JPH0327277Y2 - - Google Patents

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JPH0327277Y2
JPH0327277Y2 JP2446890U JP2446890U JPH0327277Y2 JP H0327277 Y2 JPH0327277 Y2 JP H0327277Y2 JP 2446890 U JP2446890 U JP 2446890U JP 2446890 U JP2446890 U JP 2446890U JP H0327277 Y2 JPH0327277 Y2 JP H0327277Y2
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branch waveguide
slot
drying
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  • Drying Of Solid Materials (AREA)
  • Freezing, Cooling And Drying Of Foods (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案はマイクロ波加熱装置を備えた乾燥装
置の改良に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] This invention relates to an improvement of a drying device equipped with a microwave heating device.

〔従来の技術とその問題点〕[Conventional technology and its problems]

周知のように食品等を凍結乾燥すると、色、香
り、味、ビタミン類が原料中のそれらに比べて大
きな遜色のない乾燥製品が得られ、しかも、その
乾燥製品に水、湯を添加すると、ほぼ完全に乾燥
前の状態に復元させることができる。
As is well known, when freeze-drying foods, etc., a dried product is obtained whose color, aroma, taste, and vitamins are comparable to those in the raw materials.Moreover, when water or hot water is added to the dried product, It can be almost completely restored to its pre-drying state.

ところが、食品等を凍結乾燥する場合、従来の
輻射加熱又は伝導加熱方法のみでは、所定の状態
まで乾燥させるのに長時間を要し、その結果乾燥
コストは非常に高くつく欠点があつた。
However, when freeze-drying foods, etc., conventional radiation heating or conduction heating methods alone require a long time to dry to a predetermined state, resulting in extremely high drying costs.

この乾燥時間の短縮のため、特開昭56−23879
号公報に示されるマイクロ波加熱を併用した複合
加熱による乾燥方法並びに特開昭56−22086号公
報に示される複合加熱による加熱装置を先に提案
した。しかしながら大量の食品等を取扱う工業的
規模の凍結乾燥装置を実用化しようとする場合、
その処理量に応じて必要十分なマイクロ波エネル
ギーを投入しなければならないので、以下に述べ
るような問題があり、今日まで工業的規模のマイ
クロ波を利用した凍結乾燥装置の出現を見ていな
い。
In order to shorten this drying time, JP-A-56-23879
We have previously proposed a drying method using combined heating using microwave heating as shown in Japanese Patent Publication No. 56-22086, and a heating device using combined heating shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-22086. However, when trying to put into practical use an industrial-scale freeze-drying device that handles large quantities of food, etc.,
Since necessary and sufficient microwave energy must be input according to the amount of processing, there are problems as described below, and to date, no industrial-scale freeze-drying equipment using microwaves has been seen.

凍結乾燥に限らず真空乾燥においても減圧下で
の乾燥の迅速化を図るには、被乾燥物への熱の伝
達を如何に効果的に行うかが重要であることはよ
く知られたところであり、マイクロ波加熱による
乾燥を行う場合もその例外ではない。
It is well known that in order to speed up drying under reduced pressure, not only in freeze drying but also in vacuum drying, it is important to effectively transfer heat to the material to be dried. The case of drying by microwave heating is no exception.

ところが、ある減圧下でマイクロ波を自由空間
の場に放射させながら、その出力を徐々に高めて
行くと、電界が強く作用している部分の気体の絶
縁が破壊され、その部分でマイクロ波放電を誘発
して加熱エネルギーが無駄に消費されるため、投
入パワーを上げても、効率的なマイクロ波加熱を
行うことができなかつた。これが従来減圧下でマ
イクロ波加熱による乾燥を実用化出来なかつた大
きな問題点である。
However, when microwaves are radiated into a field in free space under a certain reduced pressure and the output is gradually increased, the insulation of the gas in the area where the electric field is strongly acting breaks down, causing microwave discharge in that area. Even if the input power was increased, efficient microwave heating could not be achieved because heating energy was wasted. This is a major problem that has prevented conventional drying by microwave heating under reduced pressure from being put to practical use.

本考案者等は種々研究の結果、次のような知見
を得、その解決策を見出して工業的規模のマイク
ロ波加熱を採る乾燥装置の実用化に成功したもの
である。
As a result of various studies, the present inventors obtained the following knowledge, found a solution to the problem, and succeeded in commercializing a drying device that uses microwave heating on an industrial scale.

このようにマイクロ波を減圧下で自由空間に放
射した場合の放電開始電界の強さは、自由空間に
介在する気体の種類、マイクロ波の励振周波数等
によつて相違するが、特に圧力との関係において
典型的な様相で変移する。第1図は介在気体を空
気と水蒸気とし、マイクロ波の励振周波数を
2450MHzの条件の下で、圧力と放電開始電界強度
との相関関係を示したものである。
In this way, the strength of the discharge starting electric field when microwaves are radiated into free space under reduced pressure varies depending on the type of gas present in free space, the excitation frequency of the microwave, etc. Transition in a typical manner in a relationship. Figure 1 shows the intervening gases as air and water vapor, and the excitation frequency of the microwave as
This figure shows the correlation between pressure and discharge initiation electric field strength under the condition of 2450MHz.

食品等の凍結乾燥の操作においては、概して空
気又は水蒸気が介在気体の主成分を成しているの
で、第1図はマイクロ波加熱装置を使用する真空
乾燥装置又は真空凍結乾燥装置を設計する場合の
基礎となる。
In the freeze-drying operation of foods, etc., air or water vapor generally constitutes the main component of the intervening gas, so Figure 1 shows how to design a vacuum dryer or vacuum freeze-dryer that uses a microwave heating device. becomes the basis of

食品等を凍結乾燥する場合、200Pa以下の真空
領域で操作されるのが一般的であるから、第1図
を見ればわかるように、放電開始電界の強度は最
も小さく、従つて放電し易い最も悪い環境条件下
であるにも拘らず、従来装置はこのような放電特
性を考慮したマイクロ波伝送回路の構造を採用し
ていなかつたため何れも実用化に失敗したのであ
る。
When freeze-drying foods, etc., it is generally operated in a vacuum region of 200 Pa or less, so as you can see from Figure 1, the strength of the discharge starting electric field is the smallest, and therefore the most likely to cause a discharge. Despite the poor environmental conditions, the conventional devices failed to be put into practical use because they did not adopt a microwave transmission circuit structure that took such discharge characteristics into consideration.

この考案は、この知見に基づきなされたもの
で、マイクロ波伝送回路の構造を改良して放電し
難いものとし、機能的に優れたマイクロ波加熱方
式を採る乾燥装置の実用化を可能としたものであ
る。
This idea was made based on this knowledge, and improved the structure of the microwave transmission circuit to make it difficult to discharge, making it possible to put into practical use a drying device that uses a microwave heating method with excellent functionality. It is.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本考案は上記の問題点を解決するためになされ
たもので、真空乾燥槽中に複数本のスロツトアレ
イアンテナを並設し、これら各スロツトアレイア
ンテナをマイクロ波発生装置に接続される1次分
岐導波管と直角を成して並設されている2次分岐
導波管に接続すると共に、前記スロツトアレイア
ンテナと2次分岐導波管の接続部に低損失材料で
共振窓を閉鎖した密閉型共振装置を設け、該密閉
型共振装置の入口側にアイリス、スタブ等の反射
マイクロ波の反転用整合装置を設けてスロツトア
レイアンテナまで、または出来るだけ近くまで大
気圧又は大気圧に近い圧力下でマイクロ波の伝送
を行うようにして、マイクロ波伝送導波管回路の
放電開始電界強度の向上を図り、所要マイクロ波
エネルギーの投入を可能とし、また、マイクロ波
の反射面積を大きくするために複数のスロツトア
レイアンテナを櫛歯状に設ける場合の構造を工夫
したものである。
The present invention was made to solve the above problems, and consists of a plurality of slot array antennas arranged in parallel in a vacuum drying tank, and a single slot array antenna connected to a microwave generator. In addition to connecting to the secondary branching waveguide which is arranged in parallel at right angles to the secondary branching waveguide, a resonance window is formed using a low-loss material at the connection between the slot array antenna and the secondary branching waveguide. A closed resonator is provided, and a matching device such as an iris or stub for reversing the reflected microwaves is provided on the inlet side of the resonator, and the antenna is heated to atmospheric pressure or atmospheric pressure to the slot array antenna or as close as possible. By transmitting microwaves under a pressure close to that of In order to increase the size, the structure is devised when a plurality of slot array antennas are provided in a comb-like shape.

即ち、マイクロ波発生装置に接続される1次分
岐導波管に複数の2次分岐導波管を直角を成して
設け、この2次分岐導波管に夫々スロツトアレイ
アンテナを接続し、1次分岐導波管と2次分岐導
波管の結合部に、1次分岐導波管の中心線よりあ
る一定の距離だけ離れた点にその1次分岐導波管
の中心線に平行で長さが1/2λgの結合用スロツト
を設けた構造としたものである。
That is, a plurality of secondary branch waveguides are provided at right angles to a primary branch waveguide connected to a microwave generator, and a slot array antenna is connected to each of the secondary branch waveguides. At the joint between the primary branch waveguide and the secondary branch waveguide, a point parallel to the center line of the primary branch waveguide is placed at a certain distance away from the center line of the primary branch waveguide. It has a structure in which a coupling slot with a length of 1/2λg is provided.

〔実施例〕〔Example〕

以下この考案の実施態様につき、図面に基づき
説明すれば次の通りである。
The embodiments of this invention will be described below based on the drawings.

第2図はこの考案の実施例の縦断面図、第3図
はその平面図で、1〜3は右端にマイクロ波発振
器4〜6を結合し左端に真空乾燥槽壁7を貫通し
て槽内T形分岐導波管8〜10を夫々接続した矩
形導波管から成る槽外主導波管である。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an embodiment of this invention, and FIG. 3 is a plan view thereof, in which microwave oscillators 4 to 6 are connected to the right end, and the vacuum drying tank wall 7 is connected to the left end. This is an external main waveguide consisting of a rectangular waveguide to which inner T-shaped branch waveguides 8 to 10 are connected, respectively.

各槽内T形分岐導波管8〜10の出口側には
夫々端部を閉鎖(短絡)した1次分岐導波管11
〜13が接続され、その1次分岐導波管11〜1
3には伝送波の管内波長と等値の間隔lfで複数の
2次分岐導波管、実施例では4本づゝの2次分岐
導波管14〜17を端部を重ねるようにして櫛歯
状に接続されている。なお18は伝送波を1次分
岐導波管から2次分岐導波管へ伝送するための結
合用スロツトである。
On the outlet side of each T-shaped branch waveguide 8 to 10 in each tank, there is a primary branch waveguide 11 whose end is closed (short-circuited).
~13 are connected, and its primary branch waveguides 11~1
3, a plurality of secondary branching waveguides 14 to 17 are arranged at an interval lf equal to the internal wavelength of the transmitted wave, and in the embodiment, four secondary branching waveguides 14 to 17 are arranged in a comb with their ends overlapped. connected in the form of teeth. Note that 18 is a coupling slot for transmitting the transmission wave from the primary branch waveguide to the secondary branch waveguide.

19〜22は前記2次分岐導波管14〜17に
密閉型共振装置23を介して夫々接続されたスロ
ツトアレイアンテナで、断面形状は第7図に示す
ような形状をしていて第2図において、上段の各
スロツトアレイアンテナは下面に、下段の各スロ
ツトアレイアンテナは上面に、中段の各スロツト
アレイアンテナは上下面に夫々同一形状のマイク
ロ波放射用スロツト24が一定の間隔で飛石状に
設けられていて、上段及び下段の各スロツトアレ
イアンテナは片面放射、中断の各スロツトアレイ
アンテナは両面放射型となつている。
Reference numerals 19 to 22 denote slot array antennas connected to the secondary branch waveguides 14 to 17 through closed resonance devices 23, respectively, and have a cross-sectional shape as shown in FIG. In the figure, each slot array antenna in the upper row has microwave radiation slots 24 of the same shape on the bottom surface, each slot array antenna in the lower row on the upper surface, and the slot array antennas in the middle row each having the same shape on the upper and lower surfaces. The slot array antennas in the upper and lower rows are of the single-sided radiation type, and the slot array antennas in the interrupted slots are of the double-sided radiation type.

前記密閉型共振装置23は第5図に示すように
2次分岐導波管14とスロツトアレイアンテナ1
9間に挾んで固定され、その共振窓23aに真空
洩れが生じない完全な状態でテフロン、セラミツ
ク、石英、硼硅酸ガラス等の誘導特性を持つ低損
失材料から成る遮蔽板23aを密着したものであ
る。
The sealed resonator 23 includes a secondary branch waveguide 14 and a slot array antenna 1, as shown in FIG.
A shielding plate 23a made of a low-loss material with inductive properties such as Teflon, ceramics, quartz, borosilicate glass, etc. is tightly attached to the resonance window 23a in a perfect state with no vacuum leakage. It is.

25は1次分岐導波管11〜13と平行状態に
配置した熱媒体の循環流動管で、管の外側に2次
分岐導波管の断続した配列空間に応じて、アルミ
合金から成る熱伝達中継体26が串団子状に鋳造
成形により固着されている。
Reference numeral 25 denotes a circulating flow tube for heat medium arranged in parallel with the primary branch waveguides 11 to 13, and a heat transfer tube made of aluminum alloy is arranged outside the tube in accordance with the intermittent arrangement space of the secondary branch waveguides. The relay body 26 is fixed by casting in the shape of a skewer dumpling.

27はスロツトアレイアンテナの両側に設けた
突起溝28(第7図参照)に挿入し、熱導性接着
剤で固定したヒートパイプで、端部を前記熱伝達
中継体26に設けた透孔に挿入し、熱導性接着剤
で固定されている。
27 is a heat pipe that is inserted into the protrusion grooves 28 (see Fig. 7) provided on both sides of the slot array antenna and fixed with a thermally conductive adhesive, and its end is connected to the through hole provided in the heat transfer relay body 26. and fixed with thermally conductive adhesive.

29は第5図及び第6図に示すようにスロツト
アレイアンテナ19からの反射波を反転させるた
めに2次分岐導波管14に設けたアイリス(反射
マイクロ波の反転用整合装置)、30は被乾燥食
品等を入れる受皿で、搬送支持具31によつて上
下に位置したスロツトアレイアンテナの間で、ス
ロツトアレイアンテナから放射されるマイクロ波
の放射特性に支障を来すことの少ない位置に保持
されている。
As shown in FIGS. 5 and 6, 29 is an iris (matching device for inverting reflected microwaves) provided in the secondary branch waveguide 14 to invert the reflected waves from the slot array antenna 19; is a tray for storing food to be dried, etc., and is placed between the slot array antennas positioned above and below by means of the conveyance support 31, so that the radiation characteristics of the microwaves radiated from the slot array antennas are unlikely to be affected. held in position.

受皿30はテフロン、ポリプロピレン等の誘電
体損失及び反射係数の小さな材料で作られる。
The saucer 30 is made of a material with low dielectric loss and low reflection coefficient, such as Teflon or polypropylene.

真空乾燥槽内に装備されたマイクロ波伝送回路
の導波管の強度とその接合部は、真空洩れを生じ
ないように十分配慮して作られ、また槽内T形分
岐導波管8〜10の入口側端部は、真空ガスケツ
トを介して真空乾燥槽壁7に装着されている。
The strength of the waveguide of the microwave transmission circuit installed in the vacuum drying tank and its joints are carefully considered to prevent vacuum leakage. The inlet side end of is attached to the vacuum drying tank wall 7 via a vacuum gasket.

なお図面では省略したが、第2図及び第3図で
示したマイクロ波と輻射の両加熱装置は、搬送支
持具31の軸を中心として左右対称の形に構成さ
れ、それらは全べて真空乾燥槽の中に装着されて
いる。
Although not shown in the drawings, both the microwave and radiation heating devices shown in FIGS. 2 and 3 are configured symmetrically with respect to the axis of the transport support 31, and they are all placed in a vacuum. It is installed inside the drying tank.

以上、実施例の構造について説明したが、この
実施例の第1の特長は、マイクロ波加熱装置にお
ける導波管回路の途中に密閉型共振装置23を設
けて、マイクロ波発振器側の導波管内を減圧下の
マイクロ波アンテナ内より高圧、実施例では大気
圧に保持し得るようにしたことであり、マイクロ
波伝送回路は次のように設計される。
The structure of the embodiment has been explained above, and the first feature of this embodiment is that the sealed resonator 23 is provided in the middle of the waveguide circuit in the microwave heating device, and the sealed resonator 23 is provided inside the waveguide on the microwave oscillator side. can be maintained at a higher pressure than in the microwave antenna under reduced pressure, at atmospheric pressure in the embodiment, and the microwave transmission circuit is designed as follows.

先ず、最小放電開始電界強度Vm〜180Voltscm
に対してスロツトアレイアンテナ19〜22の入
力端の電界強度VwがVw<Vmとなるようにマイ
クロ波伝送回路、即ち槽外主導波管、T形分岐導
波管、1次及び2次導波管から成る導波管回路が
構成される。
First, the minimum discharge starting electric field strength Vm ~ 180 Voltscm
The microwave transmission circuit, i.e., the main waveguide outside the tank, the T-shaped branch waveguide, the primary and secondary guides, is set so that the electric field strength Vw at the input end of the slot array antennas 19 to 22 becomes Vw<Vm. A waveguide circuit consisting of wave tubes is constructed.

このように構成することにより、全てのスロツ
トアレイアンテナを構成する導波管の形状、寸法
を統一することができ、しかもスロツトアレイア
ンテナの全系にわたつて必然的に放電抑止の条件
を満すようになる。
By configuring it in this way, it is possible to unify the shape and dimensions of the waveguides that make up all slot array antennas, and it is also possible to unify the conditions for suppressing discharge over the entire system of slot array antennas. Become satisfied.

マイクロ波放射用スロツト24の大きさと位置
によつてスロツトから放射されるマイクロ波の指
向特性と放射電波の電界強度分布特性とが影響を
受けるばかりでなく、スロツトの部位に存在する
電界強度にも大きく関係する。若し、スロツト部
位の電界強度が放電開始電界強度以上になると、
その部位で放電が発生することになる。
The size and position of the microwave radiation slot 24 not only affect the directivity characteristics of the microwave radiated from the slot and the electric field strength distribution characteristics of the radiated radio wave, but also affect the electric field strength existing at the slot. greatly related. If the electric field strength at the slot portion exceeds the discharge starting electric field strength,
Electric discharge will occur at that location.

従つて、この実施例では放射電波の指向性並び
に放射電界の強度分布が、並設されたスロツトの
合成特性としてとらえ、これらの特性が広い範囲
にわたつて静置された食品等を均一に加熱乾燥す
るための絶対的な条件となり得ることから、スロ
ツトの大きさ、位置及び数を最適化するように設
計する。
Therefore, in this example, the directivity of the radiated radio waves and the intensity distribution of the radiated electric field are considered as composite characteristics of the slots arranged side by side, and these characteristics uniformly heat food, etc. placed still over a wide range. Since this can be an absolute condition for drying, the size, position, and number of slots are designed to be optimized.

とくに、アンテナの管壁に流れる壁面電流の方
向特性からアンテナの中心線に対してスロツトを
交互に配置し、相互のスロツトの中心間距離を伝
送波の管内波長λgの1/2に等しくする。かくする
ことにより、各スロツトに流れる電流は全て同相
となり、各スロツトから放射される電波はアンテ
ナの管軸に対して垂直方向に放射されることにな
る。
In particular, in view of the directional characteristics of the wall current flowing through the tube wall of the antenna, the slots are arranged alternately with respect to the center line of the antenna, and the distance between the centers of the slots is made equal to 1/2 of the tube wavelength λg of the transmitted wave. By doing this, the currents flowing through each slot are all in phase, and the radio waves radiated from each slot are radiated in a direction perpendicular to the tube axis of the antenna.

またスロツトは正確に伝送波の管内波長λgの
1/2に等しい間隔で配置して各スロツトの放射イ
ンピーダンスを等しくなるようにする。
Further, the slots are arranged at intervals exactly equal to 1/2 of the tube wavelength λg of the transmitted wave so that the radiation impedance of each slot is made equal.

そして、スロツトアレイアンテナの先端を短絡
し、その先端から、最短距離にあるスロツトの中
心線までの距離を伝送波の管内波長λgの3/4に等
しくする。かくすることにより、各スロツトの誘
導インピーダンスは無限大の大きさとなるので、
短絡壁で生ずる微弱な反射波はスロツトアレイア
ンテナの入射端部に設けられたアイリス29の作
用によつて反転させられて進行波と同様にスロツ
ト24から順次外界に放射して行くことになる。
なおアイリス29の代りにスタブを使用するよう
にしてもよい。
Then, the tip of the slot array antenna is short-circuited, and the distance from the tip to the center line of the slot at the shortest distance is made equal to 3/4 of the channel wavelength λg of the transmitted wave. By doing this, the induced impedance of each slot becomes infinite, so
The weak reflected waves generated by the short-circuit wall are reversed by the action of the iris 29 provided at the input end of the slot array antenna, and are sequentially radiated from the slot 24 to the outside world in the same way as the traveling waves. .
Note that a stub may be used instead of the iris 29.

このように、各スロツトの放射インピーダンス
が等値特性を有するようにすると共に、各スロツ
トアレイアンテナの単一回路の部分で反射波を阻
止する手段を講ずることにより、マイクロ波は
略々等電力比の割合でスロツトを通つて外界(真
空乾燥槽内)に放射されることになる。
In this way, by making the radiation impedance of each slot have equal characteristics and by taking measures to block reflected waves in the single circuit part of each slot array antenna, microwaves have approximately equal power. It will be radiated to the outside world (inside the vacuum drying tank) through the slot at a ratio of

一連の伝送管回路中を放電開始電界強度の高い
大気圧に保持することにより放電が阻止されるこ
とは先に述べたが、この実施例では等電力の放射
が行なわれるように1次と2次の分岐導波管の結
合をスロツト方式によつて目的を達成したところ
に一つの工夫がある。
As mentioned above, discharge is prevented by maintaining the series of transmission tube circuits at atmospheric pressure with a high discharge starting electric field strength. One of the ideas is that the next step is to achieve the objective by connecting the branch waveguides using a slot method.

この実施例で使用したように矩形導波管の巾の
広い管壁面に流れる旋回電流の方向成分が等しく
なるところの位置は、伝送波の管内波長と等しい
間隔で飛石状に存在する。
As used in this embodiment, the positions where the directional components of the swirling current flowing on the wide wall surface of the rectangular waveguide are equal are located like stepping stones at intervals equal to the wavelength in the tube of the transmitted wave.

この考案の実施例では、1次分岐導波管11と
直角を成して並設されている2次分岐導波管14
〜17も伝送波の管内波長と等値の距離lfで結合
されている。そして、この結合の部分のところ
で、第4図に示したように、1次分岐導波管11
の中心線よりある一定の距離xだけ離れた点に、
その分岐導波管の中心線に平行にして長さが1/2
λgのスロツトを切り、1次と2次分岐導波管の
電気的な結合を図つている。
In the embodiment of this invention, a secondary branch waveguide 14 is arranged parallel to the primary branch waveguide 11 at right angles.
~17 are also coupled at a distance lf equal to the pipe wavelength of the transmitted wave. At this coupling part, as shown in FIG. 4, the primary branch waveguide 11
At a point a certain distance x away from the center line of
The length is 1/2 parallel to the center line of the branch waveguide.
A slot of λg is cut to electrically connect the primary and secondary branch waveguides.

2次分岐導波管の分岐の数に応じて、各スロツ
ト毎の一定の規準化コンダクタンスは、伝送
理論から一義的に定められる。
Depending on the number of branches of the secondary branch waveguide, a certain normalized conductance for each slot is uniquely determined from transmission theory.

一方第4図において、右端を短絡させた2次分
岐導波管14を1次分岐導波管11に接続させた
場合の実在する規準化コンダクタンスは、2次
分岐導波管14の短絡距離、スロツト18の2次
元的な位置によつて複雑に変化する。そこでこの
実施例では、スロツト18の2次元的位置によつ
て決定される規準化コンダクタンスが、o〜
Gとなるように距離xを実験的に定め、スロツト
の最適な結合度を確立するようにしている。
On the other hand, in FIG. 4, the actual normalized conductance when the secondary branch waveguide 14 whose right end is short-circuited is connected to the primary branch waveguide 11 is the short-circuit distance of the secondary branch waveguide 14, It varies in a complicated manner depending on the two-dimensional position of the slot 18. Therefore, in this embodiment, the normalized conductance determined by the two-dimensional position of the slot 18 is
The distance x is experimentally determined to be G to establish the optimal degree of connection of the slots.

このようにして、各スロツトの規準化コンダク
タンスが全て等値特性を有するようにした分岐
導波管回路では、1次分岐導波管11に伝送され
たマイクロ波電力は、等電力比の割合で、しかも
等位相の状態で各2次分岐導波管14〜17へ伝
送されることになる。
In this way, in the branch waveguide circuit in which the normalized conductances of each slot all have equal value characteristics, the microwave power transmitted to the primary branch waveguide 11 is proportional to the equal power ratio. , and is transmitted to each of the secondary branch waveguides 14 to 17 in an equal phase state.

一方結合用スロツト18を通過する電力は、2
次分岐導波管に接続されているスロツトアレイア
ンテナに供給する電力をまかなう必要がある。
On the other hand, the power passing through the coupling slot 18 is 2
It is necessary to cover the power supplied to the slot array antenna connected to the secondary branch waveguide.

ところが、この必要な電力は、前述の通常の条
件で数値化すると、単一のスロツトアレイアンテ
ナで150ワツト程度になることもある。
However, when this required power is quantified under the normal conditions mentioned above, it can be as much as 150 watts for a single slot array antenna.

このような大きな電力を凍結乾燥を実施する減
圧下の雰囲気の下で伝送させようとすると、電波
放射の単一スロツトに作用する電界の強さは放電
開始電界の強度を遥かに越えてその部位で当然放
電が発生することになる。
If such a large amount of power is to be transmitted under the reduced pressure atmosphere in which freeze-drying is performed, the strength of the electric field acting on a single slot of radio wave radiation will far exceed the strength of the electric field at which the discharge starts, and Naturally, a discharge will occur.

しかし、この実施例では、前述のようにスロツ
トアレイアンテナと2次分岐導波管の接続部に密
閉型共振装置23を挾み、操作中はスロツトアレ
イアンテナまでの導波管回路内を常に大気圧状態
に保持されるようにしたので、放電開始電界の強
度を高位に維持し得る構造のもとに、放電を阻止
し、必要十分なマイクロ波電力が伝送される。
However, in this embodiment, as described above, the sealed resonator 23 is placed between the slot array antenna and the secondary branch waveguide, and during operation, the inside of the waveguide circuit up to the slot array antenna is closed. Since the pressure is always maintained at atmospheric pressure, discharge is prevented and necessary and sufficient microwave power is transmitted with a structure that can maintain the strength of the discharge starting electric field at a high level.

この乾燥装置は食品、医薬品等の真空凍結乾燥
にも、真空乾燥にも巾広く使用することができる
ものであるが、次にこの乾燥装置によつて凍結食
品を真空凍結乾燥させる場合の作用と効果につい
て説明する。
This drying device can be widely used for vacuum freeze-drying of foods, pharmaceuticals, etc., and for vacuum drying. Explain the effects.

予め凍結された食品等を受皿30に入れ、それ
を搬送支持具31に乗せ、搬送支持具31を真空
乾燥槽内に送り込み、扉を閉じる。
Pre-frozen food or the like is placed in the tray 30, placed on the transport support 31, the transport support 31 is sent into the vacuum drying tank, and the door is closed.

真空乾燥槽内を凍結乾燥の操作圧力近辺まで排
気した後、先ず循環流動管25中を図示しない加
熱制御装置によつて輻射加熱操作のための最適な
温度パターンで熱風、スチーム、熱媒体油などの
熱媒体を循環させる。この操作により、熱伝達中
継体26を介してスロツトアレイアンテナの両側
に設けられたヒートパイプ27が加熱され、次い
でスロツトアレイアンテナ19〜22が熱媒体と
ほぼ同一レベルで加熱制御されることになり、ス
ロツトアレイアンテナ19〜22自体が熱放射体
の役目を果すことになる。
After evacuating the inside of the vacuum drying tank to around the operating pressure for freeze drying, first, hot air, steam, heat medium oil, etc. are heated in the circulation flow pipe 25 in an optimal temperature pattern for radiant heating operation by a heating control device (not shown). circulating the heat medium. Through this operation, the heat pipes 27 provided on both sides of the slot array antenna are heated via the heat transfer relay body 26, and then the slot array antennas 19 to 22 are heated to approximately the same level as the heat medium. Therefore, the slot array antennas 19 to 22 themselves serve as heat radiators.

そして、スロツトアレイアンテナと被加熱物
(凍結食品と受皿の両方)との温度差が熱移動の
推進力となつて、被加熱物の表面に輻射伝熱支配
の律速で熱が伝わり、その熱によつて凍結状態に
あつた食品等を昇華乾燥させることになる。
Then, the temperature difference between the slot array antenna and the object to be heated (both the frozen food and the saucer) becomes the driving force for heat transfer, and heat is transferred to the surface of the object to be heated at a rate controlled by radiation heat transfer. Foods, etc. that have been frozen by heat are sublimated and dried.

他方、マイクロ波発振器4〜6から発振された
マイクロ波電力は、槽外主導波管1〜3より、各
T形分岐管8〜10を通つてそれに接続される左
右の1次分岐導波管11〜13へ1/2の等分比で
伝送される。即ち、例えばT形分岐管8に1のマ
イクロ波電力が供給された場合には1次分岐導波
管11へは1/2のマイクロ波電力が伝送されるこ
とになる。
On the other hand, the microwave power oscillated from the microwave oscillators 4 to 6 is transmitted from the main waveguides 1 to 3 outside the tank through the T-shaped branch pipes 8 to 10 to the left and right primary branch waveguides connected thereto. It is transmitted to 11 to 13 at an equal ratio of 1/2. That is, for example, when one microwave power is supplied to the T-shaped branch pipe 8, one half of the microwave power is transmitted to the primary branch waveguide 11.

1次分岐導波管に伝送されたマイクロ波電力
は、1次と2次の分岐導波管の結合部に設けられ
たスロツト18の作用により、等位相、等電力の
特性を得て、それぞれの2次分岐導波管と密閉型
共振装置23の共振窓23aを通つてスロツトア
レイアンテナ19〜22へ伝送され、そのマイク
ロ波は複数のスロツト24からある固有の指向
性、等電力分布特性で被加熱物方向へ放射され
る。
The microwave power transmitted to the primary branch waveguide obtains characteristics of equal phase and equal power due to the action of the slot 18 provided at the joint between the primary and secondary branch waveguides, and The microwaves are transmitted to the slot array antennas 19 to 22 through the secondary branch waveguide and the resonant window 23a of the sealed resonator 23, and the microwaves are transmitted from the plurality of slots 24 with specific directivity and equal power distribution characteristics. is emitted toward the heated object.

スロツト24から放射されたマイクロ波の大半
は自由空間を直進的に進み、その直進波は食品又
は受皿の境界面で反射を繰り返えし、あるいは複
雑な屈折現像を伴いながら、食品の深部に透過し
つつその大部分が吸収熱として食品の内部で消費
される。
Most of the microwaves emitted from the slot 24 travel straight through free space, and the straight waves are repeatedly reflected at the interface of the food or the saucer, or penetrate deep into the food while undergoing complex refraction development. While passing through, most of it is consumed inside the food as absorbed heat.

食品の内部で消費されなかつたマイクロ波は、
自由空間の中で高次のモードを形成し、3次元的
な飛行を繰り返えしながら真空乾槽内の各種の導
電体壁あるいは食品等へ伝播し、熱エネルギーと
なつて消費される。
Microwaves that are not consumed inside the food are
It forms a high-order mode in free space and propagates to various conductive walls in the vacuum drying tank, food, etc. while repeating three-dimensional flight, and is consumed as thermal energy.

これらの負荷のもとで消費されるマイクロ波電
力以上の電力を導波管回路内に投入したとする
と、反射波の増大を招き、全体的に電界が高まつ
て介在気体中に存在する初期電子、初期イオンを
励起して放電を誘発することになる。
If more power than the microwave power consumed under these loads is injected into the waveguide circuit, the number of reflected waves will increase, the overall electric field will increase, and the initial energy present in the intervening gas will increase. This excites electrons and initial ions and induces a discharge.

そこで、この考案の実施例では、図示しなかつ
たが、過剰に入力されたマイクロ波電力の作用に
よつて生じた放電を光学的検知器によつて検知す
るようにして、投入するマイクロ波電力を制御
し、そのときの負荷に応じた最適制御を行つて、
常に効率的な凍結乾燥操作が行なわれるようにし
ている。
Therefore, in the embodiment of this invention, although not shown in the drawings, an optical detector is used to detect the discharge caused by the action of the excessively input microwave power. and perform optimal control according to the load at that time.
Efficient freeze-drying operations are always carried out.

従来の輻射あるいは伝熱加熱の凍結乾燥方式で
あると、乾燥が進んで食品等の含水率がある程度
下ると、その表面の既乾燥層部分の熱移動抵抗が
増大するため、乾燥速度が極端に小さくなる。そ
れ故、僅かの含水率の低下を図るにも長時間の操
作を継続させなければならなかつた。
With conventional freeze-drying methods using radiation or heat conduction heating, when the moisture content of foods, etc. decreases to a certain extent as drying progresses, the heat transfer resistance of the dried layer on the surface increases, resulting in extremely slow drying speeds. becomes smaller. Therefore, it was necessary to continue the operation for a long time even in order to reduce the water content even slightly.

しかし、輻射とマイクロ波の両加熱を複合的に
操作するこの考案を適用した実施例装置によれ
ば、初期操作を輻射加熱だけに依存し、丁度乾燥
速度が低下し始める時期からマイクロ波加熱を複
合的に操作させたり、あいは最初から両加熱を複
合的に操作することにより、従来法に比し大巾な
乾燥時間の短縮と加熱乾燥の均一化を可能にし
た。その結果、従来法に比し、生産性の向上を図
ることができ、乾燥コストの低減ができる実証を
得た。
However, according to an example device to which this idea is applied, which operates both radiant and microwave heating in a combined manner, the initial operation relies only on radiant heating, and microwave heating is started from the time when the drying rate begins to decline. By performing multiple operations, or by performing both heating operations in combination from the beginning, we have made it possible to significantly shorten the drying time and make heating drying more uniform compared to conventional methods. As a result, it has been demonstrated that productivity can be improved and drying costs can be reduced compared to conventional methods.

更にスロツトアレイアンテナがマイクロ波の放
射体と輻射熱の放射体を兼ねているので、輯射加
熱装置を単に併用する場合に比し、装置がコンパ
クトにできる。
Furthermore, since the slot array antenna serves both as a microwave radiator and a radiant heat radiator, the device can be made more compact than when a radiant heating device is simply used in combination.

なおこゝに示した実施例では、密閉型整合板2
3をスロツトアレイアンテナの入力端に設けた
が、この位置に限定されるものではない。
In the embodiment shown here, the closed type matching plate 2
3 is provided at the input end of the slot array antenna, but the position is not limited to this.

しかし、製作上も機能的にもこの位置が有利で
ある。
However, this position is advantageous both in terms of manufacturing and functionality.

また、スロツト24の形状として飛石状のもの
とする代りに、マイクロ波の進行方向に長いスリ
ツトとしてもよい。
Further, instead of having the shape of the slot 24 as a stepping stone, it may be a long slit in the direction of propagation of the microwave.

更に、この実施例では、両側に設けたマイクロ
波と輻射の両加熱装置を搬送支持具31を中心に
して各段のスロツトアレイアンテナが夫々同一平
面に位置するように設けたが、第8図に示した異
なる実施例のように、スロツトアレイアンテナを
噛み合わせるようにしてもよい。
Furthermore, in this embodiment, both the microwave and radiation heating devices provided on both sides were provided so that the slot array antennas at each stage were located on the same plane with the transport support 31 as the center. The slot array antennas may be intermeshed as in the different embodiments shown.

また、この実施例では、T形分岐導波管と1次
及び2次分岐導波管並びにスロツトアレイアンテ
ナを真空乾燥槽内に設けるようにしたが、スロツ
トアレイアンテナのみを真空乾燥槽内に突入させ
る形式とする等設計的変更あるは勿論である。
In addition, in this example, the T-shaped branch waveguide, the primary and secondary branch waveguides, and the slot array antenna were installed in the vacuum drying tank, but only the slot array antenna was installed in the vacuum drying tank. Of course, there are some design changes, such as making it a type of entry.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は圧力と放電開始電界の強さの相関関係
を示すグラフ、第2図はこの考案の実施例の縦断
正面図、第3図はその平面図、第4図はスロツト
アレイアンテナの一部を切除した平面図、第5図
はスロツトアレイアンテナと導波管の接続部の拡
大断面図、第6図は第5図の右側面図、第7図は
A−A線断面図、第8図は異なる実施例の縦断正
面図である。 1〜3……槽外主導波管、4〜6……マイクロ
波発振器、7……真空乾燥槽壁、8〜10……T
形分岐導波管、11〜13……1次分岐導波管、
14〜17……2次分岐導波管、18……結合用
スロツト、19〜22……スロツトアレイアンテ
ナ、23……密閉型共振装置、23a……共振
窓、23b……遮蔽板、24……マイクロ波放射
用スロツト、25……循環流動管、26……熱伝
達中継体、27……ヒートパイプ、28……突起
溝、29……アイリス、30……受皿、31……
搬送支持具。
Fig. 1 is a graph showing the correlation between pressure and the strength of the discharge starting electric field, Fig. 2 is a longitudinal sectional front view of an embodiment of this invention, Fig. 3 is a plan view thereof, and Fig. 4 is a slot array antenna. A partially cutaway plan view, Fig. 5 is an enlarged sectional view of the connection between the slot array antenna and the waveguide, Fig. 6 is a right side view of Fig. 5, and Fig. 7 is a sectional view taken along line A-A. , FIG. 8 is a longitudinal sectional front view of a different embodiment. 1-3... Main waveguide outside the tank, 4-6... Microwave oscillator, 7... Vacuum drying tank wall, 8-10...T
type branch waveguide, 11 to 13...primary branch waveguide,
14-17... Secondary branch waveguide, 18... Coupling slot, 19-22... Slot array antenna, 23... Sealed resonator, 23a... Resonance window, 23b... Shielding plate, 24 ...Microwave radiation slot, 25...Circulating flow pipe, 26...Heat transfer relay body, 27...Heat pipe, 28...Protrusion groove, 29...Iris, 30...Saucer, 31...
Transport support.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 (1) 真空乾燥槽中に複数本のスロツトアレイアン
テナを並設し、これら各スロツトアレイアンテ
ナをマイクロ波発生装置に接続される1次分岐
導波管と直角を成して並設されている2次分岐
導波管に接続すると共に、前記スロツトアレイ
アンテナと2次分岐導波管の接続部に低損失材
料で共振窓を閉鎖した密閉型共振装置を設け、
該密閉型共振装置の入口側にアイリス、スタブ
等の反射マイクロ波の反転用整合装置を設け、
且つ前記1次分岐導波管と2次分岐導波管の結
合部に、1次分岐導波管の中心線よりある一定
の距離だけ離れた点にその1次分岐導波管の中
心線に平行で長さが1/2λgの結合用スロツトを
設けたことを特徴とする乾燥装置。 (2) スロツトアレイアンテナは、スロツトを飛石
状に設けたものであることを特徴とする実用新
案登録請求の範囲1記載の乾燥装置。 (3) スロツトアレイアンテナは、一部を熱伝達中
継体を介して熱媒体循環パイプに接続したヒー
トパイプを具備したものであることを特徴とす
る実用新案登録請求の範囲1又は2記載の乾燥
装置。
[Claims for Utility Model Registration] (1) A plurality of slot array antennas are arranged in parallel in a vacuum drying tank, and each of these slot array antennas is connected to a primary branch waveguide connected to a microwave generator. A closed resonator device that is connected to secondary branch waveguides that are arranged in parallel at right angles, and that has a resonance window closed with a low-loss material at the connection portion between the slot array antenna and the secondary branch waveguide. established,
A matching device such as an iris or a stub for reversing reflected microwaves is provided on the entrance side of the sealed resonator,
In addition, at the joint between the primary branch waveguide and the secondary branch waveguide, a point located a certain distance away from the center line of the primary branch waveguide is connected to the center line of the primary branch waveguide. A drying device characterized by having parallel coupling slots with a length of 1/2λg. (2) The drying device according to claim 1, wherein the slot array antenna has slots arranged in the shape of stepping stones. (3) The slot array antenna is equipped with a heat pipe, a part of which is connected to a heat medium circulation pipe via a heat transfer relay, as claimed in claim 1 or 2 of the utility model registration. drying equipment.
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