JP7415101B1 - High frequency dielectric heating device - Google Patents

High frequency dielectric heating device Download PDF

Info

Publication number
JP7415101B1
JP7415101B1 JP2023570125A JP2023570125A JP7415101B1 JP 7415101 B1 JP7415101 B1 JP 7415101B1 JP 2023570125 A JP2023570125 A JP 2023570125A JP 2023570125 A JP2023570125 A JP 2023570125A JP 7415101 B1 JP7415101 B1 JP 7415101B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
high frequency
electrode pair
electrode
heating device
dielectric heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2023570125A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2023166594A1 (en
Inventor
航 山本
恒次 堤
真也 横溝
平 和田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of JPWO2023166594A1 publication Critical patent/JPWO2023166594A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7415101B1 publication Critical patent/JP7415101B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Control Of High-Frequency Heating Circuits (AREA)

Abstract

高周波誘電加熱装置は、高周波信号を発生する高周波信号源（１）と、対向するように配置された２つの電極を有する少なくとも１つの電極対（３２ａ～３４ａ、３２ｂ～３４ｂ）であって、前記少なくとも１つの電極対の電極面積を可変できる少なくとも１つの電極対（３２ａ～３４ａ、３２ｂ～３４ｂ）と、固定コイルおよび固定コンデンサを備え、前記高周波信号源と前記少なくとも１つの電極対とのインピーダンスを整合する整合回路（２）と、前記整合回路と前記少なくとも１つの電極対との間に配置され、前記少なくとも１つの電極対からの反射信号を取り出す方向性結合器（５）と、前記方向性結合器から取り出される反射信号の電力を測定する検波回路（６）と、前記検波回路により測定される反射電力が閾値以下となるように前記少なくとも１つの電極対の電極面積を制御する制御回路（７Ａ；７Ｂ；７Ｃ；７Ｄ）と、を備える。The high frequency dielectric heating device includes a high frequency signal source (1) that generates a high frequency signal, and at least one electrode pair (32a to 34a, 32b to 34b) having two electrodes arranged to face each other, At least one electrode pair (32a to 34a, 32b to 34b) whose electrode area can be varied, a fixed coil, and a fixed capacitor are provided, and the impedance between the high frequency signal source and the at least one electrode pair is adjusted. a matching circuit (2) for matching; a directional coupler (5) disposed between the matching circuit and the at least one electrode pair for extracting a reflected signal from the at least one electrode pair; a detection circuit (6) that measures the power of the reflected signal taken out from the coupler; and a control circuit (6) that controls the electrode area of the at least one electrode pair so that the reflected power measured by the detection circuit is equal to or less than a threshold. 7A; 7B; 7C; 7D).

Description

本開示は、高周波による誘電加熱によって対象物を加熱する高周波誘電加熱装置に関する。 The present disclosure relates to a high-frequency dielectric heating device that heats an object by dielectric heating using high-frequency waves.

誘電加熱では、加熱する対象物である被加熱物の温度上昇に伴って被加熱物の誘電率が変化する。誘電率の変化により、固定の整合回路を用いた誘電加熱では、高周波信号源と被加熱物のインピーダンス整合が維持できず加熱効率が低下する。このような加熱効率の低下に対処するため、特許文献１には、整合回路からの反射電力を測定し、その反射電力の値が閾値を超えると整合回路の可変キャパシタのキャパシタンスまたは可変インダクタのインダクタンスを単調増加させて整合状態を維持する方法が開示されている。 In dielectric heating, the dielectric constant of the heated object changes as the temperature of the heated object increases. Due to the change in dielectric constant, dielectric heating using a fixed matching circuit cannot maintain impedance matching between the high-frequency signal source and the object to be heated, resulting in a decrease in heating efficiency. In order to deal with such a decrease in heating efficiency, Patent Document 1 discloses that the reflected power from the matching circuit is measured, and when the value of the reflected power exceeds a threshold value, the capacitance of the variable capacitor or the inductance of the variable inductor of the matching circuit is A method is disclosed for maintaining consistency by monotonically increasing .

特開２００５－５６７８１号公報Japanese Patent Application Publication No. 2005-56781

しかしながら、特許文献１の方法では、整合回路が可変とされているため、整合回路の動作に起因する電力損失が発生するという課題がある。 However, in the method of Patent Document 1, since the matching circuit is variable, there is a problem that power loss occurs due to the operation of the matching circuit.

本開示は、このような課題の認識を契機としてなされたものであり、固定の整合回路を用いつつ、高周波信号源と被加熱物のインピーダンス整合を維持できる高周波誘電加熱装置を提供することを目的とする。 The present disclosure was made in recognition of such problems, and aims to provide a high-frequency dielectric heating device that can maintain impedance matching between a high-frequency signal source and a heated object while using a fixed matching circuit. shall be.

本開示の実施形態による高周波誘電加熱装置は、高周波信号を発生する高周波信号源と、対向するように配置された２つの電極を有する少なくとも１つの電極対であって、前記少なくとも１つの電極対の電極面積を可変できる少なくとも１つの電極対と、固定コイルおよび固定コンデンサを備え、前記高周波信号源と前記少なくとも１つの電極対とのインピーダンスを整合する整合回路と、前記整合回路と前記少なくとも１つの電極対との間に配置され、前記少なくとも１つの電極対からの反射信号を取り出す方向性結合器と、前記方向性結合器から取り出される反射信号の電力を測定する検波回路と、前記検波回路により測定される反射電力が閾値以下となるように前記少なくとも１つの電極対の電極面積を制御する制御回路と、を備える。 A high-frequency dielectric heating device according to an embodiment of the present disclosure includes a high-frequency signal source that generates a high-frequency signal, and at least one electrode pair having two electrodes arranged to face each other, the at least one electrode pair having a high-frequency signal source that generates a high-frequency signal. a matching circuit comprising at least one electrode pair whose electrode area can be varied; a fixed coil and a fixed capacitor; and matching impedance between the high frequency signal source and the at least one electrode pair; and the matching circuit and the at least one electrode. a directional coupler disposed between the at least one pair of electrodes and extracting a reflected signal from the at least one pair of electrodes; a detection circuit measuring the power of the reflected signal extracted from the directional coupler; and a control circuit that controls an electrode area of the at least one electrode pair so that the reflected power is equal to or less than a threshold value.

本開示の実施形態による高周波誘電加熱装置によれば、固定の整合回路を用いつつ、高周波信号源と被加熱物のインピーダンス整合を維持できる。 According to the high frequency dielectric heating device according to the embodiment of the present disclosure, impedance matching between the high frequency signal source and the object to be heated can be maintained while using a fixed matching circuit.

実施の形態１による高周波誘電加熱装置の構成図である。1 is a configuration diagram of a high frequency dielectric heating device according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態２による高周波誘電加熱装置の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a high frequency dielectric heating device according to a second embodiment. 実施の形態３による高周波誘電加熱装置の構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a high frequency dielectric heating device according to a third embodiment. 実施の形態４による高周波誘電加熱装置の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a high frequency dielectric heating device according to a fourth embodiment.

以下、添付の図面を参照して、本開示における種々の実施形態について詳細に説明する。なお、図面において同一または類似の符号を付された構成要素は、同一または類似の構成または機能を有するものであり、そのような構成要素についての重複する説明は省略する。 Hereinafter, various embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that components given the same or similar symbols in the drawings have the same or similar configurations or functions, and overlapping explanations of such components will be omitted.

実施の形態１．
＜構成＞
図１を参照して、本開示の実施の形態１による高周波誘電加熱装置について説明する。図１は、実施の形態１の高周波誘電加熱装置を示す構成図である。図１に示されているように、実施の形態１の高周波誘電加熱装置は、高周波信号源１、整合回路２、加熱部３、方向性結合器５、検波回路６、および制御回路７Ａを備える。Embodiment 1.
<Configuration>
With reference to FIG. 1, a high frequency dielectric heating device according to Embodiment 1 of the present disclosure will be described. FIG. 1 is a configuration diagram showing a high frequency dielectric heating device according to a first embodiment. As shown in FIG. 1, the high frequency dielectric heating device of the first embodiment includes a high frequency signal source 1, a matching circuit 2, a heating section 3, a directional coupler 5, a detection circuit 6, and a control circuit 7A. .

（高周波信号源）
高周波信号源１は、高周波信号を生成する回路である。高周波信号源１として、水晶発振器、ルビジウム発振器、電圧制御発振器（ＶＣＯ）、ダイレクトデジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）、またはフェーズロックループ（ＰＬＬ）回路を用いることができる。(High frequency signal source)
The high frequency signal source 1 is a circuit that generates a high frequency signal. As the high frequency signal source 1, a crystal oscillator, a rubidium oscillator, a voltage controlled oscillator (VCO), a direct digital synthesizer (DDS), or a phase locked loop (PLL) circuit can be used.

（整合回路）
整合回路２は、高周波信号源１と加熱部３のインピーダンス整合を行う回路である。整合回路２は、インダクタンス値が固定された少なくとも１つの固定コイル、およびキャパシタンス値が固定された少なくとも１つの固定コンデンサを備える。一例として、整合回路２は、固定コイルと固定コンデンサを備える２つのＬＣ回路を備え、２つのＬＣ回路が直列に接続された構成を有する。(matching circuit)
The matching circuit 2 is a circuit that performs impedance matching between the high frequency signal source 1 and the heating section 3. The matching circuit 2 includes at least one fixed coil with a fixed inductance value and at least one fixed capacitor with a fixed capacitance value. As an example, the matching circuit 2 includes two LC circuits including a fixed coil and a fixed capacitor, and has a configuration in which the two LC circuits are connected in series.

（加熱部）
加熱部３は、複数の電極対３１～３４を備える。各電極対は、高周波信号を出力する電極３１ａ～３４ａと、接地された電極３１ｂ～３４ｂとを備え、被加熱物４を挟むように対向して配置されている。各電極は板状の形状を有する。また、加熱部３は複数のスイッチにより構成されるスイッチ群３５を備え、スイッチ群３５は、電極３２ａ～３４ａのそれぞれと高周波信号が伝送される線路との接続を切り替えるスイッチ３２ｃ～３４ｃを備える。なお、本開示において、「被加熱物」との用語は、解凍または加熱の対象である対象物を意味するものとして用いる。(heating part)
The heating section 3 includes a plurality of electrode pairs 31-34. Each pair of electrodes includes electrodes 31a to 34a that output high-frequency signals and electrodes 31b to 34b that are grounded, and are disposed facing each other so that the object to be heated 4 is sandwiched therebetween. Each electrode has a plate shape. Further, the heating section 3 includes a switch group 35 composed of a plurality of switches, and the switch group 35 includes switches 32c to 34c that switch connections between each of the electrodes 32a to 34a and a line through which a high frequency signal is transmitted. In the present disclosure, the term "object to be heated" is used to mean an object to be thawed or heated.

（方向性結合器）
方向性結合器５は、加熱部３からの反射信号を取り出す回路である。方向性結合器５は、整合回路２と加熱部３の間に配置される。方向性結合器５は、取り出した反射信号を検波回路６へ出力する。(Directional coupler)
The directional coupler 5 is a circuit that takes out the reflected signal from the heating section 3. Directional coupler 5 is arranged between matching circuit 2 and heating section 3 . The directional coupler 5 outputs the extracted reflected signal to the detection circuit 6.

（検波回路）
検波回路６は、方向性結合器５により取り出された反射信号の電力（以下、単に「反射電力」と称する場合がある。）を測定する回路である。検波回路６は、測定した反射電力を制御回路７Ａへ出力する。(Detection circuit)
The detection circuit 6 is a circuit that measures the power of the reflected signal extracted by the directional coupler 5 (hereinafter sometimes simply referred to as "reflected power"). The detection circuit 6 outputs the measured reflected power to the control circuit 7A.

（制御回路）
制御回路７（７Ａ）は、検波回路６により測定される反射電力が閾値以下となるように、スイッチ３２ｃ～３４ｃで構成されるスイッチ群３５を制御することにより、電極対３２～３４の内の少なくとも１つの電極対の電極面積を制御する。実施の形態１では、制御回路７Ａは、スイッチ３２ｃ～３４ｃで構成されるスイッチ群３５を、反射電力に応じて制御する。制御回路７Ａは、例えば、マイクロコンピュータにより実現される。(control circuit)
The control circuit 7 (7A) controls the switch group 35 composed of the switches 32c to 34c so that the reflected power measured by the detection circuit 6 is equal to or less than the threshold value. Controlling the electrode area of at least one electrode pair. In the first embodiment, the control circuit 7A controls the switch group 35 made up of the switches 32c to 34c according to the reflected power. The control circuit 7A is realized by, for example, a microcomputer.

＜動作＞
次に動作について説明する。高周波信号源１から出力された高周波信号は、整合回路２を介して加熱部３に入力される。加熱部３に入力される信号のうち、反射した信号は方向性結合器５によって取り出され、反射した信号の電力が検波回路６によって測定され、反射信号の電力を示す測定結果が制御回路７Ａに入力される。<Operation>
Next, the operation will be explained. A high frequency signal output from a high frequency signal source 1 is input to a heating section 3 via a matching circuit 2. Among the signals input to the heating section 3, the reflected signal is extracted by the directional coupler 5, the power of the reflected signal is measured by the detection circuit 6, and the measurement result indicating the power of the reflected signal is sent to the control circuit 7A. is input.

制御回路７Ａは、反射電力が閾値以上となった場合に、スイッチ群３５の各スイッチを制御することで被加熱物４を挟む電極の電極面積を電気的に制御し、高周波信号源１と加熱部３のインピーダンス整合を維持する。例えば、加熱開始時においては、スイッチ群３５の全てのスイッチをオフとし、電極３１ａと３１ｂの間でのみ電界が発生し、インピーダンス整合がとれた状態になるとする。このとき、反射電力は閾値以下となるが、被加熱物４の温度が上昇すると被加熱物４の誘電率が変化し、整合状態が維持できずに反射電力が閾値を超える。反射電力が閾値を超えた場合、制御回路７Ａは反射電力が閾値以下となるように、例えば３２ｃのスイッチをオンにして電極３２ａと３２ｂの間にも電界を発生させ、電気的に電極面積を制御し、整合状態を維持する。 When the reflected power exceeds a threshold value, the control circuit 7A electrically controls the electrode area of the electrodes sandwiching the heated object 4 by controlling each switch of the switch group 35, and connects the high frequency signal source 1 and the heating. Maintaining impedance matching of section 3. For example, when starting heating, all the switches in the switch group 35 are turned off, and an electric field is generated only between the electrodes 31a and 31b, resulting in impedance matching. At this time, the reflected power is below the threshold value, but as the temperature of the heated object 4 increases, the dielectric constant of the heated object 4 changes, and the matching state cannot be maintained and the reflected power exceeds the threshold value. When the reflected power exceeds the threshold value, the control circuit 7A turns on the switch 32c to generate an electric field between the electrodes 32a and 32b, so that the reflected power becomes below the threshold value, and electrically reduces the electrode area. control and maintain consistency.

＜動作＞
以上のように、温度によって変化する反射電力に応じて電極面積を制御するようにしているため、電力損失の小さい固定の整合回路を用いつつ整合状態を維持することができる。可変整合回路を用いていないので、可変整合回路の動作に起因する電力損失が発生せず、加熱効率を改善することができる。<Operation>
As described above, since the electrode area is controlled according to the reflected power that changes depending on the temperature, a matching state can be maintained while using a fixed matching circuit with low power loss. Since a variable matching circuit is not used, power loss due to the operation of the variable matching circuit does not occur, and heating efficiency can be improved.

実施の形態２．
＜構成＞
次に、図２を参照して、本開示の実施の形態２による高周波誘電加熱装置について説明する。実施の形態１による高周波誘電加熱装置は反射電力に応じて電極面積を制御するが、実施の形態２による高周波誘電加熱装置は温度に応じて電極面積を制御する。Embodiment 2.
<Configuration>
Next, with reference to FIG. 2, a high frequency dielectric heating device according to a second embodiment of the present disclosure will be described. The high frequency dielectric heating device according to the first embodiment controls the electrode area according to the reflected power, but the high frequency dielectric heating device according to the second embodiment controls the electrode area according to the temperature.

図２は、実施の形態２の高周波誘電加熱装置を示す構成図である。実施の形態２の高周波誘電加熱装置は、実施の形態１の高周波誘電加熱装置に対して、被加熱物４の温度を測定する温度センサ８が追加された構成を備える。温度センサ８は、測定した温度を、制御回路７Ｂへ出力する。 FIG. 2 is a configuration diagram showing a high frequency dielectric heating device according to a second embodiment. The high frequency dielectric heating device according to the second embodiment has a configuration in which a temperature sensor 8 for measuring the temperature of the object to be heated 4 is added to the high frequency dielectric heating device according to the first embodiment. Temperature sensor 8 outputs the measured temperature to control circuit 7B.

制御回路７Ｂは、被加熱物４の温度と、検波回路６で測定した反射電力が閾値以下となる電極対の電極面積との対応を記録した制御テーブルを保持する。すなわち、事前に高周波誘電加熱装置により加熱の動作を行い、ある電極面積において反射電力が閾値を超えるときの温度センサ８で測定した温度と、その温度において電極面積を変化させて反射電力が閾値以下となるときの電極面積とを記録し、温度と反射電力が閾値以下となるための電極面積とを対応させた温度制御テーブルを作成する。そして、作成された温度制御テーブルは、制御回路７Ｂに保持される。 The control circuit 7B holds a control table that records the correspondence between the temperature of the heated object 4 and the electrode area of the electrode pair where the reflected power measured by the detection circuit 6 is equal to or less than a threshold value. That is, a heating operation is performed in advance using a high-frequency dielectric heating device, and the temperature measured by the temperature sensor 8 when the reflected power exceeds the threshold value at a certain electrode area is determined by changing the electrode area at that temperature and the reflected power is below the threshold value. The electrode area when the temperature becomes equal to or smaller than the threshold value is recorded, and a temperature control table is created in which the temperature and the electrode area for the reflected power to be equal to or less than the threshold value correspond to each other. The created temperature control table is then held in the control circuit 7B.

＜動作＞
次に動作について説明する。実施の形態２の高周波誘電加熱装置は、実際の加熱動作時には反射電力の測定は行わず、温度センサ８で被加熱物４の温度を測定し、制御回路７Ｂが温度制御テーブルを参照して、測定された温度に対応する電極面積となるようにスイッチ群３５を制御し、加熱を行う。<Operation>
Next, the operation will be explained. The high-frequency dielectric heating device of the second embodiment does not measure the reflected power during actual heating operation, but measures the temperature of the object to be heated 4 with the temperature sensor 8, and the control circuit 7B refers to the temperature control table. Heating is performed by controlling the switch group 35 so that the electrode area corresponds to the measured temperature.

以上のように、事前に作成した被加熱物の温度に対する反射量が閾値以下となる電極面積の温度制御テーブルを用いることで、実際の加熱時に温度に応じて電極面積を制御するようにしているため、電力損失の小さい固定の整合回路を用いつつ整合状態を維持することができる。可変整合回路を用いていないので、可変整合回路の動作に起因する電力損失が発生せず、加熱効率を改善することができる。また、実施の形態２では、事前に作成した制御テーブルを用いるため、温度によって様々に変化する誘電率に対して最適な電極面積に瞬時に制御でき、短時間で被加熱物の温度を上昇させることができるといった効果も奏する。 As described above, by using a temperature control table created in advance for the electrode area where the amount of reflection with respect to the temperature of the heated object is below the threshold value, the electrode area is controlled according to the temperature during actual heating. Therefore, a matching state can be maintained while using a fixed matching circuit with low power loss. Since a variable matching circuit is not used, power loss due to the operation of the variable matching circuit does not occur, and heating efficiency can be improved. In addition, in the second embodiment, since a control table created in advance is used, the electrode area can be instantly controlled to the optimum electrode area for the dielectric constant that changes variously depending on the temperature, and the temperature of the heated object can be increased in a short time. It also has the effect of being able to.

実施の形態３．
＜構成＞
次に、図３を参照して、本開示の実施の形態３による高周波誘電加熱装置について説明する。実施の形態２による高周波誘電加熱装置は、被加熱物の温度に対応する電極面積の制御テーブルを参照して、測定温度に応じて電極面積を制御する。これに対して、実施の形態３による高周波誘電加熱装置は、被加熱物の容量値に対応する電極面積の制御テーブルを参照して、測定される容量値に応じて電極面積を制御する。なお、「被加熱物の容量値」とは、容量センサ９により被加熱物を測定した場合に容量センサ９が示す値を意味する。Embodiment 3.
<Configuration>
Next, with reference to FIG. 3, a high frequency dielectric heating device according to Embodiment 3 of the present disclosure will be described. The high-frequency dielectric heating device according to the second embodiment controls the electrode area according to the measured temperature by referring to the control table of the electrode area corresponding to the temperature of the object to be heated. On the other hand, the high frequency dielectric heating device according to the third embodiment refers to a control table of electrode areas corresponding to the capacitance value of the object to be heated, and controls the electrode area according to the measured capacitance value. Note that the "capacitance value of the object to be heated" means a value indicated by the capacitive sensor 9 when the object to be heated is measured by the capacitive sensor 9.

図３は、実施の形態３の高周波誘電加熱装置を示す構成図である。実施の形態３の高周波誘電加熱装置は、実施の形態２の温度センサ８を被加熱物４の容量値を測定する容量センサ９に置き換えた構成を有する。容量センサ９は、測定した容量値を、制御回路７Ｃへ出力する。 FIG. 3 is a configuration diagram showing a high frequency dielectric heating device according to the third embodiment. The high frequency dielectric heating device of the third embodiment has a configuration in which the temperature sensor 8 of the second embodiment is replaced with a capacitance sensor 9 that measures the capacitance value of the object to be heated 4. Capacitance sensor 9 outputs the measured capacitance value to control circuit 7C.

制御回路７Ｃは、被加熱物４の容量値と、検波回路６で測定した反射電力が閾値以下となる電極対の電極面積との対応を記録した制御テーブルを保持する。すなわち、事前に高周波誘電加熱装置により加熱の動作を行い、ある電極面積において反射電力が閾値を超えるときの容量センサ９で測定した容量値と、その容量値において電極面積を変化させて反射電力が閾値以下となるときの電極面積とを記録し、容量値と反射電力が閾値以下となるための電極面積とを対応させた容量制御テーブルを作成する。そして、作成された容量制御テーブルは、制御回路７Ｃに保持される。 The control circuit 7C holds a control table that records the correspondence between the capacitance value of the object to be heated 4 and the electrode area of the electrode pair where the reflected power measured by the detection circuit 6 is equal to or less than a threshold value. That is, a heating operation is performed in advance using a high-frequency dielectric heating device, and the reflected power is determined by changing the capacitance value measured by the capacitance sensor 9 when the reflected power exceeds the threshold value at a certain electrode area and the electrode area at that capacitance value. The electrode area at which the reflected power is below the threshold is recorded, and a capacitance control table is created in which the capacitance value and the electrode area at which the reflected power becomes below the threshold correspond to each other. The created capacity control table is then held in the control circuit 7C.

＜動作＞
次に動作について説明する。実施の形態３の高周波誘電加熱装置は、実際の加熱動作時には反射電力の測定は行わず、容量センサ９で被加熱物４の容量値を測定し、制御回路７Ｃが容量制御テーブルを参照して、測定された容量値に対応する電極面積となるようにスイッチ群３５を制御し、加熱を行う。<Operation>
Next, the operation will be explained. The high-frequency dielectric heating device of Embodiment 3 does not measure the reflected power during actual heating operation, but measures the capacitance value of the object to be heated 4 with the capacitance sensor 9, and the control circuit 7C refers to the capacitance control table. , the switch group 35 is controlled so that the electrode area corresponds to the measured capacitance value, and heating is performed.

以上のように、実施の形態２の温度センサ８の代わりに容量センサ９を用いることで、加熱時の容量値に応じて電極面積を制御するようにしているため、電力損失の小さい固定の整合回路を用いつつ整合状態を維持することができる。可変整合回路を用いていないので、可変整合回路の動作に起因する電力損失が発生せず、加熱効率を改善することができる。また、実施の形態３においても実施の形態２と同様に、短時間で被加熱物の温度を上昇させることができるといった効果も奏する。 As described above, by using the capacitance sensor 9 instead of the temperature sensor 8 of the second embodiment, the electrode area is controlled according to the capacitance value during heating, so fixed matching with low power loss is achieved. The matching state can be maintained while using the circuit. Since a variable matching circuit is not used, power loss due to the operation of the variable matching circuit does not occur, and heating efficiency can be improved. Further, in the third embodiment, similarly to the second embodiment, there is an effect that the temperature of the object to be heated can be increased in a short time.

実施の形態４．
＜構成＞
次に、図４を参照して、本開示の実施の形態４による高周波誘電加熱装置について説明する。実施の形態３の高周波誘電加熱装置では、制御回路７Ｄは容量制御テーブルを保持する。これに対し、実施の形態４の高周波誘電加熱装置では、制御回路７Ｄは容量制御テーブルを保持しないで、加熱時の容量値に応じて電極面積を制御する。Embodiment 4.
<Configuration>
Next, with reference to FIG. 4, a high frequency dielectric heating device according to Embodiment 4 of the present disclosure will be described. In the high frequency dielectric heating device of the third embodiment, the control circuit 7D holds a capacity control table. On the other hand, in the high frequency dielectric heating device of the fourth embodiment, the control circuit 7D does not hold the capacitance control table, but controls the electrode area according to the capacitance value during heating.

図４は、実施の形態４の高周波誘電加熱装置を示す構成図である。実施の形態４の高周波誘電加熱装置は、実施の形態３の高周波誘電加熱装置から方向性結合器５と検波回路６を取り除いた構成を備える。 FIG. 4 is a configuration diagram showing a high frequency dielectric heating device according to a fourth embodiment. The high frequency dielectric heating device according to the fourth embodiment has a configuration in which the directional coupler 5 and the detection circuit 6 are removed from the high frequency dielectric heating device according to the third embodiment.

次に動作について説明する。実施の形態４では、加熱時の温度変化による被加熱物４の容量値を容量センサ９で測定する。ここで、被加熱物４の容量値はεＳ／ｄ（ε：誘電率、Ｓ：電極面積、ｄ：電極間隔）に従って変化する。そこで、制御回路７Ｄは、測定された容量値に反比例するように、スイッチ群３５のスイッチを切り替えて電極面積を制御する。 Next, the operation will be explained. In the fourth embodiment, a capacitance sensor 9 measures the capacitance value of the heated object 4 due to temperature changes during heating. Here, the capacitance value of the heated object 4 changes according to εS/d (ε: dielectric constant, S: electrode area, d: electrode spacing). Therefore, the control circuit 7D controls the electrode area by switching the switches of the switch group 35 so that it is inversely proportional to the measured capacitance value.

このように、容量センサ９で測定された容量値に反比例するように電極面積を制御するようにしているため、電力損失の小さい固定の整合回路を用いつつ整合状態を維持することができる。可変整合回路を用いていないので、可変整合回路の動作に起因する電力損失が発生せず、加熱効率を改善することができる。また、実施の形態４においても、温度によって様々に変化する誘電率に対して最適な電極面積に瞬時に制御でき、短時間で被加熱物の温度を上昇させることができるといった効果を奏する。 In this way, since the electrode area is controlled to be inversely proportional to the capacitance value measured by the capacitance sensor 9, a matching state can be maintained while using a fixed matching circuit with low power loss. Since a variable matching circuit is not used, power loss due to the operation of the variable matching circuit does not occur, and heating efficiency can be improved. Furthermore, in the fourth embodiment, the electrode area can be instantaneously controlled to be optimal for the dielectric constant, which varies variously depending on the temperature, and the temperature of the object to be heated can be increased in a short time.

＜付記＞
以上で説明した種々の実施形態のいくつかの側面について、以下のとおりまとめる。<Additional notes>
Some aspects of the various embodiments described above are summarized as follows.

（付記１）
付記１の高周波誘電加熱装置は、高周波信号を発生する高周波信号源（１）と、対向するように配置された２つの電極を有する少なくとも１つの電極対（３２ａ～３４ａ、３２ｂ～３４ｂ）であって、前記少なくとも１つの電極対の電極面積を可変できる少なくとも１つの電極対（３２ａ～３４ａ、３２ｂ～３４ｂ）と、固定コイルおよび固定コンデンサを備え、前記高周波信号源と前記少なくとも１つの電極対とのインピーダンスを整合する整合回路（２）と、前記整合回路と前記少なくとも１つの電極対との間に配置され、前記少なくとも１つの電極対からの反射信号を取り出す方向性結合器（５）と、前記方向性結合器から取り出される反射信号の電力を測定する検波回路（６）と、前記検波回路により測定される反射電力が閾値以下となるように前記少なくとも１つの電極対の電極面積を制御する制御回路（７Ａ；７Ｂ；７Ｃ；７Ｄ）と、を備える。(Additional note 1)
The high-frequency dielectric heating device of Supplementary Note 1 includes a high-frequency signal source (1) that generates a high-frequency signal, and at least one electrode pair (32a to 34a, 32b to 34b) having two electrodes arranged to face each other. the at least one electrode pair (32a to 34a, 32b to 34b) capable of varying the electrode area of the at least one electrode pair, a fixed coil and a fixed capacitor; a matching circuit (2) that matches the impedance of the at least one electrode pair; a directional coupler (5) that is disposed between the matching circuit and the at least one electrode pair and extracts a reflected signal from the at least one electrode pair; a detection circuit (6) that measures the power of the reflected signal taken out from the directional coupler; and controlling the electrode area of the at least one electrode pair so that the reflected power measured by the detection circuit is equal to or less than a threshold value. A control circuit (7A; 7B; 7C; 7D) is provided.

（付記２）
付記２の高周波誘電加熱装置は、付記１に記載された高周波誘電加熱装置であって、前記制御回路（７Ａ）は、前記検波回路により測定される反射電力に応じて、前記少なくとも１つの電極対の電極面積を制御する。(Additional note 2)
The high-frequency dielectric heating device of Appendix 2 is the high-frequency dielectric heating device described in Appendix 1, in which the control circuit (7A) controls the at least one electrode pair according to the reflected power measured by the detection circuit. control the electrode area.

（付記３）
付記３の高周波誘電加熱装置は、付記１に記載された高周波誘電加熱装置であって、被加熱物の温度を測定する温度センサ（８）、を更に備え、前記制御回路（７Ｂ）は、前記被加熱物の温度と反射電力が閾値以下となる前記少なくとも１つの電極対の電極面積との対応が記録された温度制御テーブルを保持し、前記温度制御テーブルを参照して、前記少なくとも１つの電極対を、前記温度センサにより測定される温度に対応した電極面積となるように制御する。(Additional note 3)
The high-frequency dielectric heating device of Appendix 3 is the high-frequency dielectric heating device described in Appendix 1, further comprising a temperature sensor (8) that measures the temperature of the object to be heated, and the control circuit (7B) A temperature control table is stored in which the correspondence between the temperature of the object to be heated and the electrode area of the at least one electrode pair at which the reflected power is equal to or less than a threshold is recorded, and with reference to the temperature control table, the at least one electrode The pair is controlled so that the electrode area corresponds to the temperature measured by the temperature sensor.

（付記４）
付記４の高周波誘電加熱装置は、付記１に記載された高周波誘電加熱装置であって、被加熱物の容量値を測定する容量センサ（９）、を更に備え、前記制御回路（７Ｃ）は、前記被加熱物の容量値と反射電力が閾値以下となる前記少なくとも１つの電極対の電極面積との対応が記録された容量制御テーブルを保持し、前記容量制御テーブルを参照して、前記少なくとも１つの電極対を、前記容量センサにより測定される容量値に対応した電極面積となるように制御する。(Additional note 4)
The high-frequency dielectric heating device according to Appendix 4 is the high-frequency dielectric heating device described in Appendix 1, and further includes a capacitance sensor (9) that measures the capacitance value of the object to be heated, and the control circuit (7C) includes: A capacitance control table is stored in which the correspondence between the capacitance value of the object to be heated and the electrode area of the at least one electrode pair at which the reflected power is equal to or less than a threshold is recorded, and with reference to the capacitance control table, the at least one The two electrode pairs are controlled so that the electrode area corresponds to the capacitance value measured by the capacitance sensor.

（付記５）
付記５の高周波誘電加熱装置は、高周波信号を発生する高周波信号源（１）と、対向するように配置された２つの電極を有する少なくとも１つの電極対（３２ａ～３４ａ、３２ｂ～３４ｂ）であって、前記少なくとも１つの電極対の電極面積を可変できる少なくとも１つの電極対（３２ａ～３４ａ、３２ｂ～３４ｂ）と、固定コイルおよび固定コンデンサを備え、前記高周波信号源と前記少なくとも１つの電極対とのインピーダンスを整合する整合回路（２）と、被加熱物の容量値を測定する容量センサ（９）と、前記容量センサにより測定される容量値に反比例するように、前記少なくとも１つの電極対の電極面積を制御する制御回路（７Ｄ）と、を備える。(Appendix 5)
The high-frequency dielectric heating device of Appendix 5 includes a high-frequency signal source (1) that generates a high-frequency signal, and at least one electrode pair (32a to 34a, 32b to 34b) having two electrodes arranged to face each other. the at least one electrode pair (32a to 34a, 32b to 34b) capable of varying the electrode area of the at least one electrode pair, a fixed coil and a fixed capacitor; a matching circuit (2) for matching the impedance of the heated object; a capacitance sensor (9) for measuring the capacitance value of the heated object; A control circuit (7D) for controlling the electrode area is provided.

（付記６）
付記６の高周波誘電加熱装置は、付記１から５のいずれか１つに記載された高周波誘電加熱装置であって、前記少なくとも１つの電極対は、互いに並列に接続された２以上の電極対であり、前記２以上の電極対に対応して設けられ、対応する電極対の一端と高周波信号が伝送される線路との導通を切り替える２以上のスイッチ、を更に備え、前記制御回路は、前記２以上のスイッチを制御して、高周波信号が伝送される電極の数を変更する。(Appendix 6)
The high-frequency dielectric heating device according to appendix 6 is the high-frequency dielectric heating device described in any one of appendices 1 to 5, wherein the at least one electrode pair is two or more electrode pairs connected in parallel to each other. The control circuit further includes two or more switches provided corresponding to the two or more electrode pairs to switch conduction between one end of the corresponding electrode pair and a line through which a high frequency signal is transmitted, and the control circuit By controlling the above switches, the number of electrodes through which high frequency signals are transmitted is changed.

なお、実施形態を組み合わせたり、各実施形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。 Note that it is possible to combine the embodiments, or to modify or omit each embodiment as appropriate.

本開示の高周波誘電加熱装置は、高周波による誘電加熱によって誘電体を加熱する装置として用いることができる。 The high frequency dielectric heating device of the present disclosure can be used as a device that heats a dielectric material by dielectric heating using high frequency waves.

１ 高周波信号源、２ 整合回路、３ 加熱部、４ 被加熱物、５ 方向性結合器、６ 検波回路、７Ａ～７Ｄ 制御回路、８ 温度センサ、９ 容量センサ、３１～３４ 電極対、３１ａ～３４ａ 電極、３１ｂ～３４ｂ 電極、３２ｃ～３４ｃ スイッチ、３５ スイッチ群。 1 High frequency signal source, 2 Matching circuit, 3 Heating section, 4 Heated object, 5 Directional coupler, 6 Detection circuit, 7A to 7D Control circuit, 8 Temperature sensor, 9 Capacitance sensor, 31 to 34 Electrode pair, 31a to 34a electrode, 31b to 34b electrode, 32c to 34c switch, 35 switch group.

Claims (6)

高周波信号を発生する高周波信号源と、
対向するように配置された２つの電極を有する少なくとも１つの電極対であって、前記少なくとも１つの電極対の電極面積を可変できる少なくとも１つの電極対と、
固定コイルおよび固定コンデンサを備え、前記高周波信号源と前記少なくとも１つの電極対とのインピーダンスを整合する整合回路と、
前記整合回路と前記少なくとも１つの電極対との間に配置され、前記少なくとも１つの電極対からの反射信号を取り出す方向性結合器と、
前記方向性結合器から取り出される反射信号の電力を測定する検波回路と、
前記検波回路により測定される反射電力が閾値以下となるように前記少なくとも１つの電極対の電極面積を制御する制御回路と、
を備える、高周波誘電加熱装置。a high frequency signal source that generates a high frequency signal;
at least one electrode pair having two electrodes arranged to face each other, the at least one electrode pair having a variable electrode area;
a matching circuit that includes a fixed coil and a fixed capacitor and matches impedance between the high frequency signal source and the at least one electrode pair;
a directional coupler disposed between the matching circuit and the at least one electrode pair, and extracting a reflected signal from the at least one electrode pair;
a detection circuit that measures the power of the reflected signal extracted from the directional coupler;
a control circuit that controls the electrode area of the at least one electrode pair so that the reflected power measured by the detection circuit is equal to or less than a threshold;
A high frequency dielectric heating device. 前記制御回路は、前記検波回路により測定される反射電力に応じて、前記少なくとも１つの電極対の電極面積を制御する、
請求項１に記載された、高周波誘電加熱装置。The control circuit controls the electrode area of the at least one electrode pair according to the reflected power measured by the detection circuit.
A high frequency dielectric heating device according to claim 1. 被加熱物の温度を測定する温度センサ、
を更に備え、
前記制御回路は、前記被加熱物の温度と反射電力が閾値以下となる前記少なくとも１つの電極対の電極面積との対応が記録された温度制御テーブルを保持し、前記温度制御テーブルを参照して、前記少なくとも１つの電極対を、前記温度センサにより測定される温度に対応した電極面積となるように制御する、
請求項１に記載された、高周波誘電加熱装置。Temperature sensor that measures the temperature of the heated object,
further comprising;
The control circuit maintains a temperature control table in which a correspondence between the temperature of the object to be heated and the electrode area of the at least one electrode pair at which the reflected power is equal to or less than a threshold is recorded, and refers to the temperature control table. , controlling the at least one electrode pair so that the electrode area corresponds to the temperature measured by the temperature sensor;
A high frequency dielectric heating device according to claim 1. 被加熱物の容量値を測定する容量センサ、
を更に備え、
前記制御回路は、前記被加熱物の容量値と反射電力が閾値以下となる前記少なくとも１つの電極対の電極面積との対応が記録された容量制御テーブルを保持し、前記容量制御テーブルを参照して、前記少なくとも１つの電極対を、前記容量センサにより測定される容量値に対応した電極面積となるように制御する、
請求項１に記載された、高周波誘電加熱装置。Capacitance sensor that measures the capacitance value of the heated object,
further comprising;
The control circuit maintains a capacitance control table in which a correspondence between a capacitance value of the heated object and an electrode area of the at least one electrode pair where the reflected power is equal to or less than a threshold value is recorded, and refers to the capacitance control table. controlling the at least one electrode pair so that the electrode area corresponds to the capacitance value measured by the capacitance sensor;
A high frequency dielectric heating device according to claim 1. 高周波信号を発生する高周波信号源と、
対向するように配置された２つの電極を有する少なくとも１つの電極対であって、前記少なくとも１つの電極対の電極面積を可変できる少なくとも１つの電極対と、
固定コイルおよび固定コンデンサを備え、前記高周波信号源と前記少なくとも１つの電極対とのインピーダンスを整合する整合回路と、
被加熱物の容量値を測定する容量センサと、
前記容量センサにより測定される容量値に反比例するように、前記少なくとも１つの電極対の電極面積を制御する制御回路と、
を備える、高周波誘電加熱装置。a high frequency signal source that generates a high frequency signal;
at least one electrode pair having two electrodes arranged to face each other, the at least one electrode pair having a variable electrode area;
a matching circuit that includes a fixed coil and a fixed capacitor and matches impedance between the high frequency signal source and the at least one electrode pair;
a capacitance sensor that measures the capacitance value of the heated object;
a control circuit that controls an electrode area of the at least one electrode pair so as to be inversely proportional to a capacitance value measured by the capacitance sensor;
A high frequency dielectric heating device. 前記少なくとも１つの電極対は、互いに並列に接続された２以上の電極対であり、
前記２以上の電極対に対応して設けられ、対応する電極対の一端と高周波信号が伝送される線路との導通を切り替える２以上のスイッチ、
を更に備え、
前記制御回路は、前記２以上のスイッチを制御して、高周波信号が伝送される電極の数を変更する、
請求項１から５のいずれか１項に記載された高周波誘電加熱装置。The at least one electrode pair is two or more electrode pairs connected in parallel to each other,
two or more switches provided corresponding to the two or more electrode pairs to switch conduction between one end of the corresponding electrode pair and a line through which a high frequency signal is transmitted;
further comprising;
The control circuit controls the two or more switches to change the number of electrodes through which the high frequency signal is transmitted.
A high frequency dielectric heating device according to any one of claims 1 to 5.
JP2023570125A 2022-03-02 2022-03-02 High frequency dielectric heating device Active JP7415101B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2022/008790 WO2023166594A1 (en) 2022-03-02 2022-03-02 High-frequency dielectric heating device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2023166594A1 JPWO2023166594A1 (en) 2023-09-07
JP7415101B1 true JP7415101B1 (en) 2024-01-16

Family

ID=87883227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023570125A Active JP7415101B1 (en) 2022-03-02 2022-03-02 High frequency dielectric heating device

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7415101B1 (en)
WO (1) WO2023166594A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003019985A1 (en) 2001-08-23 2003-03-06 The State Of Oregon, Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon_State University Variable frequency automated capacitive radio frequency (rf) dielectric heating system
WO2017006673A1 (en) 2015-07-03 2017-01-12 東洋製罐グループホールディングス株式会社 High-frequency dielectric heating device
JP2017182885A (en) 2016-03-28 2017-10-05 シャープ株式会社 High-frequency heating device
WO2020027240A1 (en) 2018-08-02 2020-02-06 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 High frequency heating apparatus

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3122005B2 (en) * 1995-03-16 2001-01-09 シャープ株式会社 High frequency thawing equipment
JP2002246165A (en) * 2001-02-22 2002-08-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd High-frequency thawing apparatus
JP2005056781A (en) * 2003-08-07 2005-03-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd High-frequency heating device
JP4630189B2 (en) * 2005-12-21 2011-02-09 山本ビニター株式会社 High frequency thawing apparatus and thawing method
JP2019075323A (en) * 2017-10-18 2019-05-16 シャープ株式会社 Radio frequency heating apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003019985A1 (en) 2001-08-23 2003-03-06 The State Of Oregon, Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon_State University Variable frequency automated capacitive radio frequency (rf) dielectric heating system
WO2017006673A1 (en) 2015-07-03 2017-01-12 東洋製罐グループホールディングス株式会社 High-frequency dielectric heating device
JP2017182885A (en) 2016-03-28 2017-10-05 シャープ株式会社 High-frequency heating device
WO2020027240A1 (en) 2018-08-02 2020-02-06 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 High frequency heating apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023166594A1 (en) 2023-09-07
JPWO2023166594A1 (en) 2023-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102474294B (en) Apparatus for controlling impedance in adaptive tuning antenna circuit
CA2042145A1 (en) Piezoelectrically actuated variable capacitor
JPH10134953A (en) High frequency thawing device
EP2272167A1 (en) Crystal oscillator clock circuit
JPS6022727B2 (en) electric oscillator
JP7415101B1 (en) High frequency dielectric heating device
JPH08185966A (en) Induction heating device
JPS6221238B2 (en)
NO842570L (en) IMPROVED LAST ENERGY RESONATOR FOR USE IN MULTIRSONATORS
JP2005116818A (en) Plasma generator
US3153205A (en) Capacity controlled start-stop oscillator
JP2005039370A (en) Radio wave lens control apparatus
JP7248532B2 (en) High frequency heating device
JPWO2021007017A5 (en)
JP5971838B2 (en) Piezoelectric oscillator
KR101930440B1 (en) Apparatus of supplying power for generating plasma
US6072265A (en) Supply circuit for a traveling-wave piezo-electric motor
KR100775559B1 (en) Rf filter circuit outputting unique voltage gain
CN113170541B (en) High-frequency heating device
CN112885605B (en) Variable capacitor and semiconductor process equipment
RU2773113C1 (en) Two-stroke autogenerator of a high-frequency pump unit of a gas laser
JPS626504A (en) Voltage controlled oscillator
US20190039327A1 (en) High frequency oscillator, high frequency welding system and method for controlling the frequency using said type of high frequency oscillator
JP7377726B2 (en) Control device, high frequency heating device, and control method for the control device
JP2002316040A (en) Plasma processing method and device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231113

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20231113

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20231205

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20231228

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7415101

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150