(57)【要約】【課題】加熱電極を被加熱材の形状に追従させながら加圧雰囲気下においてその被加熱材を高周波誘電加熱することが可能な加熱装置を提供する。【解決手段】ピン支持台２１にピン電極１０が貫通する貫通穴２１aならびに加圧流体が流入出する圧力供給口２１bを設ける。そして、ピン支持台２１,２１によって加熱保持部３０を挟み密閉空間を形成する。そして、ピン電極１０,１０によって被加熱材（食材５１）を保持・加熱しながら、圧力供給口２１bと、必要に応じて加圧ポート３１aを介して加圧流体を加熱保持部３０の内部に供給して、又は排気弁３１eを介して加圧流体を排気して食材５１を加圧雰囲気下で高周波誘電加熱する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱材を加圧しながら対向電極により前記被加熱材を保持し加熱する加熱装置であって、
前記電極を駆動する電極駆動手段は加圧流体であることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
前記電極駆動手段は前記加圧流体を蓄える電極駆動室を備え、該電極駆動室は前記被加熱材に該加圧流体を供給する圧力供給口を備える請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記被加熱材を加熱・保持する加熱保持室を備え、該加熱保持室は該被加熱材に加圧流体を供給する圧力供給口と、加圧流体を排気する排気口を各々備える請求項１又は２に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記電極駆動室の圧力供給口と前記加熱保持室の圧力供給口とが同一である請求項３に記載の加熱装置。
【請求項５】
前記電極駆動室は前記電極を支持する貫通穴を備えた支持部を有し、前記貫通穴が前記圧力供給口となる請求項４に記載の加熱装置。
【請求項６】
前記電極駆動室と前記加熱保持室は、一体化された密閉容器で構成されている請求項３から５の何れかに記載の加熱装置。
【請求項７】
前記電極はピン電極である請求項１から６の何れかに記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱装置、特に、加熱電極を被加熱材の形状に追従させながら加圧雰囲気下においてその被加熱材を高周波誘電加熱することが可能な加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
食材を電気的に加熱する方法の一つである誘電加熱法は、被加熱材（誘電体）に高周波電圧を印加し、被加熱材を構成する各分子の極性を高周波で変化させ、それに伴う分子の回転・衝突・振動・摩擦等に起因する内部発熱によって被加熱材を加熱する方法である。従って、誘電加熱法は食材の表面を過加熱することなく食材の内部まで深く加熱することが出来る利点を有している。
また、被加熱材（包装食品）を収容する加熱室を加圧しながら被加熱材を誘電加熱することにより、包装食品を１００℃以上にまで加熱する高周波加熱殺菌装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１６３９６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記高周波加熱殺菌装置では、平板電極と平板電極との間の外周部をシール部材を用いてシールして密閉空間を形成し、被加熱材が置かれたその密閉空間を圧縮空気で加圧しながら被加熱材を高周波誘電加熱している。
しかし、対向した平板電極によって被加熱材を誘電加熱する上記従来技術は、被加熱材が不定形の場合、不定形な被加熱材に対し形状追従性が無いため安定した加熱が困難である。
そこで、本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、加熱電極を被加熱材の形状に追従させながら加圧雰囲気下においてその被加熱材を高周波誘電加熱することが可能な加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するために請求項１に記載の加熱電極では、被加熱材を加圧しながら対向電極により前記被加熱材を保持し加熱する加熱装置であって、
前記電極を駆動する電極駆動手段は加圧流体であることを特徴とする。
上記加熱装置では、加熱電極は加圧流体によって駆動されるため、その加圧流体を被加熱材の加圧に対しても流用することが可能となる。加圧流体を被加熱材の加圧に対しても流用することによって「加熱電極の駆動」と「被加熱材の加圧」に係る各機構を共有化することができ、その結果、全体の構成を簡素化することが可能となる。また、後述するように加熱電極をピン電極によって構成することによって、加圧雰囲気下において電極を被加熱材の形状に追従させて当接することが可能となり、これにより、被加熱材、特に不定形な被加熱材を従来よりも高温かつ均一に誘電加熱することが可能となる。
【０００６】
請求項２に記載の加熱装置では、前記電極駆動手段は前記加圧流体を蓄える電極駆動室を備え、該電極駆動室は前記被加熱材に該加圧流体を供給する圧力供給口を備えることとした。
上記加熱装置では、上記構成とすることにより、「加熱電極の駆動」と「被加熱材の加圧」に係る各機構を一体化し、全体の構成を簡素化することが可能となる。
【０００７】
請求項３に記載の加熱装置では、前記被加熱材を加熱・保持する加熱保持室を備え、該加熱保持室は該被加熱材に加圧流体を供給する圧力供給口と、加圧流体を排気する排気口を各々備えることとした。
上記加熱装置では、上記構成とすることにより、被加熱材を所望の値に加圧することが可能となる。これにより、後述するピン電極の効果と相俟って、被加熱材、特に不定形な被加熱材を従来よりも高温かつ均一に誘電加熱することが可能となる。
【０００８】
請求項４に記載の加熱装置では、請求項３に記載の加熱装置において、前記電極駆動室の圧力供給口と前記加熱保持室の圧力供給口とが同一である構成とした。
上記加熱装置では、上記構成とすることにより、各機構をより簡素化し、全体の構成を簡素化することが可能となる。
【０００９】
請求項５に記載の加熱装置では、請求項４に記載の加熱装置において、前記電極駆動室は前記電極を支持する貫通穴を備えた支持部を有し、前記貫通穴が前記圧力供給口となる構成とした。
上記加熱装置では、上記構成とすることにより、各機構をより簡素化し、全体の構成を簡素化することが可能となる。
【００１０】
請求項６に記載の加熱装置では、前記電極駆動室と前記加熱保持室は、一体化された密閉容器で構成されていることとした。
上記加熱装置では、上記構成とすることにより、「加熱電極の駆動」と「被加熱材の加圧」に係る各機構をより簡素化し、全体の構成を簡素化することが可能となる。
【００１１】
請求項７に記載の加熱装置では、前記電極はピン電極であることとした。
上記加熱装置では、上記構成とすることにより、電極を被加熱材の形状に追従させて電気的および熱的作用を被加熱材に及ぼすことが可能となる。これにより、加圧雰囲気の効果と相俟って、被加熱材、特に不定形な被加熱材を従来よりも高温かつ均一に誘電加熱することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の加熱装置によれば、電極を被加熱材の形状に追従させながら加圧雰囲気下において被加熱材、特に不定形な被加熱材を従来よりも高温かつ均一に誘電加熱することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の加熱装置を示す要部断面説明図である。
【図２】本発明の加熱装置に係るピン電極及び電極駆動部を示す説明図である。
【図３】実施例１に係るピン支持台を示す要部断面説明図である。
【図４】実施例２に係る加熱装置を示す要部断面説明図である。
【図５】図４のＡ部拡大図である。
【図６】実施例２に係るピン電極駆動室圧力、加熱保持室圧力、および加熱保持室排気弁圧力の相関関係を示す説明図である。
【図７】実施例２に係る被加熱材を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の加熱装置１００を示す要部断面説明図である。
この加熱装置１００は、被加熱材に当接し電気的または熱的作用を及ぼすピン電極１０,１０と、ピン電極１０,１０を駆動するピン電極駆動部２０,２０と、被加熱材をピン電極１０,１０によって所定位置に保持しながら加圧雰囲気下で高周波誘電加熱する加熱保持部３０と、ピン電極駆動部２０,２０または加熱保持部３０に圧力（加圧流体）を供給する加圧部４０とを具備して構成される。なお、本実施例では、被加熱材として包材５０に包まれた食材５１が、加熱保持部３０においてピン電極１０,１０によって上下（垂直方向）に保持され、なお且つ加圧された状態で高周波誘電加熱される。
【００１６】
ピン電極１０は、図２に示すように、食材に直に当接するピンヘッド１１と、ピンヘッド１１に結合しピン支持台２１との電気的または熱的接点となりピン電極１０のピン支持台２１に対する移動量（ストローク）を規定するロッド１２と、ピンヘッド１１の端位置（ストローク量）を規定すると共にストッパーとして機能するピンキャップ１３と、ピン電極の戻り手段、挙動安定化手段および支持手段としてのスプリング１４とから成る。
【００１７】
ピンヘッド１１は、例えば半球部と円筒部が組み合わされた形状を成し、ロッド１２は例えば細長円筒形状を成し一方の端部をピンヘッド１１と反対側の端部をピンキャップ１３とネジ結合している。また、ロッド１２は、ピン支持台２１の貫通穴２１aに挿通されピン支持台２１との電気的または熱的接点となる。
【００１８】
なお、ピンヘッド１１とロッド１２の結合については、食材の形状に応じてピンヘッドの交換をすることが可能なネジ結合が好ましいが、切削や溶接など一体に形成してあっても良い。または、ロッド１２とピンキャップ１３を切削、溶接、加締めなどにより一体に形成してピンヘッド１１とロッド１２をネジ結合としても良い。
【００１９】
また、ピンヘッド１１、ロッド１２およびピンキャップ１３の材質としては、上記ピン支持台２１と同じアルミ、銅、カーボン、チタン、白金等の導電材である。
【００２０】
スプリング１４は、その一端をピン電極１０に、他端を圧力チャンバ２２に結合され、ピン電極１０の初期位置を決定すると共に、ピン電極１０の急激な挙動をスプリングの弾性力によって吸収しピン電極１０の挙動を安定化させる機能を有する。また、弾性力によってピン電極１０を初期位置に戻す機能がある。
【００２１】
電極駆動部２０は、ピン電極１０に対し電気的および熱的接点を確保しながら横方向に支持するピン支持台２１と、ピン電極１０を駆動する加圧流体を蓄える圧力チャンバ２２から成る。
【００２２】
ピン支持台２１には、ピン電極１０が摺動しながら相対変位する貫通穴２１aがピン電極１０ごとに別個独立に設けられている。この貫通穴２１aの内径は、ピン電極１０のロッド１２の外径より僅かに大きい程度である。これにより、各ピン電極１０はピン支持台２１と通電または伝熱しながらピン支持台２１に対し軸方向に別個独立に相対変位し、被加熱材（食材５１）の形状に好適に追従することが可能となる。
【００２３】
ピン電極１０の駆動は、後述するように圧力チャンバ２２の内圧を制御することにより行われる。なお、ピン電極１０の駆動は、圧力チャンバ以外に、ダイヤフラムなどの弾性体を用いることでも容易に実現することが出来る。
【００２４】
また、ピン支持台２１は、加熱保持部３０に圧力を供給するための圧力供給口２１bを備えている。これにより、ピン電極１０を駆動する圧力によって同時に被加熱材をも加圧することが可能となる。その結果、ピン電極１０,１０を被加熱材の外形に追従させた状態で被加熱材をピン電極１０,１０によって保持しながら加圧雰囲気下で高周波誘電加熱することが可能となる。従って、被加熱材を高温状態、例えば１００℃以上に均一に高周波誘電加熱することが可能となる。
【００２５】
また、ピン支持台２１はピン電極１０に対する電源または熱源となるため、その材質としては、ピン電極１０と同等か若しくはそれ以上の導電率および熱伝導率を有する材質が好ましい。
【００２６】
また、ピン支持台２１の形状は平板の他、曲面を有する複合形でもあっても良い。
【００２７】
圧力チャンバ２２は、加圧流体を貯めるインナースペース２２aと、加圧流体（例えば、ガス）の流路となるチャンネル２２bと、外部の高圧ガス源と連結する加圧ポート２２cとから成る。ここで、インナースペース２２aの圧力Pinが外気Poutよりも高い場合は、貫通穴２１aの入口と出口において圧力勾配が生じピン電極１０がインナースペース２２aのガス圧により押し下げられ下方に相対変位することとなる。一方、インナースペース２２aの圧力Pinが外気Poutよりも低い場合は、それとは逆向きの圧力勾配が生じピン電極１０が押し上げられ上方に相対変位することとなる。このように、インナースペース２２aの圧力を調整することにより、ピン電極１０をピン支持台２１に対し相対変位させることが可能となる。また、ピン電極が食材に当接した状態でインナースペース２２aの圧力を調整することにより、ピン電極１０が食材に当接する押圧を変えることが可能となる。従って、ピン電極１０が食材に当接した状態でインナースペース２２aの圧力を調整することにより、ピン電極１０により食材を所定の位置に保持・加熱することが可能となる。従って、この加熱装置１００に搬送手段を具備させることにより、ピン電極１０,１０による食材の加熱・保持搬送を安定して行うことが可能となる。
【００２８】
なお、使用されるガスについては、例えば清浄な空気および窒素等の不活性ガスである。
【００２９】
ピン電極１０の駆動は、前述したように圧力チャンバ２２の内部を加圧することにより行われるが、圧力チャンバ以外にダイヤフラムなどの弾性体を用いることでも容易に実現することが出来る。
【００３０】
再び図１に戻り、加熱保持部３０は、密閉空間を形成する加熱チャンバ壁３１から成り、加熱チャンバ壁３１は、外部の加圧源４０と連結する加圧ポート３１a、加圧流体が流入するチャンネル３１b、加圧流体が流出するチャンネル３１c及び排気ポート３１d、加圧流体の流出をオン／オフして加熱保持部３０の内部の圧力を調整する排気弁３１eを備える。
【００３１】
ところで、通常は、ピン電極１０を駆動した加圧流体が圧力供給口２１bを介して加熱保持部３０に供給され、加熱保持部３０の内部（雰囲気）は加圧される。加熱保持部３０の内部を更に昇圧したい場合、あるいはPin＜Poutを形成しピン電極１０を初期位置に戻したい場合は、加圧ポート３１aを介して加圧流体を供給して加熱保持部３０の内部を更に加圧することが出来る。
【００３２】
また、排気弁３１eを手動または自動にてオン／オフして加圧流体の一部を外部へ排気することによって、加熱保持部３０の内部圧力を所望の圧力に調整することが可能となる。
【００３３】
加熱チャンバ壁３１の材質は、上下のピン支持台の短絡を防止するため、非導電性物質（絶縁物）である。
【００３４】
加圧源４０は、高圧ガス源４１と、調圧弁４２,４３,４４と、圧力供給ライン４５とから成る。高圧ガス源４１は高圧ガスボンベ又は圧縮機である。調圧弁４２,４３,４４は下流の圧力を一定の圧力に調圧するバルブである。また圧力供給ライン４５は配管またはフレキシブルホースである。
【００３５】
また、ピン電極１０に印加される高周波電源（図示せず）の周波数は、例えば、数ｋＨｚから数百ＭＨｚまたは３ＭＨｚから１００ＭＨｚである。
【００３６】
また、包材５０の材質は、例えばＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の樹脂、鉄やアルミ等の金属、紙、ガラス、その組み合わせからなる複合材等からなり、包装形態はフィルム、トレー、カップ状の容器など特に規定されるものではない。また、これら容器に塗料や蒸着処理など各種表面処理が施されてあっても良い。
【００３７】
なお、本実施例では、２つのピン電極１０,１０を用いた誘電加熱例を示したが、これに限らず、ピン電極１０と通常の平板電極との組み合わせによる誘電加熱であっても良い。また、電極の配置についても、垂直方向だけでなく水平方向であっても良い。
【００３８】
また、本実施例では、ピン電極１０はスプリング１４によって懸架または支持されているが、ピン電極１０はスプリング１４がないフリーであっても良い。
【実施例１】
【００３９】
図３は、実施例１に係るピン支持台２１を示す要部断面説明図である。
このピン支持台２１では、貫通穴２１a,２１a間に温度調整用水（以下、「温調水」という。）が流れる水路２１cが縦貫している。従って、ピン電極１０が食材５１に当接している状態で温調水を流すことより、温調水とピン電極１０との間で熱交換が行われるのと同時に、ピン電極１０と食材５１との間でも熱交換が行われるため、結果として食材の表面が間接的に加熱または冷却される。従って、温度上昇が鈍い加熱不良の場合は温調水として熱水を流すことにより、逆に温度上昇が急峻で目標温度を超えそうな過加熱の場合は温調水として冷却水を流すことにより、食材５１に対する精度の良い温度制御が可能となる。このように、ピン支持台２１の内部に水路２１cを形成し温調水を流すことにより、雰囲気全体を空調するより食材に対する効率的な温度制御が可能となる。また、高周波電源の周波数や出力調整では温度調整が難しい食材に対する加熱温度の微調整が可能となる。
【００４０】
なお、加熱保持部３０の内部および被加熱材を更に加圧・加熱したい場合は、加圧ポート３１aを介して蒸気を供給して加熱保持部３０の内部を加圧・加熱することも可能である。
【００４１】
また、加熱保持部３０の内部および被加熱材を冷却したい場合は、加圧ポート３１aを介して冷媒を供給して加熱保持部３０の内部および被加熱材を冷却することも可能である。
【実施例２】
【００４２】
図４は、本発明の実施例２に係る加熱装置２００を示す要部断面説明図である。
この加熱装置２００は、被加熱材に当接し電気的および／または熱的作用を及ぼすピン電極１０'、ピン電極１０'を支持すると共にピン電極１０'を駆動する加圧流体を蓄えるピン電極駆動室２０'、加圧流体により駆動されるピン電極１０',１０'によって被加熱材（食材５１）を所定位置に保持しながら加圧雰囲気下で高周波誘電加熱する加熱保持室３０'、ピン電極駆動室２０'に圧力（加圧流体）を供給するピン電極駆動室圧力供給弁４６、加熱保持室３０'から圧力（加圧流体）を排気する加熱保持室圧力排気弁４７を具備して構成される。この加熱装置２００は、ピン電極１０'が摺動する摺動貫通穴に、加熱保持室３０'に圧力（加圧流体）を供給する圧力供給口としての機能を具備させている。つまり、ピン電極１０'の駆動に使用された圧力（加圧流体）は、その圧力供給口を介して加熱保持室３０'に供給され、加熱保持室３０'において被加熱材（食材５１）を加圧するために使用される。
【００４３】
また、この加熱装置２００は、ピン電極として、ヘッドとロットとの間に段差のないピン電極１０'を採用しているが、段差のある上記ピン電極１０を採用することも可能である。また、ピン電極１０'に戻り機構としてのスプリングを設けることも可能である。
【００４４】
図５は、図４のＡ部拡大図である。
この部位は、ピン電極１０'とピン支持台２１'との摺動部拡大であり、ピン電極駆動室２０'の加圧流体を加熱保持室３０'に供給する圧力供給口と、ピン支持台２１'に給電された高周波電力をピン電極１０'に導電する高周波導電部とを構成している。
【００４５】
図６に、ピン電極駆動室圧力、加熱保持室圧力、および加熱保持室排気弁圧力の相関関係を示す。ピン電極駆動室２０'の圧力上昇に伴い加熱保持室３０'の圧力は上昇するが、その際、加熱保持室３０'に設けられた排気弁からの排気圧力を調整することにより、ピン電極１０'による被加熱材保持圧力を常に最適値に保った状態で加熱保持室３０'の加圧制御が可能である。
【００４６】
図７に示すように、パウチ包装された不定形状の「竹の子」：２５０ｇを加熱保持室３０'に納め、ピン電極１０'による保持及び加熱保持室の雰囲気圧力設定をおこない高周波誘電加熱した。設定条件は、電源周波数：４０ＭＨｚ、電源出力：２ｋＷ、ピン径：３ｍｍ、加熱保持室圧力：０.２３ＭＰａ、ピン電極による被加熱材保持圧力：０.００８ＭＰａ、加熱時間：４０ｓｅｃ、ピン電極とピン支持台からなる圧力供給口隙間：約０.１ｍｍである。同時に包材表面にサーモラベルを添付し誘電加熱中の包材表面温度を計測した。その結果、包材表面温度が１３０℃まで昇温し、本発明の有効性を確認することが出来た。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の加熱装置は、特に不定形の食材の誘電加熱に好適に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０                    ピン電極
１１                    ピンヘッド
１２                    ロッド
１３                    ピンキャップ
１４                    スプリング
２０                    電極駆動部
２１                    ピン支持台
２１a                   貫通穴
２１b                   圧力供給口
２２                    圧力チャンバ
２２a                   インナースペース
２２b                   チャンネル
２２c                   加圧ポート
３０                    加熱保持部
３１                    加熱チャンバ壁
３１a                   加圧ポート
３１b,３１c             チャンネル
３１d                   排気ポート
３１e                   排気弁
４０                    加圧部
４１                    高圧ガス源
４２,４３,４４          調圧弁
４５                    圧力供給ライン
４６                    ピン電極駆動室圧力供給弁
４７                    加熱保持室圧力排気弁
１００,２００             加熱装置
【図１】
2010277766.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010277766.tif 000005
【図４】
2010277766.tif 000006
【図５】
2010277766.tif 000007
【図６】
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【図７】
2010277766.tif 000009