JP6720592B2

JP6720592B2 - マイクロ波加熱装置

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Inventors: 雅之細田
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Description

本発明は、マイクロ波加熱装置に関するものである。

マイクロ波加熱装置は、加熱対象となる被加熱物をマイクロ波加熱装置の加熱室内に設置し、マイクロ波発生源において発生させたマイクロ波を被加熱物に照射し、吸収させることにより、被加熱物を加熱する装置である（例えば、特許文献１）。このようなマイクロ波加熱装置においては、加熱室内に放射されたマイクロ波は、加熱室の壁面等において反射を繰り返し、被加熱物に照射される。

一般的には、マイクロ波加熱装置には、マイクロ波発生源として真空管の一種であるマグネトロンが用いられているが、マグネトロンに代わり半導体素子を用いることにより、マイクロ波加熱装置を小型軽量化することができ、出力制御性を向上させることができる。このような半導体素子としては、例えば、高周波領域においても高耐圧で大電流を流すことが可能な窒化ガリウム等を用いた半導体素子が挙げられる。

特開２００９−１６１４９号公報特開２０１３−２０１０９６号公報特許平１０−１７２７５０号公報

マイクロ波加熱装置においては、通常、被加熱物を均一に加熱することを目的としているが、被加熱物の一部だけを加熱したい場合がある。例えば、食品であるサラダ、ご飯、肉等が入った弁当を暖める場合、ご飯と肉は暖めたいが、サラダは暖めたくない場合がある。このような場合、弁当全体を均一に加熱するマイクロ波加熱装置で加熱をすると、暖めたくないサラダまで温まってしまう。

また、均一な加熱を目的としたマイクロ波加熱装置により被加熱物を加熱した場合であっても、被加熱物が均一には加熱されず、温まっている領域と温まっていない領域とが生じる場合がある。このような場合、被加熱物全体を均一に加熱するためには、温まっていない領域を温まっている領域よりも、強く加熱することが求められる。例えば、被加熱物が均一に加熱されるように、マイクロ波を均一に照射した場合であっても、食品の種類により温まりやすいものと温まりにくいものとが存在しているため、加熱ムラが生じる場合がある。具体的には、油成分を多く含んでいる食品は、油成分をあまり含んでいない食品よりも、マイクロ波を照射した場合、温まりやすい。このため、マイクロ波を均一に照射した場合であっても、被加熱物において温度ムラが生じる場合がある。また、食品等を加熱するマイクロ波加熱装置において小型なものの中には、ターンテーブルのないものもあり、ターンテーブルのないマイクロ波加熱装置では、被加熱物の温度ムラはより顕著になるものと考えられる。

従って、被加熱物を加熱する際、被加熱物の領域ごとに加熱することができれば、被加熱物の所望の領域を集中して加熱することができ、また、マイクロ波を均一に照射した場合に温度ムラが生じる場合であっても、被加熱物を均一に加熱することができる。

よって、被加熱物を加熱する際、被加熱物を所定の領域ごとに加熱することのできるマイクロ波加熱装置が求められている。

本実施の形態の一観点によれば、マイクロ波発生源と、被加熱物が設置される加熱室と、前記加熱室に接続された第１のマイクロ波放射部及び第２のマイクロ波放射部と、前記マイクロ波発生源と前記第１のマイクロ波放射部との間に設けられた第１のフィルターと、前記マイクロ波発生源と前記第２のマイクロ波放射部との間に設けられた第２のフィルターと、を有し、前記マイクロ波発生源は、発生させるマイクロ波の周波数を変化させることができるものであって、前記第１のフィルターと前記第２のフィルターは、透過するマイクロ波の周波数が異なることを特徴とする。

開示のマイクロ波加熱装置によれば、被加熱物を加熱する際、被加熱物を所定の領域ごとに加熱することができる。

第１の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の構造図第１のフィルター及び第２のフィルターの説明図第２の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の加熱方法のフローチャート第３の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の構造図第４の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の構造図第５の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の説明図

実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。

〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置について、図１に基づき説明する。本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源１１０、加熱室１２０、制御部１３０、加熱室１２０内にマイクロ波を放射する第１のマイクロ波放射部１５１、第２のマイクロ波放射部１５２等を有している。図１に示す場合では、第１のマイクロ波放射部１５１は加熱室１２０の右側に接続されており、第２のマイクロ波放射部１５２は加熱室１２０の左側に接続されている。

マイクロ波発生源１１０には、導波管等により形成されたマイクロ波伝送部１４０が接続されており、マイクロ波伝送部１４０は、分岐部１４１において、第１のマイクロ波放射部１５１側と、第２のマイクロ波放射部１５２側とに分岐している。第１のマイクロ波放射部１５１側においては、分岐部１４１と第１のマイクロ波放射部１５１との間には、第１のフィルター１６１が設けられている。第２のマイクロ波放射部１５２側においては、分岐部１４１と第２のマイクロ波放射部１５２との間には、第２のフィルター１６２が設けられている。

また、加熱室１２０の内部には、被加熱物１０の温度を測定するための温度測定部１７０が設けられている。温度測定部１７０は、放射温度計等により形成されており、例えば、被加熱物１０における温度分布を２次元画像として得ることができる。尚、温度測定部１７０は、異なる場所に複数の温度計を配置し、各々の場所の温度を測定することができるものであってもよい。加熱室１２０は鉄等の金属を含む材料により形成されており、加熱室１２０内におけるマイクロ波は、加熱室１２０の内側において反射等されるため、加熱室１２０の外側に漏れることはない。

マイクロ波発生源１１０は、窒化ガリウム等の半導体により形成された半導体素子により形成されており、発生させるマイクロ波の周波数を変化させることができる。例えば、マイクロ波発生源１１０は、２４００ＭＨｚ〜２５００ＭＨｚの範囲で、周波数を変化させてマイクロ波を発生させることができる。マイクロ波発生源１１０において発生させるマイクロ波の周波数は、制御部１３０により制御される。具体的には、温度測定部１７０において得られた温度の情報に基づき、マイクロ波発生源１１０において発生させるマイクロ波の周波数が、制御部１３０により制御される。尚、窒化ガリウム等の半導体材料により形成された半導体素子は、波長を可変させて出力の高いマイクロ波を発生させることができる。このため、マイクロ波発生源１１０は、窒化ガリウム等の半導体により形成された半導体素子により形成されているものが好ましい。

第１のフィルター１６１及び第２のフィルター１６２はバンドパスフィルターであり、図２に示すように、金属材料により形成された導波管に所定の間隔で複数のフィンが設けられている構造のものである。具体的には、図２（ａ）に示すように、第１のフィルター１６１は、間隔Ｌ_１で複数のフィン１６１ａが配置されており、図２（ｂ）に示すように、第２のフィルター１６２は、間隔Ｌ_２で複数のフィン１６２ａが配置されている。これにより、第１のフィルター１６１は、管内波長（導波管内を伝搬する電磁波の波長）λ_1gが２Ｌ_１となる周波数ｆ_１のマイクロ波は通す（透過する）が、それ以外の周波数のマイクロ波は通さない（透過しない）バンドパスフィルターとなる。また、第２のフィルター１６２は、管内波長（導波管内を伝搬する電磁波の波長）λ_２gが２Ｌ_２となる周波数ｆ_２のマイクロ波は通すが、それ以外の周波数のマイクロ波は通さないバンドパスフィルターとなる。本実施の形態においては、例えば、周波数ｆ_１は２４００ＭＨｚであり、周波数ｆ_２は２４５０ＭＨｚである。尚、図２では、便宜上、導波管内に存在しているフィンを実線で示している。また、図２に示す第１のフィルター１６１及び第２のフィルター１６２は、一例であり、他の構成のバンドパスフィルターであってもよい。

従って、第１のマイクロ波放射部１５１からは、マイクロ波発生源１１０において発生したマイクロ波のうち、周波数ｆ_１のマイクロ波が、第１のフィルター１６１を通り放射される。また、第２のマイクロ波放射部１５２からは、マイクロ波発生源１１０において発生したマイクロ波のうち、周波数ｆ_２のマイクロ波が、第２のフィルター１６２を通り放射される。

次に、本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置において、被加熱物１０を加熱する場合について説明する。被加熱物１０は、加熱したい領域と加熱したくない領域とが含まれており、例えば、被加熱物１０の第１の領域１１は加熱したい領域であり、第２の領域１２は加熱したくない領域であるとする。加熱室１２０内には、被加熱物１０が、第１の領域１１が第１のマイクロ波放射部１５１側に、第２の領域１２が第２のマイクロ波放射部１５２側となるように置かれている。

本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置により、被加熱物１０の第２の領域１２を加熱することなく、第１の領域１１を加熱する場合には、マイクロ波発生源１１０において、周波数ｆ_１のマイクロ波を発生させる。マイクロ波発生源１１０で発生させた周波数ｆ_１のマイクロ波は、マイクロ波伝送部１４０内を伝播し、分岐部１４１において、第１のマイクロ波放射部１５１側と、第２のマイクロ波放射部１５２側とに分岐される。

第１のマイクロ波放射部１５１側に伝播した周波数ｆ_１のマイクロ波は、第１のフィルター１６１を通り、第１のマイクロ波放射部１５１より加熱室１２０内に放射される。被加熱物１０の第１の領域１１は、第１のマイクロ波放射部１５１に近いため、第１のマイクロ波放射部１５１から放射された周波数ｆ_１のマイクロ波を吸収し加熱される。この際、被加熱物１０の第２の領域１２は、第１のマイクロ波放射部１５１から離れており、到達するマイクロ波の量が少ないため、殆ど加熱されない。

一方、第２のマイクロ波放射部１５２側に伝播した周波数ｆ_１のマイクロ波は、第２のフィルター１６２を通ることができないため、第２のマイクロ波放射部１５２からは、周波数ｆ_１のマイクロ波は放射されない。従って、マイクロ波発生源１１０において発生させた周波数ｆ_１のマイクロ波は、第１のマイクロ波放射部１５１から加熱室１２０内に放射されるが、第２のマイクロ波放射部１５２からは放射されない。よって、加熱室１２０内に置かれている被加熱物１０は、周波数ｆ_１のマイクロ波が放射される第１のマイクロ波放射部１５１に近い側の第１の領域１１は加熱されるが、第２の領域１２は殆ど加熱されない。これにより、被加熱物１０の第２の領域１２を加熱することなく、第１の領域１１を加熱することができる。

本実施の形態においては、上記とは逆に、被加熱物１０の第１の領域１１を温めることなく、第２の領域１２を温めることも可能である。即ち、本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置により、被加熱物１０の第１の領域１１を加熱することなく、第２の領域１２を加熱する場合には、マイクロ波発生源１１０において、周波数ｆ_２のマイクロ波を発生させる。マイクロ波発生源１１０で発生させた周波数ｆ_２のマイクロ波は、マイクロ波伝送部１４０内を伝播し、分岐部１４１において、第１のマイクロ波放射部１５１側と、第２のマイクロ波放射部１５２側とに分岐される。

第１のマイクロ波放射部１５１側に伝播した周波数ｆ_２のマイクロ波は、第１のフィルター１６１を通ることができないため、第１のマイクロ波放射部１５１からは、周波数ｆ_２のマイクロ波は放射されない。

一方、第２のマイクロ波放射部１５２側に伝播した周波数ｆ_２のマイクロ波は、第２のフィルター１６２を通り、第２のマイクロ波放射部１５２より加熱室１２０内に放射される。被加熱物１０の第２の領域１２は、第２のマイクロ波放射部１５２に近いため、第２のマイクロ波放射部１５２から放射された周波数ｆ_２のマイクロ波を吸収し加熱される。この際、被加熱物１０の第１の領域１１は、第２のマイクロ波放射部１５２から離れており、到達するマイクロ波の量が少ないため、殆ど加熱されない。

従って、マイクロ波発生源１１０において発生させた周波数ｆ_２のマイクロ波は、第２のマイクロ波放射部１５２から加熱室１２０内に放射されるが、第１のマイクロ波放射部１５１からは放射されない。よって、加熱室１２０内に置かれている被加熱物１０は、周波数ｆ_２のマイクロ波が放射される第２のマイクロ波放射部１５２に近い側の第２の領域１２は加熱されるが、第１の領域１１は殆ど加熱されない。これにより、被加熱物１０の第１の領域１１を加熱することなく、第２の領域１２を加熱することができる。

上記においては、被加熱物１０の第１の領域１１、第２の領域１２のいずれか一方を加熱する場合について説明した。しかしながら、本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、一方の領域に照射されるマイクロ波の照射時間を他方の領域よりも長くすることにより、一方の領域を他方の領域よりも高温となるように、被加熱物１０全体を加熱することができる。また、被加熱物１０を加熱するための情報は、被加熱物１０に張られたバーコード等より読み取ることのできるものであってもよい。

また、上記においては、被加熱物１０が食品である場合について説明したが、被加熱物１０は食品に限定されるものではなく、材木等であってもよい。即ち、本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、材木等を乾燥させるための産業用の用途に用いられるものであってもよい。この場合、材木の湿っている部分に集中してマイクロ波を照射することにより、材木に含まれている水分を加熱により蒸発させて、材木を均一に乾燥させることができる。例えば、屋外に長期間置かれていた場合、陽が当たっていた表側の面は比較的乾燥しているが、その裏側の面は、湿っている場合が多い。このように、材木内に含まれる水分量にムラがある場合、材木に均一にマイクロ波を照射しても、均一には乾燥させることができない。本実施の形態においては、マイクロ波発生源において発生させるマイクロ波の周波数を変えることにより、裏側の湿っている部分に集中してマイクロ波を照射することができるため、材木を均一に乾燥させることができる。

〔第２の実施の形態〕
次に、第１の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置を用いて、被加熱物を均一に加熱する場合について説明する。本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の制御は、制御部１３０において行われる。本実施の形態においては、被加熱物１０における第１の領域１１と第２の領域１２とが略均一の温度となるように加熱する場合について、図３に基づき説明する。

上記のように、被加熱物１０にマイクロ波が均一に照射されない場合のみならず、被加熱物１０にマイクロ波が均一に照射されている場合であっても、被加熱物１０において温度ムラが生じる場合がある。例えば、被加熱物１０が食品である場合、照射されるマイクロ波の量が同じであっても、油分を多く含むマヨネーズ等の食材は、油分を含んでいないご飯等に比べて高温となりやすい。このような場合には、被加熱物１０が全体的に略均一な温度となるように加熱することが求められる。

最初に、ステップ１０２（Ｓ１０２）に示すように、マイクロ波発生源１１０においてマイクロ波を発生させ、加熱室１２０内にマイクロ波を放射する。マイクロ波発生源１１０において発生させるマイクロ波は、例えば、周波数ｆ_１のマイクロ波と周波数ｆ_２のマイクロ波とを等間隔で交互に発生させる。具体的には、マイクロ波発生源１１０において周波数ｆ_１のマイクロ波を発生させる時間と、周波数ｆ_２のマイクロ波を発生させる時間とが同じとなるように、即ち、周波数ｆ_１のマイクロ波の時間と、周波数ｆ_２のマイクロ波の時間とが、１：１となるようにする。

次に、ステップ１０４（Ｓ１０４）に示すように、温度測定部１７０により被加熱物１０の温度を測定する。温度測定部１７０は、被加熱物１０の温度分布を２次元画像として得ることができるものであり、これにより、被加熱物１０の温度分布の情報を得る。

次に、ステップ１０６（Ｓ１０６）に示すように、温度測定部１７０において得られた温度分布に基づき、第１の領域１１が第２の領域１２よりも高温になっているか否かが判断される。第１の領域１１が第２の領域１２よりも高温になっている場合には、ステップ１０８に移行する。第１の領域１１が第２の領域１２よりも高温になっていない場合には、ステップ１１０に移行する。

次に、ステップ１０８（Ｓ１０８）に示すように、マイクロ波発生源１１０において、発生させる周波数ｆ_１のマイクロ波よりも、周波数ｆ_２のマイクロ波を増やす。具体的には、一時的に周波数ｆ_２のマイクロ波を連続して発生させたり、マイクロ波発生源１１０において発生させる周波数ｆ_１のマイクロ波の時間よりも、周波数ｆ_２のマイクロ波の時間が長くなるように制御部１３０において制御する。これにより、被加熱物１０において、第２の領域１２に照射されるマイクロ波を増やし、集中して温める。

次に、ステップ１１０（Ｓ１１０）に示すように、温度測定部１７０において得られた温度分布に基づき、第２の領域１２が第１の領域１１よりも高温になっているか否かが判断される。第２の領域１２が第１の領域１１よりも高温になっている場合には、ステップ１１２に移行する。第２の領域１２が第１の領域１１よりも高温になっていない場合には、ステップ１１４に移行する。

次に、ステップ１１２（Ｓ１１２）に示すように、マイクロ波発生源１１０において、発生させる周波数ｆ_２のマイクロ波よりも、周波数ｆ_１のマイクロ波を増やす。具体的には、一時的に周波数ｆ_１のマイクロ波を連続して発生させたり、マイクロ波発生源１１０において発生させる周波数ｆ_２のマイクロ波の時間よりも、周波数ｆ_１のマイクロ波の時間が長くなるように制御部１３０において制御する。これにより、被加熱物１０において、第１の領域１１に照射されるマイクロ波を増やし、集中して温める。

次に、ステップ１１４（Ｓ１１４）に示すように、温度測定部１７０において得られた温度分布に基づき、被加熱物１０の全体が所定の温度になったか否かが判断される。被加熱物１０の全体が所定の温度になっている場合には、マイクロ波発生源１１０におけるマイクロ波の発生を停止し、加熱室１２０内へのマイクロ波の放射を停止して終了する。被加熱物１０の全体が所定の温度になっていない場合には、ステップ１０２に移行する。

以上により、本実施の形態においては、被加熱物１０の全体が均一な温度となるように、被加熱物１０を加熱することができる。上記の方法は、交互に発生させる周波数ｆ_１のマイクロ波の時間と、周波数ｆ_２のマイクロ波の時間との割合を制御する方法であるが、発生させる周波数ｆ_１のマイクロ波と周波数ｆ_２のマイクロ波との強度を変えることにより制御をする方法であってもよい。また、周波数ｆ_１と周波数ｆ_２とが比較的近い場合には、マイクロ波発生源１１０において発生させるマイクロ波の周波数を周波数ｆ_１と周波数ｆ_２との間で変化させてもよい。具体的には、第１の領域１１が第２の領域１２よりも高温になっている場合には、マイクロ波発生源１１０において発生させるマイクロ波の周波数を周波数ｆ_２に近くなるような制御を行う。また、第２の領域１２が第１の領域１１よりも高温になっている場合には、マイクロ波発生源１１０において発生させるマイクロ波の周波数を周波数ｆ_１に近くなるような制御を行う。

また、温度測定部１７０で測定された温度に基づき、第１の領域１１と第２の領域１２とにおける温度上昇の割合を算出し、この温度上昇の割合に基づき、交互に発生させる周波数ｆ_１のマイクロ波の時間と周波数ｆ_２のマイクロ波の時間とを制御してもよい。具体的には、最初に等間隔で交互に周波数ｆ_１のマイクロ波と周波数ｆ_２のマイクロ波を発生させた後、所定の時間経過後の被加熱物１０の温度分布を測定し、被加熱物１０における第１の領域１１と第２の領域１２との温度上昇の割合を算出する。このように算出された第１の領域１１と第２の領域１２との温度上昇の割合に基づき、交互に発生させる周波数ｆ_１のマイクロ波の時間と周波数ｆ_２のマイクロ波の時間の割合を算出して制御してもよい。

尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。

〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置について説明する。本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、図４に示すように、マイクロ波放射部が３つ設けられている。

具体的には、図４に示されるように、第１のマイクロ波放射部１５１は加熱室１２０の右側に接続されており、第２のマイクロ波放射部１５２は加熱室１２０の左側に接続されており、第３のマイクロ波放射部１５３は加熱室１２０の下側に接続されている。本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、マイクロ波発生源１１０には、導波管等により形成されたマイクロ波伝送部２４０が接続されている。マイクロ波伝送部２４０は、分岐部２４１において、第１のマイクロ波放射部１５１側と、第２のマイクロ波放射部１５２側と、第３のマイクロ波放射部１５３側とに分岐している。第１のマイクロ波放射部１５１側においては、分岐部２４１と第１のマイクロ波放射部１５１との間には、第１のフィルター１６１が設けられている。第２のマイクロ波放射部１５２側においては、分岐部２４１と第２のマイクロ波放射部１５２との間には、第２のフィルター１６２が設けられている。第３のマイクロ波放射部１５３側においては、分岐部２４１と第３のマイクロ波放射部１５３との間には、第３のフィルター１６３が設けられている。

第３のフィルター１６３は、図２に示すものと同様に、金属材料により形成された導波管に所定の間隔で複数のフィンが配置されており、周波数ｆ_３のマイクロ波は通すが、それ以外の周波数のマイクロ波を通さないバンドパスフィルターである。尚、第１のフィルター１６１は、周波数ｆ_１のマイクロ波は通すが、それ以外の周波数のマイクロ波を通さないバンドパスフィルターである。第２のフィルター１６２は、周波数ｆ_２のマイクロ波は通すが、それ以外の周波数のマイクロ波を通さないバンドパスフィルターである。本実施の形態においては、例えば、周波数ｆ_１は２４００ＭＨｚであり、周波数ｆ_２は２４５０ＭＨｚであり、周波数ｆ_３は２５００ＭＨｚである。

次に、本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置において、被加熱物２０を加熱する場合について説明する。被加熱物２０は、第１の領域２１、第２の領域２２、第３の領域２３を有している。加熱室１２０内には、被加熱物２０が、第１の領域２１が第１のマイクロ波放射部１５１側に、第２の領域２２が第２のマイクロ波放射部１５２側に、第３の領域２３が第３のマイクロ波放射部１５３側となるように置かれている。

本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置により、被加熱物２０の第１の領域２１を加熱する場合には、マイクロ波発生源１１０において、周波数ｆ_１のマイクロ波を発生させる。マイクロ波発生源１１０で発生させた周波数ｆ_１のマイクロ波は、マイクロ波伝送部１４０内を伝播し、分岐部１４１において、第１のマイクロ波放射部１５１側と、第２のマイクロ波放射部１５２側と、第３のマイクロ波放射部１５３側に分岐される。

第１のマイクロ波放射部１５１側に伝播した周波数ｆ_１のマイクロ波は、第１のフィルター１６１を通り、第１のマイクロ波放射部１５１より加熱室１２０内に放射される。被加熱物２０の第１の領域２１は、第１のマイクロ波放射部１５１に近いため、第１のマイクロ波放射部１５１から放射された周波数ｆ_１のマイクロ波を吸収し加熱される。尚、被加熱物１０の第２の領域２２及び第３の領域２３は、第１のマイクロ波放射部１５１から離れており、到達するマイクロ波の量が少ないため、周波数ｆ_１のマイクロ波によっては、殆ど加熱されない。

一方、第２のマイクロ波放射部１５２側及び第３のマイクロ波放射部１５３側に伝播した周波数ｆ_１のマイクロ波は、第２のフィルター１６２及び第３のフィルター１６３を通ることができない。このため、第２のマイクロ波放射部１５２及び第３のマイクロ波放射部１５３からは、周波数ｆ_１のマイクロ波は放射されない。従って、マイクロ波発生源１１０において、周波数ｆ_１のマイクロ波を発生させることにより、被加熱物２０の第１の領域２１を集中して加熱することができる。

また、第２の領域２２を加熱する場合には、マイクロ波発生源１１０において、周波数ｆ_２のマイクロ波を発生させる。マイクロ波発生源１１０で発生させた周波数ｆ_２のマイクロ波は、マイクロ波伝送部１４０内を伝播し、分岐部１４１において、第１のマイクロ波放射部１５１側と、第２のマイクロ波放射部１５２側と、第３のマイクロ波放射部１５３側に分岐される。

第２のマイクロ波放射部１５２側に伝播した周波数ｆ_２のマイクロ波は、第２のフィルター１６２を通り、第２のマイクロ波放射部１５２より加熱室１２０内に放射される。被加熱物１０の第２の領域２２は、第２のマイクロ波放射部１５２に近いため、第２のマイクロ波放射部１５２から放射された周波数ｆ_２のマイクロ波を吸収し加熱される。尚、被加熱物２０の第１の領域２１及び第３の領域２３は、第２のマイクロ波放射部１５２から離れており、到達するマイクロ波の量が少ないため、周波数ｆ_２のマイクロ波によっては、殆ど加熱されない。

一方、第１のマイクロ波放射部１５１側及び第３のマイクロ波放射部１５３側に伝播した周波数ｆ_２のマイクロ波は、第１のフィルター１６１及び第３のフィルター１６３を通ることができない。このため、第１のマイクロ波放射部１５１及び第３のマイクロ波放射部１５３からは、周波数ｆ_２のマイクロ波は放射されない。従って、マイクロ波発生源１１０において、周波数ｆ_２のマイクロ波を発生させることにより、被加熱物２０の第２の領域２２を集中して加熱することができる。

また、第３の領域２３を加熱する場合には、マイクロ波発生源１１０において、周波数ｆ_３のマイクロ波を発生させる。マイクロ波発生源１１０で発生させた周波数ｆ_３のマイクロ波は、マイクロ波伝送部１４０内を伝播し、分岐部１４１において、第１のマイクロ波放射部１５１側と、第２のマイクロ波放射部１５２側と、第３のマイクロ波放射部１５３側に分岐される。

第３のマイクロ波放射部１５３側に伝播した周波数ｆ_３のマイクロ波は、第３のフィルター１６３を通り、第３のマイクロ波放射部１５３より加熱室１２０内に放射される。被加熱物１０の第３の領域２３は、第３のマイクロ波放射部１５３に近いため、第３のマイクロ波放射部１５３から放射された周波数ｆ_３のマイクロ波を吸収し加熱される。尚、被加熱物２０の第１の領域２１及び第２の領域２２は、第３のマイクロ波放射部１５３から離れており、到達するマイクロ波の量が少ないため、周波数ｆ_３のマイクロ波によっては、殆ど加熱されない。

一方、第１のマイクロ波放射部１５１側及び第２のマイクロ波放射部１５２側に伝播した周波数ｆ_３のマイクロ波は、第１のフィルター１６１及び第２のフィルター１６２を通ることができない。このため、第１のマイクロ波放射部１５１及び第２のマイクロ波放射部１５２からは、周波数ｆ_３のマイクロ波は放射されない。従って、マイクロ波発生源１１０において、周波数ｆ_３のマイクロ波を発生させることにより、被加熱物２０の第３の領域２３を集中して加熱することができる。

本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波発生源１１０において発生させるマイクロ波の周波数を変化させることにより、被加熱物２０の所望の領域を集中して加熱することができる。また、第２の実施の形態のように、制御部１３０における制御により、被加熱物２０の全体を均一な温度となるように加熱することも可能である。

上記の説明では、マイクロ波放射部が３つ設けられている場合について説明したが、本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、マイクロ波放射部が４つ以上設けられているものであってもよい。また、上記においては、第１のフィルター１６１、第２のフィルター１６２及び第３のフィルター１６３は、相互に異なる周波数のマイクロ波を通すものであるが、同じ周波数を通すもの一部を含んでいてもよい。例えば、第１のフィルター１６１と第３のフィルター１６３は、周波数ｆ_１のマイクロ波を通し、第２のフィルター１６２は、周波数ｆ_２のマイクロ波を通すものであってもよい。この場合、被加熱物２０の第１の領域２１と第３の領域２３を同時に加熱することができる。

尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様である。

〔第４の実施の形態〕
第４の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置について、図５に基づき説明する。本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源１１０、加熱室１２０、制御部１３０、加熱室１２０内にマイクロ波を放射する第１のマイクロ波放射部３５１、第２のマイクロ波放射部３５２等を有している。図５に示す場合では、第１のマイクロ波放射部３５１は加熱室１２０の右側に接続されており、第２のマイクロ波放射部３５２は加熱室１２０の左側に接続されている。

マイクロ波発生源１１０には、導波管等により形成されたマイクロ波伝送部１４０が接続されており、マイクロ波伝送部１４０は、分岐部１４１において、第１のマイクロ波放射部３５１側と、第２のマイクロ波放射部３５２側とに分岐している。第１のマイクロ波放射部３５１側においては、分岐部１４１と第１のマイクロ波放射部３５１との間には、フィルター等は設けられてはいない。第２のマイクロ波放射部３５２側においては、分岐部１４１と第２のマイクロ波放射部３５２との間には、フィルター３６２が設けられている。

フィルター３６２はバンドパスフィルターであり、例えば、第１の実施の形態における第２のフィルター１６２と同様の周波数ｆ_２のマイクロ波は通すが、それ以外の周波数のマイクロ波は通さないバンドパスフィルターである。

従って、本実施の形態においては、第１のマイクロ波放射部３５１からは、マイクロ波発生源１１０において発生したマイクロ波のうち、周波数ｆ_１のマイクロ波及び周波数ｆ_２のマイクロ波が放射される。また、第２のマイクロ波放射部３５２からは、マイクロ波発生源１１０において発生したマイクロ波のうち、周波数ｆ_２のマイクロ波が、フィルター３６２を通り放射される。

次に、本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置において、被加熱物１０を加熱する場合について説明する。本実施の形態においては、被加熱物１０において、第１の領域１１及び第２の領域１２の双方を加熱したいが、第１の領域１１を第２の領域１２よりも高温となるように加熱したい場合について説明する。尚、加熱室１２０内には、被加熱物１０が、第１の領域１１が第１のマイクロ波放射部３５１側に、第２の領域１２が第２のマイクロ波放射部３５２側となるように置かれている。

最初に、マイクロ波発生源１１０において、周波数ｆ_１のマイクロ波を発生させた場合について説明する。この場合、マイクロ波発生源１１０で発生させた周波数ｆ_１のマイクロ波は、マイクロ波伝送部１４０内を伝播し、分岐部１４１において、第１のマイクロ波放射部３５１側と、第２のマイクロ波放射部３５２側とに分岐される。

第１のマイクロ波放射部３５１側に伝播した周波数ｆ_１のマイクロ波は、そのまま第１のマイクロ波放射部３５１より加熱室１２０内に放射される。

一方、第２のマイクロ波放射部３５２側に伝播した周波数ｆ_１のマイクロ波は、フィルター３６２を通ることができないため、第２のマイクロ波放射部３５２からは、周波数ｆ_２のマイクロ波は放射されない。従って、マイクロ波発生源１１０において発生させた周波数ｆ_１のマイクロ波は、第１のマイクロ波放射部３５１から加熱室１２０内に放射されるが、第２のマイクロ波放射部３５２からは放射されない。よって、加熱室１２０内に置かれている被加熱物１０は、周波数ｆ_１のマイクロ波が放射される第１のマイクロ波放射部３５１に近い側の第１の領域１１は加熱されるが、遠い側の第２の領域１２は殆ど加熱されない。

次に、マイクロ波発生源１１０において、周波数ｆ_２のマイクロ波を発生させた場合について説明する。この場合、マイクロ波発生源１１０で発生させた周波数ｆ_２のマイクロ波は、マイクロ波伝送部１４０内を伝播し、分岐部１４１において、第１のマイクロ波放射部３５１側と、第２のマイクロ波放射部３５２側とに分岐される。

第１のマイクロ波放射部３５１側に伝播した周波数ｆ_２のマイクロ波は、そのまま第１のマイクロ波放射部３５１より加熱室１２０内に放射される。また、第２のマイクロ波放射部３５２側に伝播した周波数ｆ_２のマイクロ波は、フィルター３６２を通り、第２のマイクロ波放射部３５２より加熱室１２０内に放射される。従って、加熱室１２０内に置かれている被加熱物１０は、周波数ｆ_２のマイクロ波が放射される第１のマイクロ波放射部３５１に近い側の第１の領域１１及び第２のマイクロ波放射部３５２に近い側の第２の領域１２の双方が加熱される。

従って、被加熱物１０の全体を均一に加熱したい場合には、マイクロ波発生源１１０において、周波数ｆ_２のマイクロ波を発生させて、被加熱物１０の全体、即ち、第１の領域１１を第２の領域１２にマイクロ波を照射する。また、第１の領域１１を集中して加熱したい場合には、マイクロ波発生源１１０において、周波数ｆ_１のマイクロ波を発生させる。この場合、周波数ｆ_１のマイクロ波は、第１のマイクロ波放射部３５１からしか放射されないため、第１のマイクロ波放射部３５１に近い被加熱物１０の第１の領域１１を集中して加熱することができる。また、交互に発生させる周波数ｆ_１のマイクロ波の時間と周波数ｆ_２のマイクロ波の時間の比率を制御することにより、被加熱物１０の第１の領域１１及び第２の領域１２が各々所望の温度となるように加熱することも可能である。

〔第５の実施の形態〕
次に、第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置等をＤＰＦに適用したものであり、加熱対象となるＤＰＦとマイクロ波加熱装置とを有する排気ガス処理装置である。

ところで、ディーゼルエンジンの排気には、すす等の微粒子状物質（ＰＭ：particulate matter）が含まれているため、環境対応の観点から除去用のフィルターとして、ＤＰＦ（Diesel particulate filter：ディーゼル微粒子捕集フィルター）を用いることが必須となっている。このようなＤＰＦにおいては、すす等による目詰まりを防ぐため、定期的にＤＰＦを加熱して再生する必要があるが、ＤＰＦを加熱する方式の一つとしてマイクロ波照射することや、マイクロ波照射に適したＤＰＦ材料も開示されている。

具体的には、図６に示すように、ＤＰＦ４００はＤＰＦチャンバー４２０内に設置されている。ＤＰＦチャンバー４２０には、ディーゼルエンジン等の排気ガスが流入するガス入口４２１と、ＤＰＦ４００により浄化されたガスが流出するガス出口４２２とが設けられている。

マイクロ波発生源１１０には、導波管等により形成されたマイクロ波伝送部１４０が接続されており、マイクロ波伝送部１４０は、分岐部１４１において、第１のマイクロ波放射部１５１側と、第２のマイクロ波放射部１５２側とに分岐している。図６では、第１のマイクロ波放射部１５１は、ＤＰＦチャンバー４２０の下側に接続されており、第２のマイクロ波放射部１５２は、ＤＰＦチャンバー４２０の上側に接続されている。

本実施の形態においては、マイクロ波発生源１１０において発生させた周波数ｆ_１のマイクロ波は、第１のマイクロ波放射部１５１より放射され、周波数ｆ_２のマイクロ波は、第２のマイクロ波放射部１５２より放射される。マイクロ波発生源１１０において発生させるマイクロ波の周波数は、制御部１３０において制御することができ、制御部１３０における制御により、ＤＰＦ４００を均一に加熱したり、所望の領域を重点的に加熱することが可能である。

尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態等と同様である。

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
マイクロ波発生源と、
被加熱物が設置される加熱室と、
前記加熱室に接続された第１のマイクロ波放射部及び第２のマイクロ波放射部と、
前記マイクロ波発生源と前記第１のマイクロ波放射部との間に設けられた第１のフィルターと、
前記マイクロ波発生源と前記第２のマイクロ波放射部との間に設けられた第２のフィルターと、
を有し、
前記マイクロ波発生源は、発生させるマイクロ波の周波数を変化させることができるものであって、
前記第１のフィルターと前記第２のフィルターは、透過するマイクロ波の周波数が異なることを特徴とするマイクロ波加熱装置。
（付記２）
前記加熱室に接続された第３のマイクロ波放射部と、
前記マイクロ波発生源と前記第３のマイクロ波放射部との間に設けられた第３のフィルターと、
を有し、
前記第３のフィルターは、前記第１のフィルター及び前記第２のフィルターとは、透過するマイクロ波の周波数が異なることを特徴とする付記１に記載のマイクロ波加熱装置。
（付記３）
マイクロ波発生源と、
被加熱物が設置される加熱室と、
前記加熱室に接続された第１のマイクロ波放射部及び第２のマイクロ波放射部と、
前記マイクロ波発生源と前記第２のマイクロ波放射部との間に設けられたフィルターと、
を有し、
前記マイクロ波発生源は、発生させるマイクロ波の周波数を変化させることができるものであることを特徴とするマイクロ波加熱装置。
（付記４）
前記マイクロ波発生源において発生させるマイクロ波の周波数を制御する制御部が設けられていることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置。
（付記５）
前記被加熱物の温度分布を測定する温度測定部が設けられており、
前記温度測定部において測定された温度の情報に基づき、前記制御部は前記マイクロ波発生源において発生させるマイクロ波の周波数を制御することを特徴とする付記４に記載のマイクロ波加熱装置。
（付記６）
前記制御部は、前記被加熱物の一方の領域は加熱し、他方の領域は加熱しない周波数のマイクロ波を発生させる制御を行うことを特徴とする付記３または４に記載のマイクロ波加熱装置。
（付記７）
前記制御部は、前記被加熱物の全体の温度が均一となるように、異なる周波数のマイクロ波を交互に発生させる制御を行うことを特徴とする付記４に記載のマイクロ波加熱装置。
（付記８）
前記マイクロ波発生源は、半導体素子を含むものにより形成されていることを特徴とする付記１から７のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置。

１０被加熱物
１１第１の領域
１２第２の領域
１１０マイクロ波発生源
１２０加熱室
１３０制御部
１４０マイクロ波伝送部
１４１分岐部
１５１第１のマイクロ波放射部
１５２第２のマイクロ波放射部
１６１第１のフィルター
１６２第２のフィルター
１７０温度測定部

Claims

マイクロ波発生源と、
被加熱物が設置される加熱室と、
前記加熱室に接続された第１のマイクロ波放射部及び第２のマイクロ波放射部と、
前記マイクロ波発生源と前記第１のマイクロ波放射部との間に設けられた第１のフィルターと、
前記マイクロ波発生源と前記第２のマイクロ波放射部との間に設けられた第２のフィルターと、
を有し、
前記マイクロ波発生源は、発生させるマイクロ波の周波数を変化させることができるものであって、
前記第１のフィルターと前記第２のフィルターは、透過するマイクロ波の周波数が異なることを特徴とするマイクロ波加熱装置。
前記加熱室に接続された第３のマイクロ波放射部と、
前記マイクロ波発生源と前記第３のマイクロ波放射部との間に設けられた第３のフィルターと、
を有し、
前記第３のフィルターは、前記第１のフィルター及び前記第２のフィルターとは、透過するマイクロ波の周波数が異なることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
マイクロ波発生源と、
被加熱物が設置される加熱室と、
前記加熱室に接続された第１のマイクロ波放射部及び第２のマイクロ波放射部と、
前記マイクロ波発生源と前記第２のマイクロ波放射部との間に設けられたフィルターと、
を有し、
前記マイクロ波発生源は、発生させるマイクロ波の周波数を変化させることができるものであって、
前記マイクロ波発生源において発生させるマイクロ波の周波数を制御する制御部が設けられており、
前記被加熱物の温度分布を測定する温度測定部が設けられており、
前記温度測定部において測定された温度の情報に基づき、前記制御部は前記マイクロ波発生源において発生させるマイクロ波の周波数を制御することを特徴とするマイクロ波加熱装置。
前記マイクロ波発生源において発生させるマイクロ波の周波数を制御する制御部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ波加熱装置。
前記被加熱物の温度分布を測定する温度測定部が設けられており、
前記温度測定部において測定された温度の情報に基づき、前記制御部は前記マイクロ波発生源において発生させるマイクロ波の周波数を制御することを特徴とする請求項４に記載のマイクロ波加熱装置。
前記マイクロ波発生源は、半導体素子を含むものにより形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置。