JPWO2012137447A1 - Microwave heating device - Google Patents
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Abstract
本発明に係るマイクロ波加熱装置は、導波管(106)内に所定の定在波(SW)を発生させるように、導波管(106)におけるマイクロ波伝送方向(MT)の終端(107)が閉塞されており、導波管(106)内に発生した定在波(SW)の節と腹の位置が加熱室(103)の中心に対して略対称に配置されているため、回転機構を用いることなく、被加熱物(102)に対して略均一にマイクロ波加熱することができる。In the microwave heating apparatus according to the present invention, the end (107) of the microwave transmission direction (MT) in the waveguide (106) is generated so as to generate a predetermined standing wave (SW) in the waveguide (106). ) Is closed, and the nodes and antinodes of the standing wave (SW) generated in the waveguide (106) are arranged substantially symmetrically with respect to the center of the heating chamber (103). The object to be heated (102) can be heated by microwaves substantially uniformly without using.
Description
本発明は、電子レンジ等のマイクロ波加熱装置に関し、特に、加熱室の内部にマイクロ波を放射するための構成に特徴を有するマイクロ波加熱装置に関するものである。 The present invention relates to a microwave heating apparatus such as a microwave oven, and more particularly to a microwave heating apparatus characterized by a configuration for radiating microwaves into a heating chamber.
従来、この種のマイクロ波により被加熱物を加熱処理するマイクロ波加熱装置の代表的な装置としては、電子レンジがある。電子レンジにおいては、マイクロ波供給手段において発生したマイクロ波が金属製の加熱室の内部に放射され、加熱室内部の被加熱物が放射されたマイクロ波により加熱処理される。 Conventionally, there is a microwave oven as a typical apparatus for a microwave heating apparatus that heats an object to be heated with this type of microwave. In the microwave oven, the microwave generated in the microwave supply means is radiated into the metal heating chamber, and the object to be heated in the heating chamber is heated by the radiated microwave.
従来の電子レンジにおけるマイクロ波供給手段としては、マグネトロンが用いられている。マグネトロンにより生成されたマイクロ波は、導波管を介してマイクロ波放射部から加熱室内部に放射される。加熱室内部におけるマイクロ波の電磁界分布が不均一であると、被加熱物を均一にマイクロ波加熱することができないという問題を有する。 A magnetron is used as a microwave supply means in a conventional microwave oven. Microwaves generated by the magnetron are radiated from the microwave radiating portion into the heating chamber through the waveguide. If the electromagnetic field distribution of the microwaves in the heating chamber is not uniform, there is a problem that the object to be heated cannot be uniformly heated by microwaves.
加熱室内部の被加熱物を均一に加熱する手段としては、被加熱物を載置するテーブルを回転させて被加熱物を加熱室内部において回動させる構造、被加熱物を固定してマイクロ波を放射するアンテナを回転させる構造、または位相器を用いてマイクロ波供給手段から伝搬されたマイクロ波の位相を変化させる構造があり、このような構造を備えたマイクロ波加熱装置が一般的に用いられている。 As a means for uniformly heating the object to be heated in the heating chamber, a structure for rotating the table on which the object to be heated is rotated to rotate the object to be heated in the heating chamber, and fixing the object to be heated by the microwave There is a structure that rotates the antenna that radiates the light, or a structure that changes the phase of the microwave propagated from the microwave supply means using a phase shifter, and a microwave heating device having such a structure is generally used. It has been.
例えば、従来のマイクロ波加熱装置では、導波管内部に回転アンテナ、アンテナシャフトなどが配置されており、アンテナモータによって該回転アンテナを回転させながらマグネトロンを駆動することにより、加熱室内のマイクロ波分布の不均一を低減する構造を有するものがあった。 For example, in a conventional microwave heating apparatus, a rotating antenna, an antenna shaft, and the like are arranged inside a waveguide, and a microwave distribution in a heating chamber is driven by driving a magnetron while rotating the rotating antenna by an antenna motor. Some have a structure that reduces non-uniformity.
また、日本の特開昭62−64093号公報(特許文献1)には別の構成のマイクロ波加熱装置が記載されている。この特許文献1には、マグネトロンの上部に回転可能なアンテナを設け、該回転アンテナの羽根に送風ファンからの風をあてることにより、該送風ファンの風力でアンテナが回転して、加熱室内のマイクロ波分布を変化させるマイクロ波加熱装置が提案されている。 Japanese Laid-Open Patent Publication No. 62-64093 (Patent Document 1) describes a microwave heating apparatus having another configuration. In this Patent Document 1, a rotatable antenna is provided on the upper part of a magnetron, and the antenna is rotated by the wind force of the blower fan by applying the wind from the blower fan to the blades of the rotary antenna. Microwave heating devices that change the wave distribution have been proposed.
一方、マイクロ波加熱による被加熱物に対する不均一な加熱の低減を図ると共に、コスト削減およびマイクロ波給電部の省スペース化を図ったマイクロ波加熱装置が米国特許第4301347号明細書(特許文献2)に記載されている。この特許文献2には、円偏波を加熱室内部に放射する単一のマイクロ波放射部を有したマイクロ波加熱装置が提案されている。 On the other hand, a microwave heating apparatus that reduces non-uniform heating of an object to be heated by microwave heating, reduces costs, and saves space in a microwave power feeding unit is disclosed in US Pat. No. 4,301,347 (Patent Document 2). )It is described in. Patent Document 2 proposes a microwave heating apparatus having a single microwave radiating section that radiates circularly polarized waves into the heating chamber.
前述の従来の構成を有する電子レンジのようなマイクロ波加熱装置においては、出来るだけ簡易的な構造を有し、被加熱物を効率高く、ムラ無く加熱することが求められている。しかし、これまで提案されていた従来の構成においては、満足出来るものではなく、構造上、効率化および均一化などの点で種々の問題を有していた。 A microwave heating apparatus such as a microwave oven having the above-described conventional configuration is required to have a simple structure as much as possible and to efficiently heat an object to be heated with high uniformity. However, the conventional configurations proposed so far are not satisfactory and have various problems in terms of efficiency and uniformity in terms of structure.
また、マイクロ波加熱装置、特に、電子レンジにおいては、高出力化の技術開発が進み、国内では定格高周波出力1000Wの製品が商品化されている。電子レンジは、熱伝導によって食品を加熱するのではなく、誘電加熱を用いて直接食品を加熱できる利便性がこの商品の大きな特徴である。しかし、電子レンジにおいて、不均一加熱が未解決な状態においての高出力化は不均一加熱の問題をより顕在化させることになる。 Further, in microwave heating devices, particularly microwave ovens, technological development for higher output has progressed, and products with a rated high-frequency output of 1000 W have been commercialized in Japan. Microwave ovens are notable for heating food by heat conduction, but the convenience of being able to heat food directly using dielectric heating is a major feature of this product. However, in a microwave oven, increasing the output in a state where non-uniform heating is unsolved will make the problem of non-uniform heating more obvious.
従来のマイクロ波加熱装置が抱える構造上の問題としては、下記の2点が挙げられる。1点目は、不均一加熱を低減するためにテーブルまたはアンテナを回転させる機構を必要としており、このため回転スペース、およびテーブルまたはアンテナを回転させるためのモータなどの駆動源の設置スペースを確保しなければならず、電子レンジの小型化を阻害している点である。2点目は、テーブルまたはアンテナを安定的に回転させるために、該アンテナを加熱室の上部又は下部に設ける必要があり、構造上において制限されている点である。 The following two points are given as structural problems of the conventional microwave heating apparatus. The first point requires a mechanism for rotating the table or antenna to reduce non-uniform heating. Therefore, a rotation space and a space for installing a drive source such as a motor for rotating the table or antenna are secured. It is necessary to reduce the size of the microwave oven. The second point is that in order to rotate the table or antenna stably, it is necessary to provide the antenna above or below the heating chamber, which is limited in structure.
また、マイクロ波加熱装置における加熱室に通じる、マイクロ波が照射される空間内にテーブルまたはアンテナの回転機構や、位相器などの各種機構が設置されており、このような設置は、装置の信頼性を低下させるという課題を有している。したがって、これら機構を不要とするマイクロ波加熱装置が求められている。 In addition, various mechanisms such as a table or antenna rotation mechanism and a phase shifter are installed in the microwave irradiation space that leads to the heating chamber of the microwave heating apparatus. It has a problem of reducing the performance. Accordingly, there is a need for a microwave heating apparatus that does not require these mechanisms.
さらに、マイクロ波加熱による被加熱物の不均一加熱の低減を図ると共に、コストの低減およびマイクロ波給電部の省スペース化を図った特許文献2に記載されたマイクロ波加熱装置においても次のような問題を有する。特許文献2に開示された、円偏波を加熱室内部に放射する単一のマイクロ波放射部を有するマイクロ波加熱装置は、回転機構を有していないという利点を有するが、マイクロ波加熱により十分な均一加熱が実現できないという課題を有している。 Further, in the microwave heating apparatus described in Patent Document 2 which aims to reduce uneven heating of an object to be heated by microwave heating, and to reduce the cost and save the space of the microwave power feeding section, the following is also applied. Have a serious problem. The microwave heating device having a single microwave radiating unit that radiates circularly polarized waves into the inside of the heating chamber disclosed in Patent Document 2 has an advantage that it does not have a rotating mechanism. There is a problem that sufficient uniform heating cannot be realized.
本発明は、前記の従来の技術における課題を解決するものであり、回転機構を用いることなく、被加熱物を均一にマイクロ波加熱することができるマイクロ波加熱装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems in the conventional technology, and an object thereof is to provide a microwave heating apparatus capable of uniformly heating an object to be heated without using a rotating mechanism. .
本発明に係るマイクロ波加熱装置は、
被加熱物が配置される加熱室と、
前記加熱室に供給されるマイクロ波を生成するマイクロ波供給部と、
前記マイクロ波供給部で生成されたマイクロ波を前記加熱室へ伝送するための導波管と、
前記導波管内を伝送したマイクロ波を前記加熱室へ放射するための複数のマイクロ波放射部と、を備え、
前記導波管内に所定の定在波を発生させるように、前記導波管におけるマイクロ波伝送方向の終端が閉塞されており、
前記導波管内に発生した定在波の分布が前記加熱室の中心に対して略対称に配置されている。The microwave heating apparatus according to the present invention is
A heating chamber in which an object to be heated is arranged;
A microwave supply unit for generating microwaves to be supplied to the heating chamber;
A waveguide for transmitting the microwave generated by the microwave supply unit to the heating chamber;
A plurality of microwave radiation portions for radiating microwaves transmitted through the waveguide to the heating chamber,
The end of the microwave transmission direction in the waveguide is closed so as to generate a predetermined standing wave in the waveguide,
A distribution of standing waves generated in the waveguide is arranged substantially symmetrically with respect to the center of the heating chamber.
上記のように構成された本発明に係るマイクロ波加熱装置においては、加熱室に配置された被加熱物に対して放射するエネルギーの基となるマイクロ波放射部からのマイクロ波が、導波管内に発生した定在波として加熱室に対して均等配置されているため、被加熱物の加熱分布を均一にすることができる。 In the microwave heating apparatus according to the present invention configured as described above, the microwave from the microwave radiating unit, which is the basis of the energy radiated to the object to be heated arranged in the heating chamber, is generated in the waveguide. As the standing waves generated in the heating chamber are evenly arranged with respect to the heating chamber, the heating distribution of the object to be heated can be made uniform.
本発明のマイクロ波加熱装置は、加熱室に配置された被加熱物に対して放射するマイクロ波放射部からのマイクロ波が、導波管内に発生した定在波として加熱室に対して均等配置されているため、被加熱物に対して均一にマイクロ波加熱することができる。 In the microwave heating apparatus of the present invention, the microwave from the microwave radiating unit that radiates the object to be heated arranged in the heating chamber is evenly arranged in the heating chamber as a standing wave generated in the waveguide. Therefore, the object to be heated can be uniformly microwave-heated.
本発明に係る第1の態様のマイクロ波加熱装置は、
被加熱物が配置される加熱室と、
前記加熱室に供給されるマイクロ波を生成するマイクロ波供給部と、
前記マイクロ波供給部で生成されたマイクロ波を前記加熱室へ伝送するための導波管と、
前記導波管内を伝送したマイクロ波を前記加熱室へ放射するための複数のマイクロ波放射部と、を備え、
前記導波管内に所定の波長を有する定在波を発生させるように、前記導波管におけるマイクロ波伝送方向の終端が閉塞されて前記導波管が所定の形状を有しており、
前記導波管内に発生した定在波の分布が前記加熱室における加熱領域の中心に対して略対称に配置されている。
このように構成された本発明に係る第1の態様のマイクロ波加熱装置は、加熱室に配置された被加熱物に対して放射するマイクロ波放射部からのマイクロ波が、導波管内に発生した定在波として加熱室に対して略均等配置されているため、被加熱物に対して均一にマイクロ波加熱することができる。The microwave heating apparatus according to the first aspect of the present invention is
A heating chamber in which an object to be heated is arranged;
A microwave supply unit for generating microwaves to be supplied to the heating chamber;
A waveguide for transmitting the microwave generated by the microwave supply unit to the heating chamber;
A plurality of microwave radiation portions for radiating microwaves transmitted through the waveguide to the heating chamber,
In order to generate a standing wave having a predetermined wavelength in the waveguide, the end of the waveguide in the microwave transmission direction is closed, and the waveguide has a predetermined shape,
The distribution of standing waves generated in the waveguide is arranged substantially symmetrically with respect to the center of the heating region in the heating chamber.
In the microwave heating apparatus according to the first aspect of the present invention configured as described above, the microwave from the microwave radiating unit that radiates the object to be heated arranged in the heating chamber is generated in the waveguide. Since the standing waves are substantially evenly arranged with respect to the heating chamber, the object to be heated can be uniformly microwave-heated.
本発明に係る第2の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第1の態様において、前記複数のマイクロ波放射部が前記加熱領域の中心に対して略対称に配置されている。このように構成された本発明に係る第2の態様のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波放射部が領域の中心に対して略対称に配置されているため、被加熱物に対して均一に、且つ効率高くマイクロ波加熱することができる。 In the microwave heating apparatus according to the second aspect of the present invention, in the first aspect, the plurality of microwave radiating portions are arranged substantially symmetrically with respect to the center of the heating region. In the microwave heating apparatus according to the second aspect of the present invention configured as described above, since the microwave radiating portion is arranged substantially symmetrically with respect to the center of the region, the microwave heating device is uniformly applied to the object to be heated. In addition, microwave heating can be performed with high efficiency.
本発明に係る第3の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第2の態様において、前記複数のマイクロ波放射部の中心間距離が導波管内に発生した定在波の間隔と略同じとなるよう、前記マイクロ波放射部が前記導波管に設けられている。このように構成された本発明に係る第3の態様のマイクロ波加熱装置は、加熱室に配置された被加熱物に対して放射するマイクロ波放射部からのマイクロ波が、導波管内に発生した定在波の分布に対応してマイクロ波放射部が配置されているため、被加熱物に対して均一にマイクロ波加熱することができる。 The microwave heating apparatus according to a third aspect of the present invention is the microwave heating apparatus according to the second aspect, wherein the distance between the centers of the plurality of microwave radiation portions is substantially the same as the interval between the standing waves generated in the waveguide. The microwave radiating portion is provided in the waveguide so as to be. In the microwave heating apparatus according to the third aspect of the present invention configured as described above, the microwave from the microwave radiating unit that radiates the object to be heated arranged in the heating chamber is generated in the waveguide. Since the microwave radiating portion is arranged corresponding to the distribution of the standing wave, the object to be heated can be heated with microwaves uniformly.
本発明に係る第4の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第3の態様において、前記導波管内に発生した定在波の節の位置が前記加熱室の加熱領域の中心に対応するよう構成されている。このように構成された本発明に係る第4の態様のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波放射部から加熱室に対してマイクロ波放射の均一化を図ることができる。 In the microwave heating apparatus according to the fourth aspect of the present invention, in the third aspect, the position of the node of the standing wave generated in the waveguide corresponds to the center of the heating region of the heating chamber. It is configured. The microwave heating apparatus according to the fourth aspect of the present invention configured as described above can achieve uniform microwave radiation from the microwave radiation unit to the heating chamber.
本発明に係る第5の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第4の態様において、前記マイクロ波放射部が、前記導波管内に発生した定在波の節の位置に対応して配置されている。このように構成された本発明に係る第5の態様のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波放射部からの過剰な出力を防ぎ、加熱室に対してマイクロ波放射のより均一化を図ることができる。特に、このように構成することにより、加熱室の中心に配置される被加熱物に対してマイクロ波が効率高く放射されて均一な加熱処理を行うことができる。 A microwave heating apparatus according to a fifth aspect of the present invention is the microwave heating apparatus according to the fourth aspect, wherein the microwave radiating portion is disposed corresponding to a position of a node of a standing wave generated in the waveguide. ing. The microwave heating device according to the fifth aspect of the present invention configured as described above can prevent excessive output from the microwave radiating unit, and can achieve more uniform microwave radiation to the heating chamber. . In particular, with such a configuration, microwaves can be efficiently radiated to an object to be heated disposed at the center of the heating chamber, and uniform heat treatment can be performed.
本発明に係る第6の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第5の態様において、前記加熱室における加熱領域に対向する前記導波管内の領域に偶数の腹を有する定在波が形成されている。このように構成された本発明に係る第6の態様のマイクロ波加熱装置は、前記導波管におけるマイクロ波伝送方向における加熱室に対してマイクロ波放射のさらなる均一化を図ることができる。 The microwave heating apparatus according to a sixth aspect of the present invention is the microwave heating apparatus according to the fifth aspect, wherein a standing wave having an even number of antinodes is formed in a region in the waveguide facing the heating region in the heating chamber. ing. The microwave heating apparatus according to the sixth aspect of the present invention configured as described above can further uniform the microwave radiation with respect to the heating chamber in the microwave transmission direction of the waveguide.
本発明に係る第7の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第6の態様において、前記マイクロ波放射部がマイクロ波を放射する開口で構成され、当該開口が前記導波管におけるマイクロ波伝送方向に延びる管軸に対して対称に配置されている。このように構成された本発明に係る第7の態様のマイクロ波加熱装置は、導波管におけるマイクロ波伝送方向に直交する方向の加熱領域に対してもマイクロ波放射の均一化を図ることができる。 A microwave heating apparatus according to a seventh aspect of the present invention is the microwave heating apparatus according to the sixth aspect, wherein the microwave radiating portion is configured by an opening that radiates microwaves, and the opening is microwave transmission in the waveguide. They are arranged symmetrically with respect to the tube axis extending in the direction. The microwave heating device according to the seventh aspect of the present invention configured as described above can achieve uniform microwave radiation even in the heating region in the direction orthogonal to the microwave transmission direction in the waveguide. it can.
本発明に係る第8の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第6の態様において、前記マイクロ波放射部がマイクロ波を放射する開口で構成され、当該開口が前記導波管におけるマイクロ波伝送方向の管軸に対して非対称に配置されている。このように構成された本発明に係る第8の態様のマイクロ波加熱装置は、加熱室に対してマイクロ波放射の均一化を図ることができる。 The microwave heating apparatus according to an eighth aspect of the present invention is the microwave heating apparatus according to the sixth aspect, wherein the microwave radiating portion is configured by an opening that radiates microwaves, and the opening is microwave transmission in the waveguide. It is arranged asymmetrically with respect to the directional tube axis. The microwave heating apparatus according to the eighth aspect of the present invention configured as described above can make the microwave radiation uniform in the heating chamber.
本発明に係る第9の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第1乃至第8の態様のいずれかの態様において、前記マイクロ波放射部から放射されるマイクロ波量が、略同一となるよう構成されている。このように構成された本発明に係る第9の態様のマイクロ波加熱装置は、複数のマイクロ波放射部から被加熱物に対するマイクロ波放射を均一化することができる。 In the microwave heating apparatus according to the ninth aspect of the present invention, in any one of the first to eighth aspects, the amount of microwaves radiated from the microwave radiation unit is substantially the same. It is configured. The microwave heating device according to the ninth aspect of the present invention configured as described above can uniformize microwave radiation to the object to be heated from a plurality of microwave radiation portions.
本発明に係る第10の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第1乃至第8の態様のいずれかの態様において、前記導波管内に発生する定在波の定在波波長が、前記マイクロ波供給部から供給され前記導波管内を伝送するマイクロ波の伝送波長と略等しくなるよう、前記導波管が構成されている。このように構成された本発明に係る第10の態様のマイクロ波加熱装置は、導波管内において所望の定在波を安定して発生させることができる。 The microwave heating apparatus according to a tenth aspect of the present invention is the microwave heating apparatus according to any one of the first to eighth aspects, wherein the standing wave wavelength of the standing wave generated in the waveguide is the micro wave. The waveguide is configured to be substantially equal to the transmission wavelength of the microwave supplied from the wave supply unit and transmitted through the waveguide. The microwave heating apparatus according to the tenth aspect of the present invention configured as described above can stably generate a desired standing wave in the waveguide.
本発明に係る第11の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第1乃至第8の態様のいずれかの態様において、前記マイクロ波放射部が、円偏波を放射するよう構成されている。このように構成された本発明に係る第11の態様のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波放射部から拡がりを有するマイクロ波が放射され、被加熱物に対してマイクロ波放射をより広い範囲で均一化することができる。 According to an eleventh aspect of the microwave heating apparatus of the present invention, in any one of the first to eighth aspects, the microwave radiating unit is configured to radiate circularly polarized waves. In the microwave heating apparatus according to the eleventh aspect of the present invention configured as described above, a microwave having a spread is radiated from the microwave radiating section, and the microwave radiation is uniformly applied to the object to be heated in a wider range. Can be
本発明に係る第12の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第1乃至第8の態様のいずれかの態様において、前記マイクロ波供給部の出力端から前記導波管の終端までのマイクロ波伝送距離が、前記マイクロ波供給部から供給され前記導波管内を伝送するマイクロ波の伝送波長の4分の1の整数倍である。このように構成された本発明に係る第12の態様のマイクロ波加熱装置は、導波管内において安定してマイクロ波伝送される伝送波長と同一波長を有する定在波を発生させることができるため、マイクロ波放射部から加熱室へマイクロ波放射が行われても、導波管内において定在波を安定して維持することができる。 A microwave heating apparatus according to a twelfth aspect of the present invention is the microwave heating apparatus according to any one of the first to eighth aspects, wherein the microwave extends from the output end of the microwave supply unit to the end of the waveguide. The transmission distance is an integral multiple of a quarter of the transmission wavelength of the microwave supplied from the microwave supply unit and transmitted through the waveguide. The microwave heating device according to the twelfth aspect of the present invention configured as described above can generate a standing wave having the same wavelength as the transmission wavelength that is stably microwave-transmitted in the waveguide. Even when microwave radiation is performed from the microwave radiation portion to the heating chamber, the standing wave can be stably maintained in the waveguide.
本発明に係る第13の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第1乃至第8の態様のいずれかの態様において、前記導波管が、方形導波管であり、前記マイクロ波供給部から供給された供給波長をλとし、前記マイクロ波放射部が設けられた前記導波管の壁面における前記導波管のマイクロ波伝送方向に直交する長さをaとすると、前記導波管内に発生する定在波の定在波波長が、下記式(1)で示される前記導波管内を伝送するマイクロ波の伝送波長λgと略等しくなるよう構成されている。このように構成された本発明に係る第13の態様のマイクロ波加熱装置は、導波管内において安定してマイクロ波伝送される伝送波長と同一波長を有する定在波を確実に発生させることができる。 A microwave heating apparatus according to a thirteenth aspect of the present invention is the microwave heating apparatus according to any one of the first to eighth aspects, wherein the waveguide is a rectangular waveguide, and the microwave supply unit When the supplied wavelength is λ, and the length of the wall surface of the waveguide provided with the microwave radiating portion is perpendicular to the microwave transmission direction of the waveguide, a is generated in the waveguide. The standing wave wavelength of the standing wave is configured to be substantially equal to the transmission wavelength λg of the microwave transmitted through the waveguide represented by the following formula (1). The microwave heating apparatus according to the thirteenth aspect of the present invention configured as described above can reliably generate a standing wave having the same wavelength as the transmission wavelength that is stably microwave-transmitted in the waveguide. it can.
以下、本発明に係るマイクロ波加熱装置の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態のマイクロ波加熱装置においては電子レンジについて説明するが、電子レンジは例示であり、本発明のマイクロ波加熱装置は電子レンジに限定されるものではなく、誘電加熱を利用した加熱装置、生ゴミ処理機、あるいは半導体製造装置などのマイクロ波加熱装置を含むものである。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of a microwave heating apparatus according to the invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the microwave heating apparatus of the following embodiment, a microwave oven will be described. However, the microwave oven is an example, and the microwave heating apparatus of the present invention is not limited to the microwave oven, and uses dielectric heating. And a microwave heating device such as a garbage processing machine or a semiconductor manufacturing device.
また、本発明は、以下の実施の形態の具体的な構成に限定されるものではなく、同様の技術的思想に基づく構成が本発明に含まれる。 Further, the present invention is not limited to the specific configurations of the following embodiments, and configurations based on similar technical ideas are included in the present invention.
(実施の形態1)
図1は、本発明に係る実施の形態1のマイクロ波加熱装置の概略構成を示す断面図である。図1に示すように、実施の形態1のマイクロ波加熱装置は、装置の外観を構成する筐体101、被加熱物102をマイクロ波加熱するための加熱室103、加熱室103内部において被加熱物102を載置するための載置部104、マイクロ波を形成するマイクロ波供給部105、およびマイクロ波供給部105からのマイクロ波を加熱室103へ伝送するための導波管106、が備えられている。また、マイクロ波加熱装置において、導波管106には、マイクロ波の伝送終端となる閉塞された終端部107と、加熱室103へマイクロ波を放射するマイクロ波放射部108が形成されている。マイクロ波放射部108から放射されたマイクロ波が加熱領域である載置部104上の被加熱物102をマイクロ波加熱する構成である。(Embodiment 1)
1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a microwave heating apparatus according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the microwave heating apparatus according to the first embodiment includes a
なお、実施の形態1のマイクロ波加熱装置において、載置部104としてはガラス板が用いられ、マイクロ波供給部105としてはマグネトロンが用いられ、そして導波管106としてはマイクロ波伝送方向に直交する断面が四角形である方形導波管が用いられている。また、マイクロ波放射部108は、加熱室103に対向する導波管106の壁面に形成した開口である放射口108aを有して構成されている。上記のように構成することにより、実施の形態1のマイクロ波加熱装置を簡単な構成で実現することが可能となる。
In the microwave heating apparatus of the first embodiment, a glass plate is used as the mounting
図2は、本発明に係る実施の形態1のマイクロ波加熱装置を示す斜視図である。図2に示すように、実施の形態1のマイクロ波加熱装置には被加熱物102を加熱室103に対して出し入れするための扉201が備えられている。図2は、マイクロ波加熱装置の扉201が開放した状態を示している。
FIG. 2 is a perspective view showing the microwave heating apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the microwave heating apparatus of the first embodiment is provided with a
図3における(a)は実施の形態1のマイクロ波加熱装置における導波管106の概略外観構成を示す斜視図である。図3において、(b)は実施の形態1のマイクロ波加熱装置における導波管106の側面断面図であり、(c)は実施の形態1のマイクロ波加熱装置における加熱室103に対する導波管106の配置状態を示す平面図である。図3の(c)に示す導波管106および加熱室103は、導波管106などを上方から見た図である。
FIG. 3A is a perspective view showing a schematic external configuration of the
なお、図3の(c)において、加熱室103を一点鎖線で示し、マイクロ波放射部108を二点鎖線で示している。図3の(c)において、二点鎖線で示すマイクロ波放射部108を矩形領域で示しているが、この矩形領域はマイクロ波放射部108の形状を特定するものではなく、単にマイクロ波放射部108の開口が形成されるべき領域を示すものである。マイクロ波放射部108の具体的な開口形状としては、導波管106からのマイクロ波が加熱室103内に均一に放射される形状であればよく、矩形形状に特定されるものではない。
In FIG. 3C, the
実施の形態1のマイクロ波加熱装置においては、導波管106を加熱室103の底面である加熱領域(載置部104)の下方に配置しており、導波管106のマイクロ波伝送方向MTが加熱室103の左右方向と一致している。また、導波管106におけるマイクロ波伝送方向MTに延びる中心線(管軸)が、加熱室103の底面(加熱領域)における左右方向の中心線と、その上下において重なるよう構成されている。
In the microwave heating apparatus of the first embodiment, the
上記のように構成された実施の形態1のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波放射部108の放射口108aが、加熱室(加熱領域)に対向する導波管106の上部壁面部分に形成された開口であり、この開口から導波管106内に存在するマイクロ波を加熱室103へ放射して、被加熱物をマイクロ波加熱する構成である。
In the microwave heating apparatus of the first embodiment configured as described above, the
次に、実施の形態1のマイクロ波加熱装置における動作について説明する。先ず始めに、マイクロ波加熱装置における概略動作について説明する。 Next, the operation in the microwave heating apparatus of the first embodiment will be described. First, a schematic operation in the microwave heating apparatus will be described.
使用者が被加熱物102を加熱室103内の載置部104上に配置して、加熱条件を設定して加熱開始指示を行う。使用者により加熱開始指示が行われると、該マイクロ波加熱装置は、マイクロ波供給部105であるマグネトロンが励起されて、導波管106内にマイクロ波を供給する。マイクロ波が供給された導波管106内においては、供給されてきたマイクロ波が導波管106の終端部107で反射され、図3の(b)に示すように、導波管106内に定在波SWが発生する。
A user arranges the object to be heated 102 on the mounting
実施の形態1のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波供給源として形成された定在波SWの節近傍にマイクロ波放射部108の開口である放射口108aが設けられている。即ち、導波管106内に生じる定在波SWの節位置NPの鉛直線上にマイクロ波放射部108の開口が形成されている。このように形成されたマイクロ波放射部108により、導波管106から加熱室103内にマイクロ波を放射することで、実施の形態1のマイクロ波加熱装置は、加熱室103内の被加熱物102に対するマイクロ波加熱が行われる。
In the microwave heating apparatus of the first embodiment, a
次に、導波管106内に形成される定在波SWの節位置NPについて説明する。図3の(b)に示すように、閉塞された終端である終端部107を備えた導波管106に対して、マイクロ波供給部105からのマイクロ波が供給されると、所定形状の導波管106内を伝送して、導波管106の終端部107で反射することにより、導波管106内には定在波SWが発生する。
Next, the node position NP of the standing wave SW formed in the
導波管106は終端部107において閉じられているため、終端部107における振幅は零に固定される。一方、図1に示すようなマイクロ波供給部105の供給側は、図3の(b)に示すように最大振幅値を示す自由端となると考えられる。このため、導波管106内に発生する定在波SWの波長は、図3の(a)に示すマイクロ波伝送方向MTの長さであるcと、定在波モードを示す自然数sを用いて、下記の式(2)により簡易的に演算することができる。なお、長さcは、マイクロ波供給部105の出力端から導波管106の終端部107までのマイクロ波伝送距離を示すものとする。
Since the
例えば、導波管106におけるマイクロ波伝送方向MTの長さcを346mmとして上記の式(2)を適用してλをλnすると、導波管106に形成される定在波SWの波長λn、および定在波SWの間隔(λn/2)はそれぞれ下記の(表1)に示すようになる。ここで定在波SWの間隔とは、定在波SWにおける節から節までの長さとする。
For example, when the length c of the microwave transmission direction MT in the
なお、導波管106内に形成される定在波SWは、マイクロ波供給部105から供給された発振周波数のマイクロ波が基になっており、その発振周波数のマイクロ波が方形導波管106内を伝送することにより伝送周波数のマイクロ波となり、その伝送周波数のマイクロ波が反射して定在波SWが発生している。したがって、導波管106内に形成される定在波SWの波形は、マイクロ波供給部105から導波管106内を伝送する伝送波形と同様の波形となることが自然であり、このような波形が導波管106内において最も安定して存在し易い状態となる。マイクロ波供給部105から出力される波長をλ(λ=(光速)/(発振周波数))とし、導波管106において伝送可能な最大波長(最低周波数)である遮断波長をλcとすると、導波管106内を伝送する波の伝送波長λgは、下記の式(3)のように表される。なお、遮断波長λcは、λc=2×a(aは導波管106の幅)で決定される。ここで、導波管106の幅aとは、マイクロ波放射部108が設けられた導波管106の壁面における導波管106のマイクロ波伝送方向MTに直交する長さのことをいう。
The standing wave SW formed in the
例えば、マイクロ波供給部105の発振周波数が2.46[GHz]、導波管106の幅aが100[mm]である場合、これらの数値を式(3)に代入すると、伝送波長は、λg=153.86[mm]となる。このため、前述の(表1)より、定在波モードがs=5で、定在波SWの間隔(λn/2)が76.9[mm]となる定在波SWが導波管106に形成される。その結果、図3の(b)に示すような節と腹を有する定在波SWが導波管106内に存在することになる。
For example, when the oscillation frequency of the
ただし、現実の導波管106においては、マイクロ波供給部105の出力端と導波管106との接合状態や、導波管106における終端部107の状態が理想状態とならない場合には、演算値の前後の値の定在モードの状態も取り得る。例えば、このような場合には、定在波モードがs=4、またはs=6の状態を取り得る。したがって、導波管106内において実際に存在する定在波SWの波長としては、導波管106内の定在波SWの振幅を実測して確認することが好ましい。
However, in the
発明者の実験によれば、マイクロ波放射部108の放射口108aから加熱室103内へマイクロ波が放射された後も導波管106内に発生する定在波SWを安定して存在させるためには、定在波SWの波長λnが、導波管106内を伝送するマイクロ波の状態と同じ状態、即ち伝送波長λgと同一の値となるように、導波管106を構成することが好ましいことを確認した。このように導波管106を構成することにより、導波管106内を伝送する伝送波長λgと同じ波長の定在波SWが発生するため、導波管106内において不調和な状態が生じることがなく、最も安定した波形状態となる。したがって、導波管106において、マイクロ波伝送方向MTの長さであるc(マイクロ波供給部105の出力端から導波管106の終端部107までのマイクロ波伝送距離)を決定する際は、前述の式(2)を変形して得られる下記式(4)において、波長λには伝送波長λg(≒λn:実施の形態1の場合には、153.86[mm])、定在波モードsには導波管106内に存在して欲しい定在波状態(実施の形態1の場合には、s=5)を代入することにより、マイクロ波放射部108からマイクロ波放射を行われても導波管106内には安定した定在波SWを維持することができる条件を作り出すことが可能となる。
According to the inventor's experiment, the standing wave SW generated in the
以上のように、実施の形態1のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波放射部108の放射口108aから加熱室103内の載置部104(加熱領域)に載置された被加熱物102に対して放射するエネルギーの基となるマイクロ波を、加熱室103の下方にある導波管106内に存在するマイクロ波の定在波SWとしている。導波管106内に生じる定在波SWの分布(定在波SWの腹と節の配置状態)は導波管106内に均等に形成されており、その定在波分布に対応して複数のマイクロ波放射部108の放射口108aが導波管106に配設されている。これらのマイクロ波放射部108の放射口108aからマイクロ波が加熱室103内に放射されることにより、加熱室103内の被加熱物102に対する加熱分布を均一にすることができる。
As described above, in the microwave heating apparatus according to the first embodiment, the object to be heated 102 placed on the placement unit 104 (heating region) in the
実施の形態1のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波放射部108の放射口108aの中心位置が導波管106内の定在波SWの節、即ち振幅が実質的に零となる位置に対応させている。なお、マイクロ波放射部108の放射口108aの中心位置とは、放射口108aの形状を同じ厚みの板材で構成したと仮定した場合において、その板材の重心位置を示すものとする。
In the microwave heating apparatus of the first embodiment, the center position of the
上記のように、マイクロ波放射部108の放射口108aの中心位置を定在波SWの振幅が実質的に零となる節に対応する位置とすることにより、マイクロ波放射部108の放射口108aから加熱室106への過剰なマイクロ波の出力を防止して、被加熱物102に対するマイクロ波をより均一に放射することができる。
As described above, by setting the center position of the
実施の形態1のマイクロ波加熱装置においては、図3の(c)に示すように、導波管106のマイクロ波伝送方向MTが加熱室103の底面における左右方向となるよう導波管106が加熱室103の直下に設けられている。また、導波管106の伝送方向に延びる中心軸が、加熱室103の底面の左右方向に延びる中心軸に対して、その上下方向において重なるように導波管106が配置されている。
In the microwave heating apparatus of the first embodiment, the
また、実施の形態1のマイクロ波加熱装置では、加熱室103が占める領域と、導波管106が占める領域とにおいて、その上下で重なる領域に定在波SWの腹の数が偶数個存在しており、定在波SWの節NPの位置が加熱室103の底面(載置部104)の略中心に対応する位置となるよう構成されている。図3の(b)に示した例示においては、加熱室103が占める領域と、導波管106が占める領域との上下で重なる領域に定在波SWの腹が4個存在している。そして、加熱室103が占める領域と、導波管106が占める領域との上下で重なる領域に存在する4個の腹の定在波SWの中心にある節NPの位置に、加熱室106の底面(載置部104)における略中心に存在するマイクロ波放射部108の中心位置が略対応するよう配置されている。
Further, in the microwave heating apparatus of the first embodiment, there are an even number of antinodes of the standing wave SW in a region overlapping the upper and lower sides of the region occupied by the
上記のように、マイクロ波放射部108を定在波SWの節近傍に配置することにより、加熱室103において被加熱物102が載置されることが多い中央領域にマイクロ波放射部108の放射口108aが設けられて、効率の高いマイクロ波加熱を実現することができる。
As described above, by arranging the
なお、加熱室103において、壁面に近い領域に配置されたマイクロ波放射部108の放射口108aと、中央領域に配置されたマイクロ波放射部108の放射口108aでは、加熱室103への反射の影響などにより、同一形状、同一寸法でも放射量が異なる場合がある。
In the
この場合には、それぞれのマイクロ波放射部108の放射口108aの開口面積を、定在波SWの節の位置毎に増減して変化させることにより、それぞれのマイクロ波放射部108から放射されるマイクロ波量が略同一となる形状として対応してもよい。このように構成することにより、導波管106内の定在波SWの節近傍に形成された各マイクロ波放射部108の放射口108aから加熱室106に対して、均一マイクロ波量によるマイクロ波放射を行うことができる。
In this case, each
なお、実施の形態1のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波放射部108の開口部形状を図3の(c)に示した矩形形状で説明したが、本発明におけるマイクロ波放射部108としてはこのような開口形状に特定されるものではなく、導波管106からマイクロ波を効率的に放射できる形状であればよい。
In the microwave heating apparatus of the first embodiment, the shape of the opening of the
また、実施の形態1のマイクロ波加熱装置においては、導波管106におけるマイクロ波供給部105の出力端から終端部107までのマイクロ波伝送距離cを管内波長である伝送波長λgの4分の1(λg/4)の整数倍とすることが好ましい。このようにマイクロ波伝送距離cを伝送波長λgの4分の1(λg/4)の整数倍、特に奇数倍とすることにより、導波管106と調和が取れ、導波管106内に安定して存在する、伝送波長λgと同一波長の定在波SWを発生させることができる。この結果、マイクロ波放射部108から加熱室103に対してマイクロ波放射が行われても、導波管106内において定在波を安定して維持することができる。
Further, in the microwave heating apparatus of the first embodiment, the microwave transmission distance c from the output end of the
以上のように、実施の形態1のマイクロ波加熱装置においては、導波管106内に所定の波長を有する定在波を発生させるように、導波管106におけるマイクロ波伝送方向MTの終端が閉塞されて、導波管106が所定の形状を有している。また、導波管106内に発生した定在波SWが加熱室103における加熱領域(104)の中心に対して略対称に配置されており、複数のマイクロ波放射部108の中心間距離が導波管106内に発生した定在波SWの間隔(節NPと節NPとの間隔)と略同じとなるよう構成されている。このように構成された実施の形態1のマイクロ波加熱装置は、加熱室103に配置された被加熱物102に対して放射するマイクロ波放射部108からのマイクロ波が、導波管106内に発生した定在波SWとして加熱室103に対して略均等配置され、その定在波分布に対応してマイクロ波放射部108が所定位置に配置されているため、被加熱物102に対して均一にマイクロ波加熱することができる。
As described above, in the microwave heating apparatus of the first embodiment, the end of the microwave transmission direction MT in the
また、実施の形態1のマイクロ波加熱装置は、導波管106内に発生した定在波SWの節の位置が加熱室103の加熱領域の中心に対応するよう構成されているため、マイクロ波放射部108の放射口108aから加熱室103に対して均一なマイクロ波放射を行うことができる。
The microwave heating apparatus according to the first embodiment is configured so that the position of the node of the standing wave SW generated in the
実施の形態1のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波放射部108が、導波管106内に発生した定在波SWの節NPの位置に対応して配置されているため、マイクロ波放射部108からの過剰な出力を防ぎ、加熱室103に対してより均一にマイクロ波放射を行うことができる。
In the microwave heating apparatus of the first embodiment, since the
実施の形態1のマイクロ波加熱装置においては、それぞれのマイクロ波放射部108の放射口108aの開口面積を増減させて、それぞれの放射口108aから放射されるマイクロ波量が、略同一となるように構成してもよい。このように構成されたマイクロ波加熱装置においては、複数のマイクロ波放射部のそれぞれから被加熱物に対して放射されるマイクロ波量を均一化することができる。
In the microwave heating apparatus of the first embodiment, the amount of microwaves radiated from each
さらに、実施の形態1のマイクロ波加熱装置においては、加熱室103における加熱領域(104)に対向する導波管106内の領域に偶数の腹を有する定在波SWが形成されており、この定在波SWの節NPに対応してマイクロ波放射部108が配置されているため、導波管106におけるマイクロ波伝送方向MTにおける加熱室103に対しても、マイクロ波が均一に放射される。特に、このように構成することにより、加熱室103の中心に配置される被加熱物102に対してマイクロ波が効率高く放射されて、加熱処理を均一に行うことができる。
Furthermore, in the microwave heating apparatus of the first embodiment, the standing wave SW having an even number of antinodes is formed in a region in the
(実施の形態2)
以下、本発明に係る実施の形態2のマイクロ波加熱装置について説明する。実施の形態2のマイクロ波加熱装置において、前述の実施の形態1のマイクロ波加熱装置と異なる点は、マイクロ波放射部が円偏波を放射する構成に特定する点であり、その他の点は同じである。(Embodiment 2)
Hereinafter, the microwave heating apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. The microwave heating apparatus of the second embodiment is different from the microwave heating apparatus of the first embodiment described above in that the microwave radiating unit specifies a configuration that radiates circularly polarized waves. The same.
以下の実施の形態2のマイクロ波加熱装置の説明においては、実施の形態1のマイクロ波加熱装置における構成要素と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付し、その詳細な説明は実施の形態1の説明を適用する。 In the description of the microwave heating apparatus of the second embodiment below, the same reference numerals are given to the components having the same functions and configurations as those in the microwave heating apparatus of the first embodiment, and the detailed description thereof is carried out. The description of Form 1 is applied.
図4は、実施の形態2のマイクロ波加熱装置における加熱室103に対する導波管106の配置状態を示す平面図であり、導波管106を上方から見た図である。図4において、加熱室103を一点鎖線で示し、マイクロ波放射部108を二点鎖線で示している。図4において、二点鎖線で示すマイクロ波放射部108を矩形領域で示しているが、この矩形領域はマイクロ波放射部108の形状を特定するものではなく、単にマイクロ波放射部108の開口が形成されるべき形成領域を示すものである。
FIG. 4 is a plan view showing the arrangement state of the
以下、実施の形態2のマイクロ波加熱装置における動作、作用について説明する。ただし、実施の形態2のマイクロ波加熱装置における基本的な動作は実施の形態1と同様であるので、ここでは省略する。 Hereinafter, the operation and action of the microwave heating apparatus of the second embodiment will be described. However, the basic operation of the microwave heating apparatus of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, and is omitted here.
実施の形態2のマイクロ波加熱装置において、導波管106内に存在する定在波SWの節近傍に配置されたマイクロ波放射部108は、図4に示すような円偏波を放射する構成を有している。円偏波とは、移動通信および衛星通信の分野で広く用いられている技術であり、身近な使用例としては、ETC(Electronic Toll Collection System)「ノンストップ自動料金収受システム」などが挙げられる。
In the microwave heating apparatus according to the second embodiment, the
円偏波は、電界の偏波面が電波の進行方向に対して時間に応じて回転するマイクロ波であり、円偏波を形成すると電界の方向が時間に応じて変化し続けるため、加熱室103内に放射されるマイクロ波の放射角度も変化し続け、時間的に電界強度の大きさが変化しないという特徴を有している。 Circular polarization is a microwave in which the polarization plane of the electric field rotates with respect to the traveling direction of the radio wave according to time. When the circular polarization is formed, the direction of the electric field continues to change with time. The radiation angle of the microwave radiated into the inside continues to change, and the electric field strength does not change with time.
実施の形態2のマイクロ波加熱装置においては、それぞれのマイクロ波放射部108から円偏波のマイクロ波が加熱室103の内部に放射されるよう構成されている。このように構成された実施の形態2のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波加熱装置に用いられている直線偏波によるマイクロ波加熱と比較して、加熱室103の内部において広範囲にわたってマイクロ波が分散放射されるため、加熱室103内に載置された被加熱物102を均一にマイクロ波加熱することができる。
The microwave heating apparatus according to the second embodiment is configured such that circularly polarized microwaves are radiated from the respective
特に、円偏波のマイクロ波が放射された場合には、円偏波の周方向に対して均一加熱の傾向が強い。なお、円偏波は回転方向から右旋偏波(CW:clockwise)と左旋偏波(CCW:counter clockwise)の2種類に分類される。加熱室102の内部に放射される円偏波のマイクロ波が、右旋偏波(CW)または左旋偏波(CCW)のいずれであっても、加熱性能に違いはない。
In particular, when a circularly polarized microwave is radiated, the tendency of uniform heating is strong in the circumferential direction of the circularly polarized wave. Note that circularly polarized waves are classified into two types from the rotation direction: right-handed polarization (CW: clockwise) and left-handed polarization (CCW: counter clockwise). Whether the circularly polarized microwave radiated into the
実施の形態2のマイクロ波加熱装置においては、前述の実施の形態1のマイクロ波加熱装置と同様に、マイクロ波放射部108の開口である放射口108bの中心位置が導波管106内の定在波SWの節、即ち振幅が実質的に零となる位置に対応する位置の近傍に配置されている。このように、マイクロ波放射部108の放射口108bの中心位置が、定在波SWの振幅が実質的に零となる節に対応する位置の近傍であるため、マイクロ波放射部108から加熱室106への過剰なマイクロ波の出力を防止して、被加熱物102に対するマイクロ波をより均一に放射することができる。
In the microwave heating apparatus of the second embodiment, the center position of the
上記のように、実施の形態2のマイクロ波加熱装置において、マイクロ波放射部108から加熱室103内に放射するエネルギーの基となるマイクロ波を、加熱室103の下方にある導波管106内の定在波SWとしている。この定在波SWの分布(定在波SWの腹と節の配置状態)は、導波管106内に均等に形成されており、その定在波分布に対応して複数のマイクロ波放射部108が導波管106に配設されている。これらのマイクロ波放射部108から円偏波のマイクロ波が加熱室103内に放射されることにより、加熱室103内の被加熱物102に対する加熱分布を均一にすることができる。
As described above, in the microwave heating apparatus according to the second embodiment, the microwave that is the base of the energy radiated from the
実施の形態2のマイクロ波加熱装置において、マイクロ波放射部108の構成としては、円偏波を放射する構成を有するものであれば良く、特に形状を限定されるものではないが、具体的な形状の例示として、図4を参照して説明する。図4は、実施の形態2のマイクロ波加熱装置において用いられるマイクロ波放射部108の領域に形成された具体的な開口形状を示している。図4に示したマイクロ波放射部108は、導波管106における加熱室103に対向する面に形成されており、このマイクロ波放射部108の領域に円偏波のマイクロ波を放射する開口である放射口108bが形成されている。放射口108bは、幅を有する2本のスリット(細長い開口部分)を中央で交差させて構成されており、各スリットは、導波管106のマイクロ波伝送方向MTに対して45度傾斜している。また、放射口108bは、マイクロ波放射部108において、導波管106のマイクロ波伝送方向MTに延びる管軸Pから所定距離ずれた位置に形成されており、管軸Pの直上を通らない位置に配置する必要がある。実施の形態2のマイクロ波加熱装置においては、各マイクロ波放射部108における放射口108bが管軸Pの前後位置に互い違いに配置(非対称に配置)されており、それぞれのマイクロ波放射部108が右旋偏波CWまたは左旋偏波CCWを放射するよう構成されている。
In the microwave heating apparatus of the second embodiment, the configuration of the
以上のように、実施の形態2のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波放射部108における放射口108bを、円偏波(楕円偏波を含む)を放射する形状とすることにより、マイクロ波放射部108から拡がりを有するマイクロ波が放射される。この結果、実施の形態2のマイクロ波加熱装置は、被加熱物102に対するマイクロ波放射をより広い範囲で均一化することが可能な構成となる。
As described above, in the microwave heating apparatus according to the second embodiment, the
なお、実施の形態2のマイクロ波加熱装置においては、円偏波を放射するマイクロ波放射部108として2本のスリットを交差させた放射口108bの構成で説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、円偏波(楕円偏波を含む)を放射する形状であればよい。
In the microwave heating apparatus according to the second embodiment, the
以上のように、実施の形態2のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波放射部108がマイクロ波を放射する開口である放射口108bで構成され、この放射口108bが導波管106におけるマイクロ波伝送方向MTの管軸Pに対して非対称に配置されている。このように構成された実施の形態2のマイクロ波加熱装置は、加熱室103に対してより広い範囲において均一なマイクロ波放射を行うことができる。
As described above, in the microwave heating apparatus according to the second embodiment, the
(実施の形態3)
以下、本発明に係る実施の形態3のマイクロ波加熱装置について説明する。実施の形態3のマイクロ波加熱装置において、前述の実施の形態1のマイクロ波加熱装置と異なる点は、マイクロ波放射部が円偏波を放射する構成に特定する点であり、その他の点は同じである。また、実施の形態3のマイクロ波加熱装置における基本的な動作は実施の形態1のマイクロ波加熱装置と同様である。(Embodiment 3)
Hereinafter, the microwave heating apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described. In the microwave heating apparatus of the third embodiment, the difference from the microwave heating apparatus of the first embodiment described above is that the microwave radiating unit is configured to radiate circularly polarized waves, and the other points are as follows. The same. The basic operation of the microwave heating apparatus of the third embodiment is the same as that of the microwave heating apparatus of the first embodiment.
以下の実施の形態3のマイクロ波加熱装置の説明においては、実施の形態1のマイクロ波加熱装置における構成要素と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付し、その詳細な説明は実施の形態1の説明を適用する。 In the description of the microwave heating apparatus of the third embodiment below, the same reference numerals are given to the components having the same functions and configurations as the components in the microwave heating apparatus of the first embodiment, and the detailed description thereof is carried out. The description of Form 1 is applied.
図5は、実施の形態3のマイクロ波加熱装置における加熱室103に対する導波管106の配置状態を示す平面図であり、導波管106を上方から見た図である。図5において、加熱室103を一点鎖線で示し、マイクロ波放射部108を二点鎖線で示している。図5において、二点鎖線で示すマイクロ波放射部108を矩形領域で示しているが、この矩形領域はマイクロ波放射部108の形状を特定するものではなく、単にマイクロ波放射部108の開口が形成されるべき形成領域を示すものである。
FIG. 5 is a plan view showing the arrangement state of the
実施の形態3のマイクロ波加熱装置は、前述の実施の形態2のマイクロ波加熱装置のように円偏波を放射するマイクロ波放射部108の放射口108cが導波管103に設けられている。ただし、実施の形態3のマイクロ波加熱装置では、各マイクロ波放射部108において管軸Pに対して対称な位置に放射口108cが設けられている。このように放射口108cを対称に配置することにより、各マイクロ波放射部108の領域から右旋偏波CWおよび左旋偏波CCWのマイクロ波を加熱室103内に放射する構成となる。このように、実施の形態3のマイクロ波加熱装置では、それぞれのマイクロ波放射部108において管軸Pに対称な位置に2つの放射口108c,108cを設けた構成であるため、導波管106のマイクロ波伝送方向MTに対して直交する加熱室103の前後方向(加熱室103の前面側から背面側の方向)にマイクロ波放射をさらに広げることが可能な構成となる。また、実施の形態3のマイクロ波加熱装置においては、それぞれのマイクロ波放射部108の領域から右旋偏波CWおよび左旋偏波CCWのマイクロ波を放射する構成であるため、加熱室103の内部においてマイクロ波の拡張効果をさらに高めることができる。
In the microwave heating apparatus of the third embodiment, the
以上のように、実施の形態3のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波放射部108の放射口108cとなる開口を、導波管106のマイクロ波伝送方向MTの管軸Pに対して対称な配置に形成することにより、導波管106のマイクロ波伝送方向MTに対して直交する装置の前後方向にもマイクロ波放射をより拡げることができ、加熱室103に対するマイクロ波放射をさらに均一化し、被加熱物102に対して均一照射して、効率の高いマイクロ波加熱を実行することができる。
As described above, in the microwave heating apparatus of the third embodiment, the opening serving as the
以上のように、実施の形態3のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波放射部108がマイクロ波を放射する開口である放射口108cで構成され、放射口108cが導波管106におけるマイクロ波伝送方向MTに延びる管軸Pに対して対称に配置されている。このように構成された実施の形態3のマイクロ波加熱装置は、導波管106におけるマイクロ波伝送方向MTに直交する方向の加熱領域(104)に対してもより均一にマイクロ波放射を行うことができる。
As described above, in the microwave heating apparatus according to the third embodiment, the
また、実施の形態3のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波放射部108の放射口108bが、円偏波を放射するよう構成されているため、マイクロ波放射部108から拡がりを有するマイクロ波が放射され、被加熱物102に対してマイクロ波放射をより広い範囲で均一化することができる。
In the microwave heating apparatus of the third embodiment, since the
上記のように、本発明のマイクロ波加熱装置においては、導波管内に発生する定在波の定在波波長が、マイクロ波供給部から供給され導波管内を伝送するマイクロ波の伝送波長と略等しくなるよう、導波管が構成されている。このように構成された本発明のマイクロ波加熱装置は、導波管内において所望の定在波を確実に安定して発生させることができる。 As described above, in the microwave heating apparatus of the present invention, the standing wave wavelength of the standing wave generated in the waveguide is the microwave transmission wavelength supplied from the microwave supply unit and transmitted through the waveguide. The waveguide is configured to be substantially equal. The microwave heating device of the present invention configured as described above can reliably generate a desired standing wave in the waveguide.
また、本発明のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波供給部の出力端から前記導波管の終端までのマイクロ波伝送距離(c)が、マイクロ波供給部から供給され導波管内を伝送するマイクロ波の伝送波長(λg)の4分の1の整数倍である。このように構成された本発明のマイクロ波加熱装置は、導波管内において安定して伝送されるマイクロ波の伝送波長(λg)と同一波長を有する定在波(SW)を発生させることができるため、マイクロ波放射部からマイクロ波放射が行われても、導波管内における定在波を安定して維持することができる。 In the microwave heating apparatus of the present invention, the microwave transmission distance (c) from the output end of the microwave supply unit to the end of the waveguide is supplied from the microwave supply unit and transmitted through the waveguide. It is an integral multiple of a quarter of the microwave transmission wavelength (λg). The microwave heating apparatus of the present invention configured as described above can generate a standing wave (SW) having the same wavelength as the transmission wavelength (λg) of the microwave stably transmitted in the waveguide. Therefore, even when microwave radiation is performed from the microwave radiation portion, the standing wave in the waveguide can be stably maintained.
上記のように、本発明のマイクロ波加熱装置は、加熱室に配置された被加熱物に対して放射するマイクロ波放射部からのマイクロ波が、導波管内に発生した定在波として加熱室に対して均等配置され、その定在波分布に対応してマイクロ波放射部が配置されているため、被加熱物に対して均一にマイクロ波加熱することができる。 As described above, the microwave heating apparatus according to the present invention is configured so that the microwave from the microwave radiating unit that radiates the object to be heated disposed in the heating chamber is a standing wave generated in the waveguide. Since the microwave radiating portions are arranged corresponding to the standing wave distribution, the object to be heated can be uniformly heated by microwaves.
本発明のマイクロ波加熱装置は、被加熱物に対してマイクロ波を均一照射することができるため、加熱加工や殺菌などを行う装置などに有効に利用することができると共に、誘電加熱を利用した加熱装置、生ゴミ処理機、半導体製造装置などの各種機器におけるマイクロ波加熱装置に適用できる。 Since the microwave heating apparatus of the present invention can uniformly irradiate the object to be heated with microwaves, the microwave heating apparatus can be effectively used for an apparatus for performing heat processing or sterilization, and also uses dielectric heating. The present invention can be applied to a microwave heating apparatus in various devices such as a heating apparatus, a garbage disposal machine, and a semiconductor manufacturing apparatus.
101 筐体
102 被加熱物
103 加熱室
104 載置部
105 マイクロ波供給部
106 導波管
107 終端部
108 マイクロ波放射部DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記加熱室に供給されるマイクロ波を生成するマイクロ波供給部と、
前記マイクロ波供給部で生成されたマイクロ波を前記加熱室へ伝送するための導波管と、
前記導波管内を伝送したマイクロ波を前記加熱室へ放射するための複数のマイクロ波放射部と、を備え、
前記導波管内に所定の波長を有する定在波を発生させるように、前記導波管におけるマイクロ波伝送方向の終端が閉塞されて前記導波管が所定の形状を有しており、
前記導波管内に発生した定在波の分布が前記加熱室における加熱領域の中心に対して略対称に配置されているマイクロ波加熱装置。A heating chamber in which an object to be heated is arranged;
A microwave supply unit for generating microwaves to be supplied to the heating chamber;
A waveguide for transmitting the microwave generated by the microwave supply unit to the heating chamber;
A plurality of microwave radiation portions for radiating microwaves transmitted through the waveguide to the heating chamber,
In order to generate a standing wave having a predetermined wavelength in the waveguide, the end of the waveguide in the microwave transmission direction is closed, and the waveguide has a predetermined shape,
A microwave heating apparatus in which a distribution of standing waves generated in the waveguide is arranged substantially symmetrically with respect to a center of a heating region in the heating chamber.
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