JP6775027B2 - 食品を調理するために高周波電磁エネルギーを伝達する方法および装置 - Google Patents

Description

現在の電子レンジ調理器具は、食品を加熱するために公称動作周波数を有するマイクロ波を生成するために強力な管を用いる。このような強力な発生源を用いることの欠点は、マイクロ波の放射を制御する能力が限られていることである。固体発生源は、より制御された調理器具を可能にする放射を指定することを可能にする。いくつかの固体発生源マイクロ波調理器具の設計には、マイクロ波のキャビティのモデルを決定することが含まれるが、キャビティ内の食物に関する特定の調理方法は考慮されていない。特定の食品およびより効率的な器具のためのより良い加熱を達成するために、固体発生源を用いて放射の制御を改善する必要がある。

一態様において、調理装置の閉じられたキャビティ内の食品を調理する高周波電磁エネルギーを伝達する方法は、予め定められたスイッチング周波数でパルス幅変調された第１電力レベルの高周波信号を小信号発生要素で生成し、前記高周波信号を、高周波増幅要素で前記第１電力レベルよりも大きい第２電力レベルに増幅し、前記増幅された高周波信号を閉じられたキャビティに供給する、ことを備える。予め定められたスイッチング周波数は、調理されている食品の逆熱時定数よりも少なくとも１０倍小さい。

もう一つの態様において、調理装置内の食品を調理するために高周波電磁エネルギーを伝達する装置は、調理される物品を保持する閉じられたキャビティと、高周波信号を生成する小信号発生器と、前記小信号発生器に接続され、前記小信号発生器によって生成された前記高周波信号を増幅する電力増幅器と、増幅された高周波信号を前記電力増幅器から前記閉じられたキャビティに供給するために、前記電力増幅器と前記閉じられたキャビティとの間の伝送線路と、予め定められたスイッチング周波数でパルス幅変調された第１電力レベルで高周波信号を生成するように小信号発生器に信号を送る制御部と、を備える。

本明細書に記載の様々な態様による、マイクロ波加熱装置の実施形態における調理装置の概略図である。 本明細書に記載の様々な態様による、図１のマイクロ波加熱装置の概略図である。 本明細書に記載された様々な態様による、食品を調理するために高周波電磁エネルギーを送るフローチャート図の一例である。

図１は、少なくとも１つの食料品、物品または「食品」１６（模式的にボックスとして示されている）が中で載置されるキャビティ１４を画定する筐体１２を有するマイクロ波装置または電子レンジ１０として示される調理装置を示す。図１の電子レンジ１０は、食品１６の描写を容易にするために開放されたキャビティ１４を有するように示されており、本開示の実施形態は、例えば扉のような、枢動可能、可動、または取外し可能なパネルを介して、閉じられたキャビティ１４を有する電子レンジ１０も含まれる。それぞれの食品１６は、環境条件下で食品の温度がある温度から別の温度に変化する時間の尺度として一般に定義される、熱時定数を有する。例えば、熱時定数は、ある空間内の環境温度よりも高い所与の第１の温度での、環境温度まで低下または減衰するために、食品の時間−温度依存性を意味する。１つの非限定的な例では、加熱された肉は、１００〜１２０秒に近いか、または、１００〜１２０秒間の熱時定数を有し、加熱された肉の温度は、その期間にわたって環境温度まで低下する。熱時定数は、線形的に減少する時間−温度依存関数、減少する指数関数などに関連し得る。

電子レンジ１０は、好ましくは１Ｗ未満〜２５０Ｗの入力範囲を有する電源１７と、好ましくは、２．４０１ＧＨｚ〜２．４８ＧＨｚの動作周波数を有する高周波電磁場（以下、「エネルギー場」という）を生成可能な少なくとも１つのマイクロ波発生器１８と、を含む。例示的な実施形態では、電子レンジ１０は２つ以上のマイクロ波発生器１８を備えることができ、各マイクロ波発生器１８は電源１７と電気的に結合される。各マイクロ波発生器１８は、マイクロ波発生器１８によって生成されたエネルギー場を提供するように適合された少なくとも１つのアンテナ（図示省略）を含み、エネルギー場は、少なくとも１つの導体または伝送線路２１により各マイクロ波発生器１８に電気的に結合された少なくとも１つの給電ポート２０を介してキャビティ１４に供給される。

また、電子レンジ１０は、マイクロ波発生器１８、電源１７、または、それらの組み合わせと通信可能に結合され、マイクロ波発生器１８によるエネルギー場の生成を制御するようにプログラムまたは構成された制御システム２２を含んでもよい。例えば、制御システム２２は、電源１７の電力出力、少なくとも１つのマイクロ波発生器１８の動作、または、電力レベルまたは周波数などの生成されたエネルギー場の電磁特性を操作可能に制御することができる。本開示の実施形態において、少なくとも２つのマイクロ波発生器１８が用いられ、制御システム２２は、エネルギー場の電磁波の干渉パターンを変更するために、少なくとも２つのマイクロ波発生器１８の位相をさらに操作可能に制御することができる。

調理または加熱操作の間、電子レンジ１０の制御システム２２は、マイクロ波発生器１８によるエネルギー場の生成を制御し、給電ポート２０を介してキャビティ１４にエネルギー場を提供するように動作する。エネルギー場は、食品１６と相互作用して、食品１６を加熱または調理する。図１に図示される実施形態は、本開示の実施形態の１つの非限定的な例である。本開示のさらなる非限定的な実施形態は、マイクロ波発生器１８、給電ポート２０、制御システム２２、電源１７などを含むがこれらに限定されない、追加のまたは代替的に配置される構成要素を含んでもよい。

図２は、電子レンジ１０の概略図を示す。簡潔にするために、ただ１つのマイクロ波発生器１８が示されているが、本開示の実施形態は、独立して動作する複数のマイクロ波発生器１８を、それぞれ共通の出力を有する共通のグループとして、または、まとまった方法で含むことができ、複数のマイクロ波発生器１８は、キャビティ１４内の食品１６を加熱または調理するために用いられるエネルギー場を集合的に提供するように動作する。図示されるように、マイクロ波発生器１８は、第１の電力レベルで高周波信号を生成するように構成された小信号発生器２４と、固体高周波信号増幅器２６のような電力増幅装置とを含んでもよい。また、制御システム２２はプロセッサ３０およびメモリ３２を含めてもよい。制御システム２２またはプロセッサ３０は、マイクロ波発生器１８または小信号発生器２４に制御信号２８、すなわち、アナログまたはデジタル通信信号を提供または供給するように構成してもよい。

メモリ３２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、または、ディスク、ＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭなどの１つまたは複数の異なるタイプの携帯型電子メモリ、または任意の適切なこれらのタイプのメモリの組み合わせを含めてもよい。制御システム２２およびメモリ３２の１つが、前述の構成要素の動作を制御するための実行可能な命令セットを有するコンピュータプログラム、または、同じものを操作する方法、の全部または一部を含めることができるように、制御システム２２は、メモリ３２と動作可能に結合される。プログラムは、機械が実行可能な命令またはデータ構造を伝えるまたは保持するために、保管される機械可読媒体を含むコンピュータプログラム製品を含めてもよい。そのような機械可読媒体は、汎用または専用コンピュータ、またはプロセッサを備えた他の機械によってアクセス可能な任意の利用可能な媒体でよい。一般に、そのようなコンピュータプログラムは、特定のタスクを実行する技術的効果を有する、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造、アルゴリズムなどを含めてもよく、または特定の抽象データ型を実装してもよい。

機械が実行可能な命令、関連するデータ構造、およびプログラムは、本明細書で開示されるような情報の変換を実行するプログラムコードの例を示す。機械が実行可能な命令は、例えば、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、制御システム２２、または専用処理機械に、特定の機能または機能群を実行させる命令およびデータを含めてもよい。実施するにおいて、機能を、プロセッサ３０によって実行可能な一組の実行可能命令を備えるコンピュータプログラムに変換することができる。

制御信号２８は、食品１６を加熱または調理するのに望ましい加熱または調理エネルギー場を代表する所望の調理信号を含めてもよい。制御信号２８の実施形態は、例えば、データベース、プロセッサ３０によって実行される実行可能命令セット、メモリ３２に格納されたルックアップテーブルなど、から生成または選択された所望の調理信号を、加熱または調理される食品１６に少なくとも部分的に基づいて、含めてもよい。例えば、ユーザは、特定の食品１６に適合した加熱動作または調理サイクル用の、様々な食品１６の設定、または、ユーザーインターフェース上の値から選択することができる。この意味において、本開示の実施形態は、制御システム２２がユーザーインターフェースを含む構成を含めてもよい。適合された操作の調理サイクルの例は、「解凍」選択、「ポップコーン」選択、「再加熱」選択、「野菜」選択などを含めてもよいが、これらに限定されない。

また、制御信号２８は食品１６の加熱または調理に望ましい加熱または調理エネルギー場の特性を代表する所望の調理信号を含めてもよい。例えば、制御信号２８の加熱または調理エネルギー場特性は、所望の第１電力レベル、所望の第２電力レベル、信号スイッチング周波数などを含むことができるが、これに限定されない。制御信号２８に含まれるか、または、制御信号２８によって送られる、前述の代表信号の少なくとも一部は、上述したようなユーザーインターフェースなどの加熱または調理される食品１６に基づいて構成、選択、または決定されてもよい。その代わりとして、制御信号２８に含まれる、または制御信号２８によって送られる前述の代表信号の少なくとも一部が、電子レンジ１０、制御システム２２、またはプロセッサ３０によって、または、メモリ３２に格納され、制御システム２２またはプロセッサ３０によってアクセス可能なルックアップテーブルから動作される実行可能ソフトウェアによって構成、選択または決定される構成を、本開示の実施形態は含む。本開示のさらに別の実施形態では、制御信号２８に含まれるか、または制御信号２８によって送られる前述の代表信号の少なくとも一部は、食品１６のフィードバックまたは感知された特性に基づいて構成、選択、または決定される。このようなフィードバックまたは感知された特性は、カメラ、蒸気または温度センサなどの光センサを含むが、これに限定されない複数のセンサによって観測、感知、または測定される。

小信号発生器２４は、制御信号２８を受信し、制御信号２８および含まれる信号を代表する信号に応答して、第１低電力レベルの第１高周波信号３４を生成する。本明細書で使用される「低」電力レベルは、食品１６を加熱または調理するために用いられるエネルギー場レベルより低い信号、電力、またはエネルギーレベルを意味する。本開示の非限定的な実施形態において、小信号発生器２４は、１５０ミリワット（ｍＷ）以上の電力レベルを有する第１高周波信号３４を生成するように構成してもよい。本開示の一実施形態では、小信号発生器２４は、制御信号２８に応答して第１高周波信号３４を生成することができ、第１高周波信号３４は、予め定められたスイッチング周波数でパルス幅変調される。予め定められたスイッチング周波数は、制御信号２８のエネルギー場特性のスイッチング周波数信号によって決定、制御、選択、または、指示される。

本開示の非限定的な実施形態は、予め定められたスイッチング周波数が少なくとも２０KHzであり、予め定められたスイッチング周波数は、加熱または調理される食品１６の逆熱時定数より少なくとも１０倍小さいか、またはそれらの組み合わせである。本開示の別の非限定的な実施形態では、予め定められたスイッチング周波数は、フリッカ、変調、電力サージまたは欠陥などを含む、電力の予め定められたスイッチングのオン/オフに関する電気的規制または実用的電源１７に関係する。キャビティ１４に供給されるエネルギー場の量を動作可能に制御、選択、または制限するように、パルス幅変調信号が構成可能であることが理解される。別の非限定的な実施形態では、第１高周波信号３４は、３００ミリワットのように、１ワット未満の第１低電力レベルを含めてもよい。

第１高周波信号３４は、固体増幅器２６に供給される。固体増幅器２６は、動作可能に調整およびコヒーレント可能であり、すなわち、狭帯域ではなく、調整可能でない（すなわち、時間が経つにつれて正確に選択できない変化する周波数でマイクロ波信号を放出する）マグネトロン源と比較して、特定の信号を増幅するように正確に制御可能である。固体増幅器２６は、第１低電力レベルを有する第１高周波信号３４を、食品１６を加熱または調理するために用いられる加熱または調理エネルギー場を具体化する第２高電力レベルを有する第２高周波信号３６に動作可能に増幅することができる。固体増幅器２６による増幅の間、電力レベルは、第１低電力レベルから第２高電力レベルまで増加させることができ、予め定められたスイッチング周波数は、電力増幅プロセスを通じて、変化させることができないか、または、一定に維持することができる。第２高周波信号３４の１つの非限定的な実施形態は、５０ワットまたは１００ワットより大きい、例えば２５０ワットの第２高出力レベルを含めてもよい。第２高出力レベルは、３２ｄＢの利得のような利得を単位として記述してもよい。例えば、複数のマイクロ波発生器１８からのエネルギー場の最終出力電力は、１０００ワット以上を含めてもよい。

簡潔にするために、単一の固体増幅器２６が示されているが、本開示の実施形態は、それぞれ第１高周波信号３４を増幅する複数の固体増幅器２６を含めてもよい。さらに、固体増幅器２６は、電子レンジ１０のための所望の動作可能な増幅が、改良された電気的性能および効率のために、固体装置の圧縮領域において生じるように選択されてもよい。

第２高周波信号３６は、例えば、給電ポート２０を介してキャビティ１４に供給され、エネルギー場は、食品１６を所望のように加熱または調理するために、食品１６と相互作用することができる。図示されるように、電源１７は、それぞれの構成要素に動作可能に電力を供給するために、制御システム２２、小信号発生器２４、固体増幅器２６、または、それらの組み合わせと電気的に結合される。電源１７によって供給される電力は、例えば、制御システム２２において制御信号２８を生成し、小信号発生器２４において第１高周波信号３４を生成し、固体増幅器２６において第１高周波信号３４を第２高周波信号３６に、またはそれらの組み合わせのために、それぞれの構成要素によって利用される。

このような予め定められた高いスイッチング周波数を動作可能に利用して食品１６を加熱または調理する際、食品はローパスフィルタと同様に作用し、測定可能な加熱効果がマイクロ波の調理効率を高める。加えて、上述の実施形態によって採用される加熱または調理は、従来のマイクロ波と比較して、食品１６のより均一または一定の、温度上昇をもたらす。

図３は、マイクロ波などの調理装置の閉じられたキャビティ内の食品を調理するために、高周波電磁エネルギーを伝達する方法１００を示すフローチャートを示す。方法１００は、ステップ１０２で、小信号発生器２４を用いて、予め定められたスイッチング周波数でパルス幅変調された第１電力レベルの高周波信号を生成することから始まる。次に、方法１００は、ステップ１０４で、固体増幅器２６を用いて高周波信号を、第１電力レベルよりも大きい第２電力レベルに増幅する。最後に、方法１００は、ステップ１０６で、増幅された高周波信号を閉じられたキャビティ１４に供給し、増幅された高周波信号はキャビティ１４内の食品１６を操作可能に加熱または調理する。示されたシーケンスは、説明のためのものであり、方法１００を何らかの方法で限定することを意味するものではなく、方法の部分は異なる論理的順序で進めることができ、追加のまたは介在する部分を含むことができ、または方法の記載された部分は、複数の部分に分割することができ、記載された方法を損なうことなく、方法の記載された部分を省略することができることが理解される。

上記の図に示されたものに加えて、他の多くの可能な実施形態および構成が、本開示によって考えられる。

本明細書に開示された実施形態は、発熱モジュール用の液体冷却回路を提供する。上述した実施形態は、電子レンジのような調理装置において食品を調理するために高周波電磁エネルギーを伝達するための方法および装置を可能にする、技術的効果がある。上記の実施形態で実現できる１つの利点は、上述の実施形態が従来のマイクロ波システムと比較して優れた加熱又は調理能力を有することである。例えば、少なくとも２０ＫＨｚの予め定められたスイッチング周波数でエネルギー場を動作させる本開示の実施形態は、上述したフリッカ及び電源問題を制限する。さらに、加熱又は調理される食品の逆熱時定数よりも少なくとも１０倍小さい予め定められたスイッチング周波数でエネルギー場を操作することにより、食品に対する測定可能な加熱効果が調理期間にわたって一定である。従来のマイクロ波で食品を調理する際の加熱効果と比較すると、（秒オーダーで）著しくより長いまたはより遅いスイッチング期間は、測定可能な加熱効果と、それに続くエネルギー場が休止されるときの急激な温度低下を生じ、望ましくない調理温度振動を生じる。調理温度における前述の振動は、マイクロ波の効果的な調理効率または性能を低下させる。

既に説明していない限り、様々な実施形態の異なる特徴および構造を、所望に応じて互いに組み合わせて用いることができる。１つの特徴がすべての実施形態で図示されていないことは、それが存在しないと解釈されることを意味するのではなく、説明を簡潔にするために行われている。したがって、異なる実施形態の様々な特徴は、新しい実施形態が明示的に記載されているか否かに関わらず、新しい実施形態を形成するように、所望に応じて混合および適合させてもよい。さらに、「１組の」または「複数の」様々な要素が記載されているが、「１組」または「複数」は、１つの要素だけを含む、任意の数の各要素を含み得ることが理解される。本明細書に記載された特徴の組み合わせまたは置換は、この開示の対象となる。

この記述された説明は、最良の形態を含む本発明の実施形態を開示するために、また、任意のデバイスまたはシステムを作成および使用し組み込まれた方法を実行することを含む本発明の実施形態を当業者が実施できるように、例を使用する。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者に思い付く他の例を含むことができる。そのような他の例が請求項の文字通りの言葉と異ならない構造的要素を有する場合、また、請求項の文字通りの言葉と実質的に相違する同等の構造要素を含む場合、そのような他の例は、特許請求の範囲内にあることが意図されている。

Claims (15)

1. 予め定められたスイッチング周波数でパルス幅変調された第１電力レベルの高周波信号を小信号発生要素で生成し、
   前記高周波信号を、固体高周波増幅要素で前記第１電力レベルよりも大きい第２電力レベルに増幅し、
   前記増幅された高周波信号を閉じられたキャビティに供給する、ことを備え、
   予め定められたスイッチング周波数は、調理されている食品の逆熱時定数よりも少なくとも１０倍小さい、
   調理装置の閉じられたキャビティ内の食品を調理する高周波電磁エネルギーを伝達する方法。
2. 前記予め定められたスイッチング周波数は、少なくとも２０ＫＨｚである、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記第１電力レベルが１ワット未満である、
   請求項１に記載の方法。
4. 前記第２電力レベルが５０ワットより大きい、
   請求項１に記載の方法。
5. 前記予め定められたスイッチング周波数は、ルックアップテーブルから決定される、
   請求項１に記載の方法。
6. 前記予め定められたスイッチング周波数は、前記食品からのフィードバックに基づいて決定される、
   請求項１に記載の方法。
7. 調理される物品を保持する閉じられたキャビティと、
   高周波信号を生成する小信号発生器と、
   前記小信号発生器に接続され、前記小信号発生器によって生成された前記高周波信号を増幅する固体電力増幅器と、
   増幅された高周波信号を前記固体電力増幅器から前記閉じられたキャビティに供給するために、前記固体電力増幅器と前記閉じられたキャビティとの間の伝送線路と、
   予め定められたスイッチング周波数でパルス幅変調された第１電力レベルで高周波信号を生成するように小信号発生器に信号を送る制御部と、
   を備えた、調理装置内の食品を調理するために高周波電磁エネルギーを伝達する装置。
8. 前記予め定められたスイッチング周波数は、少なくとも２０ＫＨｚである、
   請求項７に記載の装置。
9. 前記第１電力レベルが１ワット未満である、
   請求項７に記載の装置。
10. 前記増幅された高周波信号が５０ワットより大きい、
    請求項７に記載の装置。
11. 前記予め定められたスイッチング周波数は、ルックアップテーブルから決定される、
    請求項７に記載の装置。
12. 前記予め定められたスイッチング周波数は、前記食品からのフィードバックに基づいて決定される、
    請求項７に記載の装置。
13. 前記小信号発生器は、１５０ミリワットより大きい電力レベルを有する高周波信号を生成する、
    請求項７に記載の装置。
14. 前記固体電力増幅器は、増幅された高周波信号が５０ワットより大きい電力レベルを有するように、高周波信号を増幅する、
    請求項７に記載の装置。
15. 前記予め定められたスイッチング周波数を設定するためのデータを保持する前記制御部に結合されたメモリをさらに備える、
    請求項７に記載の装置。

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