JPH08124671A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ターンテーブルを設けた高周波加熱装置にお
いて、部品配置上の都合で導波管を短くせざるを得ない
場合に、電波の放射量及び方向を制御し易くして、加熱
むらを少なくする高周波加熱装置を提供する。 【構成】 高周波エネルギーを発生する高周波発振器
と、この高周波発振器を加熱室３に連結する導波管２
と、加熱室３内に設けた被加熱物を回転自在に載置する
ターンテーブルを設け、導波管２を加熱室３の側壁に設
け、導波管軸２aをほぼ上下方向とし、高周波発振器の
導波管２内に突出した出力アンテナ１aの上部及び下部
にそれぞれスロット６、７を設け、この２つのスロット
のうち少なくとも１つのスロットの加熱室側壁中心線３
aに近い辺の長さ６aを遠い辺の長さ６bよりも大きくす
るように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、食品等を高周波加熱す
る際の加熱むらを低減した高周波加熱装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的な高周波加熱装置において
は、図９に示すごとく、高周波発振器と加熱室３とを連
結する導波管２を設け、導波管２内に突出した高周波発
振器の出力アンテナ１ａと導波管２先端との間に１開口
１１（高周波放射口）を設けていたが、放射パターンが
限定されて加熱むらが生じやすかった。

【０００３】高周波加熱装置の加熱むらを解消する手段
として、図１０に示す例えば特公昭６４−８９１６号公
報のごとく、高周波発振器と加熱室３とを連結する導波
管２を設け、導波管２内に突出した高周波発振器の出力
アンテナ１ａと導波管２先端との間に２個のスロット
６、７（高周波放射口）を設け、これらスロット６、７
およびスロット間の仕切部の合計寸法を使用波長（自由
空間波長）の１／２〜５／４に調整するというものが提
案されている。発振周波数が２４５０ＭＨｚでは、上記
合計寸法が６１〜１５３ｍｍである。上記スロットと効
率よく結合する磁界最大位置（導波管軸に直角方向）が
導波管先端及びこの先端から管内波長の１／２にある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の改良例で
は、部品配置上の都合で導波管２を短くせざるを得ない
場合には、２個のスロットのうち一方が磁界最大位置か
ら外れて電波放射制御作用が弱まり、かつ寸法調整範囲
が小さくなるため、加熱むら低減が困難となることが多
々ある。導波管の幅が８５ｍｍであるから、周波数が２
４５０ＭＨｚであれば、管内波長λｇの１／２は８８ｍ
ｍであり、出力アンテナ１ａと導波管２先端との間にス
ロット６、７を設けた場合、寸法的に２つのスロット共
に磁界Ｈｘ最大位置に設けるのは困難である。したがっ
て、従来例では長い導波管を必要とする。

【０００５】本発明は、このような問題点を解決しよう
とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するためになされたもので、加熱室内に設けた被加
熱物を回転自在に載置するターンテーブルを備え、高周
波発振器と加熱室とを連結する導波管を加熱室の側壁に
設け、導波管軸をほぼ上下方向とし、高周波発振器の導
波管内に突出した出力アンテナの上部及び下部にそれぞ
れスロットを設け、この２つのスロットのうち少なくと
も１つのスロットの加熱室側壁中心線に近い辺の長さを
遠い辺の長さよりも大きくした高周波加熱装置である。

【０００７】

【作用】本発明では、上述のように２個のスロットの位
置を設定することにより、導波管が短い場合でも、ター
ンテーブルの円周方向、半径方向及び上方向共に電波の
放射量の制御が容易になり、平面的加熱むら及び縦方向
の加熱むらを共に少なくできるという作用がある。

【０００８】

【実施例】本発明の一実施例を図１〜図８により説明す
る。

【０００９】図１は本発明の一実施例を示す高周波加熱
装置の要部断面図である。図１において、１は高周波エ
ネルギーを発生する高周波発振器で、１ａはこの高周波
発振器１の出力アンテナで、導波管２内に突出してい
る。導波管２を加熱室３の側壁に設け、高周波発振器１
の高周波エネルギーを導波管２を介して加熱室３内に照
射するようになっている。４はガラスコップ等の容器５
に入れた牛乳等の被加熱物である。高周波発振器１の導
波管２内に突出した出力アンテナ１ａの上部及び下部に
それぞれスロット６、７を設けている。これらのスロッ
ト６、７から太い矢印のように出力アンテナ１ａの上部
及び下部の２方向に電波を放射する。８は被加熱物４を
回転自在に載置するためのターンテーブルである。９は
ターンテーブル８を回転駆動する駆動テーブルである。

【００１０】また、ＸＹＺ座標において、Ｘ方向を加熱
室３の奥行き方向、Ｙ方向を加熱室３の左右方向、Ｚ方
向を加熱室３の上下方向と見る場合、及びＸ方向を加熱
室３の左右方向、Ｙ方向を加熱室３の奥行き方向、Ｚ方
向を加熱室３の上下方向と見る場合があるが、どちらで
も本発明が適用される。すなわち加熱室３の周壁のうち
上面及び下面以外は加熱室側壁とみなしている。

【００１１】図２は図１の矢印１０方向から見た導波管
２と加熱室３との結合部の２つのスロット６、７の形状
及び位置を示す正面図である。図２において、上記２つ
のスロット６、７のうち少なくとも１つのスロット、た
とえばスロット６の加熱室側壁中心線３ａに近い辺６ａ
の長さＬ１を遠い辺６ｂの長さＬ２よりも大きくし、タ
ーンテーブル８の半径方向の電波の放射量の制御を容易
にしている。スロット６とスロット７は高周波発振器１
の出力アンテナ１ａの上部と下部に配置され、ターンテ
ーブル８の上方向に対する電波の放射量の制御を容易に
している。また、ターンテーブル８は円周方向の電波の
当たり方を一様にするものである。したがって、導波管
２が短い場合でも、ターンテーブル８の半径方向、円周
方向及び上方向共に電波の放射量の制御が容易になり、
平面的加熱むら及び縦方向の加熱むらを共に少なくでき
ることになる。

【００１２】図３は同じく図２において、スロット配置
におけるＦＤ−ＴＤ法による数値解析例に使用したスロ
ットの形状、位置及び寸法を示す正面図である。

【００１３】以上の点を考慮して図２におけるスロット
６、７の寸法Ｌ１を５０ｍｍ、Ｌ２を３０ｍｍ、Ｌ３を
１０ｍｍとし、その他の主要寸法を図３のようにした高
周波加熱装置において、縦方向の加熱むら低減効果をＦ
Ｄ−ＴＤ（有限差分時間領域）法により計算した結果を
図４に示す。計算条件は下記の通りである。

【００１４】 被加熱物 ：比誘電率εｒ’＝６８．５ （２０℃の牛乳） 誘電正接ｔａｎδ＝０．１０９ 高さ×直径＝９０×５０ｍｍ ターンテーブル ：比誘電率εｒ’＝４．４ 誘電正接ｔａｎδ＝０．０２ 駆動テーブル ：完全導体 容器 ：無損失 加熱室周壁 ：完全導体 図４は高周波加熱装置において牛乳を被加熱物とした場
合の縦方向の加熱むら解析結果を示す特性図であり、牛
乳内の対流を無視した場合の電界の２乗に比例する温度
上昇の高さ方向の変化を示す。温度上昇比率は、高さ方
向を１８の層に分割し、各層の平均温度上昇を求め、最
下段層の温度上昇を１．０とした場合の各層の比率を示
したものである。

【００１５】図４において、Ａは本発明の一実施例に基
づいて図３のように出力アンテナ１ａの上部及び下部
に、それぞれスロット６、７を設けた場合であり、Ｂは
図１０に示す従来技術例のように出力アンテナ１ａと導
波管２の先端との間に２個のスロット６、７を設けた場
合であり、Ｃは図９に示す従来の一般的な例のように１
開口１１を設けた場合である。牛乳のような液体の場
合、実際の加熱では対流があるので、下部の加熱が強い
ほど上下差が少なくなる。したがって、図４より、本発
明に基づくＡの場合が最も縦方向の加熱むらが少なくな
る。

【００１６】図１０の従来例では、導波管の幅が８５ｍ
ｍであるから、周波数が２４５０ＭＨｚであれば、管内
波長λｇの１／２は８８ｍｍであり、出力アンテナ１ａ
と導波管２先端との間にスロット６、７を設けた場合、
寸法的に２つのスロット共に磁界Ｈｘ最大位置に設ける
のは困難である。したがって、従来例では、本発明より
ももっと長い導波管を必要とする。

【００１７】図５〜７は、上記縦方向の加熱むらと同様
に、冷凍牛肉を被加熱物とした場合の平面的加熱むら解
析結果を示す図であり、ターンテーブル８回転時を想定
した円板状冷凍牛肉の水平断面内の温度上昇比率を示し
ている。被加熱物４を次のように冷凍牛肉に変えた以外
は上記計算条件と同じである。

【００１８】 被加熱物 ：比誘電率εｒ’＝４．４ （−２０℃の牛肉） 誘電正接ｔａｎδ＝０．１２ 高さ×直径＝１０×２００ｍｍ 図５は本発明の実施例に基づいて図３のように出力アン
テナ１ａの上部及び下部にそれぞれスロット６、７を設
けた場合であり、図６は従来技術例である図１０のよう
に出力アンテナ１ａと導波管２の先端との間に２個のス
ロット６、７を設けた場合であり、図７は図９のように
従来の一般的な１開口１１を設けた場合である。図５と
図６は共に中央部の温度上昇が高目であるが、図５の方
がより滑らかな分布である。図７は中央部が極端に低
い。このように、平面的加熱むらも本発明に基づく図５
の場合が最も少ない。

【００１９】図８は本発明の他の実施例を施した高周波
加熱装置のスロットの形状及び位置を示す正面図であ
る。図８において、スロット６の加熱室側壁中心線３ａ
に近い辺６ａの長さＬ１を遠い辺６ｂの長さＬ２よりも
大きくし、さらにスロット７の加熱室側壁中心線３ａに
近い辺７ａの長さＬ３を遠い辺７ｂの長さＬ４よりも大
きくしたものであり、前記実施例同様にターンテーブル
８の半径方向の電波の放射量の制御を容易にしている。
同じくスロット６とスロット７は高周波発振器１の出力
アンテナ１ａの上部と下部に配置され、ターンテーブル
８の上方向に対する電波の放射量の制御を容易にしてい
る。また、ターンテーブル８は円周方向の電波の当たり
方を一様にするものである。

【００２０】したがって、前記実施例同様に導波管２が
短い場合でも、ターンテーブル８の半径方向、円周方向
及び上方向共に電波の放射量の制御が容易になり、平面
的加熱むら及び縦方向の加熱むらを共に少なくできるこ
とになる。なお、各辺の長さ６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂの
具体的寸法は、加熱室３の寸法、導波管軸２ａと加熱室
側壁中心線３ａの距離等の異なる各々の高周波加熱装置
において、加熱むらが最も少なくなるように適宜設定す
べきものであることはいうまでもない。

【００２１】

【発明の効果】以上本発明によれば、加熱室内に設けた
被加熱物を回転自在に載置するターンテーブルを備え、
高周波発振器と加熱室とを連結する導波管を加熱室の側
壁に設け、導波管軸をほぼ上下方向とし、高周波発振器
の導波管内に突出した出力アンテナの上部及び下部にそ
れぞれスロットを設け、この２つのスロットのうち少な
くとも１つのスロットの加熱室側壁中心線に近い辺の長
さを遠い辺の長さよりも大きくしたので、導波管が短い
場合でも、ターンテーブルの半径方向、円周方向及び上
方向共に電波の放射量の制御が容易になり、平面的加熱
むら及び縦方向の加熱むら共に少ない高周波加熱装置を
提供することができ、また小形の導波管が使えるので経
済的波及効果が大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す高周波加熱装置の要部
断面図である。

【図２】同高周波加熱装置の加熱室と導波管の結合部に
設けたスロットの形状及び位置を示す正面図である。

【図３】同高周波加熱装置のスロット配置におけるFD-T
D法による数値解析例に使用したスロットの形状、位置
及び寸法を示す正面図である。

【図４】各種高周波加熱装置において牛乳を被加熱物と
した場合の縦方向の加熱むら解析結果を示す特性図であ
る。

【図５】本発明の一実施例を施した高周波加熱装置にお
いて冷凍牛肉を被加熱物とした場合の平面的な加熱むら
解析結果を示す特性図である。

【図６】従来技術例である加熱室と導波管の結合部に２
個のスロットを設けた高周波加熱装置において冷凍牛肉
を被加熱物とした場合の平面的な加熱むら解析結果を示
す特性図である。

【図７】従来の一般的な１開口を設けた高周波加熱装置
において冷凍牛肉を被加熱物とした場合の平面的加熱む
ら解析結果を示す特性図である。

【図８】本発明の他の実施例を施した高周波加熱装置の
スロットの形状及び位置を示す正面図である。

【図９】従来の一般的な高周波加熱装置の加熱室と導波
管の結合部に設けた１開口の形状及び位置を示す正面図
である。

【図１０】従来の高周波加熱装置の加熱室と導波管の結
合部に設けた２個のスロットの形状及び位置を示す正面
図である。

【符号の説明】

１ 高周波発振器 １a 出力アンテナ ２ 導波管 ２a 導波管軸 ３ 加熱室 ３a 加熱室側壁中心線 ６、７ スロット ６ａ、６ｂ 辺 ８ ターンテーブル

フロントページの続き (72)発明者 田頭 博昭 北海道札幌市北区13条西８丁目（番地な し）北海道大学内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波エネルギーを発生する高周波発振
   器（１）と、この高周波発振器（１）を加熱室（３）に
   連結する導波管（２）と、加熱室（３）内に設けた被加
   熱物（４）を回転自在に載置するターンテーブル（８）
   とを備えた高周波加熱装置において、導波管（２）を加
   熱室（３）の側壁に設け、導波管軸（２ａ）をほぼ上下
   方向とし、高周波発振器（１）の導波管（２）内に突出
   した出力アンテナ（１ａ）の上部及び下部にそれぞれス
   ロット（６）及びスロット（７）を設け、この２つのス
   ロット（６）、（７）のうち少なくとも１つのスロット
   （６）の加熱室側壁中心線（３ａ）に近い辺（６ａ）の
   長さを遠い辺（６ｂ）の長さよりも大きくしたことを特
   徴とする高周波加熱装置。