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技術 高周波加熱装置

出願人 パナソニック株式会社
発明者 信江等隆瀧崎健水田功
出願日 2000年4月17日 (20年8ヶ月経過) 出願番号 2000-114785
公開日 2001年10月26日 (19年2ヶ月経過) 公開番号 2001-297870
状態 未査定
技術分野 高周波加熱(3)制御、回路 高周波加熱[構造] 電子レンジ
主要キーワード 時検出信号 動作経過 開閉壁 検出信号データ 温度測定範囲 取り込みレジスタ 近傍空間 奥壁面
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2001年10月26日)のものです。
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図面 (8)

課題

本発明は、種類の異なる被加熱物でも同時に適温に加熱できる高周波加熱装置を提供するものである。

解決手段

加熱室10を形成する右側側面11に設けた給電口19と、給電口19に高周波伝送する導波管18と、被加熱物を載置する載置皿20と、回転台21と、駆動モータ22とを備え、給電口19を回転台21の周縁部に対面させるとともに給電口19と回転台21の周縁部との隙間寸法を最適化して給電口19の前方に存在する被加熱物を強く加熱する不均一な高周波分布を形成する。これにより、被加熱物を給電口19の前方に移動させ温度の低い被加熱物を強く加熱し加熱不足を解消するとともに異なる複数の被加熱物を同時に適温に加熱する。

概要

背景

従来のこの種の装置において、赤外線センサを搭載したものはある。また、複数の食品を同時に誘電加熱するために二段の載置皿を備えるものがある。また、従来の高周波加熱装置加熱室内収納された被加熱物の加熱の均一化を図ることに主眼がおかれこの加熱の均一化の手段として、電波攪拌方式、被加熱物回転方式、複数給電方式などが実用化されている。

概要

本発明は、種類の異なる被加熱物でも同時に適温に加熱できる高周波加熱装置を提供するものである。

加熱室10を形成する右側側面11に設けた給電口19と、給電口19に高周波伝送する導波管18と、被加熱物を載置する載置皿20と、回転台21と、駆動モータ22とを備え、給電口19を回転台21の周縁部に対面させるとともに給電口19と回転台21の周縁部との隙間寸法を最適化して給電口19の前方に存在する被加熱物を強く加熱する不均一な高周波分布を形成する。これにより、被加熱物を給電口19の前方に移動させ温度の低い被加熱物を強く加熱し加熱不足を解消するとともに異なる複数の被加熱物を同時に適温に加熱する。

目的

本発明は、種類の異なる被加熱物でも同時に適温に加熱できる高周波加熱装置を提供するものである。

効果

実績

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請求項1

被加熱物収納する加熱室と、前記加熱室に供給する高周波を発生する高周波発生手段と、前記被加熱物を載置する載置皿と、前記載置皿を載置する回転台と、前記回転台を回転させる回転駆動手段と、前記回転台の周縁部に対面する前記加熱室の壁面に設けた給電口と、前記給電口に前記高周波発生手段が発生する高周波を伝送する導波管とを備え、前記回転台の周縁部と前記給電口との隙間寸法を前記導波管内の高周波の伝搬波長の略1/4の寸法とした高周波加熱装置

技術分野

0001

本発明は、高周波エネルギを用いて被加熱物誘電加熱する高周波加熱装置に関するもので、特に被加熱物を収納する加熱室内に形成した不均一な高周波分布を利用して被加熱物を誘電加熱する装置に関する。

背景技術

0002

従来のこの種の装置において、赤外線センサを搭載したものはある。また、複数の食品を同時に誘電加熱するために二段の載置皿を備えるものがある。また、従来の高周波加熱装置は加熱室内に収納された被加熱物の加熱の均一化を図ることに主眼がおかれこの加熱の均一化の手段として、電波攪拌方式、被加熱物回転方式、複数給電方式などが実用化されている。

発明が解決しようとする課題

0003

従来の各種加熱方式は、被加熱物の加熱の均一化が主眼であるため加熱室内の特定領域に高周波が集中することを解消させるものであった。このために種類の異なる複数の被加熱物を同時加熱する場合、一つの被加熱物が適温に加熱された時に他の被加熱物は加熱不足であったり加熱されすぎてしまい、種類の異なる複数の被加熱物を同時に適温に加熱することが困難であった。

0004

本発明は、種類の異なる被加熱物でも同時に適温に加熱できる高周波加熱装置を提供するものである。

課題を解決するための手段

0005

本発明の高周波加熱装置は上記課題を解決するために、被加熱物を収納する加熱室と、前記加熱室に供給する高周波を発生する高周波発生手段と、前記被加熱物を載置する載置皿と、前記載置皿を載置する回転台と、前記回転台を回転させる回転駆動手段と、前記回転台の周縁部に対面する前記加熱室の壁面に設けた給電口と、前記給電口に前記高周波発生手段が発生する高周波を伝送する導波管とを備え、前記回転台の周縁部と前記給電口との隙間寸法を前記導波管内の高周波の伝搬波長の略1/4の寸法としたものである。

0006

上記発明によれば、給電口から加熱室内に放射した高周波は回転台の周縁部に結合して回転台上を伝搬する。これにより、加熱室内での高周波分布は給電口に近い側の高周波電界強度が強い分布を形成する。この不均一な高周波分布により載置皿上に載置した被加熱物は載置皿の回転に伴って給電口に近づくと強く加熱することができる。

発明を実施するための最良の形態

0007

本発明の請求項1の高周波加熱装置は、被加熱物を収納する加熱室と、前記加熱室に供給する高周波を発生する高周波発生手段と、前記被加熱物を載置する載置皿と、前記載置皿を載置する回転台と、前記回転台を回転させる回転駆動手段と、前記回転台の周縁部に対面する前記加熱室の壁面に設けた給電口と、前記給電口に前記高周波発生手段が発生する高周波を伝送する導波管とを備え、前記回転台の周縁部と前記給電口との隙間寸法を前記導波管内の高周波の伝搬波長の略1/4の寸法としたものである。

0008

上記発明によれば、給電口から加熱室内に放射した高周波は回転台の周縁部に結合して回転台上を伝搬する。これにより、載置皿上での高周波分布は給電口に近い側の高周波電界強度が強い分布を形成する。この不均一な高周波分布により載置皿上に載置した被加熱物は載置皿の回転に伴って給電口に近づくと強く加熱することができる。そして、この不均一な高周波分布に対応させて被加熱物を回転移動することで被加熱物を強く加熱したり加熱を抑制したりすることで載置皿上の種類の異なる被加熱物を同時に適温に加熱することができる。

0009

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

0010

図1は本発明の実施例1を示す高周波加熱装置の外観構成図図2図1断面構成図である。

0011

図1および図2において、加熱室10は金属材料から構成された金属境界部である右側壁面11、左側壁面12、奥壁面13、上壁面14、底壁面15及び被加熱物を加熱室10内に出し入れする開閉壁面である開閉扉16により略直方体形状に構成され、給電された高周波をその内部に実質的に閉じ込めるように形成している。17は加熱室10に給電する高周波を発生する高周波発生手段であるマグネトロン、18はマグネトロン17が発生した高周波を加熱室10に導く導波管、19は加熱室10と導波管18とを高周波的に結合するとともにマグネトロン17が発生した高周波を加熱室10内に放射する給電口であり開閉扉16からみて右側壁面11の前後方向の略中央に設けている。20は被加熱物を載置する載置皿であり、回転台21に載置する。給電口19は回転台21の周縁部と対面する位置に設けている。22は回転台21とともに載置皿20を回転させる回転駆動手段である駆動モータであり、一方向にのみ回転する。この駆動モータ22を動作させることで回転台21および載置皿20が回転する。

0012

23はマグネトロン17を駆動するインバータ駆動電源部、24は装置全体の動作を制御する制御手段である。25は赤外線センサであり4個の検出素子を有している。各検出素子は右側壁面11の給電口19の上方に設けた二つの孔26、27を介して載置皿20の表面の赤外線量あるいは被加熱物が載置された状態では被加熱物の表面の赤外線量を検出し検出した信号は制御手段24に入力させている。赤外線センサ25の4個の検出素子の検出領域は図2において一点破線の丸印28a〜28dで示す領域に設定している。検出領域28aは載置皿20の略中央領域、検出領域28dは載置皿20の周縁領域、検出領域28b、28cはその間の領域に設定している。これにより赤外線センサ25は載置皿20の半径分を検出領域とし載置皿20を回転させることで載置皿20のほぼ全域の温度を検出することができる。制御手段24は、操作部から入力された加熱情報、赤外線センサ25および駆動モータ22の回転軸を介して被加熱物の重量を検出する重量センサ(図示していない)からの信号に基いて、インバータ駆動電源部23の動作および駆動モータ22の動作を制御して加熱室10内に収納された被加熱物を誘電加熱する。

0013

また載置皿20はセラミック材料からなる丸皿構成とし、回転台21は金属材料にて構成している。また底壁面15および上壁面14の加熱室10の外側には輻射加熱用のヒータ(図示していない)を設けている。

0014

また、操作部には、自動加熱制御をする「解凍キーや「あたため」キー、使用者の意図に基いて加熱を実行する「加熱時間入力部」や「加熱温度入力部」、加熱中の被加熱物温度を表示する表示部、加熱開始を入力する「スタート」キー、および入力条件クリアしたり加熱を中断する場合に使用する「取消」キーなどを備えている。

0015

次に本発明が主眼とする種類の異なる被加熱物でも同時に適温に加熱させるため手段とその作用について図3および図4を用いて説明する。

0016

図3は加熱室内に形成させる不均一な高周波分布による加熱特性を示す。被加熱物はそれぞれに水200ccを入れた2つのマグカップとし、給電口19と回転台21の回転の中心軸とを結ぶ線上において載置皿20の中心位置に対して対称に給電口側とその反対側の2個所にマグカップを載置した条件の下での特性である。横軸は被加熱物の載置位置、縦軸は給電口側マグカップの温度上昇値と給電口の反対側に置いたマグカップの温度上昇値との比である。図3中でAはそれぞれのマグカップを載置皿20の中央にくっつけて置いた場合、Cは載置皿20の周縁側にそれぞれ離して置いた場合、Bはその中間の位置にそれぞれ置いた場合を示す。また、実線29と破線30は回転台の直径寸法がそれぞれ245mmと200mmの場合の特性を示す。これらの直径寸法は回転台21の周縁部と給電口19との隙間寸法(図2中でLで示す)を導波管18内を伝搬する高周波の伝搬波長を基準に選択した。すなわち、導波管18は幅寸法を90mmとし、その伝搬波長は約166mmであり、この伝搬波長の略1/4と略3/8の寸法の隙間寸法を形成する回転台21の直径寸法としている。回転台21の直径が200mmでは、給電口側および反対側の水負荷昇温比率はほぼ同等であるが、直径245mmの回転台では給電側においた水負荷を強く加熱できた。回転台21の直径寸法が245mmの場合は、給電口19から放射された高周波を回転台21に沿って伝搬させるように作用させることができ、載置皿の中央にくっつけてマグカップを置いた場合でも給電口近傍に存在する被加熱物を強く加熱できる。図4には実施例1の回転台21の外観図を示す。

0017

次に上記構成からなる高周波加熱装置の操作手順制御内容について図5を用いて説明する。なお下記の説明内容は本発明の特徴をより明確にするために複数の被加熱物を自動加熱調理する制御内容について説明する。複数の被加熱物を加熱室内に収納載置した後、使用者は操作部上の「あたため」キーを選択をする(S101)。次に「スタート」キーを押す(S102)ことで被加熱物の誘電加熱が開始される。なお、S103は「スタート」キーが押されたことを確認するものであり、「スタート」キーに先立って「取消」キーが押されるとS101に戻る。

0018

S104でインバータ駆動電源部23を動作させてマグネトロン17を動作させ給電口19を介して加熱室10内に高周波を供給する。またS105で回転台21の駆動モータ22を動作させて載置皿20を回転させる。駆動モータ22は同期モータで構成しており、商用電源周波数が60Hzの場合、載置皿20を一回転させるのに要する時間は10秒である。

0019

S106では、制御手段24は駆動モータ22に駆動電力を供給した時刻からの経過時間を計数するとともに0.5秒間隔で赤外線センサ25の検出信号を取り込む。この検出信号は現在温度を示す4行1列のレジスタ1に格納し、次の信号(すなわち0.5秒後)が入力されるまでその信号値を保持する。一方制御手段24は4行40列のマトリックスからなるレジスタ2を備えている。このマトリックスレジスタ2は載置皿20上のいわゆる温度分布データを格納するものである。駆動モータ22に電力が供給されると直ちにその時刻における赤外線センサ25の検出信号を取り込みレジスタ1に格納する。そして0.5秒経過後にはレジスタ1のデータをレジスタ2の第1列の4行1列のレジスタに格納した後、赤外線センサ25の現時点での検出信号をレジスタ1に格納する。駆動モータ22の動作経過時間に伴い、随時検出信号がレジスタ2に格納され10秒経過すると載置皿20上の全域の温度分布がレジスタ2の1列から20列に格納されることになる。制御手段24は次の10秒間に取り込んだ検出データをレジスタ2の21列から40列に格納する。そして20.5秒以降の検出データはレジスタ2の1列から順次上書き格納する。

0020

制御手段24は、レジスタ2の1列から20列のデータと21列から40列のデータをそれぞれ比較し、既定した温度上昇、たとえば2℃、を超過する列には被加熱物が存在すると判別する。この結果に基づいて載置皿20上の複数の被加熱物の存在位置を判定しS107に進む。なお、この判定処理中においても載置皿20は連続的に回転を継続させているので制御手段24は赤外線センサ25から新たな信号を随時取り込んでいる。

0021

つぎにS107ではレジスタ2の被加熱物が存在すると判定した列群(各列の平均温度で代表させる)の最高温度最低温度との温度差を既定した温度差、たとえば10℃と比較する。温度差が10℃未満の時はS111に進み、各列群の最高温度と終了加熱温度とを比較する。終了加熱温度に達していない時はS105に戻り、終了加熱温度に達するとS112に進む。S107で温度差が10℃以上になるとS108に進む。

0022

S108ではレジスタ2の被加熱物が存在すると判定した列群の中の最低温度に対応する列が給電口19に対面する位置に来た時点で駆動モータ22への供給電力遮断する。そして駆動モータ22の動作経過時間の計数を停止する。この状態において、給電口19に対面する位置に存在する被加熱物は他方の被加熱物よりも強く誘電加熱される。また赤外線センサ25は強く加熱されている被加熱物の表面温度のみを随時監視している。この時に赤外線センサ25から取り込むデータはレジスタ1のみである。

0023

次にS109ではレジスタ1の温度と終了加熱温度との比較を行う。終了加熱温度に達していたらS112に進む。終了加熱温度に達していない時はS110に進む。

0024

S110では、強く加熱している被加熱物から得られる現在の温度データが先の最低温度から既定値以上の温度値に上昇したかどうかを判定する。この時の既定値は、たとえば先の温度差の1.5倍の15℃とする。

0025

所定温度に達していない場合はS108に戻りS108の内容を実行する。そしてレジスタ1の温度が所定の温度に達したとS110で判断するとS111に進む。S111はレジスタ2の各列の平均温度の最高温度が既定した終了加熱温度に達したかどうかを判定する。終了加熱温度に達していない場合は、S105に戻る。

0026

S105では再び駆動モータ22に駆動電力を供給する。これにより載置皿20が再び回転を始めるとともに駆動モータ22の動作経過時間の計数を再び開始する。また、赤外線センサ25の検出信号データも順次レジスタ1に取り込むとともにレジスタ2のデータを更新する。この時レジスタ2の更新開始列はS108実行時において最低温度データを有した列である。従って、今の時点では載置皿20上の被加熱物の存在位置は既知の状態である。なお、駆動モータ22が20秒以上連続して動作した場合はレジスタ2のデータはすべて更新されるので被加熱物の存在位置を再度判定しても構わない。

0027

S109でレジスタ1の最高温度が終了加熱温度に達したと判断した時あるいはS111でレジスタ2の被加熱物の存在位置に対応する各列毎の平均温度が終了加熱温度に達したと判断した時にはS112に進む。

0028

S112ではインバータ駆動電源23の動作を停止しS113に進む。S113では駆動モータ22の電力供給を停止して被加熱物の誘電加熱を完了する。

0029

次に被加熱物を載置した載置皿の具体的な動き図6および図7を用いて説明する。

0030

図6は、冷凍ごはん31(−18℃)と冷蔵ハンバーグ32(7℃)とを別々に入れて加熱する時の様子を示す。加熱を開始すると載置皿20が矢印33で示す方向に回転する。すなわち図6(a)の状態に載置した場合、載置皿20の回転により図6(b)のように被加熱物は加熱室10内を移動していく。この間に制御手段は0.5秒間隔で赤外線センサ25の検出領域28a〜28dからの検出信号を取り込む。図6(a)の状態では赤外線センサ25は冷凍ごはん31とその器および冷蔵ハンバーグ32の皿の温度をそれぞれ検出する。一方図6(b)の状態では赤外線センサ25は検出領域28aの検出素子が冷蔵ハンバーグ32の皿と載置皿20の温度を検出し、検出領域28bの検出素子が冷凍ごはん31の器と載置皿20の温度を検出し、検出領域28c、28dは載置皿20のみの温度を検出する。

0031

そして載置皿20が1回転した時点から制御手段が載置皿上の被加熱物の存在位置の判定を開始する。載置皿20がさらに1回転すると制御手段は複数の被加熱物の存在を確認するとともにそれぞれの被加熱物の温度情報を知る。そして被加熱物が存在すると判定したレジスタ2の各列毎の平均温度の最高温度と最低温度との温度差が10℃を超えると最低温度であるレジスタ2の列が給電口に対面する位置に来ると駆動モータの電力を遮断する。これにより、低い温度の食品、たとえば冷凍ごはん31が給電口19に対面する位置に存在する状態で載置皿20が停止し冷凍ごはん31を冷蔵ハンバーグ32に対して強く加熱して二つの食品の温度差を縮小させる。

0032

またこの状態で冷凍ごはん31が所望の温度以上に加熱されると載置皿20が再び回転する。そしてそこそこに加熱されたごはんとそこそこに加熱されたハンバーグがほぼ均等に誘電加熱されていく。ごはんとハンバーグとのどちらかの温度が終了加熱温度75℃に達すると誘電加熱を完了する。これによりごはんとハンバーグはそれぞれ適温に同時加熱できる。

0033

また図7冷凍ハンバーグ34(−18℃)と冷凍ポテト35(−18℃)とを混載した皿を加熱する時の様子を示す。この場合、載置皿20の矢印36方向の回転に伴って赤外線センサ25の検出領域28a、28b、28cがそれぞれの被加熱物の上を通過するが、上記例と同様に被加熱物の存在位置判定が行われた後、冷凍ハンバーグ34の存在位置に対応するレジスタ2の列が既定した温度差以上の下で最低温度となった場合には図7(b)で示すように冷凍ハンバーグ34が給電口に対面する位置で、かつ赤外線センサ25の検出領域28a〜28bに該当する位置で載置皿20の回転が停止し、冷凍ハンバーグ34を冷凍ポテト35に対して強く誘電加熱する。以降の動作は上述した通りであり、ハンバーグとポテトとのどちらかの温度が終了加熱温度に達することで誘電加熱を完了しいずれも適温に加熱された状態となる。

0034

以上、本実施例では種類の異なる2つの被加熱物を同時に加熱した場合について述べたが、種類の異なる3つの被加熱物を同時に加熱する場合も、2つの被加熱物を同時に加熱する場合に準じて行えばよい。すなわち、3つの被加熱物を同時に加熱する場合、最初は載置皿を回転させながら加熱し、ある時点での被加熱物のそれぞれの温度のうち最も温度の低い被加熱物を選出し、この被加熱物が電波の強い部分にきたときに載置皿の回転を停止し、電波の強い状態の中で加熱する。そして、また載置皿を回転させ前記過程を繰り返すことによりすべての被加熱物を適温に加熱することができる。

0035

また、一つの被加熱物で大きさが大きく、被加熱物内で温度差が生じる場合は、一つの被加熱物が温度の高い被加熱物と温度の低い被加熱物との二つの被加熱物からなっていると仮定すれば、本実施例と同様の手法により一つの被加熱物全体を適温にすることができる。

0036

以上述べたように、本実施例では給電口と回転台とで高周波電波強弱かたよりをつくり、電波の強弱の差を利用し、温度の低い被加熱物は強い電波で強く加熱し、温度の高い被加熱物は弱い電波で弱く加熱することにより、被加熱物全体を適温に加熱することができる。

0037

なお、本実施例では赤外線センサに4個の検出素子を用いた場合につき述べたが、通常素子温度測定範囲は直径約3cmの円の範囲であり、これより大きくなると温度の識別精度が低下し誤差が大きくなる。また、範囲を狭くすれば精度は向上するが高コストとなる。通常高周波加熱装置の食品の載置皿の半径は15cm位であり、この場合半径全体の温度を測定するには5個の検出素子が必要であるが、載置皿の中央または端あるいは素子の検出範囲間を除き本実施例では4個とした。前記のように検出素子数は本実施例の数に限定されるものではなく、載置皿の大きさ、要求精度により決めたらよい。

発明の効果

0038

以上のように本発明によれば以下の効果を有する。

0039

加熱室内の特定領域が強い不均一な高周波分布を形成し、この特定領域、すなわち給電口に対面する給電口近傍空間、に被加熱物を移動させることでその被加熱物を強く加熱することができる。また、異なる複数の食品の同時加熱においては、昇温が低い食品を上記の特定領域に移動して強く加熱することでそれぞれの食品を同時に適温に加熱することができる。

図面の簡単な説明

0040

図1本発明の一実施例の高周波加熱装置の外観構成図
図2同高周波加熱装置の要部断面図
図3同高周波加熱装置の回転台を用いた加熱特性図
図4同高周波加熱装置の回転台の外観構成図
図5同高周波加熱装置の制御内容を示すフローチャート
図6(a)同高周波加熱装置の具体例1の加熱制御の様子を示す図
(b)同高周波加熱装置の具体例1の加熱制御の様子を示す図
図7(a)同高周波加熱装置の具体例2の加熱制御の様子を示す図
(b)同高周波加熱装置の具体例2の加熱制御の様子を示す図

--

0041

10加熱室
17マグネトロン(高周波発生手段)
18導波管
19給電口
20 載置皿
21回転台
22駆動モータ(回転駆動手段)

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