特開 2024-68359 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】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024068359

(43)【公開日】2024-05-20

(54)【発明の名称】高周波誘電加熱装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 6/50 20060101AFI20240513BHJP

   H05B 6/68 20060101ALI20240513BHJP

【ＦＩ】

H05B6/50

H05B6/68 320R

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022178743

(22)【出願日】2022-11-08

(71)【出願人】

【識別番号】399048917

【氏名又は名称】日立グローバルライフソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】藤本 貴行

(72)【発明者】

【氏名】市川 勝英

(72)【発明者】

【氏名】堀内 敬介

【テーマコード（参考）】

3K086

【Ｆターム（参考）】

3K086AA01

3K086BA09

3K086CA02

3K086CA20

3K086CB12

3K086CC01

3K086CD07

3K086CD27

3K086DA12

(57)【要約】

【課題】 ＭＨｚ帯域の高周波電界を印加して冷凍食品を解凍する高周波誘電加熱装置において、冷凍食品の端部や角部、突起部などの過加熱を抑制し、解凍時間の短縮と解凍品質の向上を両立させる。
【解決手段】 被加熱物を収納する加熱室と、前記被加熱物を挟むように対向配置された一対の電極と、前記被加熱物の温度を検知する温度センサと、ＭＨｚ帯域の高周波電力を出力する高周波電源と、該高周波電源の出力を増幅して前記一対の電極間に印加する増幅部と、前記一対の電極間に印加される電圧値を検知する電圧検知部と、前記被加熱物に生じる発熱量を計算する演算部と、該演算部が計算した前記発熱量が上昇から減少に転じた時点で、前記増幅部の増幅率を低減する制御部と、を備える高周波誘電加熱装置。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被加熱物を収納する加熱室と、
前記被加熱物を挟むように対向配置された一対の電極と、
前記被加熱物の温度を検知する温度センサと、
ＭＨｚ帯域の高周波電力を出力する高周波電源と、
該高周波電源の出力を増幅して前記一対の電極に印加する増幅部と、
前記一対の電極間に印加される電圧値を検知する電圧検知部と、
前記被加熱物に生じる発熱量を計算する演算部と、
該演算部が計算した前記発熱量が上昇から減少に転じた時点で、前記増幅部の増幅率を低減する制御部と、
を備えることを特徴とする高周波誘電加熱装置。

【請求項2】

請求項１に記載の高周波誘電加熱装置において、
前記演算部には、前記被加熱物の種類に応じた誘電特性データが予め格納されていることを特徴とする高周波誘電加熱装置。

【請求項3】

請求項２に記載の高周波誘電加熱装置において、
前記誘電特性データは、前記被加熱物の温度に対する比誘電率の特性データと、前記被加熱物の温度に対する誘電損率の特性データであることを特徴とする高周波誘電加熱装置。

【請求項4】

被加熱物を収納する加熱室と、
前記被加熱物を挟むように対向配置された一対の電極と、
前記被加熱物の温度を検知する温度センサと、
ＭＨｚ帯域の高周波電力を出力する高周波電源と、
該高周波電源の出力を増幅して前記一対の電極間に印加する増幅部と、
前記一対の電極間に印加される電圧値を検知する電圧検知部と、
前記被加熱物の種類に応じた誘電特性データが予め格納されており、選択された誘電特性データに基づいて前記被加熱物に生じる発熱量を計算する演算部と、
該演算部が計算した前記発熱量の変化に応じて、前記増幅部の増幅率を低減する制御部と、
を備えることを特徴とする高周波誘電加熱装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４の何れか一項に記載の高周波誘電加熱装置において、
前記高周波電源の出力インピーダンスと、前記被加熱物を含む負荷側インピーダンスの整合をとる整合部を更に備えることを特徴とする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、高周波誘電加熱装置に係り、特にＭＨｚ帯域の高周波電界を冷凍食品に印加し、誘電加熱により冷凍食品を解凍する高周波解凍装置に関する。

【背景技術】

【0002】

食品の加工工場等では、冷凍状態の食材を解凍して食品を加工する場合がある。この種の工場等で使用される食材解凍機の一種として、対向する電極の間に配置した冷凍食品にＭＨｚ帯域の高周波電界を印加し、誘電加熱により冷凍食品を解凍する高周波解凍装置が知られている（例えば、特許文献１）。

【0003】

ここで、高周波誘電加熱とは、被加熱物である誘電体（食材）に高周波電界を印加し、被加熱物を構成する極性分子（水分子等）の振動等に起因する自己発熱（誘電損失）により、被加熱物を内部から加熱する技術である。

【0004】

一般的な家庭用の電子レンジでは、マイクロ波（ＧＨｚ帯域の電界）による誘電加熱を利用するが、マイクロ波による誘電加熱は氷と水の発熱差が大きいため、家庭用の電子レンジで冷凍食品を解凍すると、食品表層部の融解した部分が著しく発熱することで大きな加熱ムラが生じるとういう問題がある。

【0005】

一方、マイクロ波よりも低い周波数帯域（ＭＨｚ帯域）の高周波電界を使用する、主に業務用の高周波誘電加熱装置では、一般的な電子レンジよりも、高周波エネルギーの食材への浸透深度が深く、また、氷と水の発熱量の差も小さいため、加熱ムラが生じ難いという利点がある。

【0006】

例えば、特許文献１の要約書には、「高周波解凍装置は、加熱室１と、加熱室１内に平行に配置され、間に被解凍物３が挿入される上部電極２ａおよび下部電極２ｂと、上部電極２ａと下部電極２ｂとの間に高周波電圧を印加する高周波電源４および整合回路６と、印加された高周波電圧の反射電力を検知する電力検知回路５と、電力検知回路５の検知信号の解凍開始時からの変化に基づいて被解凍物の進捗状態を推定して解凍の完了を判定し、判定に基づいて高周波電源４を制御する制御装置７と、を備える。」の記載があり、同文献の段落０００２には、「ＭＨｚ以上の高周波を印加して、誘電加熱にて冷凍された食品等の被解凍物を解凍する高周波解凍装置が知られている（例えば、特許文献１、２）。高周波解凍装置は、加熱室内に上部電極と下部電極とを備え、高周波電源から両電極間に高周波電界を与え、被解凍物の誘電損失により解凍を行う。誘電加熱方式は、平行電界が冷凍食品の内部に均等に到達するため、電子レンジによるマイクロ波を用いた解凍に比べて、大型の被解凍物の解凍に適している。」との記載がある。

【0007】

すなわち、特許文献１の高周波解凍装置では、ＭＨｚ帯域の高周波電界を使用することにより、マイクロ波（ＧＨｚ帯域）を使用する電子レンジでの解凍に比べ、被解凍物の内部をほぼ均等に解凍することができる。

【0008】

また、高周波誘電加熱による食材の解凍中には、解凍の進行に伴う食材の誘電損失の変化により、食材や電極を含む負荷側のインピーダンスは大きく変化するという問題がある。そこで、高周波電源の出力インピーダンスと、食材など被加熱物を含む負荷側のインピーダンスを略同一にすることで、高周波電源に戻る反射電力（反射波）をほぼ無くして食材の加熱効率を向上させるため、高周波電源と電極の間に可変コンデンサや可変コイルから構成される整合回路が備わっており、出力側と負荷側のインピーダンスの整合（マッチング）を維持するようにしている。

【0009】

この点に関し、特許文献１の段落００２０には、「制御装置７は、入力電極から反射電力をさし引いた電力が常に一定になるように、高周波電源４の出力を制御して、反射電力の増加に合わせて入射電力を増加させる。」との記載があり（上記の引用文にて、「入力電極」は入射電力の誤記と思われる）、同文献の段落００２１には、「制御装置７は、入射電力（ＦＷ）に対する反射電力（ＲＷ）の比率ＲＷ／ＦＷが閾値Ｘを超えると、整合回路６において可変コンデンサ６ａ、６ｂ、可変コイル６ｃ等を調整し、反射電力を０Ｗにする。このようなインピーダンス調整は、比率が閾値Ｘを超える毎に繰り返し行われる。」との記載がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２０２０－１４５１１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

特許文献１のように、ＭＨｚ帯域の高周波電界を印加して食材を解凍する際に、出力側と負荷側のインピーダンス整合を維持し、反射電力を無くして高周波電源からの出力電力のほぼ全てを食材に投入させ続けると、加熱効率は向上して解凍時間は短くなるが、食材の端部や角部、突起部などに次第に電界が集中してしまい、ＭＨｚ帯域の高周波誘電加熱においても食材の端部や角部、突起部などは過加熱されてしまうという問題が発生する。このようにして発生した過加熱に伴う温度ムラは解凍品質の低下に直接繋がることから、解凍時間を短くしつつ過加熱を抑制することが課題となっている。

【0012】

しかしながら、特許文献１では、このような食材端部や角部、突起部の過加熱を抑制する技術については言及されておらず、解凍時間の短縮と過加熱の抑制を両立させることは困難である。

【0013】

そこで本発明は、ＭＨｚ帯域の高周波電界を用いて冷凍食品等を解凍する際に、冷凍食品の解凍時間を短縮しつつ、食材の端部や角部、突起部などの過加熱を抑制し、解凍品質を向上させることが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。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記課題を解決するための本発明の特徴は、例えば以下の通りである。

【0015】

被加熱物を収納する加熱室と、前記被加熱物を挟むように対向配置された一対の電極と、前記被加熱物の温度を検知する温度センサと、ＭＨｚ帯域の高周波電力を出力する高周波電源と、該高周波電源の出力を増幅して前記一対の電極間に印加する増幅部と、前記一対の電極間に印加される電圧値を検知する電圧検知部と、前記被加熱物に生じる発熱量を計算する演算部と、該演算部が計算した前記発熱量が上昇から減少に転じた時点で、前記増幅部の増幅率を低減する制御部と、を備える高周波誘電加熱装置。

【発明の効果】

【0016】

本発明の高周波誘電加熱装置により、ＭＨｚ帯域の高周波電界を用いて冷凍食品等を解凍する際に、冷凍食品の解凍時間を短縮しつつ、食材の端部や角部、突起部などの過加熱を抑制し、解凍品質を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】一実施例の高周波誘電加熱装置の概略構成図。

【図2】図１の演算部に格納される食材毎の誘電特性データの概念図。

【図3】経過時間と食材温度または電極間電圧の関係を示すグラフ。

【図4】食材温度と食材の発熱量の関係を示すグラフ。

【図5】食材発熱量の減少時に増幅部の増幅率を低減させる制御の一例。

【図6】一実施例の高周波誘電加熱装置における処理フローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を用いて、本発明の高周波誘電加熱装置の実施例について説明する。

【0019】

なお、以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものでは無く、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において、当業者による様々な変更および修正が可能である。

【0020】

また、本発明は、ステーキ肉店、焼き肉店、回転寿司を含む寿司店、居酒屋、ファミリーレストラン等の外食店舗のバックヤード等に高周波解凍装置を設置し、入店する客数に応じて予め貯蔵している冷凍状態の食材や食品（牛肉、鶏肉、魚肉、ケーキ、デザート等）を短時間で解凍して来店客に料理を提供する場合や、コンビニエンスストアやスーパーマーケット等の小売店舗のバックヤード等に高周波解凍装置を設置し、入店する客数に応じて予め貯蔵している弁当や惣菜等の冷凍食品を短時間で解凍し、小売店舗内の陳列棚に冷蔵チルド品として並べる場合等を想定したものであるが、本発明の高周波誘電加熱装置の用途は列挙した用途に限定されるものではない。

【0021】

＜高周波誘電加熱装置１００の概略構成＞
図１は、本発明の一実施例に係る高周波誘電加熱装置１００の概略構成図である。本図に示すように、高周波誘電加熱装置１００は、加熱室１と、高周波電源２と、増幅部３と、整合部４と、電力検知部５と、電圧検知部６と、演算部７と、制御部８と、図示しない操作部と表示部を有する。以下、各部の詳細を順次説明する。

【0022】

加熱室１は、被加熱物である冷凍食品（以下、食材Ｆと称する。）を収納して誘電加熱により解凍するための箱体であり、電極１１、載置台１２、重量センサ１３、温度センサ１４、および、食材Ｆの出し入れに際し開閉するドア（図示せず）を有する。

【0023】

電極１１は、加熱室１に収納した食材Ｆを挟むように対向配置した一対の非磁性金属板（アルミニウム合金板、ステンレス鋼板等）であり、例えば、加熱室１の上部に配置した上部電極１１ａと、加熱室１の下部に配置した下部電極１１ｂである。このような構成の高周波誘電加熱装置１００では、上部電極１１ａと下部電極１１ｂの間にＭＨｚ帯域の高周波電界を発生させることで、両電極間に配置した食材Ｆを誘電加熱して解凍することができる。

【0024】

なお、上部電極１１ａと下部電極１１ｂは固定されたものであっても良いし、図示しない昇降装置によって上下方向に移動可能な構成であっても良い。解凍時間の短縮化には、上部電極１１ａを食材Ｆになるべく近づける配置が望ましいので、昇降装置を用いる構成の場合、食材Ｆの厚さや形状に応じて、上部電極１１ａを食材Ｆに近接させることで加熱効率を向上させて、解凍時間を短縮化することができる。

【0025】

載置台１２は、食材Ｆを載置するための台であり、具体的には、誘電加熱によっては熱せられない、セラミックス製や耐熱樹脂製の容器、皿、板などである。

【0026】

重量センサ１３は、載置台１２に載置した食材Ｆの重量を自動で検知し、後述する演算部７へ送信するセンサである。

【0027】

温度センサ１４は、載置台１２に載置した食材Ｆの温度（以下、食材温度Ｔ_Ｆと称する。）を自動で検知し、後述する演算部７へ送信するセンサである。なお、この温度センサ１４は、例えば、食材Ｆが放射する輻射熱を食材温度Ｔ_Ｆに換算する放射温度計などである。

【0028】

高周波電源２は、ＭＨｚ帯域の高周波電力を出力する電源である。

【0029】

増幅部３は、高周波電源２が出力した高周波電力を、後述する制御部８が指定する増幅率で増幅するアンプ回路である。制御部８による増幅率制御の詳細は後述することとする。

【0030】

整合部４は、高周波電源２の出力インピーダンスと、食材Ｆおよび電極１１を含む負荷側のインピーダンスの整合（マッチング）をとる回路である。特許文献１でも説明されたように、食材Ｆの解凍の進行に伴い食材Ｆの誘電損失が大きく変化するため、食材Ｆの解凍中には負荷（食材Ｆと電極１１）のインピーダンスも大きく変化する。そこで、整合部４が内蔵する可変コイルと可変コンデンサを適当に調整することにより、高周波電源２の出力インピーダンスと、負荷（食材Ｆと電極１１）のインピーダンスを略同一にし、整合部４から高周波電源２に戻る反射電力（反射波）をほぼ無くすことで、食材Ｆの加熱効率を向上させることが可能となる。

【0031】

電力検知部５は、整合部４の整合状態に基づいて、高周波電源２と増幅部３から整合部４に入射する進行電力（入射波）と、整合部４から増幅部３と高周波電源２に戻る反射電力（反射波）を検知し、後述する制御部８へ送信する。

【0032】

電圧検知部６は、電極１１間に印加される電圧値（下部電極１１ｂが接地された図１の構成では、上部電極１１ａに印加される電圧値）を検知し、後述する演算部７へ送信する。

【0033】

演算部７は、重量センサ１３、温度センサ１４、電圧検知部６の各出力情報や、後述する食材毎の誘電特性データ等に基づき、解凍時間の目安ｔ_ｍを自動で計算したり、解凍中の食材Ｆに生じる発熱量Ｑ_ｍを自動で計算したりする。ここでの発熱量Ｑ_ｍの演算方法の詳細は後述する。

【0034】

制御部８は、電力検知部５や演算部７からの各出力情報に基づき、増幅部３の出力調整や、整合部４の整合調整を行う。ここでの出力調整や整合調整の詳細は後述する。

【0035】

なお、演算部７と制御部８は、具体的には、ＣＰＵ等の演算装置、半導体メモリ等の記憶装置、および、通信装置などのハードウェアを備えたコンピュータである。そして、演算装置が所定のプログラムを実行することで、後述する各機能を実現するが、以下では、このような周知技術を適宜省略しながら説明する。

【0036】

上記した構成の高周波電源２と増幅部３により、ＭＨｚ帯域の高周波電力が発振され、整合部４を介して、上部電極１１ａから食材Ｆに高周波電界が印加される。前述したように、ＭＨｚ帯域の高周波電界は電子レンジで使用されるマイクロ波（ＧＨｚ帯域）に比べ、食材Ｆの内部深くまで到達し易いという特性があるため、本実施例の高周波電源２を用いることで、食材Ｆの均質な解凍を促進することができる。

【0037】

＜演算部７による、発熱量Ｑ_ｍの演算方法＞
次に、演算部７による、食材Ｆに生じる発熱量Ｑ_ｍの演算方法を詳細に説明する。

【0038】

図２は、本実施例の演算部７に格納される、食材毎の誘電特性データの概念図である。ここに例示する食材Ｆの誘電特性データは、食材温度Ｔ_Ｆに対する比誘電率ε’の特性データと、食材温度Ｔ_Ｆに対する誘電損率ε''の特性データである。なお、誘電損率ε''とは、食材Ｆでの誘電体損（発熱）の割合を示す指標である。これらの誘電特性データは何れも、食材毎（より厳密には、食材の部位毎）に固有の値をとるが、両者共に、マイナス温度帯において温度の上昇に伴い少しずつ大きくなり、概ねマイナス５℃前後付近から急激に上昇する傾向にある。

【0039】

本実施例では、解凍対象の各食材（図２の例では食材Ｆａ～Ｆｃの３種類）の誘電特性データを演算部７に予め格納している。そのため、加熱室１に収納した食材Ｆが何れに該当するかをユーザが事前に指定すれば、演算部７は、温度センサ１４が検知した食材温度Ｔ_Ｆに応じた比誘電率ε’、誘電損率ε''の値を、指定された食材Ｆの誘電特性データに基づいて求めることができる。また、演算部７は、求めた比誘電率ε’、誘電損率ε''に基づいて、食材Ｆの現時点の誘電加熱量（すなわち、発熱量Ｑ_ｍ）を演算することができる。以下、演算部７での食材Ｆの発熱量Ｑ_ｍの演算方法を具体的に説明する。

【0040】

誘電加熱により食材Ｆに生じる発熱量Ｑ_ｍ（Ｗ／ｍ^３）は（式１）で与えられる。ここで、（式１）のｆは高周波電源２が出力する高周波電力の周波数（Ｈｚ）、ε_０は真空の誘電率（＝8.854×10^-12Ｆ／ｍ）、Ｅ_ｍは電極１１が食材Ｆに印加する電界強度（Ｖ／ｍ）である。

【0041】

【数1】

【0042】

また、図１の高周波誘電加熱装置１００のように、上部電極１１ａと下部電極１１ｂの間に食材Ｆと空気層が配置されるとき、食材Ｆに印加される電界強度Ｅ_ｍ（Ｖ／ｍ）は（式２）で与えられる。ここで、（式２）のＶは上下電極間の電圧（Ｖ）、ｄ_０は空気層の厚さ（ｍ）、ｄ_Ｆは食材Ｆの厚さ（ｍ）である。

【0043】

【数2】

【0044】

（式２）を（式１）に代入すると、発熱量Ｑ_ｍ（Ｗ／ｍ^３）は（式３）で表される。

【0045】

【数3】

【0046】

従って、本実施例の演算部７は、電圧検知部６で検知した上下電極間の電圧Ｖと、温度センサ１４で検知した食材温度Ｔ_Ｆと、解凍中の食材Ｆに対応する誘電特性データ（図２参照）と、（式３）を利用することで、食材Ｆの現時点の発熱量Ｑ_ｍを演算することができる。そして、発熱量Ｑ_ｍを時系列で演算することで、演算部７は発熱量Ｑ_ｍの経時変化を記憶することができる。なお、発熱量Ｑ_ｍの値を演算する際、（式３）のｄ_Ｆには解凍中の食材Ｆに対応する所与の標準値を代入すれば良く、ｄ_０には装置仕様で定まる所与の値を代入すれば良い。

【0047】

＜冷凍マグロ柵の解凍中の食材温度Ｔ_Ｆと発熱量Ｑ_ｍの関係＞
次に、図３、図４を用いて、冷凍マグロの柵を解凍する場合の食材温度Ｔ_Ｆと発熱量Ｑ_ｍの関係を説明する。

【0048】

図３は、冷凍マグロ柵（約２００ｇ）をＭＨｚ帯域の高周波誘電加熱により解凍した場合の、食材温度Ｔ_Ｆの時間変化の測定結果（破線）と、電極間電圧Ｖの時間変化の測定結果（実線）の一例を併記したグラフである。上記したように、食材加熱中の制御部８は、整合部４から高周波電源２に戻る反射電力（反射波）を抑制するように、整合部４が内蔵する可変コイルと可変コンデンサを調整する。その影響により、冷凍マグロ柵を解凍中の電極間電圧Ｖは、図３の実線グラフで示すように、一時的に下降した後、上昇するような形態をとる。なお、図３の破線グラフ上部に示すように、食材温度Ｔ_Ｆが約マイナス５℃～マイナス１℃の温度帯は、解凍時の温度上昇が緩慢になる温度帯であり、最大氷結晶生成帯と呼ばれる。

【0049】

本実施例の高周波誘電加熱装置１００では、電圧検知部６により上部電極１１ａの電圧値（電極間電圧Ｖ）を取得でき、温度センサ１４により食材温度Ｔ_Ｆを取得できる。そのため、電圧検知部６と温度センサ１４の出力が入力される演算部７では、図３に例示するようなデータ対を素材として、食材温度Ｔ_Ｆの変化に対する電極間電圧Ｖの変化のデータを得ることができる。

【0050】

さらに、本実施例の演算部７では、（１）冷凍マグロ柵の誘電特性データ（図２参照）から取得した食材温度Ｔ_Ｆに対する比誘電率ε’と誘電損率ε''、（２）電圧検知部６で検知した電極間電圧Ｖのデータ、および、（式３）に基づいて、所定の食材温度Ｔ_Ｆが検知された時点の食材Ｆに生じる発熱量Ｑ_ｍを演算することができる。

【0051】

このような発熱量Ｑ_ｍの演算を所定時間継続することで、演算部７は、図４に示すような、冷凍マグロ柵の食材温度Ｔ_Ｆと発熱量Ｑ_ｍの関係を示すグラフを取得することができる。本例では、食材温度Ｔ_Ｆがマイナス２０℃からマイナス１０℃まで上昇する過程では発熱量Ｑ_ｍが徐々に上昇し、その後、発熱量Ｑ_ｍが急激に増大して最大氷結晶生成帯（マイナス５℃～マイナス１℃）の手前付近で最大となることが分かる。

【0052】

従って、本実施例の高周波誘電加熱装置１００においては、増幅部３の増幅率を大きく設定して解凍を開始し、食材Ｆの発熱量Ｑ_ｍの変化が増大から減少に転じる時点（発熱量Ｑ_ｍの最大点）を演算部７で検知し、その時点で増幅部３の増幅率を低減すれば、食材Ｆの解凍時間を短縮しつつ、食材Ｆの発熱量Ｑ_ｍが急減する温度帯での誘電加熱エネルギーの過剰供給に伴う食材Ｆの局所的な過加熱を抑制できることが分かる。

【0053】

なお、図４では、発熱量Ｑ_ｍが最大となる食材温度Ｔ_Ｆが最大氷結晶生成帯より低い温度であるが、食材Ｆの種類や電極間の電圧値によっては、発熱量Ｑ_ｍが最大となる食材温度Ｔ_Ｆが最大氷結晶生成帯に含まれることもある。

【0054】

＜制御部８による制御方法＞
次に、上記した機序を応用して、食材Ｆの局所的な過加熱を抑制するための制御部８による制御内容を具体的に説明する。

【0055】

図５（ａ）は、温度センサ１４で検知した食材温度Ｔ_Ｆと、演算部７で計算した解凍中の食材Ｆに生じる発熱量Ｑ_ｍの関係を示すグラフである。なお、図中のＱ_ｍaは、ある時刻ｔ_ａに検知した食材温度Ｔ_Ｆａに基づいて算出した、発熱量の最大値である。また、Ｑ_ｍｂ（ただし、Ｑ_ｍa ＞ Ｑ_ｍｂ）は、前述の時刻ｔ_ａの次の制御周期である時刻ｔ_ｂに検知した食材温度Ｔ_Ｆｂ（ただし、Ｔ_Ｆａ ＜ Ｔ_Ｆｂ）に基づいて算出した発熱量である。従って、この例では、時刻ｔ_ａと時刻ｔ_ｂの間の何れかの時点で、食材Ｆの発熱量Ｑ_ｍが増加から減少に転じていることになる。

【0056】

また、図５（ｂ）は、温度センサ１４で検知した食材温度Ｔ_Ｆと、増幅部３の増幅率の関係を示すグラフである。図５（ａ）と図５（ｂ）の比較から分かるように、本実施例の制御部８は、食材Ｆの発熱量Ｑ_ｍが増加から減少に転じたことを演算部７が検知した時刻ｔ_ｂの時点で、増幅部３に設定する増幅率を初期値より低減させている。

【0057】

このように増幅部３に設定する増幅率を切り替えることにより、解凍開始時に設定した高い増幅率で増幅された高周波電界により食材Ｆの解凍時間を短縮させつつ、発熱量Ｑ_ｍの減少の検知後に設定した低い増幅率で増幅された高周波電界により食材Ｆの端部や角部、突起部などの過加熱を抑制することが可能となる。従って、本実施例により、冷凍食品の解凍の時短と解凍品質向上の両立を実現することができる。

【0058】

なお、食材Ｆの解凍中には、食材Ｆの厚さｄ_Ｆと空気層の厚さｄ_０は一定であるため、上記した（式３）で計算される発熱量Ｑ_ｍの増減は、変数である、食材Ｆの誘電特性データ（比誘電率ε’、誘電損率ε''）と、電極間電圧Ｖだけの影響を受ける。従って、食材Ｆの厚さｄ_Ｆや空気層の厚さｄ_０が不明であっても、それらを任意の固定値と仮定して計算した発熱量Ｑ_ｍの増減から、増幅部３に設定する増幅率を切り替えるべき適切なタイミング（前述の時刻ｔ_ｂ）を検知することができる。

【0059】

＜フローチャート＞
次に、図６のフローチャートを用いて、ユーザによる操作と、高周波誘電加熱装置１００による解凍動作の一例について説明する。

【0060】

まず、ステップＳ１では、ユーザは、加熱室１のドアを開き、載置台１２に冷凍された食材Ｆを載置した後、加熱室１のドアを閉じる。

【0061】

ステップＳ２では、重量センサ１３は、食材Ｆの重量を自動で検知し、温度センサ１４は、初期の食材温度Ｔ_Ｆを自動で検知する。なお、温度センサ１４による検知は、以後も継続されるものとする。

【0062】

ステップＳ３では、演算部７は、ステップＳ２で検知した食材重量と初期の食材温度Ｔ_Ｆに基づき、解凍時間の目安ｔ_ｍ（秒）を演算し、その演算結果を高周波誘電加熱装置１００の前面の表示部に表示する。

【0063】

ステップＳ４では、ユーザは、操作部を操作して、食材Ｆの種類に応じた解凍メニュー番号を登録する。これにより、演算部７は、予め格納されている複数の誘電特性データ（図２参照）から、加熱室１に収納された食材Ｆに対応する誘電特性データを選択することができる。

【0064】

ステップＳ５では、ユーザは、操作部を操作して、解凍開始を指令する。この指令を受けた制御部８の制御により、高周波電源２は、ＭＨｚ帯域の高周波電力の出力を開始する。また、増幅部３は、制御部８の制御により初期設定された高い増幅率で、高周波電源２が出力した高周波電力を増幅する。これにより、ある一定の高周波出力電力により食材Ｆの解凍が開始される。

【0065】

ステップＳ６では、演算部７は、電圧検知部６と温度センサ１４の出力に基づき、食材温度Ｔ_Ｆと電極間電圧Ｖの観測を開始する（図３参照）。

【0066】

ステップＳ７では、演算部７は、ステップＳ４で選択した誘電特性データ（図２参照）と、温度センサ１４が検知した現時点の食材温度Ｔ_Ｆに基づいて、現時点の食材温度Ｔ_Ｆに対する比誘電率ε’と誘電損率ε''を演算する。また、演算部７は、現時点の食材温度Ｔ_Ｆと電極間電圧Ｖ、および、本ステップ前半で取得した比誘電率ε’と誘電損率ε''を、前述の（式３）に代入し、食材Ｆに生じる発熱量Ｑ_ｍを演算する。

【0067】

ステップＳ８では、演算部７は、今回の制御周期に演算した発熱量Ｑ_ｍと、前回の制御周期に演算した発熱量Ｑ_ｍを比較し、発熱量の変化が増大から減少に転じたかを判定する。そして、要件を満たさない場合は、ステップＳ８を繰り返し、要件を満たす場合は、ステップＳ９に進む。

【0068】

ステップＳ９では、制御部８は、増幅部３に設定する増幅率を、初期値よりも小さいものに切り替える（図５参照）。これにより、増幅部３からの高周波出力が初期のものより低減される。これにより、食材Ｆの端部や角部、突起部などの過加熱が抑制される。

【0069】

ステップＳ１０では、制御部８は、解凍開始からの経過時間が、ステップＳ３で定めた解凍時間の目安ｔ_ｍに達したかを判定する。そして、要件を満たさない場合は、ステップＳ１０を繰り返し、要件を満たす場合は、ステップＳ１１に進む。

【0070】

ステップＳ１１では、制御部８は、高周波電源２をＯＦＦし解凍を完了する。

【0071】

＜本実施例の効果など＞
以上で説明した本実施例の高周波誘電加熱装置により、ＭＨｚ帯域の高周波電界を用いて冷凍食品等を解凍する際に、冷凍食品の解凍時間を短縮しつつ、食材の端部や角部、突起部などの過加熱を抑制し、解凍品質を向上させることが可能となる。なお、以上の実施例では、食材Ｆを解凍する高周波誘電加熱装置を例示したが、本発明の高周波誘電加熱装置は、食材以外を解凍対象とするものであっても良い。

【符号の説明】

【0072】

１００ 高周波誘電加熱装置
１ 加熱室
１１ 電極
１１ａ 上部電極
１１ｂ 下部電極
１２ 載置台
１３ 重量センサ
１４ 温度センサ
２ 高周波電源
３ 増幅部
４ 整合部
５ 電力検知部
６ 電圧検知部
７ 演算部
８ 制御部
Ｆ 食材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】