JPS6023828B2 - 解凍状況検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は庫内に置かれた冷凍食品の解凍度合を検出する
解凍状況検出装置にかかわり、詳細にはいるいるな加熱
手段により冷凍食品を解凍する時の食品を物性変化を高
周波によって計測し、適切な解凍をおこなうための手掛
りを得る解凍状況検出装置に関するものである。

従来の冷凍食品の解凍は、例えば家庭内においては自然
解凍、流水解凍、加熱解凍、電子レンジによる高周波エ
ネルギーでの解凍などがあり、また工業用としては、２
．４昨日ｚの高周波エネルギーあるいは、数十ＭＨｚの
高周波エネルギーにより解凍をおこなっているが、いず
れの場合においても、冷凍食品の量、初温が変化するた
め、適切な解凍を行うことができず、そのため解凍に過
不足が生じ、食品が煮えたり、再解凍の必要が生じる等
、常に解凍を監視しなければならないなど極めてわずら
わしいものであった。

最近この様な使い勝手を改良したものとして、電子レン
ジにおいて赤外線により食品の温度を測定して解凍を検
知する装置が開発されている。

この装置は第１図にその原理図を示したように、金属で
囲まれた加熱室１の内部に食品戦檀台２を置き、この食
品戦層台２には冷凍食品３が置かれており、加熱室１の
上方には２．４５ＧＨｚの高周波加熱源４、導波管５で
構成された高周波加熱手段が配置されている。６は高周
波エネルギーの励振口である。

ここでドア（図示せず）を開いて食品３を加熱室１内に
置き、高周波加熱源４で発振された高周波エネルギーを
導波管５を介して励振口６より励振して食品３を高周波
加熱し、加熱に伴って食品３より生ずる赤外線７をスリ
ット８を介して加熱室外に導き出し、この赤外線７を赤
外線検出器９により検出し、その検出信号を増幅、変換
、制御する装置１０にて信号処理して高周波加熱源４を
制御するものである。この赤外線検出方式は、食品の絶
対温度の計測ができるので、解凍温度すなわち０℃付近
を測定できるが、実際これを使用しても種々の不具合な
点がある。

すなわち、第１は、温度の計測が可能であっても必ずし
も解凍温度を適切に検出できず、氷のの融解による確実
な解凍の終点を捕促できないこと、第２はスリットのよ
うに２．４＄Ｈｚ高周波エネルギーをカットオフするよ
うなせまし、視野角の範囲しか計測ができないこと、第
３には赤外線信号量が小さいため、ノイズ成分の分離や
増幅などの信号処理に複雑な電子回路構成が必要なこと
であり、電子レンジ以外のものに応用できる可能性が小
さいなどである。本発明はかかる従来技術の欠点をなく
し、冷凍食品の解凍時における物理的物性変化を適確に
とらえて適切な解凍を実現するための装置に関するもの
である。

実際の計測は食品に２．４昨日ｚとは異なる周波数の高
周波を放射した時、冷凍食品が温度上昇して解凍状態に
むかうときの食品の電波吸収量の急激な吸収変化および
解凍終了時の氷晶体状態において電波吸収が最大となる
現象、さらに氷晶体から常温あるいは高温に向かって昇
温するときの電波吸収割合の減少する現象を利用して解
凍を検出するものであって、電波吸収量の変化により適
確な解凍をおこなうことのできる解凍状況検出装置に関
するものである。すなわち、この物性変化はつぎのよう
に説明される。

食品は水分が多く、譲露率および譲雷体損失が大きく、
高周波を吸収する性質があるが、この物性は温度依存性
があり、物質の氷結状態では吸収が小さく、氷晶体では
これが最大となり、氷晶体を過ぎてさらに昇溢すると再
び吸収が小さくなる傾向があり、この状態変化は食品水
分が多いほど顕著になる特異現象がある。本発明は上記
原理を利用して間接的ではあるが適確に且つ自動的に解
凍を検出し、制御しようとするものである。

以下本発明の一実施例を図によって説明する。

第２図は、本発明を電子レンジに応用した場合の斜視図
である。図において１ １はキャビネットであり、１２
はドア、１３は排気口、１４は解凍検出機能、解凍終了
表示灯、解鞘蓑終了ブザー等を含む制御装置、１５は制
御装置１４を含む表示部である。第３図は、本発明の原
理を説明するための断面図である。

金属板又は金属網で囲まれた加熱室１にはドア（図示せ
ず）が開閉自在に取付けられており、内部に食品戦薄台
２、冷凍食品３が配置される。冷凍食品３は高周波加熱
源よりの高周波エネルギー、電気、ガスなどの加熱源（
いずれも図示せず）により解凍される。１６は本発明に
おいて使用する高周波信号発生器であり、１７は高周波
信号の送信アンテナ、１８は受信アンテナ、１９は受信
信号を制御信号に変換する変換器、２０は制御装置であ
る。

第３図において、加熱室１内に冷凍食品３を置き、高周
波信号発器１６の発生する２．４的Ｈｚとは異なる周波
数の高周波信号を送信アンテナ１７より加熱室１内に放
射する。

実験的に求めた最適高周波信号周波数はその一波長が加
熱室の幅Ｌ，、高さＬ２程度又はそれよりも長いことが
望ましく、定在波の成立を最小限に抑制して複雑な共振
による測定エラーを小さくすることができる。しかしそ
れでもこれらの電波は加熱室内で多重回反射して、アン
テナ、空隙から外へ出るか、熱損失となってしまうので
あるが、誘電体損失の大きい食品が入るとこれに大きく
消費されてアンテナより外へ出る量が少なくなる。また
誘電体損失も温度依存性があるためアンテナの受信信号
も特異な変化パターンを示す。第４図、第５図は冷凍食
品を加熱した時の受信信号すなわち出力電圧と食品温度
の関係を示したもので、一１８〜一１５こ０程度の冷凍
食品を解凍するとき出力電圧変化２１，２２，２３は加
熱によって次第に低下し、電波吸収が大きくなる。

この電圧変化の最低になる点あるいはほとんど一定にな
る時の食品温度ｔ ｍｉｎ、戊は、種々の食品により求
めた結果、ほぼ一３〜一１℃であり、この温度は、冷凍
食品に含まれる水分が氷の状態から氷と水の混在する、
いわゆる氷晶体にある状態に移った温度を示すもので、
このｔ ｍｉｎ、ぱになった点を見出すことにより解凍
が検出できる。出力電圧変化のパターンはほとんど第４
図２１の変化を示すが、水分の少し、、すなわち氷の少
いいわゆる軽負荷（冷凍あんまん、ピザパィ、シューマ
イなど）においては、第５図２２，２３の如き変化を示
すものがある。なお第４図、第５図において食品を解凍
終了後さらに加熱を続行すると出力電圧は水分が雛とう
する迄わずかながら増加してゆくことが実験的に確めら
れている。第６図は、第３図において食品３を回転萩層
台２４上で回転させ高周波加熱源４により高周波加熱し
て均一に解凍を行う場合の手段についての説明図である
。

図において得られる出力電圧はそのまま出力させると第
７図２６のように脈動し、その平均値（回転戦贋台２４
１回転毎の平均）は同図２６のようになる。また回転戦
暦台２４の１回転における出力電圧の変動は、食品の形
状などの影響により第８図２７のように変動して、この
波形のまま温度変化に追随してゆく。したがってこのよ
うな場合には、第６図の回転戦層台２４の回転に合せて
１回転する間の全出力電圧を平均化するか、常に１回転
する間の同一個所のみを常に監視し計視し計測するかの
２通りの方法があるが、後者の方が精度がよい。すなわ
ち第６図に示すように回転載層台２４を駆動するモータ
２８のシャフト２９に固定されて回転する細長い回転検
出板３０、この回転検出板３０の１回転毎にその回転を
検出する回転検出素子３１、この検出素子３１の検知信
号を検知する同期検出器３２、この同郷検出器３２の信
号と受信アンテナよりの信号を比較し、回転検出信号が
ある間だけ受信をおこなうようにした変換器３３、この
変換器３３よりの信号を得て加熱源を制御する制御装置
３４とを設けて、これらにより出力電圧を検出し、制御
するのがよく、この場合の出力電圧の変化は、第９図３
５のように間けっ的な信号であるから、この状態におい
ても出力電圧が最小点となったら解凍終了であるから加
熱を停止すればよい。ただし第６図においては、このま
までは送、受信アンテナ１７，１８部分より食品３を加
熱する２．４段Ｈｚ高周波エネルギーが伝送されて外部
に漏洩する危険性があり、このための対策が必要である
。第１０図は上記電波漏洩防止手段を横じた解凍状況検
出装置の回路ブロック図である。

図において３６は掃引発振回路であり、家庭用電子レン
ジにおいては、出力数十仇Ｗの電波を掃引発振するのが
好ましい。３７は発振信号である。

この発振信号３７は２．４＄Ｈｚの周波数の流れ込みを
防止する母ｎｄｒｅｊｅｃｔｉｏｎｆｉｌｔｅｒ３８を
経て送信アンテナ支持具３９で支持される送信アンテナ
１７より送信される。同様に受信々号は受信アンテナ支
持具４０‘こ支持される受信アンテナ１８で受信され脇
ｎｄｒｅｊｅｃｔｉｏｎｆｉｌｔｅｒ４１、増幅器４２
、波形整形回路４３、微分回路４４、記憶および比較回
路４５を介して加熱電源制御回路４６に至りこれを動作
させる。この手段によれば加熱源の発振する大電力高周
波エネルギーと掃引発振された小電力高周波エネルギー
の区分ができ、誤動作などの問題を防止できる。なお図
において送信側で掃引発振する理由は、食品によって最
大吸収波長が動いて一定でないため掃引して常に最大吸
収波長にて検知をおこなうようにするためであり、また
微分回路４４は第５図２２，２３のように出力電圧の極
小点がない場合、受信々号を微分して、その絶対値が０
に近いある値に近ずし、たら制御しようというために用
いるものである。第１１図は、本発明の送、受信アンテ
ナに加熱源である電気ヒータを使用した場合の実施例で
、電子レンジの一形態であるヒータ付電子レンジにおけ
る上下二本の何れかを送信に、他の一本を受信に利用す
る手段を示したものである。

図においては、上ヒータ４７が送信アンテナであり、下
ヒータ４８が受信アンテナである。４９はヒータチョー
クで、加熱室１内に励振された２．４５０Ｈｚ高周波エ
ネルギーがヒータを伝送して加熱室外に漏洩するのを防
止するためのものである。

これらのヒータの表面はいずれも電気的には加熱室壁面
およびヒータ電源とは絶縁されており、独立したアンテ
ナとみなすことができるばかりでなく、実際十分にアン
テナとしての効果を発揮することができる。なお図にお
いて５０はヒータ電源、５１はヒータ加熱制御回路であ
って、受信々号によって加熱が制御される。第１２図は
送、受信アンテナの取付方法を示す他の実施例の一断面
図である。

図において使用されるアンテナは金属を折り曲げて一端
を加熱室壁面５２に止め具５３で固定したループアンテ
ナ５４であり、他端は加熱室１の切欠部５５から外部に
延引されて変換器１９に接続される。５６は絶縁材料よ
りなるカバーである。

このようなアンテナ形状にすると、他の実施例における
タトィポールアンテナの場合のように加熱室にアンテナ
が突出しないから、加熱室内の清掃性は一段と向上する
。第１３図は、送信周波数とアンテナの受信レベルとの
関係を示す特性図である。

図において５７は受信レベルを出力電圧として示した時
の特性変化曲線である。図において出力電圧が小さいほ
ど食品に対する電波吸収が大きいことを示す。食品等の
箱体体積に比して割に小さな誘電体物質が入るときには
界の格好に変化はなく、吸収量の違いに変化できること
を利用したものである。ここで送信周波数の掃引範囲△
ｆの加熱室の大きさにもよるが、１００〜１５０のけ日
比程度が好度が好ましく、食品が限定されれば、特定の
周波数に限定することも可能で、この場合送信回路を簡
略化することもできる。以上のべたように、本発明によ
れば、冷凍食品の解凍過程における物性変化すなわち誘
電率、譲雷体損失の変化を、食品が吸収する電波のレベ
ル変化として検出しかも解凍の終了時に明確な極小点を
示す受信レベルの特性を利用して解凍終了を検出できる
ので、この時点で加熱を停止するような制御機構を設け
ることにより自動的に解凍を終了あるいは検出できるか
ら、冷凍食品の解凍を過不足なくおこなえる利′点があ
る。

またこの手段によれば、一度受信出力の最小点に到る迄
の加熱時間を求めると、あとはこの最適加熱時間に合せ
て、冷凍食品を入れかえて解凍を行う（重量も一定が好
ましい）ことができ、工業的な解凍において極めて便利
である。さらに本発明によれば、食品によって解凍温度
により常温で食べる方がよいものの場合は解凍終点を検
出後、さらに適宜加熱を続行して常温とすることもでき
るし、継続加熱時間を解凍終了迄の加熱所要時間に対す
るある割合で算出して決定することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の解凍装置を示す断面図、第２図は本発明
の一実施例の解凍状況検出装置を備えた電子レンジの外
観図、第３図は同解凍状況検出装置の原理説明のための
断面図、第４，５，７，８，９，１３図は同受信レベル
の特性図、第６図は同高周波加熱解凍における実施例を
示す断面図、第１０図は同制御方式を例示するブロック
図と断面図、第１１図は同アンテナとしてヒータを使用
した場合の構造を示す断面図、第１２図は同アンテナ形
状を示す断面図である。 １…・・・加熱室、３・・・・・・冷凍食品、４…・・
・高周波加熱源、１６・・・・・・高周波信号発生器、
１７・・・…送信アンテナ、１８・・・・・・受信アン
テナ、１９，３３・・…・変換器、２０，３４・・・・
・・制御装置「 ２１，２２，２３，２６，２７，３５
，５７……出力電圧変化、３８，４ １・・・・・・Ｂ
ｏｎｄ ｒｅｉｅｃｔｉｏｎ ｆｉｌｔｅｒ、４２・・
・・・・増幅器、４４・・…・微分回路、４５・・・・
・・記憶および比較回路、４６，５１・・・・・・加熱
電源制御回路、４７・・・・・・上ヒータ、４８…・・
・下ヒータ、５４．．．．．・ループアンテナ。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第８図 第１３図 第７図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属板または金属網で囲まれた庫内に、高周波電波
   を励振するアンテナおよび受信アンテナを配設し、該ア
   ンテナ間で特定周波数の電波を送受信し、この受信信号
   の強度の変化により庫内の冷凍食品の解凍状況を把握す
   ることを特徴とする解凍状況検出装置。