JP5285608B2 - マイクロ波加熱装置 - Google Patents
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Description
したがって、このようなマイクロ波加熱装置の分野においては、加熱室内部のマイクロ波の電磁界分布を均一若しくは、被加熱物に応じて変更することができ、小型化が可能なマイクロ波加熱装置が求められていた。
マイクロ波を発生する単一または複数の発振部と、前記発振部のマイクロ波出力を複数に分配して出力する電力分配部と、前記電力分配部のマイクロ波出力をそれぞれ電力増幅する増幅部と、前記増幅部の出力をそれぞれ出力する複数の出力部と、を有するマイクロ波発生部と、
被加熱物を収納するための対向配置された複数の開閉扉を有する加熱室と、
前記加熱室を少なくとも2つの空間に仕切る仕切り部と、
前記複数の出力部のそれぞれの出力を前記仕切り部により仕切られた各加熱室に供給する複数の給電部と、
前記複数の給電部からのマイクロ波放射を制御して、前記各加熱室の電磁波分布を調整する制御部と、
を具備し、
前記複数の給電部は、前記複数の開閉扉を備えていない前記加熱室の壁面に設けられ、前記仕切り部によって仕切られた各加熱室を構成する異なる壁面にそれぞれ設け、
前記制御部は、前記分割された各加熱室内に収納された前記被加熱物にマイクロ波がそれぞれ集中するように、前記複数の給電部においてマイクロ波を放射させる給電部を選択するよう構成し、
前記マイクロ波発生部は、前記電力分配部と前記増幅部との間に位相可変部を設け、前記制御部は、前記被加熱物の加熱中に前記位相可変部を制御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1の観点のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を放射する複数のマイクロ波供給手段である供給部を加熱室に最適に配置することにより、加熱室内部のマイクロ波の電磁界分布を均一、若しくは被加熱物に応じて適切に変更することができ、且つ小型化が可能なマイクロ波加熱装置を提供することができる。
前記制御部は、被加熱物を加熱する前に、発振部において発生する周波数を変化させつつ、加熱動作時のマイクロ波出力より低い出力で前記給電部から被加熱物にマイクロ波を放射させて、前記電力検知部により検知された反射電力が最小値または極小値となる周波数を検出し、検出された周波数に基づいて加熱動作時のマイクロ波周波数を決定するよう構成されており、
前記制御部は、決定されたマイクロ波周波数で加熱動作時のマイクロ波出力を前記発振部によって発生させるとき、加熱動作中に前記電力検知部によって検出された反射電力が予め定められた閾値をこえると、前記発振部が出力するマイクロ波電力を一旦低減し、前記発振部の発生するマイクロ波周波数を掃引して、再度電力検知部が検知した反射電力が最小または極小となる周波数を検出し、反射電力が最小または極小となる周波数で加熱動作を再開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3の観点のマイクロ波加熱装置は、反射電力が最小または極小となる周波数に基づいて加熱動作時のマイクロ波周波数が決定されて被加熱物に対する加熱動作が行われるので、被加熱物の加熱動作時に発生する反射電力が確実に低減される。このため、マイクロ波加熱装置の電力変換効率が大幅に向上する。また、本発明に係る第3の観点のマイクロ波加熱装置においては、反射電力に起因してマイクロ波発生部が発熱する場合でも、その発熱量が大幅に低減される。その結果、本発明に係る第3の観点のマイクロ波加熱装置は、反射電力に起因するマイクロ波発生部の破損および故障を防止することができる。
検出された第1の極小値となる周波数で加熱動作を行い、前記電力検知部が検知した反射電力が、予め定めた所定の値よりも大きくなると、加熱動作前に検出した第2の極小値となる周波数を発振部が発生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5の観点のマイクロ波加熱装置は、反射電力が最小または極小となる周波数に基づいて加熱動作時のマイクロ波周波数が決定されて被加熱物に対する加熱動作が行われるので、被加熱物の加熱動作時に発生する反射電力が確実に低減される。このため、マイクロ波加熱装置の電力変換効率が大幅に向上する。また、本発明に係る第5の観点のマイクロ波加熱装置においては、加熱動作中に反射電力が増加した場合でも加熱動作時のマイクロ波周波数を変えることにより、反射電力が小さい周波数で動作するため、高い電力変換効率を維持することが可能となる。
前記マイクロ波発生部における一つの前記発振部からのマイクロ波出力が分配されて、電力増幅された複数の出力を、前記仕切り部により仕切られた前記加熱室の一方の空間に対して前記給電部により供給するよう構成されており、
前記制御部は、前記給電部のそれぞれから放射されるマイクロ波周波数は前記給電部のそれぞれからの反射電力が最小値または極小値となる周波数となるように、前記発振部をそれぞれ独立に制御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6の観点のマイクロ波加熱装置は、反射電力が最小または極小となる周波数に基づいて加熱動作時のマイクロ波周波数が決定されて被加熱物に対する加熱動作が行われるので、被加熱物の加熱動作時に発生する反射電力が確実に低減される。このため、マイクロ波加熱装置の電力変換効率が大幅に向上する。
前記制御部は、被加熱物を加熱する前に、前記発振部において発生する周波数を変化させつつ、加熱動作時のマイクロ波出力より低い出力で前記給電部から被加熱物にマイクロ波を放射させて、前記電力検知部により検知された反射電力と入射電力の比が最小値または極小値となる周波数を検出し、検出された周波数に基づいて加熱動作時のマイクロ波周波数を決定するよう構成されており、
前記制御部は、前記決定されたマイクロ波周波数で加熱動作時のマイクロ波出力を前記発振部によって発生させるとき、加熱動作中に前記発振部の発生する周波数を微少量増減させ、前記電力検知部によって検知された反射電力と入射電力の比が小さくなる方向に前記発振部の発生する周波数を微減あるいは微増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7の観点のマイクロ波加熱装置は、反射電力が最小または極小となる周波数に基づいて加熱動作時のマイクロ波周波数が決定されて被加熱物に対する加熱動作が行われるので、被加熱物の加熱動作時に発生する反射電力が確実に低減される。このため、マイクロ波加熱装置の電力変換効率が大幅に向上する。また、本発明に係る第7の観点のマイクロ波加熱装置においては、反射電力に起因してマイクロ波発生部が発熱する場合でも、その発熱量が大幅に低減される。その結果、本発明に係る第7の観点のマイクロ波加熱装置は、反射電力に起因するマイクロ波発生部の破損および故障を防止することができる。
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外観を示す正面図である。図2は実施の形態1のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波供給系の構成を示すブロック図である。
上記のように、一方の対となる給電部21aと給電部21bが設けられている上側加熱室4aと、他方の対となる給電部21cと給電部21dが設けられている下側加熱室4bとの間は、電磁波遮蔽機能を有する仕切り板25により区切られている。仕切り板25の材料としては、金属板で構成しても良いが、電磁波が透過しない材料で高い反射係数を有する材料であれば良く、例えばセラミック材で構成することも可能である。
また、発振部7からのマイクロ波信号が各給電部21a,21b,21c,21dに略1/4の電力量でどのようにして配分されるかについて説明する。
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添付の図13を用いて説明する。図13は実施の形態2のマイクロ波加熱装置のマイクロ波供給系の構成を示すブロック図である。
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添付の図14乃至図17を用いて説明する。図14は実施の形態3のマイクロ波加熱装置の外観を示す正面図である。図15は実施の形態3のマイクロ波加熱装置における加熱室のみを正面から見た図である。図16および図17は実施の形態3のマイクロ波加熱装置に用いられる仕切り部となる仕切り皿を示す図である。
なお、仕切り皿を全て金属で構成し、当該仕切り皿を載置する棚レールを仕切り皿のフランジを含む外周部分を覆うように形成された樹脂製で構成することも可能である。
以下、本発明に係る実施の形態4のマイクロ波加熱装置について添付の図19および図20を用いて説明する。図19は実施の形態4のマイクロ波加熱装置のマイクロ波供給系を主体とした構成を示すブロック図である。図20は実施の形態4のマイクロ波加熱装置の制御系を主体とした構成を示すブロック図である。
実施の形態4のマイクロ波加熱装置のマイクロ波発生部31においては、上側加熱室4aにマイクロ波を放射する給電部21aと給電部21bに対する発振部として第1の発振部7aを備え、下側加熱室4bにマイクロ波を放射する給電部21cと給電部21dに対する発振部として第2の発振部7bを備えている。
したがって、実施の形態4のマイクロ波加熱装置は、マニュアル的な各種アプリケーションに適用できるため、使用者にとって使い勝手が良く、利便性の高い加熱装置となる。
以下、本発明に係る実施の形態5のマイクロ波加熱装置について添付の図21および図22を参照しつつ説明する。図21は実施の形態5のマイクロ波加熱装置の構成を示す断面図である。図22は実施の形態5のマイクロ波加熱装置のマイクロ波供給系の構成を示したブロック図である。実施の形態5の説明において、前述の実施の形態1〜4のマイクロ波加熱装置と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付し、その説明は重複するため実施の形態5においては省略する。
従来のマイクロ波加熱装置である電子レンジの加熱室は一般に直方体形状で構成されている。この加熱室を構成する一つの壁面には、加熱室内部に被加熱物を出し入れするための開閉扉が設けられている。近年、対面式キッチンを設ける家庭が増えてきている。このような対面式キッチンでは、電子レンジの開閉扉が、通常、キッチンにおいて操作できるようにキッチン側に向いて設置されている。また、コンビニエンスストアには、加熱してから食べるように形成された食品が販売されている。このような加熱食品を購入者が直ぐに食べられるように、コンビニエンスストアでは、食品を加熱するために、電子レンジによる再加熱処理が行われている。このように用いられる電子レンジは、コンビニエンスストアの従業員が操作できるように開閉扉はレジカウンタの内側を向いて設置されている。
上記のような設置環境に対応できる構成としては、例えば天井部分が開閉するドーム状の開閉扉を備えたものが考えられる。例えば、日本の実開昭63−139408号公報にはドーム状の開閉扉を有する電子レンジが開示されている。
図21はマイクロ波加熱装置である電子レンジ1の側面断面図であり、図21において左側が正面、右側が裏面である。図22は電子レンジ1のマイクロ波供給系の構成示した図であるが、その右側に記載した加熱室4は正面図であり、左壁面42、右壁面43、底壁面44、上壁面45、および裏面側扉38が示されている。
上記のように、実施の形態5のマイクロ波加熱装置においては各給電部21a,21b,21c,21dのそれぞれが加熱室4を構成する壁面における異なる壁面に配設されている。
なお、給電部21a,21b,21c,21dの構成要素として、加熱室4の内部へ放射するマイクロ波の伝送効率を高めるために導波部22a,22b,22c,22dの内部にインピーダンス整合素子を付帯させてもよい。
電力分配部8aにおける4つの端子に符号16〜19を付すと、第1端子16と第2端子17の間、および第3端子18と第4端子19の間には特性インピーダンスが略50Ωでその電気長がλ/4(ここで、λは使用周波数帯の中央周波数の実効波長を示す)からなるマイクロストリップ線路が配置されている。第1端子16と第3端子18の間、および第2端子17と第4端子19の間には特性インピーダンスが略35.35Ωで電気長λ/4のマイクロストリップ線路が配置されている。さらに、第3端子18には抵抗値が50Ωの電力終端器20が接続されている。他の電力増幅部8b,8cにおいても、電力分配部8aと同様に構成されている。
なお、実施の形態5のマイクロ波加熱装置には、加熱室4の底壁面44に設けた給電部21bの開口部24bを覆うとともに、被加熱物を載置するための皿39が設けられている。この皿39は低誘電損失材料で構成されている。
まず始めに、使用者は一方の正面側扉37または裏面側扉38を開成して、被加熱物を加熱室4の内部に収納し、該当する正面側扉37または裏面側扉38を閉成する。使用者は、操作表示パネル3において、当該被加熱物に関する加熱条件を入力する。なお、操作表示パネル3はマイクロ波加熱装置における正面側と裏面側の両方に設けられている。
マイクロ波発生部5から出力されたマイクロ波電力信号は、加熱室4に設けられた給電部21a,21b,21c,21dに伝送され、加熱室4の内部に放射される。このとき、加熱室4の底壁面44に設けられた給電部21bから放射されるマイクロ波信号の位相を基準にすると、上壁面45の給電部21aおよび左壁面42の給電部21cから放射されるマイクロ波信号は、略90度遅れた信号となり、右壁面43の給電部21dから放射されるマイクロ波信号は、略180度遅れた信号となる。すなわち、対向する給電部(21a,21b)および(21c,21d)の間の位相差が略90度となるようにマイクロ波発生部5の出力が各給電部21a,21b,21c,21dに入力されている。このとき、各主増幅部12a,12b,12c,12dはそれぞれ100W未満、たとえば50Wのマイクロ波電力を出力し、各給電部21a,21b,21c,21dに供給している。
上記のように、実施の形態5のマイクロ波加熱装置においては、加熱室内に放射されるマイクロ波の位相差を変えることにより、加熱室内のマイクロ波の伝搬状態を時間的に変化させて、被加熱物に対する局所加熱を解消し、加熱の均一化を図ることができる。
実施の形態5のマイクロ波加熱装置は、電力検知部14a,14b,14c,14dが検知する反射電力量が所定の最大許容反射電力量を超えた場合、制御部6は発振出力を低下させるように発振部7、若しくは初段増幅部11a,11b,11c,11dおよび主増幅部12a,12b,12c,12dへの供給電力を低減させて、各半導体素子の熱破壊を回避させている。
以下、本発明に係る実施の形態6のマイクロ波加熱装置について添付の図23を参照しつつ説明する。図23は実施の形態6のマイクロ波加熱装置のマイクロ波供給系の構成を示したブロック図である。実施の形態6の説明において、前述の実施の形態1〜5のマイクロ波加熱装置と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付し、その説明は実施の形態6においては省略する。
被加熱物の加熱開始時における発振周波数の選択に係る諸動作は、前述の実施の形態5と同様であるため、ここではその動作説明については省略する。
以上の一連の切り換え動作は、被加熱物の表面温度分布情報に基づいて、加熱動作中において適宜実施するものである。
さらに、実施の形態6のマイクロ波加熱装置においては、正面側と裏面側に扉37,38が設けられているため、異なる方向から被加熱物を加熱室内に出し入れできるという優れた利便性を有する。
図24は本発明に係る実施の形態7のマイクロ波加熱装置の平面図である。
図24において、加熱室52は、上下壁面と6面の側壁面53〜58との8面体で構成されている。側壁面53〜58の6面において、ひとつ置きに3つの開閉扉59〜61が配置されている。加熱室52に対してマイクロ波を供給する給電部は上下壁面に設けられている。
図25は、本発明に係る実施の形態8のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波供給系の構成を示すブロック図である。実施の形態8のマイクロ波加熱装置は、前述の図22に示した実施の形態5のマイクロ波加熱装置と実質的に同じ構成である。実施の形態8のマイクロ波加熱装置は、検出した反射電力に基づく加熱動作時のマイクロ波周波数の抽出処理の具体例を説明するものである。したがって、実施の形態8のマイクロ波加熱装置の説明において、実施の形態5のマイクロ波加熱装置と同じ機能、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5の説明を適用する。
増幅ブロック80a,80b,80c,80dは、駆動電源部34から供給された直流電圧により動作し、発振部7において発生したマイクロ波を増幅する。
制御部6は、使用者が加熱条件(X)を設定し、加熱開始信号(S)が入力されると、以下の処理を行う。制御部6は、予め定められた第1の出力電力をマイクロ波発生部5の出力として設定する。第1の出力電力は被加熱物を加熱する第2の出力電力よりも小さく設定されている。マイクロ波が加熱室内に放射されることにより、発生する反射電力はその周波数に応じて変化する。したがって、周波数を可変する際、反射電力が大きく増減する。発生した反射電力によって発振部7、増幅ブロック80a,80b,80c,80dを構成する回路素子が発熱した場合、それらに設けられた放熱機構の能力に応じてその発熱は放熱される。しかし、発生した反射電力がその放熱能力を超えると回路素子の温度が高くなり、回路素子が損傷する恐れがある。そこで、実施の形態8のマイクロ波加熱装置においては、それぞれの回路素子の放熱能力を超えないように第1の出力電力を定めている。第1の出力電力の決定方法については後述する。
図27に例示されている各反射電力曲線では極小値を2つ有する(周波数f1,f2)。
制御部6は、周波数抽出処理において、例えば反射電力が極小値となるときの周波数f1を当該マイクロ波加熱装置の加熱動作時のマイクロ波周波数として抽出する。複数の周波数を抽出する場合は、例えば別の極小値となる周波数f2を第2の加熱動作時のマイクロ波周波数として抽出する。
また、被加熱物が加熱されることにより、反射電力の周波数特性が大きく変化する場合でも、ISMバンドの全周波数帯域にわたって掃引動作して、周波数抽出処理を行うよう構成されているので、常に反射電力の低減を図ることが可能となる。
図28は、図27と同じように実施の形態8のマイクロ波加熱装置において各電力検知部14a,14b,14c,14dからのデータに基づいて算出された合成反射電力曲線の一例を示す図である。図28において、縦軸は反射電力[W]を示し横軸は発振周波数[Hz]を示している。以下、図28を用いて別の周波数抽出処理について説明する。
Δf2=f2−f2’
なお、上記のように反射電力の極小値を記憶する場合、極小値が予め設定されている反射電力より小さいことを条件として含めてもよい。
Claims (11)
- マイクロ波を発生する単一または複数の発振部と、前記発振部のマイクロ波出力を複数に分配して出力する電力分配部と、前記電力分配部のマイクロ波出力をそれぞれ電力増幅する増幅部と、前記増幅部の出力をそれぞれ出力する複数の出力部と、を有するマイクロ波発生部と、
被加熱物を収納するための対向配置された複数の開閉扉を有する加熱室と、
前記加熱室を少なくとも2つの空間に仕切る仕切り部と、
前記複数の出力部のそれぞれの出力を前記仕切り部により仕切られた各加熱室に供給する複数の給電部と、
前記複数の給電部からのマイクロ波放射を制御して、前記各加熱室の電磁波分布を調整する制御部と、
を具備し、
前記複数の給電部は、前記複数の開閉扉を備えていない前記加熱室の壁面に設けられ、前記仕切り部によって仕切られた各加熱室を構成する異なる壁面にそれぞれ設け、
前記制御部は、前記分割された各加熱室内に収納された前記被加熱物にマイクロ波がそれぞれ集中するように、前記複数の給電部においてマイクロ波を放射させる給電部を選択するよう構成し、
前記マイクロ波発生部は、前記電力分配部と前記増幅部との間に位相可変部を設け、前記制御部は、前記被加熱物の加熱中に前記位相可変部を制御するよう構成されたマイクロ波加熱装置。 - 前記仕切り部は、前記加熱室を少なくとも左右または上下の2つの空間に分割するよう構成された請求項1に記載のマイクロ波加熱装置。
- 前記マイクロ波発生部は、前記給電部からの反射電力を検出する電力検知部を備え、
前記制御部は、被加熱物を加熱する前に、発振部において発生する周波数を変化させつつ、加熱動作時のマイクロ波出力より低い出力で前記給電部から被加熱物にマイクロ波を放射させて、前記電力検知部により検知された反射電力が最小値または極小値となる周波数を検出し、検出された周波数に基づいて加熱動作時のマイクロ波周波数を決定するよう構成されており、
前記制御部は、決定されたマイクロ波周波数で加熱動作時のマイクロ波出力を前記発振部によって発生させるとき、加熱動作中に前記電力検知部によって検出された反射電力が予め定められた閾値をこえると、前記発振部が出力するマイクロ波電力を一旦低減し、前記発振部の発生するマイクロ波周波数を掃引して、再度電力検知部が検知した反射電力が最小または極小となる周波数を検出し、反射電力が最小または極小となる周波数で加熱動作を再開するよう構成された請求項1または2に記載のマイクロ波加熱装置。 - 前記制御部は、加熱動作中に前記発振部の発生するマイクロ波周波数を微少量増減させ、前記電力検知部によって検知された反射電力が小さくなる方向に前記発振部の発生するマイクロ波周波数を微減あるいは微増するよう構成した請求項3に記載のマイクロ波加熱装置。
- 前記制御部は、被加熱物を加熱する前に、発振部によりマイクロ波の周波数を変化させつつ、加熱動作時のマイクロ波出力より低い出力で前記給電部から被加熱物にマイクロ波を放射させて、前記電力検知部により検出された反射電力が極小値となる複数の周波数を検出するよう構成されており、
検出された第1の極小値となる周波数で加熱動作を行い、前記電力検知部が検知した反射電力が、予め定めた所定の値よりも大きくなると、加熱動作前に検出した第2の極小値となる周波数を発振部が発生するよう構成された請求項3に記載のマイクロ波加熱装置。 - 前記マイクロ波発生部は、複数の発振部を備え、
前記マイクロ波発生部における一つの前記発振部からのマイクロ波出力が分配されて、電力増幅された複数の出力を、前記仕切り部により仕切られた前記加熱室の一方の空間に対して前記給電部により供給するよう構成されており、
前記制御部は、前記給電部のそれぞれから放射されるマイクロ波周波数は前記給電部のそれぞれからの反射電力が最小値または極小値となる周波数となるように、前記発振部をそれぞれ独立に制御するよう構成された請求項1または2に記載のマイクロ波加熱装置。 - 前記マイクロ波発生部は、前記給電部からの反射電力と前記発振部から前記給電部に伝送される入射電力を検出する電力検知部を備え、
前記制御部は、被加熱物を加熱する前に、前記発振部において発生する周波数を変化させつつ、加熱動作時のマイクロ波出力より低い出力で前記給電部から被加熱物にマイクロ波を放射させて、前記電力検知部により検知された反射電力と入射電力の比が最小値または極小値となる周波数を検出し、検出された周波数に基づいて加熱動作時のマイクロ波周波数を決定するよう構成されており、
前記制御部は、前記決定されたマイクロ波周波数で加熱動作時のマイクロ波出力を前記発振部によって発生させるとき、加熱動作中に前記発振部の発生する周波数を微少量増減させ、前記電力検知部によって検知された反射電力と入射電力の比が小さくなる方向に前記発振部の発生する周波数を微減あるいは微増するよう構成された請求項1または2に記載のマイクロ波加熱装置。 - 前記仕切り部は、電波遮蔽機能を有するよう構成された請求項1または2に記載のマイクロ波加熱装置。
- 前記給電部は、前記仕切り部によって仕切られた各加熱室を構成する対向する壁面に配置された請求項8に記載のマイクロ波加熱装置。
- 前記給電部は、前記仕切り部によって仕切られた各加熱室を構成する壁面において、放射するマイクロ波が交差するよう配置された請求項8に記載のマイクロ波加熱装置。
- 前記複数の開閉扉のいずれか一方が開かれている時、各加熱室へのマイクロ波放射を中止するよう構成した請求項1または2のいずれか一項に記載のマイクロ波加熱装置。
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