveguide
7 Gas exhaust section
10 Pressurization system
11,12 cover
13 Temperature sensor
14 Pressure sensor
15 Position sensor
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