特許 5768972 高周波誘電加熱装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5768972

(24)【登録日】2015年7月3日

(45)【発行日】2015年8月26日

(54)【発明の名称】高周波誘電加熱装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 6/54 20060101AFI20150806BHJP

【ＦＩ】

   H05B6/54

【請求項の数】6

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2011-216553(P2011-216553)

(22)【出願日】2011年9月30日

(65)【公開番号】特開2013-77442(P2013-77442A)

(43)【公開日】2013年4月25日

【審査請求日】2014年8月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】313005282

【氏名又は名称】東洋製罐株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100092200

【弁理士】

【氏名又は名称】大城 重信

(74)【代理人】

【識別番号】100110515

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 益男

(74)【代理人】

【識別番号】100153497

【弁理士】

【氏名又は名称】藤本 信男

(72)【発明者】

【氏名】丸山 友樹

(72)【発明者】

【氏名】山田 真司

【審査官】 土屋 正志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１４８２１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−１０５２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２３４５３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ ６／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対向する電極の間に被加熱物を配置して加熱する高周波誘電加熱装置であって、
少なくとも一方の電極が、断熱性材と該断熱性材の外表面に形成された導電性膜とを有し被加熱物に当接する変形可能電極からなることを特徴とする高周波誘電加熱装置。

【請求項2】

前記変形可能電極の被加熱物に当接する面の反対側に、該変形可能電極の変形に倣って接触する伝熱手段が設けられ、
前記変形可能電極が、厚さ変化可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。

【請求項3】

前記伝熱手段が、複数の良伝熱性のピン部材からなり、被加熱物方向に出没可能に配列されていることを特徴とする請求項２に記載の高周波誘電加熱装置。

【請求項4】

前記複数の良伝熱性のピン部材を、冷却あるいは加熱する温度調整手段が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の高周波誘電加熱装置。

【請求項5】

前記導電性膜が、被加熱物に当接する面とその反対面に連続して形成され、
前記複数の良伝熱性のピン部材が導電性であり、該ピン部材を介して前記導電性膜に通電することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の高周波誘電加熱装置。

【請求項6】

前記変形可能電極が、内部に流体を収容可能な袋状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の高周波誘電加熱装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、対向する電極の間に被加熱物を配置して加熱する高周波誘電加熱装置に関し、特に冷凍食品の急速解凍に好適な高周波誘電加熱装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、対向する電極の間に被加熱物を配置して加熱する高周波誘電加熱による冷凍食品の解凍は、高周波誘電加熱の電極構造上、加熱される冷凍食品表面の凹凸によってエアギャップが生じ一部分に電界が集中して解凍ムラが生じることがあり、食品表面への部分的な電界集中を抑制して均一に解凍することが技術的に求められている。
その解決策として、解凍中の解凍状態検知手段の検知出力を基に、部分加熱可能なスポット電極を上下左右に移動させながら全体加熱を行うもの（特許文献１等参照）や、被加熱物の被挟持面の形状より小さい板面形状の電極を局所的に用いることにより部分加熱を行った後、段階的に電極面積を大きくして全体加熱を行うもの（特許文献２等参照）が公知である。

【0003】

しかしながら、特許文献１に記載されたものは、部分解凍を行うスポット電極を冷凍食品の解凍度合を検出しながら上下左右に移動させることによって、局所的に集中加熱されることを防止できるが、部分的に解凍を行っていくので、解凍に長時間を要し、急速解凍が困難であり、部分的に長時間加熱するとドリップが生じ易いという問題がある。
特許文献２に記載されたものでも、同様に部分加熱から全体加熱に段階的に広げていくので、急速加熱が特徴である高周波誘電加熱の特性が発揮されず、急速解凍ができないという問題がある。

【0004】

このような問題を軽減するために、出願人は、電極を導電性ピンから成る複数のピン電極の集合体とし、ピン電極をそれぞれ独立に変位可能として加熱される冷凍食品表面に接触させ凹凸に倣わせることによって、エアギャップを排除し、局所的な集中加熱を抑制して均一に、かつ、短時間に解凍可能としたものを提案した（特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２−３５９０６４号公報

【特許文献2】特開２００７−１６６９５２号公報

【特許文献3】特開２０１０−２６７４０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記特許文献３に記載されたものは、全体として加熱が均一化されるため、出力を上げることにより短時間で解凍を行うことが可能であるが、内部と表面の温度上昇特性の差に起因した局所的な解凍後の温度差の発生を排除することは困難であった。
この温度上昇特性の差は、表面に接触する導電性ピンが良伝熱性であり外部から熱が伝わることによる温度上昇に起因し、解凍された部分は凍結部分よりも高周波誘電加熱の効率が良いため、さらに内部が解凍されるまで温度差が拡大することとなる。
このような局所的な温度差は、例えば食品の解凍において、解凍後に速やかに加熱調理するような場合であれば、あまり問題とはならないものであるが、解凍後も氷温近辺で一定期間冷蔵するような場合、局所的に温度が冷蔵温度より大きく上昇することとなり、品質の保持の点で問題があった。

【0007】

本発明は、上記課題を解決するものであり、エアギャップを排除し、均一に、かつ、短時間に被加熱物を加熱可能とするとともに、被加熱物の内部と表面の局所的な温度上昇の差を抑制する高周波誘電加熱装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本請求項１に係る発明は、対向する電極の間に被加熱物を配置して加熱する高周波誘電加熱装置であって、少なくとも一方の電極が、断熱性材と、該断熱性材の外表面に形成された導電性膜とを有し被加熱物に当接する変形可能電極からなることにより、前記課題を解決するものである。

【0009】

本請求項２に係る発明は、請求項１に係る高周波誘電加熱装置の構成に加え、前記変形可能電極の被加熱物に当接する面の反対側に、該変形可能電極の変形に倣って接触する伝熱手段が設けられ、前記変形可能電極が、厚さ変化可能に構成されていることにより、前記課題を解決するものである。
本請求項３に係る発明は、請求項２に係る高周波誘電加熱装置の構成に加え、前記伝熱手段が、複数の良伝熱性のピン部材からなり、被加熱物方向に出没可能に配列されていることにより、前記課題を解決するものである。
本請求項４に係る発明は、請求項３に係る高周波誘電加熱装置の構成に加え、前記複数の良伝熱性のピン部材を、冷却あるいは加熱する温度調整手段が設けられていることにより、前記課題を解決するものである。
本請求項５に係る発明は、請求項３または請求項４に係る高周波誘電加熱装置の構成に加え、前記導電性膜が、被加熱物に当接する面とその反対面に連続して形成され、前記複数の良伝熱性のピン部材が導電性であり、該ピン部材を介して前記導電性膜に通電することにより、前記課題を解決するものである。
本請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに係る高周波誘電加熱装置の構成に加え、前記変形可能電極が、内部に流体を収容可能な袋状に形成されていることにより、前記課題を解決するものである。

【発明の効果】

【0010】

本請求項１に係る発明の高周波誘電加熱装置によれば、少なくとも一方の電極が被加熱物に当接する変形可能電極からなることから、被加熱物の表面の凹凸に倣わせることによって、導電性膜を表面に接触させてエアギャップを排除することができ、高周波誘電加熱の効率を上げ、出力を大きくしても凹凸に起因する局所的な集中加熱を抑制することができ、均一に急速加熱することができる。
また、変形可能電極が断熱性材とその外表面に形成された導電性膜を有することで、被加熱物の表面からの熱の移動を抑制することが可能となり、熱伝導に起因する内部と表面の温度上昇特性の差を抑制することができる。

【0011】

本請求項２に記載の構成によれば、熱伝導に起因する内部と表面の温度上昇特性の差が問題にならない場合や、加熱の最終段階において、変形可能電極の厚さを薄くし伝熱手段を被加熱物の表面に接近させることにより、断熱性材の断熱効果を減少させ加熱の効率をさらに向上することができる。
また、被加熱物の表面の異なる部分での温度差を、伝熱手段による熱の移動によって均一化又は制御することが可能となる。
本請求項３に記載の構成によれば、複数の良伝熱性のピン部材が独立して出没することで、変形可能電極を被加熱物の表面の凹凸により密着させることが可能となるとともに、変形可能電極の厚さを薄くした際、ピン部材と被加熱物の表面との熱伝導がより良好となる。
本請求項４に記載の構成によれば、複数の良伝熱性のピン部材の温度を調整することによって、ピン部材と被加熱物の表面との熱移動量や移動の方向を調整することが可能となり、被加熱物の表面の温度変化を最適化することができる。
また、本発明の高周波誘電加熱装置を加熱調理等に用いた場合、ピン部材を高温に加熱した状態で変形可能電極の厚さを薄くして被加熱物の表面に熱を加えることにより、高周波誘電加熱のみでは得られない表面の焼き目や焦げ目を付与することが可能となる。

【0012】

本請求項５に記載の構成によれば、変形して被加熱物の表面の凹凸に倣う変形可能電極を、直接配線する必要なく独立して取り扱うことが可能なため、従来のピン電極を用いた高周波誘電加熱装置からの設計変更を少なくすることができる。
また、該変形可能電極を取り外し可能とすることで、ピン部材を被加熱物の表面に当接させ、従来のピン電極を用いた高周波誘電加熱装置として使用することも可能となる。
本請求項６に記載の構成によれば、変形して被加熱物の表面の凹凸に倣う変形可能電極の厚さを内部の流体を排出することで極めて薄くすることが可能となり、ピン部材と被加熱物の表面との熱伝導がより良好となる。
また、内部に断熱性の高い流体を充填することで容易に高い断熱性を得ることができ、熱移動量の調整幅が大きく、かつ、調整が容易となる。
さらに、変形可能電極の変形も容易となり、被加熱物の表面の凹凸に倣った際の導電性膜の密着度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態の概略模式図。

【図2】本発明の他の実施形態の概略模式図。

【図3】図２の電極の厚さを薄くした状態の模式図。

【図4】本発明と従来のピン電極によるものとの温度変化比較グラフ。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明は、対向する電極の間に被加熱物を配置して加熱する高周波誘電加熱装置であって、少なくとも一方の電極が、断熱性材と該断熱性材の外表面に形成された導電性膜とを有し被加熱物に当接する変形可能電極からなるものであれば、具体的な実施形態はいかなるものであっても良い。

【実施例1】

【0015】

本発明の一実施形態に係る高周波誘電加熱装置１００は、図１に示すように、導電性の板状部材からなる下部電極１１０と変形可能電極１２０が対向配置されて、両電極間に被加熱物Ｍが配置されるように構成されている。
変形可能電極１２０は、内部の変形可能な断熱性材１２１と、該断熱性材１２１の外表面に形成された導電性膜１２４とを有しており、その変形により被加熱物Ｍの表面の凹凸に倣わせることによって、導電性膜１２４と被加熱物Ｍの表面とのエアギャップを排除することが可能に構成されている。
変形可能電極１２０と下部電極１１０とが高周波電源１５０に接続されて、被加熱物Ｍが高周波誘電加熱される。

【0016】

導電性膜１２４を被加熱物Ｍの表面に接触させてエアギャップを排除することで、高周波誘電加熱の効率を上げ、出力を大きくしても被加熱物Ｍの表面凹凸に起因する局所的な集中加熱を抑制することができ、均一に急速加熱することができる。
また、被加熱物Ｍは高周波誘電加熱による全体の温度上昇以外に、良伝熱性の電極の接触によって熱伝導による表面の温度変化が発生するが、変形可能電極１２０の内部に断熱性材１２１が存在し、導電性膜１２４が非常に薄い膜で形成されているため熱伝導が非常に少なくなり、内部と表面の温度差の少ない加熱が可能となる。
特に、冷凍食品を解凍する場合、内部と表面での解凍速度の差が少なくなるため、表面を必要以上に高温にすることなく、急速に解凍することが可能となる。

【実施例2】

【0017】

本発明の他の実施形態に係る高周波誘電加熱装置２００は、図２に示すように、導電性の板状部材からなる下部電極２１０と変形可能電極２２０が対向配置されて、両電極間に被加熱物Ｍが配置され、変形可能電極２２０の被加熱物Ｍに当接する面の反対側には、伝熱手段２３０が配置されている。
変形可能電極２２０は、内部に流体（エアー）２２２を収容可能な袋部材２２３と、該袋部材２２３の外表面に形成された導電性膜２２４とを有しており、流体２２２を収容した袋部材２２３が断熱性材２２１として作用する。
なお、袋部材２２３が導電性を有する薄い材料で形成されて導電性膜２２４を兼ねていても良い。
袋部材２２３には流出入口２２５が設けられ、該流出入口２２５から流体２２２を出し入れすることで変形可能電極２２０の厚みを変化させるように構成されている。
流体２２２は断熱性の高いものであれば良く、空気であっても充分な断熱性を得ることができる。

【0018】

伝熱手段２３０は、複数の良伝熱性のピン部材２３１が被加熱物Ｍ方向に出没可能にピン保持体２３２に配列保持されて構成されている。
また、伝熱手段２３０の上部には、ピン保持体２３２の上部でピン部材２３１を覆うジャケット２４１と、ジャケット内を加熱あるいは冷却する加熱・冷却部２４２とを有する温度調整手段２４０が配置され、該温度調整手段２４０によってピン部材２３１を加熱あるいは冷却可能に構成されている。
変形可能電極２２０は、複数の良伝熱性のピン部材２３１に押圧されることにより、被加熱物Ｍの表面の凹凸に倣うように変形し、導電性膜２２４と被加熱物Ｍの表面とのエアギャップを排除することが可能に構成されている。

【0019】

なお、図２では簡略化のため複数の良伝熱性のピン部材２３１を１列のみ図示しているが、実際は平面状に多列に配置され、その間隔も図示のものよりさらに密であっても良い。
また、ピン部材２３１の形状も図示のような単純な柱上であってもよく、段付きや太さが異なるものであっても良い。
さらに、複数の良伝熱性のピン部材２３１による下方への押圧力は、その自重のみに依存しても良く、バネ等の弾性部材や流体圧等により積極的に押圧力を加える機構を採用しても良い。

【0020】

複数の良伝熱性のピン部材２３１およびピン保持体２３２は、金属等の導電性材料で形成され、変形可能電極２２０の袋部材２２３の外表面に形成された導電性膜２２４は、被加熱物Ｍに当接する面とその反対面に連続して形成されている。
そして、ピン保持体２３２と下部電極２１０とが高周波電源２５０に接続されることで、ピン保持体２３２、ピン部材２３１を介して変形可能電極２２０に通電され、被加熱物Ｍが高周波誘電加熱される。

【0021】

このように構成された高周波誘電加熱装置２００は、図２のように、変形可能電極２２０の袋部材２２３の内部に流体２２２を収容した状態で使用することで、図１に示した実施態様と同様に、導電性膜２２４を被加熱物Ｍの表面に接触させてエアギャップを排除し、高周波誘電加熱の効率を上げ、出力を大きくしても被加熱物Ｍの表面凹凸に起因する局所的な集中加熱を抑制することができ、均一に急速加熱することができる。
また、変形可能電極２２０の内部に断熱性材２２１である流体２２２が存在し、導電性膜２２４が非常に薄い膜で形成されているため、被加熱物Ｍの表面から複数の良伝熱性のピン部材２３１への熱伝導は非常に少なく、内部と表面の温度差の少ない加熱が可能となる。

【0022】

さらに、このように構成された高周波誘電加熱装置２００は、変形可能電極２２０の袋部材２２３の内部から流体２２２を排出することで、図３に示すように、導電成膜の内面同士を接触させることで変形可能電極２２０をほぼ導電性膜２２４だけの厚みとして使用することが可能となる。
この状態では、被加熱物Ｍの表面とピン部材２３１の間には良伝熱性でもある導電性膜２２４のみが存在するため、被加熱物Ｍの表面からピン部材２３１への熱伝導は、従来のピン電極のみからなるものと同様に非常に良好となり、ピン部材２３１もピン保持体２３２も良伝熱性でもあるため、被加熱物Ｍの表面の異なる場所での温度差がピン部材２３１およびピン保持体２３２を介して緩和される。

【0023】

例えば、被加熱物Ｍが冷凍された食品であり、解凍後氷温付近で冷蔵する場合、高周波誘電加熱装置２００を図２の状態として高周波誘電加熱すると、内部と表面の温度差の少ない状態で温度が上昇する。
この時、内部と表面の温度差は従来よりも格段に小さい状態であるが、変形可能電極２２０が接触している表面は内部よりわずかに温度が高く、また、変形可能電極２２０が接触している表面の異なる場所でもわずかに温度差が生じるため、加熱の最終段階で、変形可能電極２２０が接触している表面の一部で局所的に解凍完了する部分が生じる。

【0024】

解凍された部分は、凍結している部分よりも高周波誘電加熱の効率が良いため、図２の状態で高周波誘電加熱を継続すると、この温度差がさらに増大して局所的に常温近くまで上昇し、食品である被加熱物Ｍの品質や風味に悪影響を及ぼす虞がある。
しかしながら、加熱の最終段階で、変形可能電極２２０の袋部材２２３の内部から流体２２２を排出して図３に示す状態とすることで、被加熱物Ｍの表面の異なる場所での温度差がピン部材２３１およびピン保持体２３２を介した熱伝導により緩和されて局所的な温度上昇が抑制され、食品である被加熱物Ｍの品質や風味を劣化させることなく、その後の冷蔵を行うことが可能となる。

【0025】

また、温度調整手段２４０によってピン部材２３１の温度を調整し、変形可能電極２２０の袋部材２２３の内部から流体２２２を排出して図３に示す状態とすることで、高周波誘電加熱装置２００の設置された環境の雰囲気温度全体を変化させることなく、最終的な表面温度の調整を行うことが可能となる。
さらに、図２に示す状態で内部と表面の温度差の少ない加熱を行い、加熱の最終段階で、温度調整手段２４０によってピン部材２３１の温度を調整し、被加熱物Ｍの表面の温度を積極的に内部と異なる温度にコントロールすることも可能である。

【0026】

例えば、上記のように被加熱物Ｍが冷凍された食品であり、解凍後氷温付近で冷蔵する場合、ピン部材２３１を温度調整手段２４０によって冷却することで、加熱の最終段階での局所的な温度上昇がさらに抑制される。
また、被加熱物Ｍが食品であり、高周波誘電加熱装置２００を加熱調理に用いる場合、加熱の最終段階で、ピン部材２３１を温度調整手段２４０によって高温に加熱して図３に示す状態とすることで、高周波誘電加熱のみでは得られない表面の焼き目や焦げ目を付与することが可能となる。

【0027】

以上、本発明の高周波誘電加熱装置の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限るものでなく、その技術的思想の範囲内で種々の設計変更が可能である。
例えば、上記各実施形態では、下部電極１１０、２１０を導電性の板状部材からなるものとしたが、被加熱物Ｍの下部側の表面にも凹凸が多く発生するような場合、対向配置する両電極ともに変形可能電極１２０、２２０としても良い。

【0028】

図４に、本発明の第２実施形態の高周波誘電加熱装置２００および従来のピン電極による高周波誘電加熱装置において、解凍のための加熱を以下の条件で行った際の温度履歴を示す。
被加熱物：冷凍豚ヒレ肉ブロック
高周波出力：９０ＶＡ
周波数：１０ＭＨｚ
ピン温度：１０℃
解凍完了中心温度：−２℃

【0029】

図４に示すように、本発明の第２実施形態の高周波誘電加熱装置および従来のピン電極による高周波誘電加熱装置のいずれの場合でも、中心温度の上昇曲線はほぼ同じであり、中心温度−２℃の解凍完了までに要する時間はどちらも３９分であったが、表面温度の変化曲線が大きく異なるものとなった。なお、表面温度は複数箇所の測定値の平均値である。

【0030】

従来のピン電極による高周波誘電加熱装置の場合は、ピン電極から伝達される熱によって被加熱物の表面に接触した時点から急激に表面温度が上昇し、２０分を超えた時点で０℃を超え、その後、解凍部分の加熱効率が高いことから、中心温度の上昇よりも速い速度で温度が上昇し、解凍完了時に表面温度は６℃まで上昇した。
これに対し、本発明の第２実施形態の高周波誘電加熱装置の場合は、変形可能電極による断熱効果により、２０分を超えた時点で表面温度と中心温度との差がほぼなくなり、解凍完了時に表面温度が０℃を超えることはない。

【0031】

さらに、本実験例では、表面温度が−２℃に達する３０分を超えた時点で変形可能電極を薄く（図３に示す状態）することで、表面全体の平均温度と中心温度の差が拡大することなく、表面に局所的に生じる温度上昇を防止して解凍が完了する。
このことで、被加熱物を解凍後に氷温付近で冷蔵する場合にも、表面温度を冷蔵温度以上に上昇させることなく、短時間に解凍することが可能となる。

【産業上の利用可能性】

【0032】

本発明の高周波誘電加熱装置は、被加熱物Ｍの表面の局所的な温度上昇を抑制しながら内部を急速に加熱することが可能であり、被加熱物表面の温度上昇による品質や風味の劣化を抑制でき、飲食店や家庭等における冷凍食品の解凍やその他の工業用の加熱に広く適用でき、産業上の利用可能性が高い。

【符号の説明】

【0033】

１００、２００ ・・・ 高周波誘電加熱装置
１１０、２１０ ・・・ 下部電極
１２０、２２０ ・・・ 変形可能電極
１２１、２２１ ・・・ 断熱性材
２２２ ・・・ 流体
２２３ ・・・ 袋部材
１２４、２２４ ・・・ 導電性膜
２２５ ・・・ 流出入口
２３０ ・・・ 伝熱手段
２３１ ・・・ ピン部材
２３２ ・・・ ピン保持体
２４０ ・・・ 温度調整手段
２４１ ・・・ ジャケット
２４２ ・・・ 加熱・冷却部
１５０、２５０ ・・・ 高周波電源
Ｍ ・・・ 被加熱物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】