JPS6356794B2 - - 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り、詳細にはい
ろいろな加熱手段により冷凍食品を解凍する時の
食品の物性変化を高周波によつて計測し、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、2.45GHz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
をおこなつているが、いずれの場合においても、
冷凍食品の量、初温の違いがあるため、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、食品が煮えてしまつたり、逆に加熱が不足
して再解凍の必要が生じてしまうことがあるた
め、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つた。

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の内部に食品載置台２を
置き、この食品載置台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、加熱に伴つ
て増加する食品３からの赤外線７をスリツト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波
変換、制御する装置１０にて信号処理して高周波
加熱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。すなわちその第１は、温度の計測が可
能であつても必ずしも解凍温度を適切に検出でき
ず、氷の融解による確実な解凍の終点を補足でき
ないこと、第２はスリツトのように2.45GHzの高
周波エネルギーをカツトオフするようなせまい視
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、解凍
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2.45GHz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つて昇温すると
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つて、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。食品は含水量が多く、誘電率および誘電体
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温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の水分が
多いほど顕著になる特異現象がある。

本発明は上記現象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つて説明する。

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１１はキヤビネツトで
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、解凍終了ブザーを含む
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、内部に食品載置台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、１
９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、高周波信号発生器１６の発生する2.45GHz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L₁、
高さL₂程度又はそれより長いことが望ましく、
定在波の成立を最少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、アンテナや空隙から外へ出るか、あるい
は熱損失となつ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図は解凍食品を加熱した時の受信
信号すなわち食品温度と出力電圧の関係を示した
もので、−18〜−15℃程度の冷凍食品を解凍する
とき出力電圧変化２１，２２，２３は加熱によつ
て次第に低下し、電波吸収が大きくなることを示
す。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tmin、txは、種々の
食品により求めた結果、ほぼ−３〜−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
態に移つた温度を示すもので、このtmin、txに
なつ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が第４図２１
の変化を示すが、水分の少いすなわち氷の少いい
わゆる軽負荷（冷凍あんまん、ピザパイ、シユー
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、
出力電圧は水分が沸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を回転載置台
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２５のように脈動し、
その平均値（回転載置台２４ １回転毎の平均）
は同図２６のようになる。また回転載置台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
のの波形のまま温度変化に追随してゆく。したが
つてこのような場合には、第６図の回転載置台２
４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、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
うに回転載置台２４を駆動するモータ２８のシヤ
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、この同期
検出器３２の信号と受信アンテナより信号を比較
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、
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３５の
ように間けつ的であるから、この状態においても
出力電圧が最小点となつ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2.45GHzの高周波エネ
ルギーが伝送されて外部に漏洩する危険性がある
ので、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構じた解凍
状況検出装置の回路ブロツク図である。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mW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
号は2.45GHzの周波数の流れ込みを防止するBand
rejection filter38を経て、送信アンテナ支持具３
９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に
支持される受信アンテナ１８で受信され、Band
rejection filter41、増幅器４２、波形整形回路４
３、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、食品によつ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４
４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いたら制御しようというた
めに用いるものである。尚同回路４４は周知のも
のの内から調宜選定して用いればよい。

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
る上下二本のヒータ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
ヨークで、加熱室１内に励振された2.45GHzの高
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つて、受信々号によつて
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５
４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ダイポール
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
変化が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は、加熱室の大きさに
もよるが、100〜1500MHz程度が好ましく、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、誘電
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、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
によつて解凍温度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ツク図
付き断面図、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、２１，２
２，２３，２６，２７，３５，５７……出力電圧
変化、３８，４１……Band rejection filter、４
２……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。

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
   波電波の送信アンテナおよび受信アンテナを配設
   するとともに該受信アンテナに微分回路を接続
   し、該両アンテナ間で特定周波数の電波を送受信
   し、この受信出力の時間に対する微分値を測定
   し、その絶対値があらかじめ定められた値より小
   さくなつた時を把握して庫内の冷凍食品の解凍状
   況を検出することを特徴とする解凍状況検出装
   置。