JP2012134029A - マイクロ波加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロ波を加熱室内に効果的に放射して、マイクロ波による誘電加熱とヒータによる輻射加熱との何れの加熱においても加熱のむらを防止して、被加熱物の加熱効率を高く維持させることができるマイクロ波加熱装置を提供すること。
【解決手段】加熱室５０と、マイクロ波を発生するマグネトロン３０と、加熱室５０にマイクロ波を放射する複数の放射開口部４０と、加熱室５０に収納された被加熱物を輻射熱により加熱処理する輻射加熱手段であるヒータ５５とを備え、複数の放射開口部４０を取り囲むように環状に前記輻射加熱手段であるヒータ５５を構成することにより、加熱室５０に放射されるマイクロ波は、エネルギー損失と偏りを抑えて高い効率で被加熱物に供給することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被加熱物をマイクロ波で加熱するマイクロ波加熱装置に関するものである。

従来のマイクロ波加熱装置は、一般的には電子レンジに代表されるように被加熱物を収容する加熱室を備え、この加熱室にマグネトロンなどのマイクロ波発生手段が発生するマイクロ波を供給して被加熱物を誘電加熱させる。

マイクロ波を加熱室内に放射する技術としては、マイクロ波を伝送する導波管を備え、導波管から加熱室へと貫通する開口部にアンテナを設けて、マイクロ波を加熱室内に導出して放射するものである（例えば、特許文献１参照）。

図８は、特許文献１に記載された従来のマイクロ波加熱装置を示すものである。図８に示すように、導波管１４と加熱室２との結合孔２０のほぼ中央にアンテナ１５と水平な回転成分１７が設けられ、アンテナ１５はモーター１９で回転しながらマイクロ波を加熱室２に放射するように構成されている。また加熱室内の上部にはヒータ１０が設けられている。

特開昭５８−１８１２８９号公報

しかしながら、従来の技術では、マイクロ波は加熱室の上面中央の一箇所から放射する構成により、回転アンテナからマイクロ波を加熱室に攪拌しながら供給するものであり、加熱室の上面中央には回転アンテナを構成するための大きなスペースが必要である。

したがって、加熱室内の上部にヒータを配置するうえで制約があり、マイクロ波を放射するアンテナの回転範囲を避けてヒータを配置することで加熱室内の輻射熱の分布に粗密が生じ食品の均一な加熱が期待できない。

逆にアンテナの回転する範囲を横切るようにヒータを配置する構成では、マイクロ波の放射がヒータにより遮られることによりエネルギーの損失となって被加熱物の効率的な加熱が期待できない。

このようにマイクロ波による誘電加熱とヒータによる輻射熱加熱との少なくともいずれかによって被加熱物を加熱処理するうえにおいて、加熱効率の向上には改善の余地があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ヒータによる均一な輻射加熱を維持しつつマイクロ波の放射の損失を減らして、被加熱物の加熱効率を高くするマイクロ波加熱装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロ波加熱装置は、被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、前記加熱室にマイクロ波を放
射する複数の放射開口部と、前記マイクロ波発生手段が発生するマイクロ波を放射開口部に供給する伝送手段と、前記加熱室に収納された被加熱物を輻射熱により加熱処理する輻射加熱手段とを備え、前記放射開口部を取り囲むように環状に前記輻射加熱手段を構成したものである。

上記構成により加熱室に収容した被加熱物に対し輻射熱が偏りなく供給されるように輻射加熱手段を環状に配置して、かつマイクロ波は輻射加熱手段の配置が遮らない複数の放射開口部から加熱室内に放射されるので、エネルギーの損失と偏りを抑えて高い効率で被加熱物に供給される。これによって本発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波と輻射加熱手段による輻射熱との少なくともいずれかを加熱室内に供給して、被加熱物を効果的に加熱処理することができる。

本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の正面断面構成図 本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の側面断面構成図 本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の加熱室上部の放射開口部と輻射加熱手段の配置構成図 本発明の実施の形態２におけるマイクロ波加熱装置の加熱室上部の放射開口部と輻射加熱手段の配置構成図 本発明の実施の形態２におけるマイクロ波加熱装置の加熱室上部の他の放射開口部と輻射加熱手段の配置構成図 本発明の実施の形態３におけるマイクロ波加熱装置の加熱室上部の放射開口部と輻射加熱手段の配置構成図 本発明の実施の形態３におけるマイクロ波加熱装置の加熱室上部の他の放射開口部と輻射加熱手段の配置構成図 従来のマイクロ波加熱装置の正面断面図

第１の発明は、被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、前記加熱室にマイクロ波を放射する複数の放射開口部と、前記マイクロ波発生手段が発生するマイクロ波を前記放射開口部に供給する伝送手段と、前記加熱室に収納された被加熱物を輻射熱により加熱処理する輻射加熱手段とを備え、前記放射開口部を取り囲むように環状に前記輻射加熱手段を構成したものであり、これによって、加熱室に収容した被加熱物に対し輻射熱が偏りなく供給されるように輻射加熱手段を環状に配置して、かつマイクロ波は輻射加熱手段の配置の影響を受け難くいように（つまり輻射加熱手段により遮られない）複数の放射開口部から加熱室内に放射されるので、損失が少なく偏りを抑えて高い効率で被加熱物に供給される。また、マイクロ波による誘電加熱と輻射加熱手段による輻射熱との少なくともいずれかを加熱室内に供給して、被加熱物を効果的に加熱処理することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の複数の放射開口部は、放射するマイクロ波の偏波の向きが異なる複数の放射開口部の組み合わせで構成したものであり、これによって、加熱室内に放射されるマイクロ波は放射開口部により異なるので加熱室内でのマイクロ波の攪拌によって損失が少なく偏りを抑えて、高い効率で被加熱物に供給することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明のマイクロ波を供給する伝送手段は、マイクロ波発生手段から複数の放射開口部に向けて複数に分岐して構成したものであり、これによって、マイクロ波発生手段から伝送手段を分岐させることによりマイクロ波発生手段を任意に配置して、分岐した伝送手段から各放射開口からの放射されるマイクロ波を損失
が少なく偏りを抑えて高い効率で被加熱物に供給することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置である電子レンジの正面断面構成図、図２は、本発明の第１の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置である電子レンジの側面断面構成図である。

図１、図２において、食品等の被加熱物を収納する加熱室５０は、金属材料からなる壁面を有し、被加熱物である食品２００は加熱室５０に設けられた棚５８に載置された網８０に載せられる。

棚５８は、使用者が食品の形態や加熱調理に応じて食品をのせる高さが選べるように両側の側面に複数段設けられている。棚５８に載置される網８０に面するように加熱室５０の上部には輻射加熱手段であるヒータ５５が備えられ、さらにマイクロ波を加熱室５０内に放射する放射開口部４０を複数備えている。

また、マイクロ波発生手段であるマグネトロン３０から放射されるマイクロ波を放射開口部４０に伝送する伝送手段である導波管３５を備えている。このようにマイクロ波による誘電加熱とヒータ５５の輻射熱とによって直接食品を加熱でき、複数の調理メニューに応じて適した加熱方法を組み合わせて選択することができる。

図３は本発明の第１の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の加熱室上部の放射開口部と輻射加熱手段の配置構成図であり、図１の矢印Ｌの方向から見た図である。図３において、輻射加熱手段であるヒータ５５は、電熱線を充填材とともに銅パイプに封止した構成のものである。

加熱室内に露出する輻射加熱手段であるヒータ５５は、食品２００に対面するように上部の壁面に沿って配置され、加熱室５０の後部壁面に給電端子部５７を加熱室の外側に突出させて両端を固定した環状の構成となっている。

ヒータ５５は、食品を乗せうる範囲において面積当たりのワット密度が略均一になるように屈曲蛇行した形状に配置され、ヒータの熱膨張に対応して自由度をもたせてヒータ支持部材５６により要所を支持する構成となっている。

その他にも加熱室５０の底面下側には下ヒータ６２が備えられている。後面側には熱風調理するためのコンベクション用ヒータ６１と、ファン６０が備えられており加熱室５０に熱風が送られる。また加熱時にはサーミスタ７５により加熱室５０の温度を検出している。

食品は加熱室ドア１１０を開けて加熱室に入れられる。加熱室ドア１１０の上方には操作・表示部１００が配され、運転スイッチ（図示せず）と運転設定釦（図示せず）が設けられている。

また、操作つまみ１０１で加熱時間（加熱温度）が使用者により任意に設定でき制御手段９０に指示される。

照明７０が備えられ、加熱運転中には加熱室５０内を照らし食品の加熱状況が使用者に
より目視できる。照明７０の前面には照明カバー７１が備えられている。なお、照明カバー７１は耐熱ガラスで構成されているが光を通すように開孔を設けた金属板で構成してもよい。

この場合、開孔はマイクロ波を通さない孔径や間隔にすることで電波の損失を防止できる。なお照明７０は電球に限らずＬＥＤ照明を備えてもよい。この場合、同様の照度が得られ消費電力を少なくすることができる。

加熱室ドア１１０には、開閉のドア検出スイッチ（図示せず）が備えられており、加熱室ドア１１０が完全に閉まった状態でなければ運転されない。また運転中にドアが開けられた場合には直ちに運転を停止するように安全装置として機能する。

加熱室５０の上面には、食品加熱により発生する臭気や煙を排気する排気ファン（図示せず）が備えられる。なお、排気ファンの前後に脱臭剤（図示せず）を設けて臭いの放出を低減できる構成にしてもよい。

換気ファン６６が備えられ、マイクロ波加熱装置内部の加熱室５０の周囲の換気をする。この換気ファン６６は、同時にマグネトロン３０、導波管３５さらに電源（図示せず）の冷却を兼ねるように換気通路６７が構成されている。

導波管の側面に設けた開孔３５ａに換気ファン６６の送風を一部通すことによりマグネトロン３０や導波管３５の冷却の効果が向上する。

以上のように構成されたマイクロ波加熱装においては、制御手段９０はマグネトロンや各ヒータの通電を制御し、マイクロ波とヒータの輻射熱や対流熱との少なくともいずれかを供給して食品を加熱処理することができるようになっている。以下、マイクロ波による加熱（運転）を中心にその動作、作用を説明する。

まず、マグネトロン３０で発生したマイクロ波は導波管３５を伝送されマイクロ波の放射開口部４０から加熱室５０に放射される。

一般的にマイクロ波による加熱においては、加熱室の中に定在波が生じることで、電界の強さに強弱の分布ができるために食品を均一に加熱することが困難である。食品の加熱分布のむらを抑えるための手段としては従来から加熱室内に金属板を設けて回転させることにより電磁波を撹拌するスタラーや、食品を乗せる置き台となるターンテーブルを回転させる方式などがあった。

また、導波管の出口自体の金属部を回転させる回転導波管や回転アンテナにより電磁波の放射方向を変え、定在波の位置を変えることが行なわれている。しかしながら、上記従来の方式においては、いずれも構成が複雑で大きなスペースが必要となるために特にマイクロ波加熱とヒータによる輻射加熱とをあわせて設ける場合においては、その配置上の制約から、双方においてむらを抑えて効率的な食品加熱を実現するうえで改善の余地があった。

本実施の形態においては、加熱室の上部壁面には複数のマイクロ波の放射開口部４０を分散して設けているので、それぞれの放射開口部からマイクロ波が分散して放射され、加熱室内に放射される電界分布の集中や偏りを抑えることができるので、例えば回転アンテナなどのような駆動部を必要とする電波攪拌手段を用いることなく各々のマイクロ波の放射開口部は小さく構成することができる。

したがって、マイクロ波の放射開口部４０を配置するうえの制約が少なく、ヒータ５５によりマイクロ波の放射開口部を直接遮られることなく、ヒータの配置においてはマイクロ波の放射開口部を避けることによるヒータ輻射加熱における面積ワット密度が粗密になることもない。

つまり、ヒータ５５の配置を決定する上において、たとえば加熱室５０を平面的にみて碁盤目状に区画して、各区画にかかるヒータが略同じ長さになるようにすることで面積ワット密度を均一にすることができる。

以上のように、本実施の形態においては加熱室にマイクロ波を放射する複数の放射開口部を設け、複数の放射開口部を取り囲んで加熱室に収容した被加熱物に対し輻射熱が偏りなく供給されるように輻射加熱手段を環状に配置して構成することで、マイクロ波は輻射加熱手段の配置の影響を受け難くい複数の放射開口部から加熱室内に放射されるので、エネルギーの損失と偏りを抑えて高い効率で被加熱物に供給される。

これによって、本発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波による誘電加熱と輻射加熱手段による輻射熱との少なくともいずれかを加熱室内に供給して、被加熱物を効果的に加熱処理することができる。

（実施の形態２）
図４は本発明の第２の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の加熱室上部の放射開口部と輻射加熱手段の配置構成図、図５は本発明の第２の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の加熱室上部の他の放射開口部と輻射加熱手段の配置構成図である。

図４において、複数の放射開口部は、それぞれ放射するマイクロ波の偏波の向きが異なるようにお互いが略直交する二つの放射開口部を２対に組み合わせで構成したものであり、加熱室内に放射されるマイクロ波は放射開口部により異なるので加熱室内でのマイクロ波の攪拌によって損失が少なく、偏りを抑えて高い効率で被加熱物に供給することができる。さらにこれにかぎらず図５に示すようにそれぞれの放射開口部の形状を交差させた一つの開口にして複数配置する構成にしても良い。

（実施の形態３）
図６は本発明の第３の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の加熱室上部の放射開口部と輻射加熱手段の配置構成図、図７は本発明の第３の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の加熱室上部の他の放射開口部と輻射加熱手段発熱体の配置構成図である。図６において、マイクロ波を供給する伝送手段である導波管３５は、マイクロ波発生手段から複数の放射開口部に向けて三方に分岐して構成している。

これにより、マイクロ波発生手段を任意に配置して、複数の放射開口部４０をより広い範囲に分散して設けることができるので、分岐した伝送手段を介して、それぞれの放射開口部４０から放射されるマイクロ波の損失を少なくするとともに、偏りを抑えて高い効率で被加熱物に供給することができる。

なお、マイクロ波発生手段の配置においては、制御手段や冷却手段などの周辺部品の配置を考慮して任意に決定することも容易であり、図７に示すようにマイクロ波発生手段を加熱室の中央に配置して４方向に分岐した伝送手段を構成してもよい。

また、導波管３５を用いた伝送手段では、導波管内で伝送されるマイクロ波の波長に応じてマイクロ波発生手段から放射開口部４０までの距離や、放射開口部から導波管の終端部までの距離を調整することで、各放射開口から放射されるマイクロ波の強度や方向、さ
らに位相を調整することが可能であり、放射開口部の寸法や形状を変えることも有効である。

このように、マイクロ波を損失が少なく偏りを抑えて、高い効率で被加熱物に供給することができる。

なお、輻射加熱手段の配置においては図３から図７までの説明において、同一の形状において説明したが均一化が図れるものであればこれに限定されるものではなく、ヒータの本数についても２本に限定するものではない。また複数の放射開口部を保護するようにカバーを設けてもよく、この場合はマイカやガラス、セラミックなどマイクロ波の損失がなく耐熱性の材料で構成しても良い。また、マイクロ波を加熱室に放射する構成においても可動部や複雑な駆動機構を用いないので、装置の小型化や加熱室の拡大を実現することができる。

以上のように、本発明にかかるマイクロ波加熱装置は、加熱室に収容した被加熱物に対し輻射熱が偏りなく供給されるように輻射加熱手段を環状に配置して、かつマイクロ波は輻射加熱手段の配置の影響を受け難くい複数の放射開口部から加熱室内に放射されるので、エネルギーの損失と偏りとを抑えて高い効率で被加熱物に供給することが可能となるので、マイクロ波と輻射加熱手段による輻射熱との少なくともいずれかを加熱室内に供給して、被加熱物を効果的に加熱処理することができるので、電子レンジで代表されるような誘電加熱を利用した加熱装置や解凍装置や乾燥装置、あるいは生ゴミ処理機、などの用途にも適用できる。

３０ マグネトロン
１４、３５ 導波管
４０ 放射開口部
２、５０ 加熱室
１０、５５ ヒータ
２００ 食品

Claims (3)

1. 被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、前記加熱室にマイクロ波を放射する複数の放射開口部と、前記マイクロ波発生手段が発生するマイクロ波を前記放射開口部に供給する伝送手段と、前記加熱室に収納された被加熱物を輻射熱により加熱処理する輻射加熱手段とを備え、前記放射開口部を取り囲むように環状に前記輻射加熱手段を構成したマイクロ波加熱装置。
2. 複数の放射開口部は、放射するマイクロ波の偏波の向きが異なる複数の放射開口部の組み合わせで構成した請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
3. マイクロ波を供給する伝送手段は、マイクロ波発生手段から複数の放射開口部に向けて複数に分岐して構成した請求項１または２に記載のマイクロ波加熱装置。