WO2021039872A1 - 解凍機及び解凍機用の電極装置 - Google Patents

解凍機及び解凍機用の電極装置 Download PDF

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WO2021039872A1
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electrode
thawed
defroster
high frequency
spiral shape
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French (fr)
Inventor
一幸 戸谷
直之 本間
伊藤　治夫
Original Assignee
株式会社ダイレクト・アール・エフ
株式会社ネクスティエレクトロニクス
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L3/00—Preservation of foods or foodstuffs, in general, e.g. pasteurising, sterilising, specially adapted for foods or foodstuffs
    • A23L3/36—Freezing; Subsequent thawing; Cooling
    • A23L3/365—Thawing subsequent to freezing
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/46—Dielectric heating
    • H05B6/54—Electrodes

Definitions

  • This disclosure relates to a defroster and an electrode device for the defroster.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-153342 filed on August 26, 2019, and incorporates all the contents described in the Japanese patent application.
  • thawing methods have been used properly according to the foodstuff and cooking purpose, such as natural thawing, blast thawing, and running water thawing. However, these thawing methods take time, and unevenness and drip occur in the thawing state.
  • the thawing function in a microwave oven by the microwave heating method may be used.
  • the frequency of microwaves in a microwave oven is generally 2450 MHz.
  • defrosting by the microwave heating method tends to cause surface burning because the wavelength of the microwave is short.
  • Patent Document 1 discloses a high-frequency defrosting device that defrosts by dielectric heating at a high frequency of several to several tens of MHz.
  • the high frequency defrosting device of Patent Document 1 includes a pair of electrodes installed in a defrosting chamber. A high frequency electric field is generated between the pair of electrodes.
  • the object to be thawed is arranged between a pair of electrodes and thawed by a high frequency electric field generated between the pair of electrodes.
  • FIG. 9 schematically shows a pair of electrodes 101 and 102 for conventional high-frequency dielectric heating.
  • the pair of electrodes 101, 102 includes an upper electrode 101 and a lower electrode 102.
  • the high frequency generator 103 connected to the pair of electrodes 101 and 102 generates a high frequency electric field between the pair of electrodes 101 and 102.
  • the object to be thawed (dielectric) arranged between the pair of electrodes 101 and 102 is thawed by induction heating with a high frequency electric field.
  • the efficiency of dielectric heating is low. Further, in the case of the electrode structure shown in FIG. 9, if the electrodes 101 and 102 are miniaturized, impedance matching becomes difficult, which hinders high-frequency feeding.
  • the electrode structure shown in FIG. 10 has a structure similar to that of a patch antenna. That is, the electrode structure shown in FIG. 10 includes an electrode 121 that radiates a high frequency and a ground electrode 122 that is arranged on the opposite side of the object to be thawed 130 from the electrode 121.
  • the electrode structure shown in FIG. 10 is referred to as a patch type electrode structure.
  • the emission range of high frequency energy is almost limited to the range directly above the electrode 121 on the opposite side of the ground electrode 122. Therefore, efficient heating of the object to be thawed arranged directly above the electrode 121 is possible.
  • the patch type electrode structure needs to have a size corresponding to the high frequency wavelength, and the size is increased. That is, in the case of a square pattern patch antenna, the length of one side is set to, for example, 1/2 wavelength. Therefore, when the electrode 121 is square as shown in FIG. 10, the length of one side of the electrode 121 is also set to, for example, 1/2 wavelength. In this case, if a high frequency of 40 MHz is to be used, the length of one side of the electrode 121 will be as much as about 3.7 m.
  • the electrode becomes large, and as a result, the defroster also becomes large. Therefore, it is desired to reduce the size of the electrode for the defroster.
  • the disclosed thawing machine is arranged on a thawing chamber where the thawing process of the thawing object is performed, an electrode that radiates a high frequency to the thawing object in the thawing chamber, and a side opposite to the thawing object when viewed from the electrode.
  • the ground electrode is provided, and the electrode has a spiral shape.
  • the disclosed electrode device includes an electrode that radiates a high frequency to the object to be thawed and a ground electrode that is arranged on the opposite side of the object to be thawed from the electrode, and the electrode has a spiral shape.
  • FIG. 1 is a perspective view of the defroster according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the defroster according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view of the electrode device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a plan view of the electrode device according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a plan view of the electrode device according to the third embodiment.
  • FIG. 6 is a side view of the electrode device according to the third embodiment.
  • FIG. 7 is a side view of the electrode device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 8 is a graph showing the experimental results.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a conventional electrode structure.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a patch type electrode structure.
  • the thawing machine includes a thawing chamber in which the thawing process of the thawing object is performed, an electrode that radiates a high frequency to the thawing object in the thawing chamber, and the thawing object as seen from the electrode. It includes a ground electrode arranged on the opposite side.
  • the electrode has a spiral shape. Since the electrode that radiates high frequency has a spiral shape, the electrode can have a relatively large line length. Therefore, even if the line length of the electrode is increased in order to use a high frequency having a long wavelength, the electrode can be miniaturized.
  • the electrode preferably has a line length depending on the frequency of the high frequency.
  • the line length is any one of 4 times, 2 times, 1 time, 1/2 times, 1/4 times, 1/8 times, 5/8 times, and 3/8 times the wavelength of the high frequency. Is preferable.
  • the spiral shape is preferably a circular spiral shape.
  • the spiral shape is preferably a polygonal spiral shape.
  • the electrode is preferably made of a stranded wire.
  • the electrode may be made of a single wire.
  • the electrode is preferably composed of a pipe through which a coolant passes.
  • the electrode is preferably formed of a conductor pattern formed on a substrate.
  • the electrode is preferably made of a conductor plate.
  • the electrode is preferably composed of a plurality of laminated conductor layers.
  • auxiliary ground electrode arranged on the side to be defrosted when viewed from the electrode. It is preferable that the auxiliary ground electrode is arranged at at least one of a position facing the electrode and a lateral position of the object to be thawed when viewed from the electrode with the object to be thawed sandwiched therein. ..
  • the defroster according to the embodiment may be a defroster provided with a plurality of high-frequency radiation sources.
  • Each of the plurality of high-frequency radiation sources can include an electrode that radiates a high frequency to the object to be defrosted, and a ground electrode that is arranged on the opposite side of the object to be defrosted when viewed from the electrode.
  • the electrode device for the defroster includes an electrode that radiates a high frequency to the defrosted object and a ground electrode arranged on the opposite side of the defrosted object from the electrode.
  • the electrode has a spiral shape.
  • the thawing machine 10 shown in FIGS. 1 and 2 includes a housing 20 in which a thawing chamber 30 for performing a thawing process of an object to be thawed (object to be heated) 60 is formed.
  • the illustrated defrosting chamber 30 includes a bottom surface 31, a top surface 32, a right side surface 33, a left side surface 34, and a back surface (back side surface) 35.
  • the object to be thawed 60 such as food is arranged in the thawing chamber 30 for thawing.
  • the front of the thawing chamber 30 is opened and closed by a door portion (not shown).
  • the defroster 10 includes an electrode device 40 that serves as a high-frequency radiation source.
  • the electrode device 40 of the embodiment is arranged in the housing 20 so as to be located below the bottom surface 31 which is a position outside the thawing chamber 30.
  • the electrode device 40 is arranged so as to face the thawing chamber 30. Since the electrode device 40 of the embodiment is miniaturized, the defroster 10 is also miniaturized.
  • the defroster 10 of the embodiment may be, for example, about the same size as a household microwave oven.
  • the electrode device 40 may be provided on any of the surfaces 32, 33, 34, and 35 other than the bottom surface 31. Further, the electrode device 40 may be provided on each of two or more of the plurality of surfaces 31, 32, 33, 34 constituting the thawing chamber 30.
  • the electrode device 40 has a structure similar to the above-mentioned patch type electrode structure shown in FIG. That is, as shown in FIGS. 2 and 3, the electrode device 40 includes an electrode 41 that radiates a high frequency and a ground electrode 42 that is arranged on the side opposite to the object to be thawed 60 when viewed from the electrode 41.
  • the patch-type electrode structure shown in FIG. 10 has higher heating efficiency than the electrode structure shown in FIG.
  • the high-frequency energy emitted from the pair of electrodes 101 and 102 includes the first energy emitted in the space sandwiched between the pair of electrodes 101 and 102 and the pair of electrodes 101.
  • the emission of the second energy is large, so that the efficiency of dielectric heating is lowered.
  • impedance matching becomes difficult, which hinders high-frequency feeding.
  • the emission range of high frequency energy is substantially limited to the range directly above the electrode 121 on the opposite side of the ground electrode 122. Therefore, efficient heating of the object to be thawed arranged directly above the electrode 121 is possible.
  • high frequency energy is released by applying a high voltage to the pair of electrodes 101 and 102 and accumulating charges between the pair of electrodes 101 and 102.
  • the distance between the pair of electrodes 101 and 102 on which the object to be thawed is arranged must be maintained at least the thickness of the object to be thawed.
  • a large amount of electric power is required to accumulate electric charges between a pair of electrodes 101 and 102 having a large distance, and the efficiency of dielectric heating decreases.
  • the emission range of high frequency energy is substantially limited to the range directly above the electrode 121 on the opposite side of the ground electrode 122. Therefore, since high-frequency energy can be emitted by the current flowing through the electrode 121, the object to be thawed arranged directly above the electrode 121 can be efficiently heated.
  • the electrode device 40 of the embodiment has the same structure as the patch type electrode structure, but the electrode 41 has a spiral shape as described later. Since the electrode device 40 has a structure similar to that of the patch type electrode structure, the emission efficiency of high frequency energy is better than that of the electrode structure shown in FIG. 9, and heating can be performed efficiently.
  • a high frequency is supplied to the electrode device 40 from the high frequency generator 70 via the feeder line 50.
  • the feeder line 50 is composed of, for example, a coaxial cable.
  • the inner conductor (high frequency transmission line) of the coaxial cable is connected to the electrode 41.
  • the outer conductor (ground) of the coaxial cable is connected to the ground electrode 42.
  • the electrode device 40 includes a substrate 43 having a first surface 43A and a second surface 43B.
  • the first surface 43A is a surface facing the thawing chamber 30 side, and in FIG. 2, it is a surface facing upward.
  • the second surface 43B is the opposite surface of the first surface 43A, and is a surface facing downward in FIG.
  • the electrode 41 is arranged on the first surface 43A.
  • the electrode 41 irradiates the object to be thawed 60 in the thawing chamber 30 with high frequency.
  • the electrode 41 of the embodiment is configured not as a rectangular planar electrode as in the electrodes 121 and 122 shown in FIG. 10, but as a line-shaped electrode.
  • the line-shaped electrode is a long and thin electrode.
  • the electrode 41 is composed of a line-shaped conductor such as a conductive cable.
  • the conductive cable constituting the electrode 41 may be a single wire cable or a stranded cable. In the case of a stranded cable, the surface area of the conductor is increased, the high frequency transmission efficiency is increased due to the skin effect, and the high frequency transmission loss can be reduced. Therefore, the object to be thawed 60 can be heated more efficiently.
  • the electrode 41 has a line length that depends on the frequency of the radiated high frequency.
  • the high frequency frequency generated by the high frequency generator 70 is preferably in the range of 3 MHz to 300 MHz.
  • the line length depending on the high frequency is, for example, 4 times, 2 times, 1 time, 1/2 times, 1/4 times, 1/8 times, 5/8 times, and 3/8 of the high frequency wavelength ⁇ . It is either double.
  • the line length of the electrode 41 which is determined depending on the high frequency, tends to be long.
  • the high frequency frequency is 40 MHz
  • the wavelength ⁇ is 7.5 m.
  • the line length of the elongated electrode 41 is set to 1/2 of the wavelength ⁇ , the line length is about 3.7 m.
  • the electrode 41 having a relatively long line length is arranged on the first surface 43A by winding the line-shaped conductor so as to have a spiral shape.
  • the spiral is, for example, a two-dimensional curve that moves away from the center as it turns. That is, in the embodiment, the spiral shape is a two-dimensional spiral shape in which a line-shaped conductor is wound in a two-dimensional plane.
  • the electrode 41 has one end (first end) 41A in the longitudinal direction and the other end (second end) 41B in the longitudinal direction as feeding points.
  • the length from the first end 41A to the second end 41B is the line length of the electrode 41.
  • the electrode 41 formed continuously from the first end 41A to the second end is wound in a circular shape around the second end 41B in a plane on the first surface 43A, and the first end 41A is spiral. It is formed so as to be located on the outermost circumference of the shape. Therefore, even if the electrode 41 has a line length of, for example, 3.7 m, the diameter of the spiral can be about ten and several centimeters to several tens of centimeters, and the electrode device 40 can be miniaturized. As a result, even if a high frequency having a long wavelength is used, the mounting area of the electrode device 40 can be reduced, and the electrode device 40 can be arranged in a relatively small housing 20.
  • the line length of the electrode 41 is preferably set so as to satisfy the boundary condition for the electrode device 40 to have the optimum impedance. Since the electrode device 40 has the optimum impedance, impedance matching is facilitated and high frequency power can be efficiently supplied.
  • the ground electrode 42 is composed of a conductive pattern formed on the second surface 43B.
  • the ground electrode 42 is located behind the electrode 41, that is, on the side opposite to the object to be thawed 60 as viewed from the electrode 41.
  • the ground electrode 42 reflects the electric field energy emitted from the electrode 41 electrode in all directions toward the object to be defrosted 60. Since the ground electrode 42 is provided behind the electrode 41, the electric field energy can be efficiently applied to the object to be heated 60.
  • the ground electrode 42 provided behind the electrode 41 also has a role of optimizing the impedance of the electrode device 40.
  • a dielectric member such as a substrate 43 may be present between the electrode 41 and the ground electrode 42, or an air layer may be present by omitting the substrate 43.
  • the defroster 10 shown in FIG. 2 includes auxiliary ground electrodes 45, 46, 47 in addition to the electrode device 40.
  • the auxiliary ground electrodes 45, 46, 47 are arranged on the side of the object to be thawed 60 when viewed from the electrode 41.
  • the auxiliary ground electrodes 45, 46, 47 shown in FIG. 2 are one or more surfaces 32 of the surfaces 31, 32, 33, 34, 35 that partition the thawing chamber 30, other than the surface 31 on which the electrode device 40 is provided. , 33, 34, 35 can be provided.
  • the auxiliary ground electrodes 45, 46, 47 are provided on the top surface 32, the side surface 33, and the side surface 34.
  • the top surface 32 is a position facing the electrode 41 with the object to be thawed 60 interposed therebetween.
  • the side surface 33, the side surface 34, and the back surface 35 are lateral positions of the object to be thawed when viewed from the electrode 41.
  • the auxiliary ground electrodes 45, 46, 47 are provided inside the housing 20 so as to be located outside the thawing chamber 30 and facing the thawing chamber 30.
  • the auxiliary ground electrodes 45, 46, 47 By providing the auxiliary ground electrodes 45, 46, 47, the high frequency energy radiated from the electrode device 40 can be efficiently concentrated in the thawing chamber 30.
  • FIG. 4 shows the electrode device 40 according to the second embodiment.
  • the spiral-shaped electrode 141 is configured by winding a hollow conductive pipe.
  • a pipe joint 151 is connected to the first end 141A of the electrode 141, and a pipe joint 152 is connected to the second end 141B of the electrode 141.
  • a non-conductive pipe serving as a coolant supply path 154 is connected to the pipe joint 152.
  • a non-conductive pipe serving as a coolant discharge path 153 is connected to the pipe joint 151.
  • the coolant is supplied to the inside of the electrode 141 from the coolant supply path 154.
  • the coolant supplied to the inside of the electrode 141 is discharged from the coolant discharge path 153.
  • the coolant 141 cools the electrode 141 from the inside. Therefore, the mechanism for cooling the electrode 141 by ventilation from the outside can be omitted.
  • the coolant may be supplied from the second end 141B side of the electrode 141, or may be supplied from the first end 141A side. Further, although the coolant supply path 154 and the coolant discharge path 153 shown in FIG. 4 extend parallel to the substrate 43, they may be arranged so as to penetrate the substrate 43. When the coolant supply path 154 and the coolant discharge path 153 are configured to penetrate the substrate 43, an L-shaped joint may be adopted as the pipe joints 151 and 152.
  • the electrodes 41 and 141 of the first and second embodiments have a circular spiral shape, whereas the electrodes 41 of the third embodiment have a polygonal spiral shape.
  • the electrode 41 shown in FIG. 5 has an octagonal spiral shape, but may have another polygonal spiral shape.
  • the electrode 41 of the third embodiment is composed of a conductor pattern (microstrip line) formed on the first surface 43A of the substrate 43. Since the electrode 41 has a conductor pattern, the electrode device 40 can be made thinner.
  • FIG. 7 shows the electrode device 40 according to the fourth embodiment.
  • the points not particularly described in the fourth embodiment are the same as those in the first, second or third embodiment.
  • the electrode 41 of the first embodiment is configured by winding a conductive cable, but the electrode 41 of the fourth embodiment is configured by a conductor plate processed into a spiral shape. Processing into a spiral shape is performed, for example, by cutting or pressing. Since the electrode 41 is processed into a spiral shape in advance, a winding step for forming the spiral shape becomes unnecessary.
  • the electrode 41 shown in FIG. 7 has a laminated structure in which a plurality of (4) conductor plates are laminated. That is, the electrode 41 has a plurality of conductor layers 241,242,243,244. Since each of the plurality of conductor layers 241,242, 243, and 244 has a surface, the electrode 41 having a laminated structure has a larger surface area than an electrode composed of a single material. By increasing the surface area, the high frequency transmission efficiency due to the skin effect can be increased, and the high frequency transmission loss can be reduced. Therefore, the object to be thawed 60 can be heated more efficiently.
  • FIG. 8 shows the experimental results of thawing food with a thawing machine.
  • the food used in the experiment was 1 kg of meat.
  • the temperature of the food at the start of thawing was ⁇ 20 ° C.
  • A shows the result when the food was thawed by the defroster 10 provided with the electrode device 40 according to the first embodiment
  • B showed the result when the food was thawed by the defroster having the electrode structure shown in FIG.
  • the result of the case is shown.
  • the high frequency was set to 40 MHz.
  • the electrode 41 in the electrode device 40 according to the first embodiment is configured by winding a stranded cable having a length of 3.7 m so as to have a spiral shape.
  • the electrode device 40 according to the first embodiment has a low input impedance even though it is a small electrode, it can efficiently supply high frequency energy obtained by greatly amplifying the high frequency energy transmitted from the oscillator.
  • electrodes 101 and 102 having a side length of 20 cm were used.
  • the emitted electric field energy is efficiently applied to the object to be heated, and by dielectric heating, FIG.
  • the temperature of the object to be heated could be raised to the tempering temperature in about 1/4 of the thawing time Tb by the conventional electrode shown in (1).
  • Electrode device 41 Electrode 41A: First end 41B: Second end 42: Ground electrode 43 : Substrate 43A: First surface 43B: Second surface 45: Auxiliary ground electrode 46: Auxiliary ground electrode 47: Auxiliary ground electrode 50: Feed line 60: Defrosted object 70: High frequency generator 101: Upper electrode 102: Lower electrode 103 : High frequency generator 110: First energy 111: Second energy 121: Electrode 122: Ground electrode 130: Thawed object 141: Electrode 141A: First end 141B: Second end 151: Pipe joint 152: Pipe joint 153: Cooling Material discharge path 154: Cooling material supply path 241: Conductor layer 242: Conductor layer 243: Conductor layer 244: Conductor layer

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Abstract

開示の解凍機は、被解凍物の解凍処理が行われる解凍室と、前記解凍室内の前記被解凍物へ高周波を放射する電極と、前記電極からみて、前記被解凍物とは反対側に配置されたグランド電極と、を備え、前記電極は、スパイラル形状を有する。

Description

解凍機及び解凍機用の電極装置
　本開示は、解凍機及び解凍機用の電極装置に関する。本出願は、２０１９年８月２６日に出願された日本特許出願第２０１９－１５３３４２号に基づく優先権を主張し、前記日本特許出願に記載された全ての記載内容を援用する。
　食生活の変化、冷凍技術の進歩によって、冷凍食品を目にすることが多くなった。冷凍食品はそのほとんどが、解凍して食しなければならない。従来の解凍方法は、自然解凍、送風解凍、流水解凍など、その食材、調理用途に応じて使い分けられてきた。しかし、これらの解凍方法は、時間を要し、解凍状態にムラやドリップが生じる。
　解凍には、マイクロ波加熱方式による電子レンジでの解凍機能が利用されることもある。電子レンジにおけるマイクロ波の周波数は、一般に、２４５０ＭＨｚである。しかし、マイクロ波加熱方式による解凍は、マイクロ波の波長が短いため、表面焼けが生じ易い。
　良好な解凍方法として、３ＭＨｚから３００ＭＨｚの高周波が用いられる高周波誘電加熱方式がある。この高周波誘電加熱方式は、マイクロ波加熱方式に比べて、波長が長いため、被解凍物を深く加熱することができる。
　特許文献１は、数～数十ＭＨｚの高周波での誘電加熱による解凍を行う高周波解凍装置を開示している。特許文献１の高周波解凍装置は、解凍室内に設置した一対の電極を備える。一対の電極間には高周波電界が生じる。被解凍物は、一対の電極間に配置され、一対の電極間に生じた高周波電界により解凍される。
　図９は、従来の高周波誘電加熱のための一対の電極１０１，１０２を模式的に示している。一対の電極１０１，１０２は、上部電極１０１と、下部電極１０２と、を含む。一対の電極１０１，１０２に接続された高周波発生器１０３が、一対の電極１０１，１０２間に高周波電界を発生させる。一対の電極１０１，１０２間に配置された被解凍物（誘電体）は、高周波電界による誘導加熱により、解凍される。
特開２００２－３５９０６４号公報 国際公開第２０１５／０１６１７１号
　図９に示す電極構造の場合、誘電加熱の効率が低い。さらに、図９に示す電極構造の場合、電極１０１，１０２を小型化すると、インピーダンス整合が困難となり、高周波給電の障害になる。
　図９に示す電極構造に代えて、図１０に示す電極構造を採用することが考えられる。図１０に示す電極構造は、パッチアンテナに類似した構造を有する。すなわち、図１０に示す電極構造は、高周波を放射する電極１２１と、電極１２１からみて被解凍物１３０とは反対側に配置されたグランド電極１２２と、を備える。ここでは、図１０に示す電極構造を、パッチ型電極構造という
　パッチ型電極構造の場合、高周波エネルギーの放出範囲は、グランド電極１２２の反対側である電極１２１の直上の範囲にほぼ限られる。したがって、電極１２１の直上に配置された被解凍物の効率的な加熱が可能である。
　しかし、パッチ型電極構造は、パッチアンテナと同様に、高周波波長に応じた大きさを持つ必要があり、大型化する。すなわち、正方形パターンのパッチアンテナの場合、１辺の長さは、例えば、１／２波長に設定される。したがって、図１０のように電極１２１が正方形である場合、電極１２１の１辺の長さも、例えば、１／２波長に設定される。この場合、４０ＭＨｚの高周波を用いようとすると、電極１２１の１辺の長さは、約３．７ｍにもなる。
　このように、高周波誘電加熱方式では、用いられる高周波の波長が長いために、電極が大型化し、その結果、解凍機も大型化する。したがって、解凍機のための電極の小型化が望まれる。
　本開示のある側面は、解凍機である。開示の解凍機は、被解凍物の解凍処理が行われる解凍室と、前記解凍室内の被解凍物へ高周波を放射する電極と、前記電極からみて、前記被解凍物とは反対側に配置されたグランド電極と、を備え、前記電極は、スパイラル形状を有する。
　本開示の他の側面は、電極装置である。開示の電極装置は、被解凍物へ高周波を放射する電極と、前記電極からみて、前記被解凍物とは反対側に配置されたグランド電極と、を備え、前記電極は、スパイラル形状を有する。
　更なる詳細は、後述の実施形態として説明される。
図１は、第１実施形態に係る解凍機の斜視図である。 図２は、第１実施形態に係る解凍機の断面図である。 図３は、第１実施形態に係る電極装置の平面図である。 図４は、第２実施形態に係る電極装置の平面図である。 図５は、第３実施形態に係る電極装置の平面図である。 図６は、第３実施形態に係る電極装置の側面図である。 図７は、第４実施形態に係る電極装置の側面図である。 図８は、実験結果を示すグラフである。 図９は、従来の電極構造を示す斜視図である。 図１０は、パッチ型電極構造を示す斜視図である。
＜１．解凍機及び解凍機用の電極装置の概要＞
（１）実施形態に係る解凍機は、被解凍物の解凍処理が行われる解凍室と、前記解凍室内の被解凍物へ高周波を放射する電極と、前記電極からみて、前記被解凍物とは反対側に配置されたグランド電極と、を備える。前記電極は、スパイラル形状を有する。高周波を放射する電極が、スパイラル形状であることで、電極は比較的大きな線路長を有することができる。したがって、波長の長い高周波を用いるために電極の線路長を大きくしても、電極を小型化することができる。
（２）前記電極は、前記高周波の周波数に依存した線路長を有するのが好ましい。
（３）前記線路長は、前記高周波の波長の４倍、２倍、１倍、１／２倍、１／４倍、１／８倍、５／８倍、及び３／８倍のいずれかであるのが好ましい。
（４）前記スパイラル形状は、円形スパイラル形状であるのが好ましい。
（５）前記スパイラル形状は、多角形スパイラル形状であるのが好ましい。
（６）前記電極は、撚り線によって構成されているのが好ましい。
（７）前記電極は、単線によって構成されていてもよい。
（８）前記電極は、冷却材が通るパイプによって構成されているのが好ましい。
（９）前記電極は、基板に形成された導体パターンによって構成されているのが好ましい。
（１０）前記電極は、導体板によって構成されているのが好ましい。
（１１）前記電極は、積層された複数の導体層によって構成されているのが好ましい。
（１２）前記電極からみて、前記被解凍物側に配置された補助グランド電極を更に備えるのが好ましい。前記補助グランド電極は、前記被解凍物を挟んで、前記電極に対向する位置、及び前記電極からみて、前記被解凍物の側方位置の少なくともいずれか１つの位置に配置されているのが好ましい。
（１３）実施形態に係る解凍機は、複数の高周波放射源を備えた解凍機であってもよい。複数の前記高周波放射源は、それぞれ、被解凍物へ高周波を放射する電極と、前記電極からみて、前記被解凍物とは反対側に配置されたグランド電極と、を備えることができる。
（１４）実施形態に係る解凍機用の電極装置は、被解凍物へ高周波を放射する電極と、前記電極からみて、前記被解凍物とは反対側に配置されたグランド電極と、を備える。前記電極は、スパイラル形状を有する。
＜２．解凍機及び解凍機用の電極装置の例＞
＜２．１　第１実施形態：円形スパイラル電極＞
　図１及び図２に示す解凍機１０は、被解凍物（被加熱物）６０の解凍処理が行われる解凍室３０が形成された筐体２０を備える。図示の解凍室３０は、底面３１と、天面３２と、右側面３３、左側面３４、背面（奥側面）３５と、を備える。食品などの被解凍物６０は、解凍のため、解凍室３０内に配置される。なお、解凍室３０の正面は、図示しないドア部により開閉される。
　解凍機１０は、高周波放射源となる電極装置４０を備える。実施形態の電極装置４０は、解凍室３０外の位置である底面３１の下方に位置するように筐体２０内に配置されている。電極装置４０は、解凍室３０に臨むように配置されている。実施形態の電極装置４０は小型化されているため、解凍機１０も小型である。実施形態の解凍機１０は、例えば、家庭用の電子レンジと同程度の大きさでよい。なお、電極装置４０は、底面３１以外の面３２，３３，３４，３５のいずれかに設けられてもよい。また、解凍室３０を構成する複数の面３１，３２，３３，３４のうちの２以上の面それぞれに電極装置４０が設けられていてもよい。高周波放射源となる電極装置４０を多面配置にすることで、効率的に被解凍物６０を加熱できる。
　電極装置４０は、図１０に示す前述のパッチ型電極構造に類似した構造を持つ。すなわち、図２及び図３に示すように、電極装置４０は、高周波を放射する電極４１と、電極４１からみて被解凍物６０とは反対側に配置されたグランド電極４２と、を備える。
　ここで、図１０に示すパッチ型電極構造は、図９に示す電極構造に比べて、加熱の効率が高い。図９に示す電極構造の場合、一対の電極１０１，１０２から放出される高周波エネルギーとしては、一対の電極１０１，１０２に挟まれた空間内に放出される第１エネルギーのほか、一対の電極１０１，１０２に挟まれた空間外に放出される第２エネルギーもある。図９に示す電極構造の場合、第２エネルギーの放出が大きいため、誘電加熱の効率が低下する。さらに、図９に示す電極構造の場合、電極１０１，１０２を小型化すると、インピーダンス整合が困難となり、高周波給電の障害になる。
　これに対して、図１０に示すパッチ型電極構造の場合、高周波エネルギーの放出範囲は、グランド電極１２２の反対側である電極１２１の直上の範囲にほぼ限られる。したがって、電極１２１の直上に配置された被解凍物の効率的な加熱が可能である。
　また、図９に示す電極構造の場合、一対の電極１０１，１０２に高電圧を印加して、一対の電極１０１，１０２間に電荷を蓄積することで高周波エネルギーが放出される。被解凍物が配置される一対の電極１０１，１０２間の距離は、被解凍物の厚み以上の距離を保つ必要がある。距離が大きい一対の電極１０１，１０２間に、電荷を蓄積するには大電力を必要として誘電加熱の効率が低下する。
　これに対して、図１０に示すパッチ型電極構造の場合、高周波エネルギーの放出範囲は、グランド電極１２２の反対側である電極１２１の直上の範囲にほぼ限られる。したがって、電極１２１に流す電流で高周波エネルギーを放出できるため電極１２１の直上に配置された被解凍物の効率的な加熱が可能である。
　前述のように、実施形態の電極装置４０は、パッチ型電極構造と同様の構造を有しつつも、電極４１は、後述のようにスパイラル形状である。電極装置４０は、パッチ型電極構造と同様の構造を有するため、図９に示す電極構造に比べて、高周波エネルギーの放出効率が良く、効率よく加熱できる。
　電極装置４０には、給電線５０を介して、高周波発生器７０から高周波が給電される。給電線５０は、例えば、同軸ケーブルによって構成される。同軸ケーブルの内導体（高周波伝送線）は、電極４１に接続される。同軸ケーブルの外導体（グランド）は、グランド電極４２に接続される。
　電極装置４０は、第１面４３Ａ及び第２面４３Ｂを有する基板４３を備える。第１面４３Ａは、解凍室３０側に向く面であり、図２では、上方を向く面である。第２面４３Ｂは、第１面４３Ａの反対面であり、図２では、下方を向く面である。
　電極４１は、第１面４３Ａ上に配置されている。電極４１は、解凍室３０内の被解凍物６０へ高周波を照射する。実施形態の電極４１は、図１０に示す電極１２１，１２２のように矩形の面状電極ではなく、線路状電極として構成されている。線路状電極は、長細い電極である。電極４１は、導電ケーブル等の線路形状導体により構成されている。電極４１を構成する導電ケーブルは、単線ケーブルであってもよいし、撚り線ケーブルであってもよい。撚り線ケーブルの場合、導電体の表面積が大きくなり、表皮効果による高周波伝送効率が上昇し、高周波の伝送ロスを小さくできる。したがって、より効率的に被解凍物６０を加熱できる。
　電極４１は、放射される高周波の周波数に依存した線路長を有する。高周波発生器７０によって発生する高周波の周波数は、３ＭＨｚから３００ＭＨｚの範囲内であるのが好ましい。高周波の周波数に依存した線路長は、例えば、高周波の波長λの４倍、２倍、１倍、１／２倍、１／４倍、１／８倍、５／８倍、及び３／８倍のいずれかである。
　高周波の波長λが長いため、高周波の周波数に依存して決定される電極４１の線路長は長くなりやすい。例えば、高周波の周波数が４０ＭＨｚである場合、波長λは、７．５ｍである。細長い電極４１の線路長を波長λの１／２に設定する場合、線路長は、約３．７ｍとなる。
　比較的長い線路長を有する電極４１は、第１面４３Ａにおいて、線路状の導体がスパイラル形状となるように巻回して配置されている。ここで、スパイラルは、例えば、旋回するにつれて中心から遠ざかる２次元曲線である。すなわち、実施形態において、スパイラル形状は、２次元平面内で線路状の導体が巻回された２次元スパイラル形状である。
　図３に示すように、電極４１は、給電点となる長手方向一端（第１端）４１Ａと、長手方向他端（第２端）４１Ｂと、を有する。第１端４１Ａから第２端４１Ｂまでの長さが、電極４１の線路長である。第１端４１Ａから第２端まで連続して形成された電極４１は、第１面４３Ａ上の平面において、第２端４１Ｂを中心として平面的に円形状に巻かれ、第１端４１Ａがスパイラル形状の最外周に位置するよう形成されている。したがって、電極４１が、例えば３．７ｍの線路長を有していても、スパイラルの直径としては十数ｃｍから数十ｃｍ程度にすることができ、電極装置４０を小型化できる。この結果、波長の長い高周波を用いても、電極装置４０の実装面積を小さくでき、電極装置４０を比較的小型の筐体２０内に配置することができる。
　電極４１の線路長は、電極装置４０が最適インピーダンスを有するための境界条件を満たすように設定するのが好ましい。電極装置４０が最適インピーダンスを有することで、インピーダンス整合が容易となり、効率的に高周波を給電できる。
　グランド電極４２は、第２面４３Ｂ上に形成された導電パターンによって構成されている。グランド電極４２は、電極４１の背後、すなわち、電極４１からみて被解凍物６０とは反対側、に位置する。グランド電極４２は、電極４１電極から全方位に放出される電界エネルギーを、被解凍物６０側へ反射させる。グランド電極４２が電極４１の背後に設けられていることで、電界エネルギーを、被加熱物６０に効率よく照射することができる。
　また、電極４１の背後に設けられたグランド電極４２は、電極装置４０のインピーダンスを最適化する役割も有する。
　なお、電極４１とグランド電極４２との間には、基板４３などの誘電体部材が存在していてもよいし、基板４３を省略して、空気層が存在していてもよい。
　図２に示す解凍機１０は、電極装置４０以外に、補助グランド電極４５，４６，４７を備える。補助グランド電極４５，４６，４７は、電極４１からみて、被解凍物６０側に配置されている。図２に示す補助グランド電極４５，４６，４７は、解凍室３０を区画する面３１，３２，３３，３４，３５のうち、電極装置４０が設けられた面３１以外の１又は複数の面３２，３３，３４，３５に設けることができる。図２では、補助グランド電極４５，４６，４７は、天面３２と、側面３３と、側面３４と、に設けられている。天面３２は、被解凍物６０を挟んで電極４１に対向する位置である。側面３３及び側面３４、及び背面３５は、電極４１からみて、被解凍物の側方位置である。補助グランド電極４５，４６，４７は、解凍室３０外の位置であって、解凍室３０に臨む位置に存在するように、筐体２０内に設けられている。
　補助グランド電極４５，４６，４７を設けることで、電極装置４０から放射された高周波エネルギーを、効率的に解凍室３０内に集中させることができる。
＜２．２　第２実施形態：冷却機能付き電極＞
　図４は、第２実施形態に係る電極装置４０を示している。第２実施形態において特に説明しない点については、第１実施形態と同様である。第２実施形態において、スパイラル形状の電極１４１は、中空の導電性パイプを巻回形成することよって構成されている。電極１４１の第１端１４１Ａにはパイプ継手１５１が接続され、電極１４１の第２端１４１Ｂにはパイプ継手１５２が接続されている。
　パイプ継手１５２には、冷却材供給路１５４となる非導電性パイプが接続されている。パイプ継手１５１には、冷却材排出路１５３となる非導電性パイプが接続されている。電極１４１の内部には、冷却材供給路１５４から冷却材が供給される。電極１４１の内部に供給された冷却材は、冷却材排出路１５３から排出される。冷却材によって、電極１４１は内部から冷却される。したがって、電極１４１を外部から通風によって冷却するための機構を省略することができる。
　なお、冷却材は、電極１４１の第２端１４１Ｂ側から供給されてもよいし、第１端１４１Ａ側から供給されてもよい。また、図４に示す冷却材供給路１５４及び冷却材排出路１５３は、基板４３に平行に延設されているが、基板４３を貫通するように配置されてもよい。冷却材供給路１５４及び冷却材排出路１５３が基板４３を貫通するように構成する場合、パイプ継手１５１，１５２としてＬ字状継手を採用すればよい。
＜２．３　第３実施形態：多角形スパイラル電極；導体パターンの電極＞
　図５及び図６は、第３実施形態に係る電極装置４０を示している。第３実施形態において特に説明しない点については、第１又は第２実施形態と同様である。第１及び第２実施形態の電極４１，１４１は、円形スパイラル形状を有しているが、第３実施形態の電極４１は、多角形スパイラル形状を有している。図５に示す電極４１は、８角形スパイラル形状を有しているが、他の多角形スパイラル形状を有していてもよい。
　また、第３実施形態の電極４１は、基板４３の第１面４３Ａに形成された導体パターン（マイクロストリップライン）によって構成されている。電極４１が導体パターンであることで、電極装置４０を薄型化できる。
＜２．４　第４実施形態：積層型の電極＞
　図７は、第４実施形態に係る電極装置４０を示している。第４実施形態において特に説明しない点については、第１、第２又は第３実施形態と同様である。第１実施形態の電極４１は、導電ケーブルを巻回して構成されていたが、第４実施形態の電極４１は、スパイラル形状に加工された導体板によって構成されている。スパイラル形状への加工は、例えば、切削又はプレス加工によって行われる。電極４１が、予めスパイラル形状に加工されていることで、スパイラル形状にするための巻回工程が不要となる。
　図７に示す電極４１は、複数（４枚）の導体板を積層した積層構造を有する。すなわち、電極４１は、複数の導体層２４１，２４２，２４３，２４４を有する。複数の導体層２４１，２４２，２４３，２４４それぞれが表面を有するため、積層構造の電極４１は、単一材により構成された電極よりも表面積が大きくなる。表面積が大きくなることで、表皮効果による高周波伝送効率が上昇し、高周波の伝送ロスを小さくできる。したがって、より効率的に被解凍物６０を加熱できる。
＜２．５　実験結果＞
　図８は、解凍機によって食品を解凍した実験結果を示している。実験に用いた食品は、１ｋｇの食肉である。解凍開始時点の食品の温度は、－２０℃とした。図８において、Ａは、第１実施形態に係る電極装置４０を備える解凍機１０によって食品を解凍した場合の結果を示し、Ｂは、図９に示す電極構造を備える解凍機によって食品を解凍した場合の結果を示す。高周波の周波数は、４０ＭＨｚとした。
　第１実施形態に係る電極装置４０における電極４１は、３．７ｍの長さを持つ撚り線ケーブルをスパイラル形状となるように巻回して構成した。第１実施形態に係る電極装置４０は、小型電極であるにもかかわらず、その入力インピーダンスは低く、発振器からの発信された高周波エネルギーを大きく増幅した高周波エネルギーを効率よく給電することができる。
　図９に示す電極構造においては、１辺の長さが２０ｃｍの電極１０１，１０２を用いた。
　図８に示すように、第１実施形態に係る電極装置４０の場合、小型化されているにもかかわらず、放出された電界エネルギーは被加熱物に効率よく照射され、誘電加熱により、図９に示す従来電極による解凍時間Ｔｂに比べて、約１／４の時間で被加熱物をテンパリング温度まで昇温させることができた。
　＜３．付記＞
　本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
１０　　　：解凍機
２０　　　：筐体
３０　　　：解凍室
３１　　　：底面
３２　　　：天面
３３　　　：側面
３４　　　：側面
３５　　　：背面
４０　　　：電極装置
４１　　　：電極
４１Ａ　　：第１端
４１Ｂ　　：第２端
４２　　　：グランド電極
４３　　　：基板
４３Ａ　　：第１面
４３Ｂ　　：第２面
４５　　　：補助グランド電極
４６　　　：補助グランド電極
４７　　　：補助グランド電極
５０　　　：給電線
６０　　　：被解凍物
７０　　　：高周波発生器
１０１　　：上部電極
１０２　　：下部電極
１０３　　：高周波発生器
１１０　　：第１エネルギー
１１１　　：第２エネルギー
１２１　　：電極
１２２　　：グランド電極
１３０　　：被解凍物
１４１　　：電極
１４１Ａ　：第１端
１４１Ｂ　：第２端
１５１　　：パイプ継手
１５２　　：パイプ継手
１５３　　：冷却材排出路
１５４　　：冷却材供給路
２４１　　：導体層
２４２　　：導体層
２４３　　：導体層
２４４　　：導体層

Claims (14)

  1. 　被解凍物の解凍処理が行われる解凍室と、
    　前記解凍室内の前記被解凍物へ高周波を放射するための電極と、
    　前記電極からみて、前記被解凍物とは反対側に配置されたグランド電極と、
    を備え、
    　前記電極は、スパイラル形状を有する
    　解凍機。
  2. 　前記電極は、前記高周波の周波数に依存した線路長を有する
    　請求項１に記載の解凍機。
  3. 　前記線路長は、前記高周波の波長の４倍、２倍、１倍、１／２倍、１／４倍、１／８倍、５／８倍、及び３／８倍のいずれかである
    　請求項２に記載の解凍機。
  4. 　前記スパイラル形状は、円形スパイラル形状である
    　請求項１から３のいずれか１項に記載の解凍機。
  5. 　前記スパイラル形状は、多角形スパイラル形状である
    　請求項１から３のいずれか１項に記載の解凍機。
  6. 　前記電極は、撚り線によって構成されている
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の解凍機。
  7. 　前記電極は、単線によって構成されている
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の解凍機。
  8. 　前記電極は、冷却材が通るパイプによって構成されている
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の解凍機。
  9. 　前記電極は、基板に形成された導体パターンによって構成されている
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の解凍機。
  10. 　前記電極は、導体板によって構成されている
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の解凍機。
  11. 　前記電極は、積層された複数の導体層によって構成されている
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の解凍機。
  12. 　前記電極からみて、前記被解凍物側に配置された補助グランド電極を更に備え、
    　前記補助グランド電極は、
    　　前記被解凍物を挟んで、前記電極に対向する位置、及び
    　　前記電極からみて、前記被解凍物の側方位置
    　の少なくともいずれか１つの位置に配置されている
    　請求項１から１１のいずれか１項に記載の解凍機。
  13. 　複数の高周波放射源を備えた解凍機であって、
    　複数の前記高周波放射源は、それぞれ、
    　　被解凍物へ高周波を放射する電極と、
    　　前記電極からみて、前記被解凍物とは反対側に配置されたグランド電極と、
    を備え、
    　前記電極は、スパイラル形状を有する
    　解凍機。
  14. 　被解凍物へ高周波を放射する電極と、
    　前記電極からみて、前記被解凍物とは反対側に配置されたグランド電極と、
    を備え、
    　前記電極は、スパイラル形状を有する
    　解凍機用の電極装置。
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