JP7265923B2 - 加熱装置及び加熱方法 - Google Patents

Description

本発明は、過熱水蒸気による加熱及びマイクロ波による加熱の併用により、被加熱物に対して加熱処理を施すための加熱装置及び加熱方法に関する。

過熱水蒸気による加熱及びマイクロ波による加熱の併用により、被加熱物に対して加熱処理を施すための加熱装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。従来の加熱装置は、被加熱物を収容するためのチャンバと、チャンバの内部に過熱水蒸気を供給するための過熱水蒸気発生部と、チャンバの内部にマイクロ波を放射するためのマイクロ波発生部とを備えている。チャンバの内面は、セラミックス等の絶縁体でコーティングされている。

被加熱物を加熱する際には、被加熱物をチャンバの内部に収容した後に、マイクロ波発生部からのマイクロ波をチャンバの内部に放射するとともに、過熱水蒸気発生部からの過熱水蒸気をチャンバの内部に供給する。これにより、過熱水蒸気及びマイクロ波によって被加熱物が加熱される。

特開２０１０－１３９２１７号公報

上述した従来の加熱装置では、チャンバの内部は、過熱水蒸気の熱により非常に高温となる。そのため、チャンバの内面にコーティングされたセラミックスが金属との熱膨張係数の違いにより剥離するなどして、チャンバが劣化するおそれが生じる。

本発明は、上述した課題を解決しようとするものであり、その目的は、過熱水蒸気の熱によるチャンバの劣化を抑制することができる加熱装置及び加熱方法を提供することである。

本発明の一態様に係る加熱装置は、過熱水蒸気による加熱及びマイクロ波による加熱の併用により、被加熱物に対して加熱処理を施すための加熱装置であって、前記被加熱物を収容するためのチャンバと、前記チャンバの内部に過熱水蒸気を供給するための過熱水蒸気発生部と、前記チャンバの内部にマイクロ波を放射するためのマイクロ波発生部と、を備え、前記チャンバの内面は、前記マイクロ波発生部からのマイクロ波を透過させることにより、前記チャンバの内部にマイクロ波を放射するための放射面と、前記放射面から放射されたマイクロ波を反射するための複数の金属反射面であって、前記放射面以外の前記チャンバの前記内面に配置され、金属で形成された複数の金属反射面と、を含む。

本発明の一態様に係る加熱装置等によれば、過熱水蒸気の熱によるチャンバの劣化を抑制することができる。

実施の形態に係る加熱装置の全体構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る加熱装置の全体構成を示す正面図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線による、実施の形態に係る加熱装置の断面図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線による、実施の形態に係る加熱装置の断面図である。 図３のＶ－Ｖ線による、実施の形態に係る加熱装置の断面図である。 実施の形態に係る加熱装置における被加熱物の加熱処理の手順を示すフローチャートである。 過熱水蒸気による加熱及びマイクロ波による加熱を併用した加熱装置の優位性を確認するための実験の結果を示す図である。

本発明の一態様に係る加熱装置は、過熱水蒸気による加熱及びマイクロ波による加熱の併用により、被加熱物に対して加熱処理を施すための加熱装置であって、前記被加熱物を収容するためのチャンバと、前記チャンバの内部に過熱水蒸気を供給するための過熱水蒸気発生部と、前記チャンバの内部にマイクロ波を放射するためのマイクロ波発生部と、を備え、前記チャンバの内面は、前記マイクロ波発生部からのマイクロ波を透過させることにより、前記チャンバの内部にマイクロ波を放射するための放射面と、前記放射面から放射されたマイクロ波を反射するための複数の金属反射面であって、前記放射面以外の前記チャンバの前記内面に配置され、金属で形成された複数の金属反射面と、を含む。

被加熱物を加熱する際には、チャンバの内部は、過熱水蒸気の熱により非常に高温（例えば、３００℃～４００℃）となる。そのため、背景技術の欄で説明したように、チャンバの内面をセラミックスでコーティングした場合には、当該セラミックスが金属との熱膨張係数の違いにより剥離するなどして、チャンバが劣化するおそれが生じる。これに対して、本態様によれば、チャンバの内面は、金属で形成された複数の金属反射面を含んでいる。一般に、金属はセラミックスと比べて耐熱性が高いため、チャンバの内面を複数の金属反射面で構成することにより、過熱水蒸気の熱によるチャンバの劣化を抑制することができる。

また、一般に、チャンバの内面の少なくとも一部を金属で形成した場合には、チャンバの内面に水滴が付着した状態で、チャンバの内部にマイクロ波を放射した際に、マイクロ波による電界が当該水滴に集中して部分放電が発生するおそれがある。このような部分放電にマイクロ波のエネルギーが無駄に消費されることにより、マイクロ波による被加熱物の加熱を安定して行うことができなくなる。しかしながら、本態様によれば、過熱水蒸気がチャンバの内部に充満することにより、チャンバの内部は、過熱水蒸気の熱により非常に高温（例えば、３００℃～４００℃）となる。そのため、例えば食品等の被加熱物から発生した水分は全て気化されるため、チャンバの内面に水滴が発生するのを抑制することができる。その結果、上述した部分放電の発生を抑制することができ、マイクロ波による被加熱物の加熱を安定して行うことができる。

例えば、前記過熱水蒸気発生部は、水蒸気を発生させるためのボイラと、前記ボイラからの水蒸気を１００℃以上に加熱することにより、過熱水蒸気を生成する加熱部と、前記チャンバの前記内面から前記チャンバの内部に向けて延び、前記加熱部からの過熱水蒸気を前記チャンバの内部に噴射する噴射部と、を有するように構成してもよい。

本態様によれば、噴射部は、チャンバの内面からチャンバの内部に向けて延びているので、過熱水蒸気をチャンバの内部に効率良く噴射することができる。また、上述したように、チャンバの内部は過熱水蒸気の熱により非常に高温となるため、噴射部の表面に水滴が発生するのを抑制することができる。その結果、噴射部の表面でマイクロ波による部分放電が発生するのを抑制することができ、マイクロ波による被加熱物の加熱を安定して行うことができる。

例えば、前記加熱装置は、さらに、前記噴射部の近傍に配置され、前記チャンバの内部を加熱するための第１のヒータを備えるように構成してもよい。

本態様によれば、過熱水蒸気及びマイクロ波により被加熱物を加熱する前に、第１のヒータによりチャンバの内部を予熱しておくことができる。これにより、噴射部から過熱水蒸気を噴射した際に、過熱水蒸気の温度が低下するのを抑制することができ、被加熱物の加熱を効率良く行うことができる。また、第１のヒータは噴射部の近傍に配置されているので、第１のヒータからの熱を、噴射部から噴射された過熱水蒸気に効率良く伝達させることができる。その結果、噴射部から噴射された過熱水蒸気の温度低下をより一層効果的に抑制することができる。

例えば、前記第１のヒータは、前記チャンバの前記内面から前記チャンバの内部に向けて延びているように構成してもよい。

本態様によれば、第１のヒータは、チャンバの内面からチャンバの内部に向けて延びているので、チャンバの内部を効率良く加熱することができる。また、上述したように、チャンバの内部は、過熱水蒸気の熱により非常に高温となるため、第１のヒータの表面に水滴が発生するのを抑制することができる。その結果、第１のヒータの表面でマイクロ波による部分放電が発生するのを抑制することができ、マイクロ波による被加熱物の加熱を安定して行うことができる。

例えば、前記複数の金属反射面の少なくとも一つは、前記ボイラからの水蒸気の一部が通過する複数の孔を有し、金属で形成された熱板で構成され、前記加熱装置は、さらに、前記熱板を加熱するための第２のヒータを備え、前記ボイラからの水蒸気の一部は、前記熱板の前記複数の孔を通過する際に、前記第２のヒータからの熱によって１００℃以上に加熱されることにより、過熱水蒸気として前記チャンバの内部に供給されるように構成してもよい。

本態様によれば、過熱水蒸気及びマイクロ波により被加熱物を加熱する前に、第２のヒータによりチャンバの内部を予熱しておくことができる。これにより、噴射部から過熱水蒸気を噴射した際に、過熱水蒸気の温度が低下するのを抑制することができ、被加熱物の加熱を効率良く行うことができる。また、噴射部からの過熱水蒸気がチャンバに供給されるとともに、熱板の複数の孔からの過熱水蒸気がチャンバの内部に供給されるので、過熱水蒸気をチャンバの内部に効率良く噴射することができる。

例えば、前記熱板は、前記噴射部に対向して配置されているように構成してもよい。

本態様によれば、熱板は噴射部に対向して配置されているので、噴射部からの過熱水蒸気の噴射方向と、熱板の複数の孔からの過熱水蒸気の噴射方向とを対向させることができる。その結果、過熱水蒸気をチャンバの内部にムラなく噴射することができる。

また、本発明の一態様に係る加熱方法は、上述したいずれかの加熱装置を用いて、被加熱物に対して加熱処理を施すための加熱方法であって、前記被加熱物をチャンバの内部に収容するステップと、過熱水蒸気発生部からの過熱水蒸気を前記チャンバの内部に供給するとともに、マイクロ波発生部からのマイクロ波を前記チャンバの内部に放射することにより、前記被加熱物を加熱するステップと、を含む。

本態様によれば、上述と同様に、過熱水蒸気の熱によるチャンバの劣化を抑制することができる。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、特許請求の範囲を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。

（実施の形態）
以下、図１～図６を参照しながら、実施の形態について説明する。なお、図１～図５において、チャンバ６の幅方向をＸ軸、チャンバ６の奥行方向をＹ軸、チャンバ６の高さ方向をＺ軸とする。

［１．加熱装置の全体構成］
まず、図１～図３を参照しながら、実施の形態に係る加熱装置２の全体構成について説明する。図１は、実施の形態に係る加熱装置２の全体構成を示す斜視図である。図２は、実施の形態に係る加熱装置２の全体構成を示す正面図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線による、実施の形態に係る加熱装置２の断面図である。

実施の形態に係る加熱装置２は、過熱水蒸気による加熱及びマイクロ波による加熱の併用（同時使用）により、被加熱物４に対して加熱処理を施すための装置である。例えば、被加熱物４は冷凍食品等であり、加熱装置２は、被加熱物４を加熱調理するための調理用オーブン等として用いられる。なお、過熱水蒸気とは、常圧で１００℃の飽和水蒸気をさらに加熱することにより得られる、無色透明の気体（Ｈ_２Ｏガス）を意味する。

図１～図３に示すように、加熱装置２は、チャンバ６と、複数の第１のヒータ８ａ，８ｂ，８ｃ（図３参照）と、第２のヒータ１０（図３参照）と、マイクロ波発生部１２と、過熱水蒸気発生部１４とを備えている。

チャンバ６は、被加熱物４を収容するための収容庫（調理庫）である。チャンバ６の内部には、被加熱物４を収容するための空間１６が形成されている。

複数の第１のヒータ８ａ，８ｂ，８ｃの各々は、チャンバ６の内部を加熱するための電熱ヒータである。第２のヒータ１０は、チャンバ６の熱板２４（後述する）を加熱するとともに、チャンバ６の内部を加熱するための電熱ヒータである。

マイクロ波発生部１２は、チャンバ６の内部にマイクロ波を放射するためのユニットである。過熱水蒸気発生部１４は、チャンバ６の内部に過熱水蒸気を供給するためのユニットである。

以下、実施の形態に係る加熱装置２の上記各構成要素について詳細に説明する。

［２．チャンバの構成］
図１～図５を参照しながら、チャンバ６の構成について説明する。図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線による、実施の形態に係る加熱装置２の断面図である。図５は、図３のＶ－Ｖ線による、実施の形態に係る加熱装置２の断面図である。

図１～図３に示すように、チャンバ６は、例えば中空状の直方体形状に形成されている。チャンバ６は、本体部１８と、扉部２０と、隔壁部２２と、熱板２４とを有している。

図１～図３に示すように、本体部１８は、前面１８ａ、背面１８ｂ及び底面１８ｃがそれぞれ開口された直方体形状に形成されている。すなわち、本体部１８の前面１８ａ、背面１８ｂ及び底面１８ｃにはそれぞれ、矩形状の開口部２６，２８，３０が形成されている。本体部１８は、例えばステンレス等の金属で形成されている。本体部１８の下端部における四隅にはそれぞれ、チャンバ６を支持するための四本の脚部３２が取り付けられている。

図１～図３に示すように、扉部２０は、矩形状の板状に形成され、例えばステンレス等の金属で形成されている。扉部２０の下端部は、一対の蝶番３４を介して本体部１８の前面１８ａに回動可能に支持されている。扉部２０は、一対の蝶番３４を回動軸として、本体部１８の前面１８ａの開口部２６を開放する開位置（図１及び図３の一点鎖線参照）と、本体部１８の前面１８ａの開口部２６を閉塞する閉位置（図２及び図３の実線参照）との間を回動可能である。また、扉部２０の外面には、取っ手３６が設けられている。ユーザは、取っ手３６を手で把持して扉部２０を閉位置から開位置に回動させることにより、本体部１８の前面１８ａの開口部２６を通して、被加熱物４をチャンバ６の内部に対して出し入れすることができる。

図３に示すように、隔壁部２２は、矩形状の板状に形成されており、本体部１８の背面１８ｂの開口部２８を閉塞するように配置されている。隔壁部２２は、本体部１８の背面１８ｂ側に配置された放射アンテナ５４（後述する）からのマイクロ波を透過させることにより、チャンバ６の内部にマイクロ波を放射するためのものである。隔壁部２２は、例えば、マイクロ波を透過する性質及び耐熱性を有するガラス等で形成されている。なお、隔壁部２２の耐熱温度は、例えば４００℃以上であるのが好ましい。

図１及び図３に示すように、熱板２４は、矩形状の板状に形成されており、本体部１８の底面１８ｃの開口部３０を閉塞するように配置されている。熱板２４は、例えばアルミニウム等の熱伝導性の高い金属で形成されている。熱板２４の内面（すなわち、空間１６側の面）には、複数の孔３８が形成されている。複数の孔３８の各々は、熱板２４の厚み方向（Ｚ軸方向）に延びている。複数の孔３８は、熱板２４のほぼ全域に亘って配置されている。また、熱板２４の外面（すなわち、空間１６側とは反対側の面）には、１つの孔３７が形成されている。孔３７は、熱板２４の厚み方向に延びている。孔３７と複数の孔３８とは、熱板２４の内部に形成された流路３９を介して連通されている。なお、説明の都合上、図４では、複数の孔３８の図示を省略してある。

図３～図５に示すように、チャンバ６の内面（すなわち、空間１６側の面）は、放射面４０と、複数の金属反射面４２，４４，４６とを含んでいる。

放射面４０は、放射アンテナ５４からのマイクロ波を透過させることにより、チャンバ６の内部にマイクロ波を放射するための面である。放射面４０は、隔壁部２２の内面に配置され、例えばガラス等の非金属で形成されている。

複数の金属反射面４２，４４，４６の各々は、放射面４０から放射されたマイクロ波を反射するための面である。複数の金属反射面４２，４４，４６の各々は、放射面４０以外のチャンバ６の内面に配置され、金属で形成されている。具体的には、金属反射面４２は、本体部１８の内面（前面１８ａ、背面１８ｂ、天面１８ｄ、左側面１８ｅ及び右側面１８ｆ等における各内面）に配置され、例えばステンレス等の金属で形成されている。金属反射面４４は、扉部２０の内面に配置され、例えばステンレス等の金属で形成されている。また、金属反射面４６は、熱板２４の内面に配置され、例えばアルミニウム等の金属で形成されている。

［３．第１のヒータの構成］
次に、図３～図５を参照しながら、複数の第１のヒータ８ａ，８ｂ，８ｃの構成について説明する。

図３～図５に示すように、複数の第１のヒータ８ａ，８ｂ，８ｃの各々は、例えばＵ字状に形成されたシーズヒータで構成され、チャンバ６の内部に配置されている。図３及び図５に示すように、複数の第１のヒータ８ａ，８ｂ，８ｃの各々は、本体部１８の右側面１８ｆの内面（すなわち、チャンバ６の内面）からチャンバ６の内部に向けて略水平に延びており、本体部１８の天面１８ｄの内面の近傍に配置されている。また、図３及び図４に示すように、複数の第１のヒータ８ａ，８ｂ，８ｃは、チャンバ６の奥行方向（Ｙ軸方向）に間隔を置いて配置されている。

複数の第１のヒータ８ａ，８ｂ，８ｃの各々は、オン（通電）されることにより発熱し、チャンバ６の内部を上方から例えば２００℃～３００℃に加熱する。

［４．第２のヒータの構成］
次に、図３及び図５を参照しながら、第２のヒータ１０の構成について説明する。

図３及び図５に示すように、第２のヒータ１０は、チャンバ６の外部に配置されている。具体的には、第２のヒータ１０は、熱板２４の外面に接触するように配置され、複数の第１のヒータ８ａ，８ｂ，８ｃに対向して配置されている。なお、第２のヒータ１０には、熱板２４の孔３７を露出させるための開口部４７が形成されている。また、第２のヒータ１０は、例えばステンレス等で形成された支持板４９により下方から支持されている。支持板４９には、熱板２４の孔３７を露出させるための開口部５１が形成されている
第２のヒータ１０は、オン（通電）されることにより発熱し、熱板２４を例えば２００℃～３００℃に加熱するとともに、チャンバ６の内部を下方から例えば２００℃～３００℃に加熱する。

［５．マイクロ波発生部の構成］
次に、図１～図５を参照しながら、マイクロ波発生部１２の構成について説明する。

図１～図３に示すように、マイクロ波発生部１２は、ハウジング４８と、発振器５０と、導波管５２と、放射アンテナ５４とを有している。

図１及び図２に示すように、ハウジング４８は、チャンバ６の外部に配置されている。ハウジング４８の下端部における四隅にはそれぞれ、ハウジング４８を支持するための四本の脚部５６が取り付けられている。

図２に示すように、発振器５０は、マイクロ波を生成するためのものであり、例えばマグネトロン等で構成されている。発振器５０は、ハウジング４８の内部に配置されている。なお、発振器５０により生成されるマイクロ波の周波数は、例えば２４５０ＭＨｚである。

導波管５２は、例えば方形導波管で構成され、ハウジング４８の内部とチャンバ６の隔壁部２２の外面（すなわち、空間１６側とは反対側の面）とを連通する。図２に示すように、導波管５２の一端部は、ハウジング４８を貫通して発振器５０に接続されている。また、図３～図５に示すように、導波管５２の他端部は、チャンバ６の隔壁部２２の外面に接続されている。

放射アンテナ５４は、マイクロ波を放射するためのアンテナである。図３及び図５に示すように、放射アンテナ５４は、導波管５２の他端部における内部に配置され、チャンバ６の隔壁部２２の外面に対向して配置されている。

発振器５０により生成されたマイクロ波は、導波管５２を通して放射アンテナ５４まで導かれ、放射アンテナ５４から放射される。放射アンテナ５４からのマイクロ波は、隔壁部２２を透過して、チャンバ６の内部に向けて放射される。これにより、チャンバ６の内部に収容された被加熱物４は、隔壁部２２を透過してチャンバ６の内部に放射されたマイクロ波により、当該被加熱物４の内部から加熱される。

［６．過熱水蒸気発生部の構成］
次に、図１～図５を参照しながら、過熱水蒸気発生部１４の構成について説明する。

図１～図３に示すように、過熱水蒸気発生部１４は、ハウジング５８と、ボイラ６０と、第１の接続管６２と、加熱部６４と、第２の接続管６６と、複数の噴射部６８ａ，６８ｂ，６８ｃとを有している。

図１及び図２に示すように、ハウジング５８は、チャンバ６の外部に配置されている。ハウジング５８の下端部における四隅にはそれぞれ、ハウジング５８を支持するための四本の脚部７０が取り付けられている。

図２に示すように、ボイラ６０は、飽和水蒸気を発生させるためのものであり、ハウジング５８の内部に配置されている。なお、飽和水蒸気とは、常圧で１００℃の水蒸気（無色透明の気体）を意味する。

図２に示すように、第１の接続管６２は、ボイラ６０と加熱部６４とを連通し、且つ、ボイラ６０と熱板２４の複数の孔３８の各々とを連通するための配管である。第１の接続管６２の上流側端部は、ボイラ６０に接続されている。第１の接続管６２の下流側端部は、二股状に分岐されている。第１の接続管６２の一方の下流側端部は、加熱部６４に接続されている。また、図３及び図５に示すように、第１の接続管６２の他方の下流側端部は、支持板４９の開口部５１及び第２のヒータ１０の開口部４７を通して、熱板２４の孔３７に接続されている。

図２に示すように、ボイラ６０で発生した飽和水蒸気は、第１の接続管６２を通して加熱部６４及び熱板２４の孔３７の各々に供給される。なお、図３に示すように、熱板２４の孔３７に供給された飽和水蒸気は、熱板２４の流路３９及び複数の孔３８の各々を通過する。この時、飽和水蒸気は、第２のヒータ１０からの熱によって常圧で１００℃以上に加熱されることにより、過熱水蒸気に変化する。これにより、熱板２４の複数の孔３８の各々から、過熱水蒸気がチャンバ６の内部に向けて上方（Ｚ軸のプラス方向）に噴射される。なお、熱板２４の複数の孔３８の各々から噴射される過熱水蒸気の温度は、例えば常圧で２００℃～３００℃である。

加熱部６４は、ボイラ６０から第１の接続管６２を通して供給されてきた飽和水蒸気を常圧で１００℃以上に加熱することにより、過熱水蒸気を生成する。図２に示すように、加熱部６４は、ハウジング５８の内部に配置されており、例えば電熱ヒータ又はガスバーナ等で構成される。なお、加熱部６４により生成される過熱水蒸気の温度は、例えば常圧で３００℃～４００℃である。

第２の接続管６６は、加熱部６４と複数の噴射部６８ａ，６８ｂ，６８ｃの各々とを連通するための配管である。図２に示すように、第２の接続管６６の上流側端部は、加熱部６４に接続されている。また、図４に示すように、第２の接続管６６の下流側端部は、複数の噴射部６８ａ，６８ｂ，６８ｃの各々に接続されている。

図３～図５に示すように、複数の噴射部６８ａ，６８ｂ，６８ｃの各々は、例えばＵ字状に形成された金属製のノズル配管である。図３及び図５に示すように、複数の噴射部６８ａ，６８ｂ，６８ｃの各々は、本体部１８の右側面１８ｆの内面（すなわち、チャンバ６の内面）からチャンバ６の内部に向けて略水平に延びており、本体部１８の天面１８ｄの内面と複数の第１のヒータ８ａ，８ｂ，８ｃとの間に配置されている。これにより、複数の噴射部６８ａ，６８ｂ，６８ｃはそれぞれ、複数の第１のヒータ８ａ，８ｂ，８ｃの近傍に配置される。また、図３及び図４に示すように、複数の噴射部６８ａ，６８ｂ，６８ｃは、チャンバ６の奥行方向に間隔を置いて配置され、熱板２４に対向して配置されている。

図４に示すように、複数の噴射部６８ａ，６８ｂ，６８ｃの各両端部は、本体部１８の右側面１８ｆを貫通してチャンバ６の外部に突出し、第２の接続管６６の下流側端部に接続されている。また、図４に示すように、複数の噴射部６８ａ，６８ｂ，６８ｃの各々の熱板２４に対向する側には、過熱水蒸気を噴射するための複数の噴射孔７２が形成されている。複数の噴射孔７２は、複数の噴射部６８ａ，６８ｂ，６８ｃの各長手方向に沿って間隔を置いて配置されている。なお、図４に示す平面視において、複数の噴射部６８ａ，６８ｂ，６８ｃはそれぞれ、複数の噴射孔７２と複数の第１のヒータ８ａ，８ｂ，８ｃとが重ならないように、複数の第１のヒータ８ａ，８ｂ，８ｃに対してチャンバ６の奥行方向にずれて配置されている。図４に示す複数の噴射孔７２の配置は一例であり、複数の噴射孔７２の配置を図４に示す配置以外の他の配置にしてもよい。

図４に示すように、加熱部６４により生成された過熱水蒸気は、第２の接続管６６を通して複数の噴射部６８ａ，６８ｂ，６８ｃの各々に供給される。これにより、図３及び図５に示すように、複数の噴射部６８ａ，６８ｂ，６８ｃの各々の複数の噴射孔７２から、過熱水蒸気がチャンバ６の内部に向けて下方（Ｚ軸のマイナス方向）に噴射される。すなわち、複数の噴射部６８ａ，６８ｂ，６８ｃの各々からの過熱水蒸気の噴射方向は、熱板２４の複数の孔３８の各々からの過熱水蒸気の噴射方向と対向する方向となる。

［７．加熱処理の手順］
次に、図６を参照しながら、加熱装置２における被加熱物４の加熱処理の手順について説明する。図６は、実施の形態に係る加熱装置２における被加熱物４の加熱処理の手順を示すフローチャートである。

図６に示すように、まず、ユーザは、例えば操作盤等（図示せず）を操作することにより、複数の第１のヒータ８ａ，８ｂ，８ｃ及び第２のヒータ１０の各々をオンする（Ｓ１０１）。これにより、複数の第１のヒータ８ａ，８ｂ，８ｃ及び第２のヒータ１０の各々からの熱によって、チャンバ６の内部が予熱される（Ｓ１０２）。チャンバ６の内部の温度が所定温度（例えば２５０℃）に達していない場合には（Ｓ１０３でＮＯ）、ステップＳ１０２に戻り、チャンバ６の内部の予熱が継続して行われる。

チャンバ６の内部の温度が上記所定温度に達した場合には（Ｓ１０３でＹＥＳ）、チャンバ６の内部は十分に予熱された状態となっている。この状態で、ユーザは、扉部２０を閉位置から開位置に回動させて、加熱したい被加熱物４をチャンバ６の内部に収容し（Ｓ１０４）、扉部２０を開位置から閉位置に回動させる。

その後、ユーザは、例えば操作盤等を操作することにより、マイクロ波発生部１２によるチャンバ６の内部へのマイクロ波の放射、及び、過熱水蒸気発生部１４によるチャンバ６の内部への過熱水蒸気の供給を開始させる（Ｓ１０５）。これにより、チャンバ６の内部へのマイクロ波の放射と過熱水蒸気の供給とが同時に行われる。なお、チャンバ６の内部へのマイクロ波の放射と過熱水蒸気の供給とは必ずしも厳密に同時に行われる必要はなく、チャンバ６の内部へのマイクロ波の放射と過熱水蒸気の供給とに時間差があっても構わない。

放射アンテナ５４からのマイクロ波は、隔壁部２２を透過してチャンバ６の内部に放射される。チャンバ６の内部に放射されたマイクロ波は、複数の金属反射面４２，４４，４６の各々で反射しながら、被加熱物４に照射される。

また、複数の噴射部６８ａ，６８ｂ，６８ｃの各々から過熱水蒸気がチャンバ６の内部に向けて下方に噴射されるとともに、熱板２４の複数の孔３８の各々から過熱水蒸気がチャンバ６の内部に向けて上方に噴射される。チャンバ６の内部に噴射された過熱水蒸気は、被加熱物４の表面に吹き付けられる。

なお、チャンバ６の内部に噴射された過熱水蒸気の熱により、チャンバ６の内部は、例えば３００℃～４００℃に加熱される。この時、チャンバ６の内部が上記所定温度で予熱されているので、チャンバ６の内部に噴射された過熱水蒸気の温度が低下するのを抑制することができる。また、複数の噴射部６８ａ，６８ｂ，６８ｃはそれぞれ、複数の第１のヒータ８ａ，８ｂ，８ｃの近傍に配置されているので、複数の噴射部６８ａ，６８ｂ，６８ｃから噴射された過熱水蒸気の温度が低下するのを効果的に抑制することができ、過熱水蒸気を安定化させることができる。

チャンバ６の内部に収容された被加熱物４は、マイクロ波により当該被加熱物４の内部から加熱されるとともに、過熱水蒸気により当該被加熱物４の表面から加熱される（Ｓ１０６）。このように、過熱水蒸気による加熱とマイクロ波による加熱とを併用することにより、被加熱物４を急速に加熱することができる。なお、マイクロ波及び過熱水蒸気の量的配分及び／又は時間的配分を適宜変更することにより、被加熱物４の表面及び内部の加熱の強さを任意に制御することができる。

被加熱物４の加熱の開始から所定時間（例えば２分）が経過していない場合には（Ｓ１０７でＮＯ）、ステップＳ１０６に戻り、被加熱物４の加熱が継続して行われる。被加熱物４の加熱の開始から上記所定時間が経過した場合には（Ｓ１０７でＹＥＳ）、マイクロ波発生部１２によるチャンバ６の内部へのマイクロ波の放射、及び、過熱水蒸気発生部１４によるチャンバ６の内部への過熱水蒸気の供給が停止する（Ｓ１０８）。なお、マイクロ波の放射及び過熱水蒸気の供給は、被加熱物４の加熱の開始から上記所定時間が経過したタイミングで自動的に停止するようにしてもよいし、ユーザが操作盤等を操作することにより手動で停止させてもよい。

ユーザは、扉部２０を閉位置から開位置に回動させ、加熱された被加熱物４をチャンバ６の内部から取り出す（Ｓ１０９）。

加熱処理を継続して行う場合には（Ｓ１１０でＹＥＳ）、上述したステップＳ１０４～Ｓ１０９の各処理が再度実行される。加熱処理を終了する場合には（Ｓ１１０でＮＯ）、ユーザは、例えば操作盤等を操作することにより、複数の第１のヒータ８ａ，８ｂ，８ｃ及び第２のヒータ１０の各々をオフする（Ｓ１１１）。

［８．効果］
上述したように、被加熱物４を加熱する際には、チャンバ６の内部は、過熱水蒸気の熱により非常に高温（例えば、３００℃～４００℃）となる。そのため、背景技術の欄で説明したように、チャンバの内面をセラミックスでコーティングした場合には、当該セラミックスが金属との熱膨張係数の違いにより剥離するなどして、チャンバが劣化するおそれが生じる。

これに対して、本実施の形態では、チャンバ６の内面は、金属で形成された複数の金属反射面４２，４４，４６を含んでいる。一般に、金属の耐熱性はセラミックスよりも高いので、チャンバ６の内面を複数の金属反射面４２，４４，４６で構成することにより、過熱水蒸気の熱によるチャンバ６の劣化を抑制することができる。

また、一般に、チャンバの内面の少なくとも一部を金属で形成した場合には、チャンバの内面に水滴が付着した状態で、チャンバの内部にマイクロ波を放射した際に、マイクロ波による電界が当該水滴に集中して部分放電が発生するおそれがある。このような部分放電にマイクロ波のエネルギーが無駄に消費されることにより、マイクロ波による被加熱物の加熱を安定して行うことができなくなる。

しかしながら、本態様によれば、過熱水蒸気がチャンバ６の内部に充満することにより、チャンバ６の内部は、過熱水蒸気の熱により非常に高温（例えば、３００℃～４００℃）となる。そのため、例えば食品等の被加熱物４から発生した水分は全て気化されるため、チャンバ６の内面や内部に水滴が発生するのを抑制することができる。その結果、上述した部分放電の発生を抑制することができ、マイクロ波による被加熱物４の加熱を安定して行うことができる。

また、被加熱物４は、マイクロ波により当該被加熱物４の内部から加熱されるとともに、過熱水蒸気により当該被加熱物４の表面から加熱される。これにより、被加熱物４が食品である場合に、比較的短時間で、食品本来のうまみ成分を食品の内部に閉じ込めた加熱調理を行うことができ、食品の風味を向上させることができる。さらに、低酸素雰囲気での加熱により、食品の酸化を抑制した加熱調理を行うことができる。

また、被加熱物４が食品である場合に、過熱水蒸気による食品の表面からの熱伝導、及び、マイクロ波による食品の内部からの発熱を制御することにより、食品表面に熱伝達界面を任意に発生させることができる。その結果、例えば、ａ）栗又は珈琲豆等の渋皮、ｂ）焼き芋又は魚等の皮の各剥離性を制御することができる。

また、被加熱物４が冷凍食品である場合には、過熱水蒸気により被加熱物４の表面温度を均一に上昇させることができるとともに、誘電損失を大きくして、マイクロ波の吸収を促進させることができる。その結果、被加熱物４の加熱ムラを低減することができる。

（実施例及び比較例）
過熱水蒸気による加熱及びマイクロ波による加熱を併用した加熱装置の優位性を確認するために、次のような実験を行った。

実施例として、上記実施の形態に係る加熱装置２と同様に、過熱水蒸気による加熱及びマイクロ波による加熱を併用するタイプで、チャンバの内部にヒータを設置した加熱装置を用いた。マイクロ波の出力は１ｋＷ、過熱水蒸気の温度は３００℃、ヒータの温度は２４０℃であった。また、被加熱物として冷凍クルミパン３０ｇを用い、当該冷凍クルミパンを３０秒間加熱した後に、食材中心部の温度（以下、「芯温」という）と食材表面の温度（以下、「表面温度」という）とを測定し、両温度を比較した。なお、加熱前の芯温及び表面温度はともに－１８℃であった。

比較例１として、過熱水蒸気による加熱のみを行うタイプで、チャンバの内部にヒータを設置した加熱装置を用いた。比較例１の他の実験条件は、実施例と同一であった。

比較例２として、マイクロ波による加熱のみを行うタイプで、チャンバの内部にヒータを設置した加熱装置を用いた。比較例２の他の実験条件は、実施例と同一であった。

比較例３として、マイクロ波による加熱のみを行うタイプで、チャンバの内部にヒータを設置しない加熱装置を用いた。比較例３の他の実験条件は、実施例と同一であった。

実験結果は、図７に示す通りであった。図７は、過熱水蒸気による加熱及びマイクロ波による加熱を併用した加熱装置の優位性を確認するための実験の結果を示す図である。

図７に示すように、比較例１では、芯温は－９℃であり、食材中心部が解凍されていなかった。比較例２では、芯温及び表面温度は十分に上昇していたが、食材の外皮が若干柔らかく、食感が良いとは言えなかった。比較例３では、芯温及び表面温度は十分に上昇していたが、３０℃程度までしか温度が上昇していない部分や水分が抜け過ぎてしまっている部分があり、食材全体に加熱ムラが生じていた。

これに対して、実施例では、芯温及び表面温度が十分に上昇しているだけでなく、食材の外皮に適度な硬さがあるとともに食材の内部は柔らかく、食感が非常に良かった。また、食材全体に加熱ムラは見られなかった。

以上のことから、過熱水蒸気による加熱及びマイクロ波による加熱を併用することにより、厚みがある冷凍食品の芯温及び表面温度を十分に上昇させることができるとともに、加熱ムラを抑制することができ、食感を向上させることができることが確認できた。

（変形例等）
以上、本発明の１つ又は複数の態様に係る加熱装置及び加熱方法について、上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思い付く各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の１つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

上記実施の形態では、チャンバ６の外部にマイクロ波発生部１２及び過熱水蒸気発生部１４を配置したが、これに限定されず、チャンバ６、マイクロ波発生部１２及び過熱水蒸気発生部１４を一つのハウジングの内部に配置して、これらを一つのユニットとして構成してもよい。

また、上記実施の形態では、金属反射面４２，４４をステンレスで形成し、金属反射面４６をアルミニウムで形成したが、これに限定されず、複数の金属反射面４２，４４，４６を同一種類の金属（例えばステンレス等）で形成してもよい。

また、上記実施の形態では、被加熱物４が食品である場合について説明したが、これに限定されず、例えばゴム製品、複合樹脂又は炭素繊維等であってもよい。

また、上記実施の形態では、複数の金属反射面４２，４４，４６のうち金属反射面４６を熱板２４で構成したが、これに加えて、複数の金属反射面４２，４４の少なくとも一方を熱板２４で構成してもよい。

また、上記実施の形態では、チャンバ６の内面のうち一つの面を放射面４０としたが、これに限定されず、チャンバ６の内面のうち二つの面をそれぞれ放射面４０としてもよい。

また、上記実施の形態では、加熱装置２をバッチ式のもので構成したが、これに限定されず、連続式のもので構成してもよい。連続式のもので構成した場合には、複数の被加熱物４がコンベア等でチャンバの内部に順次搬送されることにより、各被加熱物４に対して連続的に加熱処理を施すことができる。

本発明に係る加熱装置は、例えば食品を加熱するための調理用オーブン等として適用することができる。

２ 加熱装置
４ 被加熱物
６ チャンバ
８ａ，８ｂ，８ｃ 第１のヒータ
１０ 第２のヒータ
１２ マイクロ波発生部
１４ 過熱水蒸気発生部
１６ 空間
１８ 本体部
１８ａ 前面
１８ｂ 背面
１８ｃ 底面
１８ｄ 天面
１８ｅ 左側面
１８ｆ 右側面
２０ 扉部
２２ 隔壁部
２４ 熱板
２６，２８，３０，４７，５１ 開口部
３２，５６，７０ 脚部
３４ 蝶番
３６ 取っ手
３７，３８ 孔
３９ 流路
４０ 放射面
４２，４４，４６ 金属反射面
４８，５８ ハウジング
４９ 支持板
５０ 発振器
５２ 導波管
５４ 放射アンテナ
６０ ボイラ
６２ 第１の接続管
６４ 加熱部
６６ 第２の接続管
６８ａ，６８ｂ，６８ｃ 噴射部
７２ 噴射孔

Claims (5)

1. 過熱水蒸気による加熱及びマイクロ波による加熱の併用により、被加熱物に対して加熱処理を施すための加熱装置であって、
   前記被加熱物を収容するためのチャンバと、
   前記チャンバの内部に過熱水蒸気を供給するための過熱水蒸気発生部と、
   前記チャンバの内部にマイクロ波を放射するためのマイクロ波発生部と、を備え、
   前記チャンバの内面は、
   前記マイクロ波発生部からのマイクロ波を透過させることにより、前記チャンバの内部にマイクロ波を放射するための放射面と、
   前記放射面から放射されたマイクロ波を反射するための複数の金属反射面であって、前記放射面以外の前記チャンバの前記内面に配置され、金属で形成された複数の金属反射面と、を含み、
   前記過熱水蒸気発生部は、
   水蒸気を発生させるためのボイラと、
   前記ボイラからの水蒸気を１００℃以上に加熱することにより、過熱水蒸気を生成する加熱部と、
   前記チャンバの前記内面から前記チャンバの内部に向けて延び、前記加熱部からの過熱水蒸気を前記チャンバの内部に噴射する噴射部と、を有し、
   前記複数の金属反射面の少なくとも一つは、前記ボイラからの水蒸気の一部が通過する複数の孔を有し、金属で形成された熱板で構成され、
   前記加熱装置は、さらに、前記熱板を加熱するための第２のヒータを備え、
   前記ボイラからの水蒸気の一部は、前記熱板の前記複数の孔を通過する際に、前記第２のヒータからの熱によって１００℃以上に加熱されることにより、過熱水蒸気として前記チャンバの内部に供給される
   加熱装置。
2. 前記加熱装置は、さらに、前記噴射部の近傍に配置され、前記チャンバの内部を加熱するための第１のヒータを備える
   請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記第１のヒータは、前記チャンバの前記内面から前記チャンバの内部に向けて延びている
   請求項２に記載の加熱装置。
4. 前記熱板は、前記噴射部に対向して配置されている
   請求項１～３のいずれか１項に記載の加熱装置。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の加熱装置を用いて、被加熱物に対して加熱処理を施すための加熱方法であって、
   前記被加熱物をチャンバの内部に収容するステップと、
   過熱水蒸気発生部からの過熱水蒸気を前記チャンバの内部に供給するとともに、マイクロ波発生部からのマイクロ波を前記チャンバの内部に放射することにより、前記被加熱物を加熱するステップと、を含む
   加熱方法。

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