JP4469196B2 - マイクロ波加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ波加熱装置に係り、より詳細には、加熱炉内にマイクロ波を伝搬させて被加熱物を加熱させるマイクロ波加熱装置に関する。

従来、マイクロ波加熱装置は、板状の導体を二枚平行に対向させたストリップラインの外導体に欠陥部を設け、その欠陥部から洩れるマイクロ波（電界）を利用して、例えば、布、樹脂フィルム、シート状材料や食品などの被加熱物を効率よく加熱する構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開昭５８−５９５９１号公報 前述した方法による実施の形態を、図１３および図１４にて説明する。図１３は、このようなストリップラインからの洩れるマイクロ波を利用して加熱する従来のマイクロ波加熱装置の一実施形態を示す構成図である。また、図１４は、図１３に示したＪ−Ｊ線の断面を示す断面図である。

図１３に示すように、従来のマイクロ波加熱装置の一実施形態は、被加熱物１を加熱する加熱炉３０と、この加熱炉３０の内部上面中心に配置する中心導体３２と、加熱炉３０内の中心導体３２と間隔を有して対向して中空内を延在する外導体３１とを備え、この外導体３１を被加熱物１の左右に引き回して何度も往復させて欠陥部Ｋを有した波状に形成し、外導体３１と中心導体３２との対向する間に実質的に空気が占めるように設けている。即ち、加熱炉３０は、外導体３１と中心導体３２との閉じられた二枚の導電体間に空気による誘電層を備えてマイクロ波が伝送するストリップライン構造を備え、この外導体３１に設けた欠陥部Ｋから電界（電場）の洩れを発生させて被加熱物１を加熱するように形成している。

そして、このような構成からなる従来のマイクロ波加熱装置の一実施形態を用いて被加熱物１を加熱する場合、まず、加熱炉３０内に被加熱物１を設置した後、外導体３１と中心導体３２とによるストリップラインにマイクロ波を入力して伝送させる。この際、ストリップラインでは、図１４に示すように、マイクロ波を伝送することで外導体３１と中心導体３２との間に垂直方向の電界が発生し、この電界は外導体３１の欠陥部Ｋを介して加熱炉３０の下方に洩れて被加熱物１の位置で左右に広がるように拡散する。即ち、加熱炉３０内では、この電界が左右に拡散してシート状の被加熱物１と平行になる図１４に示した電界Ｌの位置で加熱される。

このように従来のマイクロ波加熱装置は、外導体３１と中心導体３２とを二枚平行に対向したストリップラインの外導体３１に欠陥部Ｋを設け、その欠陥部Ｋから洩れるマイクロ波（電界）を利用して、シート状の被加熱物１を加熱していた。

しかしながら、従来のマイクロ波加熱装置では、図１４に示した左右に拡散する電界Ｌの位置で集中的に加熱されるため、この電界Ｌと平行するシート状の被加熱物は加熱できるが、例えば、板状で厚みのある被加熱物または縦に置かれる箱体またはカップなどの被加熱物は十分に加熱できないという不具合があった。

本発明はこのような課題を解決し、加熱炉内で電界強度の差がなく、縦置きまたは厚みのある被加熱物でも均一に加熱できるストリップライン構造のマイクロ波加熱装置を提供することを目的とする。

本発明によるマイクロ波加熱装置は、上述した課題を解決するために、被加熱物を加熱する中空の加熱炉と、この加熱炉内の一面に配置する外導体と、加熱炉内で外導体と間隔を有して対向して延在する中心導体とを備え、外導体と中心導体との間に板状の被加熱物を設置してマイクロ波を伝搬させて加熱するように加熱炉内をマイクロストリップライン構造に設ける。

また、本発明によるマイクロ波加熱装置の他の実施形態は、被加熱物を加熱する中空の加熱炉と、この加熱炉内の対向する二面に各々配置する外導体と、加熱炉内で対向した外導体の間に延在する中心導体とを備え、この中心導体から両側の外導体までの両間に板状の被加熱物を各々設置してマイクロ波を伝搬させて加熱するように加熱炉内をトリプレートストリップライン構造に設ける。

ここで、被加熱物は、外導体と中心導体との間に平行または直交いずれかの方向に設置して加熱することが好ましい。また、中心導体は、被加熱物を横切って左右に延在する直線状、または左右に引き回して何度も往復させた波状、或いは被加熱物の中心に沿って延在して両端を左右に屈曲したクランク状いずれかの形状に形成することが好ましい。また、中心導体は、加熱炉内に延在するストリップラインの一部幅を細く設けて電界を強くして集中加熱する共振部を設けることが好ましい。また、加熱炉には、導波管または変換部を介在した同軸ケーブルを接続してマイクロ波を伝送することが好ましい。また、変換部は、同軸ケーブルから加熱炉までの間にテーパー状に広がるテーパー部を有して介在し、この間を反射が少なくなる半波長、１波長、１．５波長、２波長などの半波長毎の長さいずれかに形成することで、高次モードの発生を防止することが好ましい。

以上詳細に説明したように本発明によるマイクロ波加熱装置によれば、中心導体から外導体への一定した電界方向及び電界強度内に被加熱物を設置して加熱するため、シート状以外の縦置き又は厚みのある被加熱物でも十分に加熱することができる。

次に、添付図面を参照して本発明によるマイクロ波加熱装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明によるマイクロ波加熱装置の第１の実施形態を示した構成図である。また、図２は、図１に示した矢印Ａ方向から見た状態を示す側面図である。また、図３は、図２に示した被加熱物１を縦置きに設置した状態を示す図である。また、図４は、図１に示した矢印Ｂ方向から見た状態を示す上面図である。また、図５は、図４に示した中心導体の他の実施例を示す図である。また、図６は、図５に示した中心導体１３に共振部１３ａを設けた状態を示す図である。また、図７は、図４に示した中心導体の更なる他の実施例を示す図である。また、図８は、図５に示した中心導体１３に反射波を検出する検出部１５を設けた状態を示す図である。また、図９は、図１に示した加熱炉１０に変換部１７を介して接続する同軸ケーブル１６を示す図である。また、図１０は、本発明によるマイクロ波加熱装置の第２の実施形態を示した構成図である。また、図１１は、図１０に示した矢印Ｈ方向から見た状態を示す側面図である。また、図１２は、図１１に示した被加熱物１を縦置きに設置した状態を示す図である。

図１に示すように、本発明によるマイクロ波加熱装置の第１の実施形態は、図１３に示した従来技術と同様に、被加熱物１を加熱する中空の加熱炉１０と、この加熱炉１０内の一面（図１では下面）に配置する外導体１１と、加熱炉１０内の外導体１１から間隔を有して対向して中空内の略中心に延在する中心導体１２とを備えている。また、第１の実施形態では、図１３に示した従来技術とは異なり、外導体１１と中心導体１２との間に板状の被加熱物１を設置しており、この一対の導体間にマイクロ波を伝搬させて被加熱物１を加熱するように加熱炉１０内をマイクロストリップライン構造に設けている。従って、第１の実施形態は、従来技術のように一対の導体間から洩れるマイクロ波により加熱する構造とは異なり、図２に示すように、中心導体１２から外導体１１の間に発生する一定方向の電界Ｃ内に被加熱物１を設置して加熱している。即ち、第１の実施形態では、従来技術のような中心導体から外導体に向かって電界を発生させて外導体の欠陥部から洩れる電界によって加熱する構造ではなく、中心導体１２から外導体１１に向かう一定の電界Ｃ内に被加熱物１を設置して加熱する構造を備えている。

このように本実施の形態では、ストリップライン構造の中心導体１２から外側の外導体１１に向かう一定方向の電界Ｃ内で被加熱物１を加熱するため、図１４に示した従来技術のようなシート状の被加熱物を含めて、板状で厚みが２００ｍｍ以下の被加熱物１まで加熱可能になり、且つ、図３に示すように、厚みのある板状の被加熱物１を縦置きに複数設置しても均一に加熱でき、例えば、縦に置かれた箱体またはカップなどの被加熱物１でも十分に加熱できる。

ここで、中心導体１２は、図４に示すように、加熱炉１０内に設置する被加熱物１を横切って左右にほぼ直交して延在する直線状に形成しており、加熱炉１０の外側側面から導波管（図示せず）を介してマイクロ波を入力する構造に形成している。このような中心導体１２では、図４に示したように、加熱炉１０内に設置する被加熱物１の範囲Ｄ部分を集中的に加熱することができ、例えば、この被加熱物１を搬送ローラ（図示せず）により搬送することで全体的に均一に加熱することができる。

また、被加熱物１の全体をより効果的に加熱する場合、図５に示すように、加熱炉１０内で被加熱物１の左右に引き回して何度も往復させた波状に中心導体１３を形成することで、効率よく全体を均一に加熱することができる。即ち、この中心導体１３は、加熱炉１０内で集中加熱したい被加熱物１に合わせて左右に引き回して何度も往復させることで、被加熱物１の形状に応じた効率の良い集中加熱が可能になる。また、中心導体は、前述した波状に配置した全体の範囲において、更に集中的に所望の局部を加熱できるように形成することも可能である。この際、中心導体１３は、図６に示すように、加熱炉１０内に延在するストリップラインの一部幅を、被加熱物１の集中的に加熱したい部分（図６では被加熱物１の中心）に合わせて細く形成した共振部１３ａを設けている。これにより中心導体１３は、被加熱物１の全体を加熱しつつ集中的に加熱したい部分である図６に示した範囲Ｅにおいて、共振部１３ａが電界Ｃ（図２及び３参照）を強くして集中的に加熱することができる。さらに、このような被加熱物１の中心部のみを集中加熱する場合、図７に示すように、中心導体１４を被加熱物１の中心に沿って延在させて両端を左右に屈曲したクランク状に形成することで局部のみを加熱できる。この場合、中心導体１４は、図６に示した中心導体とは異なり、図７に示した被加熱物１の周囲を除く範囲Ｆ（中心）のみを集中的に加熱する。

このように中心導体は、図４乃至７に示したように、その形状および共振部１３ａの位置を適宜変えることで、種々の被加熱物１に対応して加熱することが可能になり、例えば、冷凍された食品の解凍や氷を水にすることも可能になる。ここで、冷凍物である被加熱物１を解凍する場合、所望の状態に解凍した後、それ以上加熱されないように解凍状態を適切に検出することが重要になる。この冷凍した被加熱物１は、冷凍された固体状態から解凍して液体状態に変化する際、誘電率が変化してマイクロ波を反射することで反射波が発生する。従って、この反射波を検出することで、被加熱物１の加熱状態を検出できる。例えば、図５に示した中心導体１３を用いた場合、図８に示すように、この中心導体１３にマイクロ波が反射した反射波を検波する検出部１５を設けることで、解凍状態が検出されて所望の状態に適切に解凍でき、それ以上加熱されることを防止できる。尚、検出部１５は、図５に示した中心導体１３に設けた実施例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図１、６、７に示した中心導体にも設けることができる。

ところで、第１の実施形態では、図４〜７に示したように加熱炉１０の側面から中心導体の端部に導波管（図示せず）を介してマイクロ波を入力する実施例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図９に示すように、加熱炉１０に変換部１７を介在して同軸ケーブル１６を接続することでマイクロ波を伝送しても良い。ここで、変換部１７は、同軸ケーブル１６から加熱炉１０までの間に介在して加熱炉１０の側壁に向かってテーパー状に広がるテーパー部１７ａを有しており、同軸ケーブル１６から伝送されるマイクロ波をモード変換して加熱炉１０内に伝送している。また、変換部１７内では、加熱炉１０内の中心導体１２を更に延在させて徐々に細く形成して同軸ケーブル１６の芯導体に接続している。そして、変換部１７は、同軸ケーブル１６と加熱炉１０との間をテーパー状に接続する図９に示した距離Ｇを、一般的に知られている反射を少なくする半波長、１波長、１．５波長、２波長などの半波長毎の長さに形成している。従って、変換部１７は、同軸ケーブル１６と加熱炉１０との間の距離Ｇを反射が少ない半波長毎の長さに形成され、高次モードの発生を良好に防止することができる。

このように、本発明によるマイクロ波加熱装置の第１の実施形態によると、図２に示したようにストリップライン構造の中心導体１２から外側の外導体１１に向かう一定方向の電界Ｃ内で被加熱物１を加熱するため、従来技術のようなシート状の被加熱物（図１４参照）を含めて、板状で厚みが２００ｍｍ以下の被加熱物１まで加熱可能になり、且つ、図３に示したように厚みのある板状の被加熱物１を縦置きに複数設置しても均一に加熱でき、例えば、縦に置かれた箱体またはカップなどの被加熱物１でも十分に加熱できる。また、本実施の形態によると、中心導体を図４〜７に示した種々の形状に形成することで被加熱物１の形状に合わせて適宜良好な加熱状態に形成できるとともに、図８及び９に示したように検出部１５または同軸ケーブル１６などの加熱状況に合わせた自由な構造にも形成することができる。

次に、図１０乃至１２を参照して、本発明によるマイクロ波加熱装置の第２の実施形態を詳細に説明する。図１０に示すように、本発明によるマイクロ波加熱装置の第２実施形態は、被加熱物１を加熱する中空の加熱炉２０と、この加熱炉２０内の対向する二面（図１０では上下面）に各々配置する外導体２１と、加熱炉２０内で対向した外導体２１の間に延在する中心導体２２とを備えている。即ち、第１の実施形態のような中心導体の片側に外導体を設けるマイクロストリップライン構造とは異なり、第２の実施形態では中心導体２２の両側に外導体２１を設けたトリプレートストリップライン構造に設けている。従って、第２の実施形態では、このトリプレートストリップライン内にマイクロ波を伝搬させ、図１１に示すように、加熱炉２０内の中心導体２２から両側の外導体２１までの両間に板状の被加熱物１を二枚設置できるため、第１の実施形態と比べて２倍の処理容量を備えることができる。ここで、第２の実施形態では、図１２に示すように、中心導体２２を中心とした両側の外導体２１に向かって上下方向に一定の電界Ｉが発生するため、第１の実施形態（図３参照）と同様に、被加熱物１を加熱炉２０内に縦置きに複数設置してより多く加熱することもできる。

尚、第２の実施形態では、図４乃至７に示した中心導体の形状または共振部を第１の実施形態と同様に適用することが可能であり、且つ、図８及び図９に示した検出部及び変換部を介した同軸ケーブルも同様に適用できることは明らかであり、ここでは図４〜９と重複する説明は省略する。

以上、詳細に説明したように、本発明によるマイクロ波加熱装置の第２の実施形態によると、中心導体２２と外導体２１との間に発生する一定の電界Ｉ（図１２参照）内で被加熱物１を加熱するため、第１の実施形態と同様の効果が得られるとともに、トリプレートストリップライン構造に形成することにより被加熱物１を中心導体２２の両側で処理することができ、加熱炉２０内で処理する処理容量を第１の実施形態に比べて２倍に増やすことができる。

以上、本発明によるマイクロ波加熱装置の実施形態を詳細に説明したが、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、加熱炉内の上下いずれか一面或いは両面に外電体を設けた実施例を説明したが、これに限定されるものではなく、外電体を加熱炉内の左右面または前後面に形成して中心導体の位置及び被加熱物の出入れ方向を適宜変えることも可能である。

本発明によるマイクロ波加熱装置の第１の実施形態を示した構成図。（実施例１） 図１に示した矢印Ａ方向から見た状態を示す側面図。 図２に示した被加熱物を縦置きに設置した状態を示す図。 図１に示した矢印Ｂ方向から見た状態を示す上面図。 図４に示した中心導体の他の実施例を示す図。 図５に示した中心導体に共振部を設けた状態を示す図。 図４に示した中心導体の更なる他の実施例を示す図。 図５に示した中心導体に反射波を検出する検出部を設けた状態を示す図。 図１に示した加熱炉に変換部を介して接続する同軸ケーブルを示す図。 本発明によるマイクロ波加熱装置の第２の実施形態を示した構成図。（実施例２） 図１０に示した矢印Ｈ方向から見た状態を示す側面図。 図１１に示した被加熱物を縦置きに設置した状態を示す図。 従来のマイクロ波加熱装置の一実施形態を示す構成図。 図１３に示したＪ−Ｊ線の断面を示す断面図。

符号の説明

１ 被加熱物
１０ 加熱炉
１１ 外導体
１２ 中心導体

Claims (7)

1. 被加熱物を加熱する中空の加熱炉と、
   前記加熱炉内の一面に配置する外導体と、
   前記加熱炉内で前記外導体と間隔を有して対向して延在する中心導体とを備え、
   前記外導体と中心導体との間に板状の前記被加熱物を設置してマイクロ波を伝搬させて加熱するように前記加熱炉内をマイクロストリップライン構造に設けたことを特徴とするマイクロ波加熱装置。
2. 被加熱物を加熱する中空の加熱炉と、
   前記加熱炉内の対向する二面に各々配置する外導体と、
   前記加熱炉内で対向した前記外導体の間に延在する中心導体とを備え、
   前記中心導体から両側の前記外導体までの両間に板状の前記被加熱物を各々設置してマイクロ波を伝搬させて加熱するように前記加熱炉内をトリプレートストリップライン構造に設けたことを特徴とするマイクロ波加熱装置。
3. 請求項１または２に記載のマイクロ波加熱装置において、
   前記被加熱物は、前記外導体と中心導体との間に平行または直交いずれかの方向に設置して加熱することを特徴とするマイクロ波加熱装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置において、
   前記中心導体は、前記被加熱物を横切って左右に延在する直線状、または左右に引き回して何度も往復させた波状、或いは前記被加熱物の中心に沿って延在して両端を左右に屈曲したクランク状いずれかの形状に形成したことを特徴とするマイクロ波加熱装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置において、
   前記中心導体は、前記加熱炉内に延在するストリップラインの一部幅を細く設けて電界を強くして集中加熱する共振部を設けたことを特徴とするマイクロ波加熱装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置において、
   前記加熱炉には、導波管または変換部を介在した同軸ケーブルを接続してマイクロ波を伝送することを特徴とするマイクロ波加熱装置。
7. 請求項６に記載のマイクロ波加熱装置において、
   前記変換部は、前記同軸ケーブルから前記加熱炉までの間にテーパー状に広がるテーパー部を有して介在し、この間を反射が少なくなる半波長、１波長、１．５波長、２波長などの半波長毎の長さいずれかに形成することで、高次モードの発生を防止することを特徴とするマイクロ波加熱装置。

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