МИКРОВОЛНОВОЕ НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
MICROWAVE HEATING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к микроволновому нагревательному устройству, в котором предусмотрена часть генерирования микроволн, выполненная с возможностью использования полупроводникового элемента.
Уровень техники
Обычные микроволновые нагревательные устройства, в которых предусмотрена часть генерирования микроволн, построены с возможностью использования вакуумной лампы, называемой магнетрон, для части генерирования микроволн, как, в общем, представлено микроволновой печью.
Полупроводниковый элемент имеет более низкую тепловую устойчивость по сравнению с магнетроном, и, таким образом, существует опасность того, что элемент разрушится при воздействии на него интенсивного тепла. В случае, когда часть генерирования микроволн, сформированная с использованием полупроводникового элемента, разработана для микроволнового нагревательного устройства, используют циркулятор, формирующий невозвратный контур циркуляционного типа, таким образом, что высокочастотная энергия, усиленная в части генерирования микроволн, поступает в камеру нагрева, и высокочастотная энергия не возвращается в часть генерирования микроволн. Такой циркулятор сформирован так, что он потребляет отраженную мощность, возвращаемую из камеры нагрева, в оконечном сопротивлении. Например, см. публикацию № S59-099693 находящегося на экспертизе японского патента.
Также, например, в публикации № S60-019190 находящейся на экспертизе японской полезной модели раскрыто устройство, в котором отраженная мощность, возвращаемая из камеры нагрева, потребляется платой эквивалентного сопротивления, которая предусмотрена на поверхности внешней стенки в верхней части камеры нагрева и используется для удержания тепла в камере нагрева.
Кроме того, для того чтобы достичь улучшения в эффективности приема тепла, используется устройство, в котором отраженную мощность, возвращаемую из камеры нагрева, в которой находится предмет, предназначенный для нагрева, в части генерирования микроволн, детектируют, и в соответствии со значением детектирования отраженной мощности отслеживают частоту колебаний, при которой отраженная мощность будет минимальной. Например, см. публикацию № S56-096486 находящегося на экспертизе японского патента.
Список литературы
Патентная литература
PLT 1: Публикация № S59-099693 находящегося на экспертизе японского патента
PLT 2: Публикация № S60-019190 находящейся на экспертизе японской полезной модели
PLT 3: Публикация № S56-096486 находящегося на экспертизе японского патента
Сущность изобретения
Хотя при использовании конфигурации и управления обычной части генерирования микроволн, в которой применяется полупроводниковый элемент, можно предотвратить тепловое разрушение полупроводникового элемента отраженной микроволновой энергией, возвращаемой из камеры нагрева, в часть генерирования микроволн, процент энергии, генерируемой частью генерирования микроволн, потребляется на другие цели, кроме получения тепловой энергии для нагрева предмета. Поэтому существует проблема с учетом сохранения энергии.
Настоящее изобретение предназначено для решения задачи в обычном микроволновом нагревательном устройстве, и его цель состоит в том, чтобы обеспечить микроволновое нагревательное устройство, обладающее отличными возможностями сохранения энергии, которое в идеальном случае позволяет употребить 100% микроволновой энергии, выводимой частью генерирования микроволн, в качестве энергии нагрева для предмета, предназначенного для нагрева.
Решение задачи
Для решения задачи в обычном микроволновом нагревательном устройстве микроволновое нагревательное устройство в первом аспекте в соответствии с настоящим изобретением включает в себя: часть генерирования микроволн, предназначенную для генерирования микроволн; и первую, и вторую нагревательные камеры, в каждую из которых подают микроволны, генерируемые частью генерирования микроволн, в котором микроволны, возвращаемые из, по меньшей мере, одной из первой и второй нагревательных камер в часть генерирования микроволн, передают в другую нагревательную камеру. При использовании микроволнового нагревательного устройства в соответствии с первым аспектом, сформированного таким образом, микроволны, подаваемые в первую нагревательную камеру или во вторую нагревательную камеру, поглощаются материалом с большими потерями микроволн (таким, как расположенный предмет, предназначенный для нагрева), помещенным в нагревательную камеру, и отраженные микроволны, которые не были поглощены и возвращаются в часть генерирования микроволн, передают в другую нагревательную камеру. Таким образом, в микроволновом нагревательном устройстве в соответствии с первым аспектом микроволны поглощаются материалом с высокими потерями микроволн (таким, как установленный для нагрева предмет), помещенный в нагревательную камеру. В соответствии с таким способом микроволновая энергия, подаваемая из части генерирования микроволн, поглощается материалами с высокими потерями микроволн как в первой нагревательной камере, так и во второй нагревательной камере. Таким образом, микроволновая энергия, подаваемая из части генерирования микроволн, может быть, по существу, полностью поглощена, так что может быть получено устройство нагрева, обладающее отличными характеристиками экономии энергии.
В микроволновом нагревательном устройстве по второму аспекту в соответствии с настоящим изобретением в первом аспекте, дополнительно содержащем части подачи, предназначенные для соответствующей подачи микроволн, генерируемых частью генерирования микроволн, в первую и во вторую нагревательные камеры, первая нагревательная камера выполнена с возможностью размещения в ней предмета, предназначенного для нагрева, вторая камера содержит поглотитель микроволн, и поглотитель микроволн расположен на внешней поверхности первой нагревательной камеры, по меньшей мере, на одной из поверхностей стенки, формирующей первую нагревательную камеру. В соответствии с микроволновым нагревательным устройством по второму аспекту, сформированному таким образом, отраженные микроволны, возвращаемые из первой нагревательной камеры в часть генерирования микроволн, передают во вторую нагревательную камеру, так что микроволны, подаваемые в первую нагревательную камеру, поглощаются материалом с высокими потерями микроволн (в частности размещенным для нагрева предметом), который помещен в первую нагревательную камеру, и отраженные микроволны, не поглощенные и возвращаемые в часть генерирования микроволн, передают во вторую нагревательную камеру. В результате микроволны, переданные во вторую нагревательную камеру, поглощаются поглотителем микроволн, используемым как материал с высокими потерями микроволн, который помещен во вторую нагревательную камеру. Микроволновая энергия, подаваемая из части генерирования микроволн, поглощается материалами с высокими потерями микроволн как в первой нагревательной камере, так и во второй нагревательной камере. Таким образом, микроволновая энергия, подаваемая из части генерирования микроволн, может быть, по существу, полностью поглощена, так что может быть получено устройство нагрева, обладающее исключительными характеристиками по экономии энергии.
Микроволновое нагревательное устройство по третьему аспекту в соответствии с настоящим изобретением, кроме того, включает в себя во втором аспекте: невозвратный контур циркуляционного типа, предназначенный для передачи микроволн, возвращаемых из первой нагревательной камеры, в часть генерирования микроволн во вторую нагревательную камеру; часть детектирования мощности, предназначенную для детектирования мощности микроволн, передаваемых во вторую нагревательную камеру; и часть управления, предназначенную для управления частью генерирования микроволн, в котором часть управления управляет частотой колебаний части генерирования микроволн в соответствии с сигналами части детектирования мощности, и выполняет режим нагрева за счет микроволн, состоящий в нагреве предмета, предназначенного для нагрева, используя, в основном, микроволны, режим нагрева за счет теплопроводности и излучения, состоящий в нагреве предмета, предназначенного для нагрева, в основном, используя тепло, генерируемое поглотителем микроволн, и составной режим нагрева, состоящий в нагреве предмета, предназначенного для нагрева, путем комбинирования режима нагрева за счет микроволн и режима нагрева за счет теплопроводности и излучения. Используя микроволновое нагревательное устройство в соответствии с третьим аспектом, сформированное таким образом, часть микроволн, подаваемая в первую нагревательную камеру, поглощается предметом, предназначенным для нагрева, и микроволны, не поглощенные и отраженные из первой нагревательной камеры в часть генерирования микроволн, передаются во вторую нагревательную камеру через невозвратный контур циркуляционного типа и поглощаются поглотителем микроволн. Такой поглотитель микроволн генерирует тепло в результате поглощения микроволн, передает это тепло в первую нагревательную камеру, в которой помещен предмет, предназначенный для нагрева, и нагревает предмет, предназначенный для нагрева. В результате в микроволновом нагревательном устройстве в соответствии с третьим аспектом микроволновая энергия, подаваемая из части генерирования микроволн, может быть, по существу, полностью поглощена предметом, предназначенным для нагрева, и поглотителем микроволн. Таким образом, выход части генерирования микроволн, по существу, на 100% потребляется для нагрева предмета, предназначенного для нагрева, так что может быть получено устройство нагрева, обладающее отличными характеристиками экономии энергии. В микроволновом нагревательном устройстве по третьему аспекту предусмотрена часть детектирования мощности, предназначенная для детектирования величины мощности, передаваемой во вторую нагревательную камеру, и часть управления, предназначенная для управления частотой колебаний части микроволновых колебаний в соответствии с сигналами детектирования из части детектирования мощности. Таким образом, в микроволновом нагревательном устройстве по третьему аспекту отношение поглощения микроволн, подаваемых в первую нагревательную камеру предметом, предназначенным для нагрева, можно изменять путем изменения частоты колебаний. Таким образом, режим нагрева за счет микроволн, состоящий в нагреве предмета, предназначенного для нагрева, в основном, используя микроволны, режим нагрева за счет теплопроводности и излучения, состоящий в нагреве предмета, предназначенного для нагрева, в основном, используя тепло, генерируемое поглотителем микроволн, во второй нагревательной камере, и, кроме того, составной режим нагрева, состоящий в нагреве предмета, предназначенного для нагрева, путем комбинирования описанных выше режимов можно выбирать в соответствии с типом предмета, предназначенным для нагрева, так что можно выполнять более соответствующий нагрев.
В микроволновом нагревательном устройстве в четвертом аспекте в соответствии с настоящим изобретением в любом одном из первого-третьего аспектах часть генерирования микроволн имеет часть микроволновых колебаний, сформированную с использованием полупроводникового элемента, и часть усиления микроволн, предназначенную для усиления микроволн, генерируемых частью микроволновых колебаний. В микроволновом нагревательном устройстве по четвертому аспекту, который сформирован таким образом, что переменную установку частоты, которая соответствует степени поглощения, предназначенной для нагрева предмета, выполняют в части микроволновых колебаний, которая имеет низкий уровень мощности, и выход микроволн с требуемой частотой колебаний усиливают в части усиления микроволн таким образом, что большую мощность микроволн можно подавать в камеру нагрева. Поэтому в микроволновом нагревательном устройстве в соответствии с четвертым аспектом микроволны, подаваемые в первую камеру нагрева, можно легко изменять так, чтобы они имели степень поглощения мощности в соответствии с количеством, типом и т.п. размещенного предмета, предназначенного для нагрева.
В микроволновом нагревательном устройстве по пятому аспекту в соответствии с настоящим изобретением в любом одном из первого-третьего аспектах часть генерирования микроволн имеет часть микроволновых колебаний, сформированную с использованием полупроводникового элемента, часть разделения, предназначенную для разделения выхода части микроволновых колебаний на множество выходов, и части усиления микроволн, предназначенные для соответствующего усиления выходов части разделения, и выходные микроволны частей усиления микроволн подают из множества точек в первую нагревательную камеру. В микроволновом нагревательном устройстве в соответствии с пятым аспектом, сформированным таким способом, микроволны могут быть рассеяны по всему предмету, предназначенному для нагрева, путем подачи микроволн из множества точек в первую нагревательную камеру. В микроволновом нагревательном устройстве в соответствии с пятым аспектом, хотя часть микроволн, подаваемых из множества частей подачи в первую нагревательную камеру, поглощается предметом, предназначенным для нагрева, все еще остаются отраженные микроволны, не поглощенные предметом, предназначенным для нагрева, в зависимости от типа, количества и т.п. предмета, предназначенного для нагрева, и, соответственно, они возвращаются в множество частей подачи. Таким образом, отраженные микроволны, соответственно, передаются в множество частей подачи второй нагревательной камеры через невозвратные контуры циркуляционного типа (циркуляторы) и поглощаются поглотителем микроволн. В микроволновом нагревательном устройстве по пятому аспекту, поскольку микроволны также подают из множества точек во вторую нагревательную камеру, микроволны могут быть рассеяны по всему поглотителю микроволн таким образом, что весь поглотитель микроволн может эффективно генерировать тепло. Тепло, генерируемое поглотителем микроволн, генерирующим тепло, таким образом, передают в первую нагревательную камеру, в которой помещен предмет, предназначенный для нагрева, что способствует нагреву предмета, предназначенного для нагрева. В результате, по существу, путем практически полного потребления выходной энергии части генерирования микроволн предметом, предназначенным для нагрева, и поглотителем микроволн выход части генерирования микроволн расходуется, по существу, на 100% для нагрева предмета, предназначенного для нагрева, так что может быть получено нагревательное устройство, обладающее отличными характеристиками сохранения энергии.
В микроволновом нагревательном устройстве по шестому аспекту в соответствии с настоящим изобретением в пятом аспекте дополнительно содержится часть изменения фазы, предназначенная для задержки фазы, по меньшей мере, одного из выходов частей разделения. В микроволновом нагревательном устройстве в соответствии с шестым аспектом, сформированном таким образом, изменение фазы микроволн, подаваемых из множества частей подачи в первую нагревательную камеру, способствует нагреву предмета, предназначенному для нагрева, расположенному в первой нагревательной камере, при требуемом распределении нагрева, получаемом путем изменения распределения микроволн в пространстве в нагревательной камере, в результате применяемого изменения разности фаз.
В микроволновом нагревательном устройстве по седьмому аспекту в соответствии с настоящим изобретением часть генерирования микроволн имеет множество частей микроволновых колебаний, сформированных с использованием полупроводниковых элементов, и части усиления микроволн для соответствующего усиления выходов частей микроволновых колебаний, и выходы микроволн частей усиления микроволн, соответственно, подают из разных положений в первую нагревательную камеру. С микроволновым нагревательным устройством по седьмому аспекту, сформированному таким образом, путем подачи микроволн с разными частотами из разных положений в первую нагревательную камеру можно дополнительно эффективно способствовать нагреву предмета, предназначенного для нагрева, в соответствии с количеством, типом и т.п. размещенного предмета, предназначенного для нагрева.
В микроволновом нагревательном устройстве по восьмому аспекту в соответствии с настоящим изобретением в любом одном из первого-третьего аспектах часть генерирования микроволн имеет множество частей микроволновых колебаний, сформированных с использованием полупроводниковых элементов, и частей усиления микроволн для соответствующего усиления выходов частей микроволновых колебаний, и выход, по меньшей мере, одной из частей усиления микроволн подают во вторую нагревательную камеру. В микроволновом нагревательном устройстве в соответствии с восьмым аспектом, сформированным таким образом, микроволны, подаваемые во вторую нагревательную камеру, делают независимыми таким образом, что генерированием тепла поглотителя микроволн можно управлять независимо. В соответствии со способом управления микроволновым нагревательным устройством по восьмому аспекту степень гибкости при управлении нагревом предмета, предназначенного для нагрева, можно повысить, в частности, в режиме смешанного нагрева.
В микроволновом нагревательном устройстве по девятому аспекту в соответствии с настоящим изобретением в восьмом аспекте во вторую нагревательную камеру подают микроволны, имеющие заданную частоту. В микроволновом нагревательном устройстве по девятому аспекту, сформированном таким способом, микроволны с частотой, на которой поглотитель микроволн может поглощать максимальную энергию, подают во вторую нагревательную камеру, в которой расположен поглотитель микроволн, так что скорость генерирования тепла поглотителем микроволн становится максимальной. Таким образом, нагрев с эффектом жарки предмета, предназначенного для нагрева, может быть выполнен с высокой скоростью.
В микроволновом нагревательном устройстве по десятому аспекту в соответствии с настоящим изобретением, в третьем аспекте, часть управления изменяет частоту части генерирования микроволн через заданный частотный интервал по всей полосе частот (диапазон изменения частоты) после начала нагрева предмета, предназначенного для нагрева, и сохраняет сигналы детектирования части детектирования мощности в отношении этих частот. В микроволновом нагревательном устройстве по десятому аспекту, сформированному таким образом, отношение между величиной микроволновой мощности, подаваемой в первую нагревательную камеру и поглощаемой предметом, предназначенным для нагрева, и величиной микроволновой мощности, подаваемой во вторую нагревательную камеру и поглощаемой предметом, предназначенным для нагрева или поглотителем микроволн, можно выбирать, используя частоту колебаний в качестве параметра, таким образом, что предмет, предназначенный для нагрева, может быть эффективно нагрет в соответствии с требуемыми условиями нагрева. В микроволновом нагревательном устройстве по десятому аспекту распределение микроволн в пространстве в нагревательной камере изменяется при изменении частоты, и это способствует однородному нагреву предмета, предназначенного для нагрева, в поглотителе микроволн.
В микроволновом нагревательном устройстве по одиннадцатому аспекту в соответствии с настоящим изобретением в третьем или десятом аспектах при выполнении режима микроволнового нагрева часть управления выбирает частоту, на которой сумма сигналов детектирования части детектирования мощности имеет минимальное значение и выполняет операции с частью генерирования микроволн на выбранной частоте. В микроволновом нагревательном устройстве по одиннадцатому аспекту, сформированному таким образом, что количество микроволновой мощности, подаваемой в первую нагревательную камеру и поглощаемой предметом, предназначенным для нагрева, делают максимальным так, что это способствует высокоскоростному нагреву предмета, предназначенного для нагрева.
В микроволновом нагревательном устройстве по двенадцатому аспекту в соответствии с настоящим изобретением в третьем или десятом аспектах при выполнении режима нагрева за счет микроволн часть управления выбирает множество частот, на которых сумма сигналов детектирования части детектирования мощности имеет чрезвычайно малое значение и управляет частью генерирования микроволн для последовательного генерирования множества выбранных частот. В микроволновом нагревательном устройстве по двенадцатому аспекту, сформированном таким образом, количество микроволновой энергии, подаваемой в первую нагревательную камеру и поглощаемой предметом, предназначенным для нагрева, делают максимальным, и распределение микроволн в пространстве в первой нагревательной камере изменяют так, что это может способствовать однородному нагреву предмета, предназначенного для нагрева.
В микроволновом нагревательном устройстве в тринадцатом аспекте в соответствии с настоящим изобретением в третьем или десятом аспекте при выполнении режима нагрева за счет теплопроводности и излучения часть управления выбирает частоту, на которой сумма сигналов детектирования части детектирования мощности имеет максимальное значение, и выполняет операции с частью генерирования микроволн на выбранной частоте. В микроволновом нагревательном устройстве по тринадцатому аспекту, сформированном таким образом, величину микроволновой мощности, подаваемой из первой нагревательной камеры и поглощаемой предметом, предназначенным для нагрева, сводят к минимуму, и величину микроволновой мощности, подаваемой во вторую нагревательную камеру и поглощаемой поглотителем микроволн, делают максимальной так, что может быть эффективно выполнен нагрев с эффектом жарки предмета, предназначенного для нагрева.
В микроволновом нагревательном устройстве по четырнадцатому аспекту в соответствии с настоящим изобретением в третьем или десятом аспектах при выполнении режима нагрева за счет теплопроводности и излучения часть управления выбирает частоту, на которой сумма сигналов детектирования части детектирования мощности имеет максимальное значение и управляет частью генерирования микроволн для качания частоты в заданной полосе пропускания с центром на выбранной частоте. В микроволновом нагревательном устройстве по четырнадцатому аспекту, сформированном таким образом, величина микроволновой энергии, подаваемой в первую нагревательную камеру, и потребляемая предметом, предназначенным для нагрева, сводится к минимуму, и распределение микроволн в пространстве во второй нагревательной камере изменяют таким образом, чтобы вся область поглотителя микроволн была равномерно нагрета. Таким образом, может быть эффективно выполнен нагрев с эффектом жарки предмета, предназначенного для нагрева, имеющего большую нижнюю площадь поверхности.
В микроволновом нагревательном устройстве по пятнадцатому аспекту в соответствии с настоящим изобретением в третьем или шестом аспекте в части генерирования микроволн предусмотрена часть изменения фазы, и часть управления управляет частотой колебаний части микроволновых колебаний в соответствии с сигналами детектирования части детектирования мощности, полученными при условии, что фазы микроволн, подаваемых в первую нагревательную камеру, по существу, идентичны. В микроволновом нагревательном устройстве по пятнадцатому аспекту, сформированном таким образом, отношение между множеством величин микроволновой мощности, подаваемых из множества точек в первой нагревательной камере и поглощаемых предметом, предназначенным для нагрева, и множеством величин микроволновой мощности, подаваемых из множества точек во второй нагревательной камере и потребляемых поглотителем микроволн, можно рассчитать с высокой воспроизводимостью, используя частоту колебаний, как параметр. Поэтому в микроволновом нагревательном устройстве по пятнадцатому аспекту оптимальную частоту в соответствии с требуемыми условиями нагрева можно выбирать так, чтобы можно было эффективно нагревать предмет, предназначенный для нагрева.
В микроволновом нагревательном устройстве по шестнадцатому аспекту в соответствии с настоящим изобретением в третьем или шестом аспектах в части генерирования микроволн предусмотрена часть изменения фазы, и часть управления выбирает частоту, на которой сумма сигналов детектирования части детектирования мощности имеет минимальное значение или максимальное значение и управляет частью изменения фазы, когда часть генерирования микроволн работает на выбранной частоте, чтобы изменять фазы микроволн, подаваемых из множества точек в первую нагревательную камеру. В микроволновом нагревательном устройстве по шестнадцатому аспекту, сформированном таким образом, распределение микроволн в пространстве в нагревательной камере можно изменять на одной частоте во время нагрева предмета, предназначенного для нагрева, таким образом, что можно способствовать равномерному нагреву или концентрированному локальному нагреву предмета, предназначенного для нагрева, и поглотителя микроволн.
В микроволновом нагревательном устройстве по семнадцатому аспекту в соответствии с настоящим изобретением в третьем аспекте, часть детектирования мощности имеет часть детектирования отраженной мощности, предназначенную для детектирования микроволновой мощности, возвращаемой из второй нагревательной камеры, и часть управления управляет напряжением возбуждения части генерирования микроволн таким образом, чтобы сигналы детектирования не превышали заданный уровень, в соответствии с суммой сигналов детектирования части детектирования отраженной мощности. В микроволновом нагревательном устройстве по семнадцатому аспекту, сформированном таким образом, полупроводниковый элемент части генерирования микроволн может быть надежно защищен от теплового разрушения отраженной микроволновой энергией, которая не была поглощена в нагревательной камере и возвращается в часть генерирования микроволн.
Предпочтительные эффекты изобретения
В микроволновом нагревательном устройстве, в соответствии с настоящим изобретением, микроволны, подаваемые в нагревательную камеру, могут, по существу, на 100% быть поглощены в нагревательной камере таким образом, что обеспечивается нагревательное устройство с отличными характеристиками экономии энергии.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показана блок-схема, представляющая конфигурацию микроволнового нагревательного устройства в первом варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.2 показан характеристический график, представляющий один пример сигналов детектирования части детектирования мощности в микроволновом нагревательном устройстве по первому варианту осуществления.
На фиг.3 показана блок-схема последовательности операций, представляющая действие управления микроволновым нагревательным устройством по первому варианту осуществления.
На фиг.4 показана блок-схема последовательности операций, представляющая действие управления микроволнового нагревательного устройства по первому варианту осуществления.
На фиг.5 показана блок-схема последовательности операций, представляющая действие управления микроволновым нагревательным устройством по первому варианту осуществления.
На фиг.6 показана схема, представляющая конфигурацию микроволнового нагревательного устройства по второму варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.7 показан характеристический график, представляющий один пример сигналов детектирования частей детектирования мощности в микроволновом нагревательном устройстве по второму варианту осуществления.
На фиг.8 показана блок-схема последовательности операций, представляющая действие управления микроволновым нагревательным устройством по второму варианту осуществления.
На фиг.9 показана блок-схема последовательности операций, представляющая действие управления микроволновым нагревательным устройством по второму варианту осуществления.
На фиг.10 показана блок-схема последовательности операций, представляющая действие управления микроволновым нагревательным устройством по второму варианту осуществления.
На фиг.11 показана схема, представляющая конфигурацию микроволнового нагревательного устройства по третьему варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.12 показан характеристический график, представляющий один пример сигналов детектирования частей детектирования мощности в микроволновом нагревательном устройстве по третьему варианту осуществления.
На фиг.13 показана блок-схема последовательности операций, представляющая действие управления микроволновым нагревательным устройством по третьему варианту осуществления.
На фиг.14 показана блок-схема последовательности операций, представляющая действие управления микроволновым нагревательным устройством по третьему варианту осуществления.
На фиг.15 показана блок-схема последовательности операций, представляющая действие управления микроволновым нагревательным устройством по третьему варианту осуществления.
На фиг.16 показана схема, представляющая конфигурацию микроволнового нагревательного устройства по четвертому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.17 показан характеристический график, представляющий один пример сигналов детектирования частей детектирования мощности в микроволновом нагревательном устройстве по четвертому варианту осуществления.
На фиг.18 показана блок-схема последовательности операций, представляющая действие управления микроволновым нагревательным устройством по четвертому варианту осуществления.
На фиг.19 показана блок-схема последовательности операций, представляющая действие управления микроволновым нагревательным устройством по четвертому варианту осуществления.
На фиг.20 показана блок-схема последовательности операций, представляющая действие управления микроволновым нагревательным устройством по четвертому варианту осуществления.
На фиг.21 показана схема, представляющая конфигурацию микроволнового нагревательного устройства по пятому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.22 показан характеристический график, представляющий один пример сигналов детектирования частей детектирования мощности в микроволновом нагревательном устройстве по пятому варианту осуществления.
На фиг.23 показана схема, представляющая конфигурацию микроволнового нагревательного устройства по шестому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением.
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут подробно описаны со ссылкой на приложенные чертежи. Следует отметить, что, хотя микроволновая печь будет описана как микроволновое нагревательное устройство в дальнейших вариантах осуществления, микроволновая печь представляет собой только пример. Таким образом, микроволновое нагревательное устройство в соответствии с настоящим изобретением не ограничивается микроволновой печью, но также может представлять собой другое микроволновое нагревательное устройство, такое как нагревательное устройство, в котором используют нагрев диэлектрика, устройство для переработки отходов или устройство для изготовления полупроводников. Настоящее изобретение не ограничивается конкретными конфигурациями в дальнейших вариантах осуществления, но включает в себя конфигурации в соответствии с одинаковым технологическим замыслом.
(Первый вариант осуществления)
На фиг.1 показана блок-схема, представляющая конфигурацию микроволнового нагревательного устройства по первому варианту осуществления, в соответствии с настоящим изобретением.
Как показано на фиг.1, в микроволновом нагревательном устройстве в соответствии с первым вариантом осуществления в части 10 генерирования микроволн предусмотрена часть 11 микроволновых колебаний, предназначенная для генерирования микроволн, множество каскадов частей 112, 114 усиления микроволн, предназначенных для усиления выхода части 11 микроволновых колебаний, канал 113 передачи микроволн, предназначенный для направления выхода части 11 микроволновых колебаний в часть 112 предварительного усиления микроволн, и канал 116 передачи микроволн, предназначенный для направления выхода части 114 основного усиления микроволн в последнем каскаде в часть 115 выхода части 10 генерирования микроволн. Часть 11 микроволновых колебаний и части 112, 114 усиления микроволн сформированы с использованием полупроводниковых элементов. Как описано выше, в части 10 генерирования микроволн микроволны из части 11 микроволновых колебаний усиливают в части 112 предварительного усиления микроволн, и, кроме того, выход выше части 112 предварительного усиления микроволн усиливают в части 114 основного усиления микроволн и выводят через часть 115 выхода.
Часть 10 генерирования микроволн сформирована на диэлектрической подложке 117, изготовленной из материала с низкими диэлектрическими потерями. Часть 112 предварительного усиления микроволн и часть 114 основного усиления микроволн сформированы на основе цепей, имеющих электропроводные структуры, сформированные на одной поверхности диэлектрической подложки 117. Для того чтобы предпочтительно управлять полупроводниковыми элементами, используемыми как усилительные элементы или части 112, 114 усиления микроволн, цепи согласования, соответственно, предусмотрены на входных сторонах и выходных сторонах полупроводниковых элементов.
В каналах 113, 116 передачи микроволн цепи передачи, имеющие характеристический импеданс 50 Ом, сформированы электропроводными структурами, которые предусмотрены на одной поверхности диэлектрической подложки 117.
Часть 11 микроволновых колебаний части 10 генерирования микроволн имеет функцию изменения частоты, состоящую в генерировании частот в диапазоне от 2400 до 2500 МГц.
Как показано на фиг.1, в микроволновом нагревательном устройстве в соответствии с первым вариантом осуществления предусмотрена нагревательная камера 100, в которой размещен предмет 101, предназначенный для нагрева, и в эту нагревательную камеру 100 подают микроволну, выводимую из части 10 генерирования микроволны. В нагревательной камере 100 дверца для помещения предмета 101, предназначенного для нагрева и извлечения его (не показана), предусмотрена на поверхности одной стенки, формирующей нагревательную камеру 100. В нагревательной камере 100 другие поверхности стенки, кроме поверхности стенки, в которой предусмотрена дверца, сформированы из пластин корпуса, изготовленных из металлических материалов, таким образом, что микроволны, подаваемые в нагревательную камеру 100, заключены внутри нагревательной камеры 100. Часть 103 перегородки, расположенная и установленная на расстоянии от поверхности 102 нижней стенки нагревательной камеры на заданном расстоянии так, что она отделяет пространство нагревательной камеры 100, часть перегородки, на которой установлен предмет 101, предназначенный для нагрева, предусмотрена внутри нагревательной камеры 100. Поэтому пространство в нагревательной камере 100 разделено частью 103 перегородки на первую нагревательную камеру 100a, предназначенную для размещения предмета 101, предназначенного для нагрева, в верхнем пространстве относительно части 103 перегородки, и вторую нагревательную камеру 100b, используемую в качестве нижнего пространства относительно части 103 перегородки. Такая часть 103 перегородки изготовлена из металлического материала. На поверхности (задней поверхности) части 103 перегородки на противоположной стороне от поверхности установки предмета, предназначенного для нагрева, то есть на поверхности, которая обращена ко второй нагревательной камере 100b, предусмотрен слой 104 поглотителя микроволн, используемый в качестве поглотителя микроволн, который содержит материал, поглощающий микроволны и плотно закрепленный на ней.
В нагревательной камере 100 предусмотрена первая часть 105 подачи, предназначенная для подачи микроволны в первую нагревательную камеру 100a, в которой размещен предмет 101, предназначенный для нагрева, и вторая часть 106 подачи, предназначенная для подачи микроволн во вторую нагревательную камеру 100b, одна поверхность стенки которой сформирована слоем 104 поглотителя микроволн.
Основной материал слоя 104 поглотителя микроволн, покрывающий заднюю поверхность части 103 перегородки, представляет собой материал, поглощающий микроволны, сформированный путем смешения материала феррита, в основном состоящего из окисла марганца и оксида железа (III) в соотношении 40-80% мас., и материала кремния, используемого как полимерная смола, устойчивая к нагреву. Слой поглотителя микроволн закреплен на поверхности, которая обращена ко второй нагревательной камере (поверхность соединения), такой как задняя поверхность части 103 перегородки, на которой предусмотрено устойчивое к нагреву покрытие. В качестве ферритового материала используется порошок с размером частиц от 1 до 10 мкм.
Следует отметить, что в составе материала феррита окисел магния, окисел цинка и подобные материалы можно использовать в дополнение к описанным выше компонентам. Вместо материала феррита можно использовать материал на основе углерода или материал SiC.
В микроволновом нагревательном устройстве в соответствии с первым вариантом осуществления представлен пример, в котором поверхность установки для предмета, предназначенного для нагрева, на части 103 перегородки сформирована из материала в виде плоской пластины. Однако поверхность установки для предмета, предназначенного для нагрева на части 103 перегородки, может быть сформирована с использованием выпукло-вогнутой формы, и поверхность соединения слоя 104 поглотителя микроволн может быть сформирована с приданием ей выпукло-вогнутой формы. Таким образом, при формировании слоя 104 поглотителя микроволн в виде выпукло-вогнутой формы площадь поверхности слоя 104 поглотителя микроволн увеличивается, в результате чего характеристики поглощения микроволн, подаваемых во вторую нагревательную камеру 100b, могут быть улучшены. Другой элемент, сформированный с приданием выпукло-вогнутой формы, может быть соединен с задней поверхностью части 103 перегородки, сформированной в форме плоской пластины, так что слой 104 поглотителя микроволн сформирован на выпукло-вогнутой поверхности другого элемента. Такая конфигурация имеет такой же эффект.
Как показано на фиг.1, выход из части 10 генерирования микроволн передают в первую часть 105 подачи через циркулятор 118, который формирует невозвратный контур циркуляционного типа, и подают в первую нагревательную камеру 100a. Отраженную микроволну, возвращаемую из первой нагревательной камеры 100a в циркулятор 118 через первую часть 105 подачи, передают во вторую часть 106 подачи через циркулятор 118. Таким образом, циркулятор 118 сформирован так, что он передает во вторую часть 106 подачи отраженную микроволну, возвращаемую из первой части 105 подачи в циркулятор 118.
Часть 119 детектирования мощности расположена в канале передачи между циркулятором 118 и второй частью 106 подачи. Часть 119 детектирования мощности детектирует величину мощности микроволн, передаваемых из циркулятора 118 во вторую часть 106 подачи, и величину мощности отраженной микроволны, возвращаемой из второй нагревательной камеры 100b в циркулятор 118 через вторую часть 106 подачи, соответственно.
В микроволновом нагревательном устройстве по первому варианту осуществления предусмотрена часть 120 управления, предназначенная для управления действиями части 10 генерирования микроволн. Часть 120 управления принимает сигналы, детектируемые частью 119 детектирования мощности, выполняет различную обработку и затем выполняет различное управление частотой колебаний части 11 микроволновых колебаний.
Часть 119 детектирования мощности сформирована с использованием направленного ответвителя, который имеет степень связи приблизительно 40 дБ, и детектирует величину мощности на уровне приблизительно 1/10000 передаваемой и принимаемой микроволновой энергии. Сигналы мощности, обозначающие величину мощности, детектируемые в части 119 детектирования мощности, соответственно, выпрямляют с помощью диода детектирования волны (не показан) и сглаживают с помощью конденсатора (не показан), и их выходные сигналы подают в часть 120 управления.
Далее, со ссылкой на фиг.2-5, будут описаны действия микроволнового нагревательного устройства в соответствии с первым вариантом осуществления в соответствии с настоящим изобретением, сформированного, как описано выше.
На фиг.2 показан характеристический график, представляющий один пример сигналов детектирования части 119 детектирования мощности в микроволновом нагревательном устройстве в соответствии с первым вариантом осуществления. На фиг.2 на горизонтальной оси графика представлена частота (МГц), и по вертикальной оси показаны отношения (%) мощности (переданной мощности), детектированной частью 119 детектирования мощности, которая должна быть передана во вторую часть подачи, и мощности (отраженной мощности), которая должна быть возвращена из второй части 106 подачи в циркулятор 118, относительно выхода части 10 генерирования микроволн. Характеристическая кривая G110 обозначает отношение переданной мощности, и характеристическая кривая G111 обозначает отношение отраженной мощности.
l
2
3
Характеристическая кривая G110, обозначающая переданную энергию, имеет частоты f, f, на которых значения мощности передачи чрезвычайно малы, и частоту f, на которой значение мощности передачи максимально. Характеристическая кривая G110, обозначающая отраженную мощность, обозначает, что существует полоса частот, в которой генерируется мощность, отражаемая во вторую часть 106 подачи. Отражаемую мощность генерируют благодаря способности поглощения слоя 104 поглотителя микроволн и характерному изменению в соответствии с изменением импеданса слоя 104 поглотителя микроволн в результате поглощения микроволн и выработки тепла.
Следует отметить, что на графике, показанном на фиг.2, прямая линия G112, представленная пунктирной линией, обозначает, что отношение отраженной мощности составляет 10%. Когда этот уровень 10% будет превышен, часть 120 управления выполняет управление для переключения частоты колебаний части 11 микроволновых колебаний на другую частоту и/или выполняет управление для уменьшения напряжения возбуждения каждой из частей 112, 114 усиления микроволн для снижения выхода части 10 генерирования микроволн.
Ниже, со ссылкой на блок-схему последовательности операций, показанную на фиг.3-5, представлен подробный пример управления микроволновым нагревательным устройством по первому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением.
Предмет 101 для нагрева устанавливают в нагревательной камере 100 и помещают на часть 103 перегородки, условия нагрева устанавливают с помощью части операций (не показана) и нажимают на кнопку начала нагрева таким образом, что генерируется сигнал начала нагрева (этап S111 на фиг.3). Часть 120 управления, в которую вводят сигнал начала нагрева, генерирует выходной сигнал управления для установки части 10 генерирования микроволн на первую выходную мощность, которая представляет собой мощность меньше чем 100 Вт, и начинает действия (этап S112). В это время часть 120 управления подает заданное напряжение мощности возбуждения в упомянутую выше часть 112 усиления микроволн и основную часть 114 усиления микроволн. Часть 120 управления также выводит сигнал управления для установки исходной частоты колебаний части 11 микроволновых колебаний, например, на значение 2400 МГц, и начинает действие генерирования колебаний в части 11 микроволновых колебаний. Таким способом на исходном этапе часть 10 генерирования микроволн выводит мощность микроволн, меньшую чем 100 Вт, с частотой, например, 2400 МГц как первую выходную мощность.
Затем на этапе S113 частоту колебаний части 11 колебаний микроволн повышают с 2400 МГц на исходном этапе с шагом 1 МГц (например, 1 МГц за 10 миллисекунд) и изменяют до 2500 МГц на верхнем пределе диапазона изменения частоты. При таком действии изменения частоты передаваемой и отраженной мощности, соответственно, полученных из части 119 детектирования мощности, сохраняют, и обработка переходит на этап S114.
На этапе S114 содержание управления выбирают в соответствии с условием нагрева для предмета 101, предназначенного для нагрева. В случае, когда условие нагрева представляет собой нагрев с эффектом жарки предмета 101, предназначенного для нагрева, обработка переходит на этап S134, показанный на фиг.5. В случае другого условия нагрева, чем нагрев с эффектом жарки, обработка переходит на этап S115. Случай, когда условие нагрева, другое, чем нагрев с эффектом жарки, обозначает такой случай, когда предмет 101, предназначенный для нагрева, нагревают или размораживают с использованием, в основном, микроволн.
1
2
На этапе S115 выделяют частоты, на которых передаваемая мощность, получаемая из части 119 детектирования мощности, имеет чрезвычайно малое значение на характеристической кривой частот (таких как частоты f, f на фиг.2), и обработка переходит на этап S116. На этапе S116 выбирают следующую процедуру управления в соответствии с условием нагрева в соответствии с высокоскоростным нагревом и однородным нагревом предмета 101, предназначенного для нагрева. В случае, когда условие нагрева представляет собой высокоскоростной нагрев, обработка переходит на этап S117. В случае однородного нагрева обработка переходит на этап S123, показанный на фиг.4. Высокоскоростной нагрев и однородный нагрев представляют собой режим нагрева за счет микроволн.
Вначале будет описан случай, когда условие нагрева представляет собой высокоскоростной нагрев за счет микроволн, как один из режимов микроволнового нагрева.
1
В случае, когда высокоскоростной нагрев выбирают, как условие нагрева, частоту, при которой передаваемая мощность имеет минимальное значение (такая как частота f на фиг.2), устанавливают как частоту колебаний на этапе S117, и обработка переходит на этап S118.
На этапе S118 напряжением возбуждения части 112 предварительного усиления микроволн управляют таким образом, чтобы часть 10 генерирования микроволн генерировала вторую выходную мощность, используемую как номинальную выходную мощность. Следует отметить, что часть 120 управления может управлять как напряжением возбуждения части 112 предварительного усиления микроволн, так и напряжением возбуждения части 114 основного усиления микроволн в соответствии со спецификациями микроволнового нагревательного устройства в соответствии с настоящим изобретением, или может управлять только напряжением возбуждения части 114 основного усиления микроволн. В следующем описании соответствующих вариантов осуществления описанное выше действие управления выполняемой частью 120 управления описано для управления (установки) напряжением возбуждения части 112 предварительного усиления микроволн и/или напряжением возбуждения части 114 основного усиления микроволн.
Далее начинается действие основного нагрева с использованием второй выходной мощности, установленной на этапе S118 (этап S119). При действии основного нагрева поток обработки переходит на этап S120, и при этом определяют, не превышает ли отраженная мощность, детектируемая частью 119 детектирования мощности, заданное значение (значение, при котором отношение отраженной мощности соответствует 10% выхода части 10 генерирования микроволн). В случае, когда отраженная мощность не превышает заданное значение, поток обработки переходит на этап S121. В случае, когда отраженная мощность превышает заданное значение, поток обработки переходит на этап S122. На этапе S122 напряжением возбуждения части 112 предварительного усиления микроволн и/или напряжением возбуждения части 114 основного усиления микроволн управляют для их уменьшения таким образом, чтобы можно было регулировать отраженную мощность, так чтобы она не превышала заданное значение, и поток обработки переходит на этап S121.
На этапе S121 определяют ход нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева. Что касается этого хода нагрева, когда время обработки нагрева установлено как условие нагрева, определяют, прошло или нет время обработки нагрева. Когда время обработки нагрева еще не прошло, поток обработки возвращается на этап S120. Когда время обработки нагрева прошло, действие по нагреву заканчивается.
Когда средство для детектирования физической информации предмета 101, предназначенного для нагрева, такой как температура поверхности, размер, количество или тому подобное, относящиеся к предмету 101, предназначенному для нагрева, будет предоставлено в микроволновом нагревательном устройстве в соответствии с первым вариантом осуществления, может быть определено, закончен ли нагрев в соответствии с сигналом детектирования средства детектирования физической информации. Например, в случае, когда средство детектирования температуры используется как средство детектирования физической информации, определяют, достигла или нет температура требуемого уровня (такого как 75°C). В случае, когда температура еще не достигла требуемого уровня, поток обработки возвращается на этап S120. В случае, когда температура достигла требуемого уровня, действие нагрева заканчивается. В случае если будет предоставлено средство для детектирования размера, количества или тому подобное, относящееся к предмету 101, предназначенному для нагрева, время действия нагрева, предварительно определенное с учетом диапазона размера или количества, может быть выделено в соответствии со способом обработки, таким как способ варки, и окончание действия нагрева может быть определено в соответствии с тем, прошло или нет время действия нагрева.
Как описано выше, путем управления частью 11 микроволновых колебаний для генерирования частоты, на которой передаваемая мощность, детектируемая частью 119 детектирования мощности, имеет минимальное значение, количество микроволновой энергии, подаваемой из первой части 105 подачи в первую нагревательную камеру 100a и поглощаемую предметом 101, предназначенным для нагрева, делают максимальным таким образом, что может быть выполнена высокоскоростная тепловая обработка предмета 101, предназначенного для нагрева.
Далее будет описан случай, когда условие нагрева представляет собой равномерный нагрев предмета 101, предназначенного для нагрева, в качестве другого из режимов микроволнового нагрева.
Нагревательная камера 100, в которую подают микроволны, представляет собой закрытое пространство, и форма нагревательной камеры установлена таким образом, что множество режимов резонанса генерируют в полосе частот подаваемых микроволн.
Например, в случае, когда форма нагревательной камеры установлена так, что она имеет размеры 360 мм в ширину, 360 мм в глубину и 210 мм в высоту, и при условии, что отсутствует предмет 101, предназначенный для нагрева, используемый в качестве нагрузки в нагревательной камере 100, стоячие волны (530) или (350) на частоте 2428 МГц, (441) на частоте 2461 МГц и (313) на частоте 2514 МГц генерируют как взаимосвязи между частотами и режимами резонанса. Числовые значения в круглых скобках обозначают количество узлов, генерируемых, соответственно, в направлении ширины, направлении глубины и в направлении высоты. Числовые значения обозначают дисперсию силы электромагнитной микроволны или микроволны в нагревательной камере 100.
Когда предмет 101, предназначенный для нагрева, размещен в нагревательной камере 100, относительная диэлектрическая проницаемость предмета 101, предназначенного для нагрева, больше чем 1, что представляет собой относительную диэлектрическую проницаемость воздуха таким образом, что он действует так, как если бы существенная форма нагревательной камеры 100 была увеличена. В результате частоты, генерируемые в описанных выше резонансных режимах, в соответствии с типом или объемом предмета 101, предназначенного для нагрева, генерируют на нижней стороне относительно описанных выше значений.
Для управления однородным нагревом, описанным ниже, используется множество резонансных режимов, генерируемых в нагревательной камере 100.
В случае, когда условия нагрева определены как однородный нагрев на этапе S116, показанном на фиг.3, поток обработки переходит на этап S123 по фиг.4.
l
На этапе S123 частоту, на которой передаваемая мощность имеет минимальное значение (такую как частота f на фиг.2), устанавливают как частоту колебаний, и обработка переходит на этап S124.
На этапе S124 напряжение возбуждения части 112 предварительного усиления микроволн и/или напряжение возбуждения части 114 основного усиления микроволн устанавливают так, чтобы часть 10 генерирования микроволн генерировала вторую выходную мощность, используемую как номинальная выходная мощность. Далее начинается действие основного нагрева со второй выходной мощностью (номинальная выходная мощность), установленной на этапе S124 (этап S125). При действии основного нагрева поток обработки переходит на этап S126, и определяют, превышает или нет отраженная мощность, детектируемая частью 119 детектирования мощности, заданное значение, такое как значение, при котором отношение отраженной мощности соответствует 10% выхода части 10 генерирования микроволн. В случае, когда отраженная мощность не превышает заданное значение, при котором отношение отраженной мощности соответствует 10%, поток обработки переходит на этап S127. В случае, когда отраженная мощность превышает заданное значение, поток обработки переходит на этап S128. На этапе S128 напряжением возбуждения части 112 предварительного усиления микроволн и/или напряжением возбуждения части 114 основного усиления микроволн управляют так, чтобы его уменьшить с тем, чтобы отраженную мощность можно было регулировать так, чтобы она не превышала заданное значение, и поток обработки переходит на этап S127.
На этапе S127 определяют, достигло или нет текущее время действия заданной длительности времени регулирования, при котором происходит работа на одной частоте. В случае, когда время действия еще не достигло заданной длительности, поток обработки возвращается на этап S126. В случае, когда время действия достигло заданной длительности, поток обработки переходит на этап S129.
2
На этапе S129 частоту, на которой переданная энергия является второй наименьшей (такую как частота f на фиг.2) среди группы частот колебаний, на которых переданная мощность, детектируемая частью 119 детектирования мощности, имеет чрезвычайно малое значение, устанавливают как частоту, и поток обработки переходит на этап S130.
1
Следует отметить, что в случае характеристической кривой, показанной на фиг.2, существуют две частоты, на которых переданная мощность имеет чрезвычайно малое значение, и эти две частоты переключают и выбирают. Однако на характеристической кривой, показанной в одном примере на фиг.2, частота, при которой отношение переданной мощности не превышает 10%, является единственной в полосе частоты f. Таким образом, для выполнения однородного нагрева необходимо выполнять управление для уменьшения выходной мощности с тем, чтобы прекратить переключение и выбрать частоты, на которых передаваемая мощность имеет чрезвычайно малое значение, или ограничить время действия.
В случае, когда имеется три или больше частоты, на которых передаваемая мощность имеет чрезвычайно малое значение, частоты переключают и выбирают последовательно от частоты, на которой передаваемая мощность мала, до частоты, на которой передаваемая мощность высока. При таком переключении и выборе, когда частота достигает значения, при котором передаваемая мощность имеет максимальное чрезвычайно малое значение, частоту однократно возвращают на частоту, при которой передаваемая мощность имеет минимальное чрезвычайно малое значение, и затем частоты, на которых передаваемая мощность имеет большее значение, можно последовательно переключать и выбирать. В качестве альтернативы можно реверсивно и последовательно выполнять переключение на частоты, на которых передаваемая мощность имеет малое значение, и выбирать их после частоты, на которой передаваемая мощность имеет максимальное чрезвычайно малое значение.
На этапах S130-S132 выполняют те же действия управления, что и на этапах S126-S128, описанных выше. Когда время действия на текущей частоте колебаний достигает заданной длительности, на этапе S132 поток обработки переходит на этап S133.
На этапе S133 выполняют то же действие управления, что и на этапе S121, описанном выше. Когда определяют, что обработка нагрева не закончена, поток обработки возвращается на этап S129. Когда определяют, что обработка нагрева закончена, действие нагрева заканчивают.
Как описано выше, в микроволновом нагревательном устройстве в соответствии с первым вариантом осуществления микроволны формируют путем управления частью 11 колебаний микроволн для последовательного генерирования частот среди группы частот, на которых сигналы детектирования части 119 детектирования мощности имеют чрезвычайно малые значения, и подают из первой части 105 подачи в первую нагревательную камеру 100a. Количество микроволновой энергии, подаваемой в первую нагревательную камеру 100a и потребляемой предметом 101, предназначенным для нагрева, делают максимальным, и распределение микроволн в пространстве в нагревательной камере, в которую подают микроволновую энергию из первой части 105 подачи, изменяют таким образом, чтобы можно было эффективно осуществлять однородный нагрев предмета 101, предназначенного для нагрева.
Далее будет описан случай, когда условие нагрева представляет собой нагрев с эффектом жарки предмета 101, предназначенного для нагрева. Нагрев с эффектом жарки представляет собой режим нагрева за счет теплопроводности и излучения.
На этапе S114, показанном на фиг.3, элемент управления выбран в соответствии с условием нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева.
В случае, когда условие нагрева представляет собой нагрев с эффектом жарки предмета 101, предназначенного для нагрева, поток обработки переходит на этап S134, показанный на фиг.5.
3
На этапе S134 частоту колебаний части 11 микроволновых колебаний устанавливают на частоту, на которой передаваемая мощность имеет максимальное значение (такую как частота f на фиг.2), и поток обработки переходит на этап S135.
На этапе S135 напряжение возбуждения части 112 предварительного усиления микроволн и/или напряжение возбуждения части 114 основного усиления микроволн устанавливают так, чтобы часть 10 генерирования микроволн генерировала вторую выходную мощность, используемую как номинальный выход. Затем начинается действие по основному нагреву при установленной второй выходной мощности на этапе S135 (этап S136). Во время действия основного нагрева поток обработки переходит на этап S137, и определяют, превышает или нет отраженная мощность, детектируемая частью 119 детектирования мощности, заданное значение (значение, при котором отношение отраженной мощности соответствует 10% выхода части 10 генерирования микроволн). В случае, когда отраженная мощность не превышает заданное значение, поток обработки переходит на этап S138. В случае, когда отраженная мощность превышает заданное значение, поток обработки переходит на этап S139. На этапе S139 напряжением возбуждения части 112 предварительного усиления микроволн и/или напряжением возбуждения части 114 основного усиления микроволн управляют для его уменьшения так, что отраженную мощность регулируют, чтобы она не превышала заданное значение, и поток обработки переходит на этап S138.
На этапе S138 определяют ход нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева. Что касается такого хода нагрева, определяют, прошло или нет время обработки нагрева, введенное как условие нагрева. В случае, когда время обработки нагрева еще не прошло, поток обработки возвращается на этап S137. В случае, когда время обработки нагрева прошло, действие нагрева заканчивается.
Как описано выше, путем управления частью 11 микроволновых колебаний для генерирования частоты, на которой передаваемая мощность, детектируемая частью 119 детектирования мощности, имеет максимальное значение, величину микроволновой мощности, подаваемой из первой части 105 подачи в первую нагревательную камеру 100a и поглощаемой предметом 101, предназначенным для нагрева, сводят к минимуму. Поэтому микроволновую мощность, подаваемую из второй части 106 подачи во вторую нагревательную камеру 100b, делают максимальной, и количество микроволновой мощности, поглощаемой слоем 104 поглощения микроволн, делают максимальным с тем, чтобы способствовать нагреву с эффектом жарки предмета 101, предназначенного для нагрева.
Следует отметить, что в микроволновом нагревательном устройстве в соответствии с первым вариантом осуществления режим микроволнового нагрева и режим нагрева за счет теплопроводности и излучения могут быть выполнены не только, соответственно, независимыми друг от друга, но также могут быть скомбинированы друг с другом и могут быть выполнены как составной режим нагрева.
Действие управления нагревом в микроволновом нагревательном устройстве в соответствии с первым вариантом осуществления описано выше. Ниже будут описаны эффекты действий управления нагревом.
При изменении частоты колебаний части 11 колебаний микроволн в заданном частотном интервале по всей ширине полосы ее пропускания (переменный диапазон) после начала нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева, можно изменять импеданс нагрузки, когда первую нагревательную камеру 100a рассматривают со стороны первой части 105 подачи, и вторую нагревательную камеру 100b рассматривают со стороны второй части 106 подачи.
Путем изменения импеданса нагрузки, таким образом, отношение между количеством микроволновой энергии, подаваемой из первой части 105 подачи в первую нагревательную камеру 100a и потребляемой предметом 101, предназначенным для нагрева, и количество микроволновой энергии, возвращаемой из первой нагревательной камеры 100a в первую часть 105 подачи и подаваемой из второй части 106 подачи во вторую нагревательную камеру 100b через циркулятор 118 для ее поглощения слоем 104 поглощения микроволн, можно произвольно выбирать, используя частоту колебаний в качестве параметра. В результате предмет 101, предназначенный для нагрева, можно эффективно нагревать в соответствии с требуемыми условиями нагрева.
Импеданс нагрузки изменяется даже на той же частоте в соответствии с формой, типом и количеством предмета 101, предназначенного для нагрева, размещенного в первой нагревательной камере 100a. Однако путем выбора оптимальной частоты колебаний импеданс нагрузки, когда первую нагревательную камеру 100a рассматривают со стороны первой части 105 подачи, делают близким к импедансу мощности, когда часть 10 генерирования микроволн рассматривают со стороны первой части 105 подачи так, чтобы отраженную мощность в первую часть 105 подачи или передаваемую мощность во вторую часть 106 подачи можно было бы уменьшить. Таким способом, путем использования частоты колебаний, на которой отраженная мощность в первую часть 105 подачи или переданная мощность во вторую часть 106 подачи имеет наименьшее значение, количество принимаемого тепла от микроволновой энергии в предмет 101, предназначенный для нагрева, будет максимальным, так что предмет 101, предназначенный для нагрева, может быть нагрет с высокой скоростью.
Используя группы частот, на которых отраженная мощность в первую часть 105 подачи или переданная мощность во вторую часть 106 подачи имеет чрезвычайно малое значение частотной характеристики, путем последовательного переключения частот в группе частот и при подаче микроволновой энергии в первую нагревательную камеру 100a и во вторую нагревательную камеру 100b, можно изменять распределение микроволн, генерируемое в каждой из первой нагревательной камеры 100a и второй нагревательной камеры 100b. В результате можно улучшить однородный нагрев предмета 101, предназначенного для нагрева, и слоя 104 поглотителя микроволн.
Как описано выше, в микроволновом нагревательном устройстве в соответствии с первым вариантом осуществления, в первой нагревательной камере 100a, в которой размещен предмет 101, предназначенный для нагрева, можно эффективно выполнять высокоскоростной нагрева или однородный нагрев предмета 101, предназначенного для нагрева, используя описанное выше управление выбором частоты.
В микроволновом нагревательном устройстве в соответствии с первым вариантом осуществления используют большое количество частот, на которых отраженная мощность из первой нагревательной камеры 100a в первую часть 105 подачи или переданная мощность во вторую часть 106 подачи велика. В микроволновом нагревательном устройстве в соответствии с первым вариантом осуществления, в результате использования частот, на которых величина микроволновой мощности, подаваемой из второй части 106 подачи во вторую нагревательную камеру 100b, велика, реализуется нагрев с эффектом жарки предмета 101, предназначенного для нагрева. Таким образом, выбирают частоту, на которой отраженная мощность в первую часть 105 подачи или переданная мощность во вторую часть 106 подачи будет максимальной, и часть 10 генерирования микроволн работает на выбранной частоте. В результате работы части 10 генерирования микроволн таким образом количество тепла, принимаемого из микроволн предметом 101, предназначенным для нагрева в первую нагревательной камере 100a, в которой размещен предмет 101, предназначенный для нагрева, будет минимальным. Микроволны, не поглощенные в нагревательной камере 100a и отраженные в первую часть 105 подачи, передают во вторую часть 106 подачи через циркулятор 118, и передают во вторую нагревательную камеру 100b. Микроволны, подаваемые во вторую нагревательную камеру 100b, поглощаются слоем 104 поглотителя микроволн, таким образом, что слой 104 поглотителя микроволн генерирует тепло. Тепло, генерируемое слоем 104 поглотителя микроволн, передают в соединенную часть 103 перегородки. Часть 103 перегородки при высокой температуре излучает тепло в первую нагревательную камеру 100a, в которой размещен предмет 101, предназначенный для нагрева. Поскольку предмет 101, предназначенный для нагрева, принимает излучаемое тепло, слой 104 поглотителя микроволн не достигает теплового насыщения, и передаваемые микроволны могут быть, по существу, на 100% поглощены. В результате в микроволновом нагревательном устройстве в соответствии с первым вариантом осуществления нагрев с эффектом жарки может быть выполнен с высокой скоростью для предмета 101, предназначенного для нагрева.
Как описано выше, в микроволновом нагревательном устройстве в соответствии с первым вариантом осуществления выходная мощность части 10 генерирования микроволн, подаваемая в нагревательную камеру 100, может, по существу, полностью быть поглощена предметом 101, предназначенным для нагрева, и слоем 104 поглотителя микроволн. Таким образом, выход части 10 генерирования микроволн может быть, по существу, на 100% поглощен в процессе нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева. Таким образом, в микроволновом нагревательном устройстве по первому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением может быть предусмотрено устройство нагрева, имеющее отличную характеристику экономии энергии.
Следует отметить, что в случае, когда слой 104 поглотителя микроволн достигает теплового насыщения, и происходит насыщение способности поглощения микроволн, отраженную мощность генерируют из второй нагревательной камеры 100b во вторую часть 106 подачи. Отраженную мощность отражают в часть 10 генерирования микроволн через циркулятор 118, и возникает риск того, что полупроводниковые элементы, используемые как активные компоненты части 10 генерирования микроволн, будут испорчены под действием тепла. Для предотвращения такого теплового разрушения в микроволновом нагревательном устройстве в соответствии с первым вариантом осуществления в соответствии с настоящим изобретением, когда отраженная мощность от второй части 106 подачи превышает заданный уровень (такой как 10% выхода части 10 генерирования микроволн), напряжение возбуждения каждой из частей 112, 114 усиления микроволн уменьшают. При управлении по уменьшению напряжения возбуждения каждой из частей 112, 114 усиления микроволн, таким образом, количество тепловых потерь в результате действий по усилению уменьшается, и отраженная мощность уменьшается, так что тепловое разрушение полупроводниковых элементов может быть надежно предотвращено.
В микроволновом нагревательном устройстве по первому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением управление нагревом с эффектом жарки может быть выполнено только на частоте, на которой переданная мощность во вторую часть 106 подачи будет максимальной, или управление может быть выполнено для плавного изменения частоты в пределах определенной полосы, используя частоту, на которой мощность, переданная во вторую часть 106 подачи, будет максимальной, как центральную частоту (например, 20 МГц). Управляя качанием частоты, обеспечивается равномерный нагрев всего слоя 104 поглотителя микроволн. Таким образом, можно эффективно выполнять нагрев с эффектом жарки предмета 101, предназначенного для нагрева, имеющего большую площадь нижней поверхности.
Выбор различных, описанных выше способов управления для нагрева с эффектом жарки, может быть предварительно установлен в соответствии с формой, типом, количеством и т.п. предмета 101, предназначенного для нагрева.
(Второй вариант осуществления)
Ниже со ссылкой на приложенные фиг.6-10 будет подробно описано микроволновое нагревательное устройство по второму варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.6 показана блок-схема, представляющая конфигурацию микроволнового нагревательного устройства по второму варианту осуществления. На фиг.7 показан график частотной характеристики микроволнового нагревательного устройства по второму варианту осуществления. На фиг.8-10 показаны блок-схемы последовательности операций, представляющие действия, выполняемые в микроволновом нагревательном устройстве по второму варианту осуществления. В описании второго варианта осуществления составляющие элементы, имеющие те же функции и конфигурации, как и в описанном выше первом варианте осуществления, будут обозначены теми же номерами символьных позиций, и описание первого варианта осуществления будет приложено к их описанию.
На фиг.6 часть 10 генерирования микроволн в микроволновом нагревательном устройстве по второму варианту осуществления имеет часть 11 микроволновых колебаний, сформированную с использованием полупроводникового элемента, делитель 212 мощности, предназначенного для разделения выхода части 11 микроволновых колебаний на два и вывода разделенных выходных сигналов, части 213a, 213b предварительного усиления микроволн, в которые подают выходные сигналы, разделенные делителем 212 мощности, через каналы 214a, 214b передачи микроволн, и части 215a, 215b основного усиления микроволн, соответственно, для дополнительного усиления выходных сигналов частей 213a, 213b предварительного усиления микроволн. Выходные сигналы частей 215a, 215b основного усиления микроволн, соответственно, направляют в выходные части 216a, 216b через каналы 217a, 217b передачи микроволн. Части 213a, 213b предварительного усиления микроволн и части 215a, 215b основного усиления микроволн, соответственно, сформированы с использованием полупроводниковых элементов.
Часть 10 генерирования микроволн сформирована из диэлектрической подложки 218, выполненной из материала с малыми диэлектрическими потерями. Части 213a, 213b предварительного усиления микроволн и части 215a, 215b основного усиления микроволн формируют на основе цепей, имеющих электропроводные структуры, сформированные на одной поверхности диэлектрической подложки 218. Для предпочтительной работы полупроводниковых элементов, используемых в качестве усилительных элементов в частях 213a, 213b, 215a, 215b усиления микроволн, согласующие цепи, соответственно, предусмотрены на сторонах входов и сторонах выходов полупроводниковых элементов.
В каналах 214a, 214b, 217a, 217b передачи микроволн каналы передачи, имеющие характеристический импеданс 50 Ом, сформированы с использованием электропроводных структур, предусмотренных на одной поверхности диэлектрической подложки 218.
Часть 11 микроволновых колебаний части 10 генерирования микроволн имеет функцию изменения частоты, состоящую в генерировании частот в диапазоне от 2400 МГц до 2500 МГц.
Как показано на фиг.6, в микроволновом нагревательном устройстве в соответствии со вторым вариантом осуществления предусмотрена нагревательная камера 100, в которой размещен предмет 101, предназначенный для нагрева, нагревательная камера, в которую подают микроволны, выводимые из части 10 генерирования микроволн. В нагревательной камере 100 дверца для размещения предмета 101, предназначенного для нагрева внутри и извлечение его наружу (не показана), предусмотрена на поверхности одной стенки, формирующей нагревательную камеру 100. В нагревательной камере 100 другие поверхности стенок, кроме поверхности стенки, в которой предусмотрена дверца, сформированы из закрывающих пластин, изготовленных из металлического материала, таким образом, что микроволны, подаваемые в нагревательную камеру 100, заключены внутри нагревательной камеры. Часть 103 перегородки расположена и отнесена от поверхности 102 нижней стенки нагревательной камеры на заданное расстояние так, что она отделяет пространство в нагревательной камере, при этом часть перегородки, на которую устанавливают предмет 101, предназначенный для нагрева, предусмотрена внутри нагревательной камеры 100. Поэтому пространство в нагревательной камере разделено частью 103 перегородки на первую нагревательную камеру 100a, в которой помещен предмет 101, предназначенный для нагрева, в верхнем пространстве относительно части 103 перегородки, и вторую нагревательную камеру 100b, как нижнее пространство относительно части 103 перегородки. Такая часть 103 перегородки изготовлена из металлического материала. На поверхности (задней поверхности) части 103 перегородки, с противоположной стороны от поверхности для установки предмета, предназначенного для нагрева, то есть на поверхности, которая обращена ко второй нагревательной камере 100b, предусмотрен и плотно закреплен слой 104 поглотителя микроволн, используемый как поглотитель микроволн, который содержит поглощающий микроволны материал.
В нагревательной камере 100 предусмотрены две первых части 105a, 105b подачи, предназначенные для подачи микроволн в первую нагревательную камеру 100a, в которой размещен предмет 101, предназначенный для нагрева, и две вторые части 106a, 106b подачи, предназначенные для подачи микроволн во вторую нагревательную камеру 100b, в которой одна поверхность стенки, сформирована со слоем 104 поглотителя микроволн. Две первые части 105a, 105b подачи в первой нагревательной камере 100a, соответственно, расположены на поверхности левой стенки и на поверхности правой стенки первой нагревательной камеры 100a так, что они обращены друг к другу. Две вторые части 106a, 106b подачи во второй нагревательной камере 100b, соответственно, расположены на левой поверхности стенки и на правой поверхности стенки второй нагревательной камеры 100b так, что они обращены друг к другу.
Так же как и слой 104 поглотителя микроволн в приведенном выше первом варианте осуществления, базовый материал слоя 104 поглотителя микроволн, закрывающий заднюю поверхность части 103 перегородки, представляет собой материал, поглощающий микроволны, сформированный путем смешивания феррита и материала полимерной смолы. Слой поглотителя микроволн закреплен на поверхности, обращенной ко второй нагревательной камере 100b (соединительная поверхность) задней поверхности части 103 перегородки, на которой предусмотрено теплоустойчивое покрытие.
Следует отметить, что соединительная поверхность части 103 перегородки сформирована в виде выпукло-вогнутой формы, и площадь поверхности слоя 104 поглотителя микроволн увеличена, так что характеристики поглощения микроволн, подаваемых во вторую нагревательную камеру 100b, улучшаются.
Как показано на фиг.6, выходы части 10 генерирования микроволн, соответственно, передают в первые части 105a, 105b подачи через циркуляторы 219a, 219b, формирующие невозвратные контуры циркуляционного типа, и подают в первую нагревательную камеру 100a. Отраженные микроволны, соответственно, возвращаемые из первой нагревательной камеры 100a в циркуляторы 219a, 219b через первые части 105a, 105b подачи, соответственно, передают во вторые части 106a, 106b подачи с помощью циркуляторов 219a, 219b. Таким образом, циркуляторы 219a, 219b сформированы так, что они передают во вторые части 106a, 106b подачи отраженные микроволны, возвращаемые из первых частей 105a, 105b подачи в циркуляторы 219a, 219b.
Части 220a, 220b детектирования мощности, соответственно, расположены в каналах передачи между циркуляторами 219a, 219b и вторыми частями 106a, 106b подачи. Части 220a, 220b детектирования мощности, соответственно, детектируют величины мощности микроволн, соответственно, передаваемых из циркуляторов 219a, 219b во вторые части 106a, 106b подачи, и величины отраженных микроволн, соответственно, возвращаемых из второй нагревательной камеры 100b в циркуляторы 219a, 219b через вторые части 106a, 106b подачи.
В микроволновом нагревательном устройстве по второму варианту осуществления предусмотрена часть 221 управления, предназначенная для управления действиями части 10 генерирования микроволн. Часть 221 управления принимает сигналы, детектируемые частями 220a, 220b детектирования мощности, выполняет различную обработку и затем выполняет управление изменения частоты колебаний части 11 микроволновых колебаний.
Части 220a, 220b детектирования мощности сформированы с использованием направленных ответвителей, имеющих степень связи приблизительно 40 дБ, и детектируют величины мощности, составляющие приблизительно 1/10000 переданной и отраженной мощности микроволн. Сигналы мощности, обозначающие величины мощности, детектируемые частями 220a, 220b детектирования мощности, соответственно, выпрямляют с помощью диодов детектирования волн (не показаны), сглаживают с помощью конденсаторов (не показаны) и выводят. Их выходные сигналы подают в часть 221 управления.
Далее со ссылкой на фиг.7-10 будут описаны действия микроволнового нагревательного устройства по второму варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.7 показан характеристический график, представляющий один пример сигналов детектирования частей 220a, 220b детектирования питания в микроволновом нагревательном устройстве по второму варианту осуществления. На фиг.7 на горизонтальной оси графика обозначены частоты (МГц), и на вертикальной оси обозначены отношения (%) суммы мощности (переданной мощности), детектированной частями 220a, 220b детектирования мощности и переданной во вторые части подачи, и суммы мощности (отраженной мощности), которая должна быть возвращена из вторых частей 106a, 106b подачи в циркуляторы 219a, 219b, относительно суммы выходов части 10 генерирования микроволн. Характеристическая кривая G210 обозначает отношение переданной мощности, и характеристическая кривая G211 обозначает отношение отраженной мощности.
1
2
3
Характеристическая кривая G210, обозначающая переданную мощность, имеет частоты f, f, на которых значения мощности передачи чрезвычайно малы, и частоту f, на которой мощность передачи имеет максимальное значение. Характеристическая кривая G211, обозначающая отраженную мощность, обозначает, что существует полоса частот, где отраженная мощность, возвращаемая из вторых частей 106a, 106b подачи в циркуляторы, генерируются в области высокой частоты, хотя эти частоты имеют низкий уровень во всей полосе частот. Отраженная мощность генерируется в результате поглощающей способности слоя 104 поглотителя микроволн и характерного изменения в соответствии с изменением импеданса слоя 104 поглотителя микроволн в результате поглощения микроволн и генерирования тепла.
Следует отметить, что на графике, показанном на фиг.7, прямая линия G212, показанная как пунктирная линия, обозначает отношение отраженной мощности, когда часть 10 генерирования микроволн работает с номинальным выходом, которое составляет 10%. Когда этот уровень 10%, то есть абсолютное значение отраженной мощности, соответствующей 10% номинального выхода, используемого как опорное значение, будет превышен, часть 221 управления управляет так, что она переключает частоту колебаний части 11 колебаний микроволн на другую частоту и/или выполняет такое управление, чтобы уменьшить напряжение возбуждения каждой из частей 213a, 213b, 215a, 215b предварительного усиления микроволн с тем, чтобы уменьшить выход части 10 генерирования микроволн.
Ниже, со ссылкой на блок-схемы последовательности операций, показанные на фиг.8-10, будет представлен подробный пример управления микроволновым нагревательным устройством по второму варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением.
Предмет 101, предназначенный для нагрева, размещают в нагревательной камере 100 и устанавливают на части 103 перегородки, условие нагрева устанавливают с помощью части операций (не показаны), и нажимают на кнопку начала нагрева так, что генерируется сигнал начала нагрева (этап S211 по фиг.8). Часть 221 управления, в которую поступает сигнал начала нагрева, генерирует выходной сигнал управления для установки части 10 генерирования микроволн на первую выходную мощность, такую как мощность меньше 100 Вт, и начинает действия (этап S212). В это время часть 221 управления подает заданное напряжение питания для возбуждения в части 213a, 213b предварительного усиления микроволн и в части 215a, 215b основного усиления микроволн. Часть 221 управления также выводит сигнал управления для установки исходной частоты колебаний части 11 микроволновых колебаний, например как 2400 МГц, и начинает действие выработки колебаний частью 11 микроволновых колебаний. Таким образом, на исходном этапе часть 10 генерирования микроволн выводит микроволновую мощность меньше чем 100 Вт на частоте, например 2400 МГц, как первую выходную мощность.
Далее на этапе S213, частоту колебаний части 11 микроволновых колебаний изменяют на более высокую частоту с 2400 МГц на исходном этапе с шагом 1 МГц (например, 1 МГц за 10 миллисекунд) и изменяют так, чтобы она составляла 2500 МГц на верхнем пределе диапазона изменения частоты. При таком действии изменения частоты, соответственно, сохраняют передаваемую мощность и отраженную мощность, получаемые из частей 220a, 220b детектирования мощности, и поток обработки переходит на этап S214.
На этапе S214 выбирают содержание управления в соответствии с условием нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева. В случае, когда условие нагрева представляет собой нагрев с эффектом жарки предмета 101, предназначенного для нагрева, поток обработки переходит на этап S234, показанный на фиг.10. В случае, когда условия нагрева будут другими, кроме нагрева с эффектом жарки, поток обработки переходит на этап S215. Случай, когда условие нагрева отличается от условия нагрева посредством жарки, обозначает такой случай, в котором предмет 101, предназначенный для нагрева, нагревают или размораживают, в основном, используя микроволны.
1
2
На этапе S215 частоты, на которых сумма передаваемой мощности, полученной из частей 220a, 220b детектирования мощности, имеет чрезвычайно малое значение на характеристической кривой, частоты (такие как частоты f, f на фиг.7) выделяют, и поток обработки переходит на этап S216. На этапе S216 выбирают следующую процедуру управления в соответствии с условиями нагрева, такими как один из высокоскоростного нагрева и равномерного нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева. В случае, когда условие нагрева представляет собой высокоскоростной нагрев, поток обработки переходит на этап S217. В случае однородного нагрева поток обработки переходит на этап S223, показанный на фиг.9. Высокоскоростной нагрев и равномерный нагрев представляют собой режим микроволнового нагрева.
Вначале будет описан случай, в котором условие нагрева представляет собой высокоскоростной нагрев при использовании микроволн, в качестве одного из режима микроволнового нагрева.
1
В случае, когда высокоскоростной нагрев выбирают как условие нагрева, частоту, на которой переданная энергия имеет минимальное значение (такую как частота f на фиг.7), устанавливают как частоту колебаний на этапе S217, и поток обработки переходит на этап S218.
На этапе S218 напряжение возбуждения частей 213a, 213b предварительного усиления микроволн и/или частей 215a, 215b основного усиления микроволн устанавливают так, чтобы часть 10 генерирования микроволн генерировала вторую выходную мощность, используемую как номинальный выход.
Далее начинается действие основного нагрева при второй выходной мощности (номинальная выходная мощность), установленной на этапе S218 (этап S219). При действии основного нагрева поток обработки переходит на этап S220, и определяют, не превышает ли отраженная мощность, детектируемая каждой из частей 220a, 220b детектирования мощности, заданное значение (значение, соответствующее 10% номинальной выходной мощности части 10 генерирования микроволн). В случае, когда отраженная мощность не превышает заданное значение, поток обработки переходит на этап S221. В случае, когда отраженная мощность превышает заданное значение, поток обработки переходит на этап S222. На этапе S222 напряжением возбуждения частей 213a, 213b предварительного усиления микроволн и/или напряжением возбуждения частей 215a, 215b основного усиления микроволн управляют для их уменьшения так, чтобы отраженная мощность была отрегулирована и не превышала заданное значение, и поток обработки переходит на этап S221.
На этапе S221 определяют последовательность нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева. Что касается последовательности нагрева, когда время обработки нагрева установлено, как условие нагрева, определяют, прошло или нет время обработки нагрева. Когда время обработки нагрева еще не прошло, поток возвращается на этап S220. Когда время обработки нагрева прошло, действие нагрева заканчивается.
Следует отметить, что в случае, когда средство для детектирования физической информации предмета 101, предназначенного для нагрева, такой как температура поверхности, размер, количество и т.п., относящейся к предмету 101, предназначенному для нагрева, предоставляют в микроволновое нагревательное устройство в соответствии со вторым вариантом осуществления, может быть определено, закончен или нет нагрев в соответствии с сигналом детектирования средства детектирования физической информации. Например, в случае, когда средство детектирования температуры используется, как средство детектирования физической информации, определяют, достигла или нет температура требуемого уровня (например, 75°C). В случае, когда температура еще не достигла требуемого уровня, поток обработки возвращается на этап S220. В случае, когда температура достигла требуемого уровня, действие нагрева заканчивается. В случае, когда предусмотрено средство для детектирования размера или количества, относящегося к предмету 101, предназначенному для нагрева, время действия нагрева предварительно определяют в соответствии с диапазоном каждого из размеров и количества, выделяют в соответствии со способом обработки, таким как способ варки, и окончание действия нагрева может быть определено в соответствии с тем, прошло или нет время действия нагрева.
Как описано выше, путем управления частью 11 колебаний микроволн для генерирования частоты, на которой передаваемая мощность, детектируемая каждой из частей 220a, 220b детектирования мощности, имеет минимальное значение, и количество микроволновой энергии, подаваемой из первых частей 105a, 105b подачи в первую нагревательную камеру 100a и потребляемой предметом 101, предназначенным для нагрева, делают максимальным так, чтобы можно было выполнять высокоскоростную обработку нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева.
Далее будет описан случай, в котором условие нагрева представляет собой однородный нагрев предмета 101, предназначенного для нагрева, как другой один из режимов микроволнового нагрева.
В способе управления однородным нагревом, описанном ниже, используется множество режимов резонанса, генерируемых в нагревательной камере 100, описанной в приведенном выше первом варианте осуществления.
В случае, когда определяют, что условие нагрева представляет собой однородный нагрев, на этапе S216, показанном на фиг.8, поток обработки переходит на этап S223 по фиг.9.
1
На этапе S223 частоту, на которой переданная мощность имеет минимальное значение (такую как частота f на фиг.7), устанавливают как частоту колебаний, и поток обработки переходит на этап S224.
На этапе S224 напряжение возбуждения частей 213a, 213b предварительного усиления микроволн и/или напряжение возбуждения частей 215a, 215b основного усиления микроволн устанавливают так, чтобы часть 10 генерирования микроволн генерировала вторую выходную мощность, используемую как номинальный выход. Далее начинается действие основного нагрева с использованием второй выходной мощности, установленной на этапе S224 (этап S225). При действии основного нагрева поток обработки переходит на этап S226, и определяют, действительно ли отраженная мощность, детектируемая каждой из частей 220a, 220b детектирования мощности, не превышает заданное значение, такое как значение, соответствующее 10% номинальной выходной мощности части 10 генерирования микроволн. В случае, когда отраженная мощность не превышает заданное значение, поток обработки переходит на этап S227. В случае, когда отраженная мощность превышает заданное значение, поток обработки переходит на этап S228. На этапе S228 напряжением возбуждения частей 213a, 213b предварительного усиления микроволн и/или напряжением возбуждения основных частей 215a, 215b усиления микроволн управляют с целью его уменьшения так, что отраженную мощность регулируют так, чтобы она была не больше, чем заданное значение, и поток обработки переходит на этап S227.
На этапе S227 определяют, достигло ли текущее время действия заданной длительности, регулируя время работы на этой одной частоте. В случае, когда время действия еще не достигло заданной длительности, поток обработки возвращается на этап S226. В случае, когда время действия достигло заданной длительности, поток обработки переходит на этап S229.
2
На этапе S229 устанавливают частоту, на которой переданная мощность является второй наименьшей (такую как частота f на фиг.7) среди группы частот колебаний, на которых передаваемая мощность, детектируемая каждой из частей 220a, 220b детектирования мощности, имеет чрезвычайно малое значение, и поток обработки переходит на этап S230.
1
Следует отметить, что в случае характеристической кривой, показанной на фиг.7, имеются две частоты, на которых передаваемая мощность имеет чрезвычайно малое значение, и эти две частоты переключают и выбирают. Однако на характеристической кривой, показанной в одном примере на фиг.7, частота, на которой отношение переданной мощности составляет не больше чем 10%, является единственной в полосе частоты f. Таким образом, для выполнения равномерного нагрева необходимо выполнять такое управление, чтобы уменьшить выходную мощность, остановить переключение и выбрать частоты, на которых передаваемая мощность имеет чрезвычайно малое значение, или ограничить время действия.
В случае, когда имеется три или больше частоты, на которых передаваемая мощность имеет чрезвычайно малое значение, эти частоты переключают и выбирают последовательно от частоты, на которой передаваемая мощность слишком мала, до частоты, на которой передаваемая мощность высокая. При таком переключении и выборе, когда частота достигает значения, на котором передаваемая мощность имеет чрезвычайно малое значение, частоту однократно возвращают до частоты, на которой передаваемая мощность имеет чрезвычайно малое значение, и затем частоты, на которых передаваемая мощность имеет более высокое значение, можно последовательно переключать и выбирать. В качестве альтернативы частоты, на которых передаваемая мощность имеет более низкое значение, можно реверсивно и последовательно переключать и выбирать после частоты, на которой передаваемая мощность имеет чрезвычайно малое значение.
На этапах S230-S232 выполняют те же действия управления, что и на этапах S226-S228, описанных выше. Когда время действия на текущей частоте колебаний достигает заданной длительности на этапе S232, поток обработки переходит на этап S233.
На этапе S233 выполняют те же действия по управлению, что и на этапе S221, описанном выше. Когда определяют, что обработка нагрева не закончена, поток возвращается на этап S229. Когда определяют, что обработка нагрева закончена, действие нагрева заканчивают.
Как описано выше, в результате управления частью 11 микроволновых колебаний, для последовательного генерирования частот среди группы частот, на которых передаваемая мощность, детектируемая каждой из частей 220a, 220b детектирования мощности, имеет чрезвычайно малое значение, формируют микроволны, подаваемые из каждой из первых частей 105a, 105b подачи в первую нагревательную камеру 100a. Количество микроволновой энергии, поглощаемое предметом 101, предназначенным для нагрева, делают максимальным, и распределение микроволн в пространстве нагревательной камеры, в которую подают микроволны из первых частей 105a, 105b подачи, изменяется так, что можно выполнить однородный нагрев предмета 101, предназначенного для нагрева.
Далее будет описан случай, в котором условие нагрева представляет собой нагрев с эффектом жарки предмета 101, предназначенного для нагрева. Нагрев с эффектом жарки представляет собой режим нагрева проводимостью и излучением.
На этапе S214, показанном на фиг.8, управление содержанием выбирают в соответствии с условиями нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева. В случае, когда условие нагрева представляет собой нагрев с эффектом жарки предмета 101, предназначенного для нагрева, поток обработки переходит на этап S234, показанный на фиг.10.
3
На этапе S234 частоту колебаний части 11 микроволновых колебаний устанавливают как частоту, на которой передаваемая мощность имеет максимальное значение (такую как частота f на фиг.7), и поток обработки переходит на этап S235.
На этапе S235 напряжение возбуждения частей 213a, 213b предварительного усиления микроволн и/или напряжение возбуждения частей 215a, 215b основного усиления микроволн устанавливают так, чтобы часть 10 генерирования микроволн генерировала вторую выходную мощность, используемую как номинальный выход. Далее начинается действие основного нагрева на второй выходной мощности, установленной на этапе S235 (этап S236). При действии основного нагрева поток обработки переходит на этап S237, и определяют, превышает или нет отраженная мощность, детектируемая каждой из частей 220a, 220b детектирования мощности, заданное значение (значение, при котором отношение отраженной мощности соответствует 10% номинального выхода части 10 генерирования микроволн). В случае, когда отраженная мощность не превышает заданное значение, поток переходит на этап S238. В случае, когда отраженная мощность превышает заданное значение, поток обработки переходит на этап S239. На этапе S239 напряжением возбуждения частей 213a, 213b предварительного усиления микроволн и/или напряжением возбуждения частей 215a, 215b основного усиления микроволн управляют с целью уменьшения таким образом, чтобы отраженную мощность можно было регулировать так, чтобы она не превышала заданное значение, и поток обработки переходит на этап S238.
На этапе S238 определяют ход нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева. Что касается такого хода нагрева, определяют, прошло или нет время обработки нагрева, введенное как условие нагрева. В случае, когда время обработки нагрева еще не прошло, поток обработки возвращается на этап S237. В случае, когда время обработки нагрева прошло, действие нагрева заканчивается.
Как описано выше, во время нагрева с эффектом жарки в микроволновом нагревательном устройстве по второму варианту осуществления в результате управления частью 11 микроволновых колебаний так, чтобы она генерировала частоту, на которой передаваемая мощность, детектируемая каждой из частей 220a, 220b детектирования мощности, имела максимальное значение, сводят к минимуму количество микроволновой энергии, подаваемой из первых частей 105a, 105b подачи в первую нагревательную камеру 100a и поглощаемой предметом 101, предназначенным для нагрева. Поэтому микроволновую энергию, подаваемую из вторых частей 106a, 106b подачи во вторую нагревательную камеру 100b, делают максимальной, и количество микроволновой энергии, потребляемой слоем 104 поглотителя микроволн, делают максимальным, так что это способствует нагреву с эффектом жарки предмета 101, предназначенного для нагрева.
Следует отметить, что в микроволновом нагревательном устройстве по второму варианту осуществления режим микроволнового нагрева и режим нагрева за счет теплопроводности и излучения могут быть выполнены не только, соответственно, независимо друг от друга, но также могут быть скомбинированы друг с другом и выполнены как составной режим нагрева.
Действия по управлению нагревом в микроволновом нагревательном устройстве по второму варианту осуществления были описаны выше. Ниже будут описаны эффекты, связанные с действиями управления нагревом.
Путем изменения частоты колебаний части 11 микроволновых колебаний в заданном частотном интервале по всей ее полосе пропускания (переменный диапазон) после начала нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева, можно изменить импеданс нагрузки, когда на первую нагревательную камеру 100a смотрят со стороны частей 105a, 105b подачи, и на вторую нагревательную камеру 100b смотрят со стороны вторых частей 106a, 106b подачи. Путем изменения импеданса нагрузки таким образом отношение между количеством микроволновой энергии, подаваемой из первых частей 105a, 105b подачи в первую нагревательную камеру 100a и поглощаемой предметом 101, предназначенным для нагрева, и количеством микроволновой энергии, возвращаемой из первой нагревательной камеры 100a в первые части 105a, 105b подачи, подаваемой из вторых частей 106a, 106b подачи во вторую нагревательную камеру 100b через циркуляторы 219a, 219b, и поглощаемую слоем 104 поглотителя микроволн, можно произвольно выбирать, используя частоту колебаний как параметр. В результате, предмет 101, предназначенный для нагрева, можно эффективно нагревать в соответствии с требуемыми условиями нагрева.
Импеданс нагрузки изменяется даже на одной и той же частоте в зависимости от формы, типа и количества предмета 101, предназначенного для нагрева, который размещен в первой нагревательной камере 100a. Однако при выборе оптимальной частоты колебаний импеданс нагрузки, когда первую нагревательную камеру 100a рассматривают со стороны первых частей 105a, 105b подачи, приводят ближе к импедансу мощности, когда часть 10 генерирования микроволн со стороны из первых частей 105a, 105b подачи, таким образом, чтобы отраженную мощность в первые части 105a, 105b подачи или передаваемую мощность во вторые части 106a, 106b подачи можно было уменьшить. Таким образом, в результате использования частоты колебаний, на которой отраженная мощность в первые части 105a, 105b подачи или передаваемая мощность во вторые части 106a, 106b подачи имеет наименьшее значение, количество принимаемого тепла из микроволновой энергии в предмет 101, предназначенный для нагрева, будет максимальным, так что предмет 101, предназначенный для нагрева, может быть нагрет при высокой скорости.
В группе частот, в которой сумма отраженной мощности в первые части 105a, 105b подачи или сумма передаваемой мощности во вторые части 106a, 106b подачи имеет чрезвычайно малое значение в частотной характеристике, в результате последовательного переключения частот в группе частот и подачи в первую нагревательную камеру 100a и вторую нагревательную камеру 100b, можно изменять распределение микроволн, генерируемых в каждой из первой нагревательной камеры 100a и второй нагревательной камеры 100b. В результате это способствует однородному нагреву предмета 101, предназначенного для нагрева, и слоя 104 поглотителя микроволн.
Как описано выше, в микроволновым нагревательным устройстве по второму варианту осуществления, в первой нагревательной камере 100a, в которой размещен предмет 101, предназначенный для нагрева, нагрев с высокой скоростью или однородный нагрев предмета 101, предназначенного для нагрева, можно эффективно выполнять, используя описанное выше управление выбором частоты.
В микроволновом нагревательном устройстве по второму варианту осуществления существует большое количество частот, на которых сумма отраженной мощности из первой нагревательной камеры 100a в первые части 105a, 105b подачи или сумма передаваемой мощности во вторые части 106a, 106b подачи является большой. Используя микроволновое нагревательное устройство по второму варианту осуществления, путем использования частот, на которых величина микроволновой мощности, подаваемой из вторых частей 106a, 106b подачи во вторую нагревательную камеру 100b, велика, реализуется нагрев с эффектом жарки, предмета 101, предназначенного для нагрева. Таким образом, выбирают частоту, на которой сумма отраженной мощности в первые части 105a, 105b подачи или сумма переданной мощности во вторые части 106a, 106b подачи являются максимальными, и часть 10 генерирования микроволн работает на выбранной частоте. В результате работы части 10 генерирования микроволн, таким образом, количество принимаемого тепла от микроволн в предмет 101, предназначенный для нагрева, в первой нагревательной камере 100a, в которой размещен предмет 101, предназначенный для нагрева, будет минимальным. Отраженную микроволну, не поглощенную в первой нагревательной камере 100a и возвращаемую в первые части 105a, 105b подачи, передают во вторые части 106a, 106b подачи через циркуляторы 219a, 219b, и подают во вторую нагревательную камеру 100b. Микроволна, подаваемая во вторую нагревательную камеру 100b, поглощается слоем 104 поглотителя микроволн, таким образом, что слой 104 поглотителя микроволн генерирует тепло. Генерируемое тепло слоя 104 поглотителя микроволн передают в соединительную часть 103 перегородки. Часть 103 перегородки с высокой температурой излучает тепло в первую нагревательную камеру 100a, в которой размещен предмет 101, предназначенный для нагрева. Поскольку предмет 101, предназначенный для нагрева, принимает излучаемое тепло, слой 104 поглотителя микроволн не достигает теплового насыщения, и прикладываемые микроволны могут, по существу, на 100% быть поглощены. В результате в микроволновом нагревательном устройстве по второму варианту осуществления может быть с высокой скоростью выполнен нагрев с эффектом жарки предмета 101, предназначенного для нагрева.
Как описано выше, в микроволновом нагревательном устройстве по второму варианту осуществления выходная мощность части 10 генерирования микроволн, подаваемых в нагревательную камеру 100, может быть, по существу, полностью поглощена предметом 101, предназначенным для нагрева, и слоем 104 поглотителя микроволн. Таким образом, выходы части 10 генерирования микроволн, по существу, на 100% поглощаются при обработке нагревом предмета 101, предназначенного для нагрева. Поэтому в микроволновом нагревательном устройстве по второму варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением может быть предусмотрено нагревательное устройство, имеющее отличные характеристики экономии энергии.
Следует отметить, что в случае, когда слой 104 поглотителя микроволн достигает теплового насыщения, и происходит насыщение способности поглощения микроволн, отраженная мощность генерируется из второй нагревательной камеры 100b во вторые части 106a, 106b подачи. Отраженную мощность отражают на часть 10 генерирования микроволн через циркуляторы 219a, 219b, и существует риск того, что полупроводниковые элементы, используемые как активные элементы части 10 генерирования микроволн, будут разрушены под действием тепла. Для предотвращения такого теплового разрушения в микроволновом нагревательном устройстве по второму варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением, когда отраженная мощность от каждой из вторых частей 106a, 106b подачи превышает заданный уровень (такой как значение, соответствующее 10% номинального выхода части 10 генерирования микроволн), напряжением возбуждения, соответствующим одной из частей 213a, 213b, 215a, 215b усиления микроволн, управляют с целью уменьшения. Путем управления, выполняемого таким образом, количество потерь тепла из-за действия усиления уменьшается, и отраженную мощность уменьшают так, что тепловое разрушение полупроводниковых элементов можно надежно предотвратить.
В микроволновом нагревательном устройстве по второму варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением управление нагревом с эффектом жарки может быть выполнено только на частоте, на которой передаваемая мощность на каждой из вторых частей 106a, 106b подачи является максимальной, или управление может быть выполнено для качания частоты в пределах указанного диапазона, используя частоту, на которой передаваемая мощность в каждую из вторых частей 106a, 106b подачи является максимальной, в качестве центральной частоты (такой как 20 МГц). Управление качанием частоты позволяет равномерно нагревать весь слой 104 поглотителя микроволн. Таким образом, может быть эффективно выполнен нагрев с эффектом жарки предмета 101, предназначенного для нагрева, имеющего большую площадь нижней поверхности.
Выбор различных способов управления при нагреве с эффектом жарки, описанным выше, может быть заранее установлен в соответствии с формой, типом, количеством и т.п. предмета 101, предназначенного для нагрева.
(Третий вариант осуществления)
Ниже со ссылкой на приложенные фиг.11-15 будет описано микроволновое нагревательное устройство по третьему варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.11 показана блок-схема, представляющая конфигурацию микроволнового нагревательного устройства по третьему варианту осуществления. На фиг.12 показана частотная характеристическая кривая микроволнового нагревательного устройства по третьему варианту осуществления. На фиг.13-15 показаны блок-схемы последовательности операций, представляющие действия в микроволновом нагревательном устройстве по третьему варианту осуществления. В описании третьего варианта осуществления составляющие элементы, имеющие те же функции и конфигурации, что и у описанного выше первого варианта осуществления, будут обозначены теми же номерами ссылочных позиций, и описание первого варианта осуществления будет приложено к их описанию.
На фиг.11 микроволновое нагревательное устройство по третьему варианту осуществления имеет две части 10a, 10b генерирования микроволн. Первая часть 10a генерирования микроволн имеет часть 311 микроволновых колебаний, сформированную с использованием полупроводникового элемента, часть 312 предварительного усиления микроволн, в которую подают выход части 311 микроволновых колебаний, и часть 314 основного усиления микроволн для дополнительного усиления выхода части 312 предварительного усиления микроволн. Первая часть 10a генерирования микроволн имеет канал 313 передачи микроволн, предназначенный для направления выхода части 311 микроволновых колебаний в часть 312 предварительного усиления микроволн, и канал 316 передачи микроволн, предназначенный для направления выхода части 324 основного усиления микроволн в выходную часть 315. Часть 312 предварительного усиления микроволн и часть 314 основного усиления микроволн сформированы с использованием полупроводниковых элементов.
Аналогично, вторая часть 10b генерирования микроволн имеет часть 321 микроволновых колебаний, сформированную с использованием полупроводниковых элементов, часть 322 предварительного усиления микроволн, в которую подают выход части 321 микроволновых колебаний, и часть 324 основного усиления микроволн для дальнейшего усиления выхода части 322 предварительного усиления микроволн. Вторая часть 10b генерирования микроволн имеет канал 323 передачи микроволн, предназначенный для направления выхода части 321 микроволновых колебаний в часть 322 предварительного усиления микроволн, и канал 326 передачи микроволн для передачи выхода части 314 основного усиления микроволн в выходную часть 325. Часть 322 предварительного усиления микроволн и часть 324 основного усиления микроволн сформированы с использованием полупроводниковых элементов.
Первая часть 10a генерирования микроволн и вторая часть 10b генерирования микроволн имеют одинаковую конфигурацию и, соответственно, сформированы из диэлектрической подложки, изготовленной из материала с низкими диэлектрическими потерями. Части 312, 322 предварительного усиления микроволн и части 314, 324 основного усиления микроволн сформированы на основе цепей, имеющих структуру проводимости, сформированную на одной поверхности диэлектрической подложки. Для предпочтительной работы полупроводниковых элементов, используемых в качестве усилительных элементов частей 312, 314, 322, 324 усиления микроволн, согласующие цепи, соответственно, предусмотрены на входных сторонах и выходных сторонах полупроводниковых элементов.
В каналах 313, 323, 316, 326 передачи микроволн сформированы каналы передачи, имеющие характеристический импеданс 50 Ом с использованием электропроводных структур, предусмотренных на одной поверхности диэлектрической подложки.
Части 311, 321 микроволновых колебаний первой части 10a генерирования микроволн и второй части 10b генерирования микроволн, соответственно, имеют функции переменной частоты с генерированием частот в диапазоне от 2400 МГц до 2500 МГц.
Как показано на фиг.11, в микроволновом нагревательном устройстве по третьему варианту осуществления предусмотрена нагревательная камера 100, в которой помещен предмет 101, предназначенный для нагрева, причем в эту нагревательную камеру подают микроволны, выводимые из частей 10a, 10b генерирования микроволн. В нагревательной камере 100 дверца для помещения предмета 101, предназначенного для нагрева, и извлечения из нее (не показана) предусмотрена на поверхности одной стенки, формирующей нагревательную камеру 100. В нагревательной камере 100 другие поверхности стенок, кроме поверхности стенки, в которой предусмотрена дверца, сформированы закрывающими пластинами, изготовленными из металлических материалов, таким образом, чтобы микроволны, подаваемые в нагревательную камеру 100, были заключены внутри нагревательной камеры. Часть 103 перегородки расположена и размещена на заданном расстоянии от поверхности 102 нижней стенки нагревательной камеры таким образом, что она отделяет пространство в нагревательной камере, часть перегородки, на которой устанавливают предмет 101, предназначенный для нагрева, предусмотрена внутри нагревательной камеры 100. Поэтому пространство в нагревательной камере разделено частью 103 перегородки на первую нагревательную камеру 100a, в которой размещают предмет 101, предназначенный для нагрева, в верхнем пространстве относительно части 103 перегородки, и вторую нагревательную камеру 100b, используемую как нижнее пространство относительно части 103 перегородки. Такая часть 103 перегородки изготовлена из металлического материала. На поверхности (задней поверхности) части 103 перегородки с противоположной стороны от поверхности установки предмета, предназначенного для нагрева, то есть на поверхности, которая обращена во вторую нагревательную камеру 100b, предусмотрен и плотно прикреплен слой 104 поглотителя микроволн, используемый как поглотитель микроволн, который содержит материал, поглощающий микроволны.
В нагревательной камере 100 предусмотрены первая часть 105 подачи для подачи микроволн в первую нагревательную камеру 100a, в которой размещен предмет 101, предназначенный для нагрева, и вторая часть 106 подачи, и третья часть 107 подачи, для подачи микроволн во вторую нагревательную камеру 100b, одна поверхность стенки которой сформирована со слоем 104 поглотителя микроволн.
Во второй нагревательной камере 100b третья часть 107 подачи расположена, по существу, в центральной части поверхности 102 нижней стенки нагревательной камеры, и обращена к слою 104 поглотителя микроволн так, что подаваемая микроволна рассеивается и излучается по всей области слоя 104 поглотителя микроволн. Вторая часть 106 подачи предусмотрена в положении поверхности стенки, где соединение с микроволнами, излучаемыми третьей частью 107 подачи, будет слабым, или имеет форму антенны подачи. Микроволна, излучаемая из второй части 106 подачи, представляет собой отраженную микроволну, принимаемую из первой нагревательной камеры 100a первой частью 105 подачи.
Так же как и слой 104 поглотителя микроволн в описанном выше первом варианте осуществления, основной материал слоя 104 поглотителя микроволн, покрывающего заднюю поверхность части 103 перегородки, представляет собой материал, поглощающий микроволны, сформированный путем смешивании феррита и материала полимерной смолы. Слой поглотителя микроволн закреплен на соединяющей поверхности задней поверхности части 103 перегородки, на которой предусмотрено теплоустойчивое покрытие.
Следует отметить, что соединительная поверхность части 103 перегородки сформирована с приданием ей выпукло-вогнутой формы, и площадь поверхности слоя 104 поглотителя микроволн увеличена таким образом, что поглотительная характеристика микроволн, подаваемых во вторую нагревательную камеру 100b, улучшена.
Как показано на фиг.11, выход из первой части 10a генерирования микроволн передают в первую часть 105 подачи через циркулятор 317, формирующий невозвратный контур циркуляционного типа, и подают в первую нагревательную камеру 100a. Отраженные микроволны, не поглощенные в первой нагревательной камере 100a и возвращаемые из первой части 105 подачи в циркулятор 317, передают во вторую часть 106 подачи с помощью циркулятора 317. Таким образом, формируют циркулятор 317, расположенный так, что он передает отраженные микроволны, возвращаемые из первой части 105 подачи в циркулятор 317 во вторую часть 106 подачи.
Часть 330a детектирования мощности расположена в канале передачи между циркулятором 317 и второй частью 106 подачи. Часть 330a детектирования мощности, соответственно, детектирует величину мощности микроволн, передаваемых с циркулятора 317 во вторую часть 106 подачи, и величину мощности отраженной микроволны, возвращаемой из второй нагревательной камеры 100b в циркулятор 317 через вторую часть 106 подачи.
В то же время выход второй части 10b генерирования микроволн передают в третью часть 107 подачи. Часть 330b детектирования мощности расположена в канале передачи между выходной частью 325 части 10b генерирования микроволн и третьей частью 107 подачи. Часть 330b детектирования мощности, соответственно, детектирует величину мощности микроволн, передаваемых из выходной части 325 в третью часть 107 подачи, и величину мощности отраженных микроволн, возвращаемых из второй нагревательной камеры 100b в выходную часть 325 через третью часть 107 подачи.
В микроволновом нагревательном устройстве по третьему варианту осуществления предусмотрена часть 331 управления для соответствующего управления действиями первой части 10a генерирования микроволн и второй части 10b генерирования микроволн. Часть 331 управления принимает сигналы, детектируемые частями 330a, 330b детектирования мощности, выполняет различную обработку и затем, соответственно, выполняет переменное управление частотами колебаний частей 311, 321 микроволновых колебаний.
Части 330a, 330b детектирования мощности сформированы направленными ответвителями, имеющими степень связи приблизительно 40 дБ, и детектируют величины мощности, составляющие приблизительно 1/10000 мощности передаваемой и отраженной микроволн. Сигналы мощности, детектируемые частями 330a, 330b детектирования мощности, обозначающие величины мощности, соответственно выпрямляют с использованием диодов детектирования волны (не показаны), сглаживают конденсаторами (не показаны) и выводят. Их выходные сигналы подают в часть 331 управления.
Далее со ссылкой на фиг.12-15 будут описаны действия микроволнового нагревательного устройства по третьему варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением сформированным, как описано выше.
На фиг.12 показан характеристический график, представляющий один пример сигналов детектирования частей 330a, 330b детектирования мощности в микроволновом нагревательном устройстве по третьему варианту осуществления. На фиг.12 на горизонтальной оси графика обозначены частоты (МГц), и на вертикальной оси обозначено отношение (%) мощности (передаваемой мощности), детектируемой частями 330a, 330b детектирования мощности, предназначенной для передачи во вторую часть подачи, и мощности (отраженной мощности), возвращаемой из второй части 106 подачи и из третьей части 107 подачи относительно выходной мощности частей 10a, 10b генерирования микроволн. Характеристическая кривая G310 обозначает отношение передаваемой мощности, детектируемой частью 330a детектирования мощности, характеристическая кривая G311 обозначает отношение отраженной мощности, детектируемой частью 330a детектирования мощности, и характеристическая кривая G312 обозначает отношение отраженной мощности, детектируемой частью 330b детектирования мощности.
1
2
3
Характеристическая кривая G310, обозначающая передаваемую мощность, имеет частоты f, f, на которых мощность передачи имеет чрезвычайно малое значение, и частоту f, на которой мощность передачи имеет максимальное значение. Характеристическая кривая G311, обозначающая отраженную мощность, представляет, что существует отраженная мощность, возвращаемая из второй части 106 подачи в циркулятор 317, которая сгенерирована в определенных частотных областях, хотя отраженная мощность имеет малое значение. Отраженная мощность генерируется, благодаря возможности поглощения слоя 104 поглотителя микроволн и характерного изменения в соответствии с изменением импеданса слоя 104 поглотителя микроволн, в результате поглощения микроволны и генерирования тепла.
Следует отметить, что на графике, показанном на фиг.12, прямая линия G313, представленная пунктирной линией, обозначает уровень, где отношение отраженной мощности, когда первая часть 10a генерирования микроволн работает с максимальным номинальным выходом, составляет 10%. Когда этот уровень абсолютного значения отраженной мощности будет превышен, часть 331 управления выполняет такое управление, чтобы переключить частоту колебаний части 311 микроволновых колебаний на другую частоту, и/или выполняет управление для уменьшения напряжения возбуждения частей 312, 314 усиления микроволн, для уменьшения выхода части 10a генерирования микроволн.
11
11,
Как показано на характеристической кривой G312, хотя отношение отраженной мощности имеет низкий уровень в целом, существует частота f, обозначающая минимальное значение на характеристической кривой. Часть 331 управления управляет частью 321 микроволновых колебаний таким образом, что вторая часть 10b генерирования микроволн генерирует частоту f обозначающую минимальное значение. Следует отметить, что вторая нагревательная камера 100b, в которой предусмотрен слой 104 поглотителя микроволн, формирует пространство, представленное в соответствии с характеристикой характеристической кривой G312.
Ниже со ссылкой на блок-схему последовательности операций, показанную на фиг.13-15, подробно описан пример управления микроволновым нагревательным устройством по третьему варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением.
Предмет 101, предназначенный для нагрева, расположен в нагревательной камере 100 и установлен на части 103 перегородки, условие нагрева установлено частью операции (не показана), и нажата кнопка нагрева, так что генерируется сигнал начала нагрева (этап S311 на фиг.13). Часть 331 управления, в которую поступает сигнал начала нагрева, генерирует выходной сигнал управления так, чтобы установить первую часть 10a генерирования микроволн на первую выходную мощность, такую, как мощность меньше чем 100 Вт, и начать действия (этап S312). В это время часть 331 управления подает заданное напряжение мощности возбуждения в часть 312 предварительного усиления микроволн и в часть 314 основного усиления микроволн. Часть 331 управления также выводит сигнал управления, состоящий в установке исходной частоты колебаний части 311 микроволновых колебаний на частоту, например, 2400 МГц, и начинает действие генерирования колебаний части 311 микроволновых колебаний. Таким образом, на исходном этапе первая часть 10a генерирования микроволн выводит микроволновую мощность меньше чем 100 Вт с частотой, например 2400 МГц, как первую выходную мощность.
Затем на этапе S313, частоту колебаний части 311 микроволновых колебаний изменяют до более высокой частоты, начиная с 2400 МГц на исходном этапе, с шагом 1 МГц (например, 1 МГц за 10 миллисекунд) и изменяют так, чтобы она составила 2500 МГц на верхнем пределе диапазона изменения частоты. При таком действии изменения частоты, соответственно, сохраняют передаваемую мощность и отраженную мощность, получаемые из части 330a детектирования мощности, и поток обработки переходит на этап S314.
На этапе S314 содержание управления выбирают в соответствии с условиями нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева. В случае, когда условие нагрева представляет собой нагрев с эффектом жарки предмета 101, предназначенного для нагрева, поток обработки переходит на этап S334, показанный на фиг.15. В случае, когда условия нагрева будут другими, чем нагрев с эффектом жарки, поток обработки переходит на этап S315. Случай, когда условия нагрева будут другими, чем нагрев с эффектом жарки, обозначает такой случай, когда предмет 101, предназначенный для нагрева, нагревают или размораживают, в основном, используя микроволны.
1
2
На этапе S315 выделяют частоты, на которых сумма передаваемой мощности, получаемой из части 330a детектирования мощности, имеет чрезвычайно малое значение, на частотной характеристической кривой (такие как частоты f, f на фиг.12), и поток обработки переходит на этап S316. На этапе S316 выбирают следующую процедуру управления в соответствии с условиями нагрева любого одного из высокоскоростного нагрева и однородного нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева. В случае, когда условия нагрева представляют собой высокоскоростной нагрев, поток обработки переходит на этап S317. В случае однородного нагрева поток обработки переходит на этап S323, показанный на фиг.14. Высокоскоростной нагрев и однородный нагрев представляют собой режимы нагрева микроволнами.
Вначале будет описан случай, в котором условие нагрева представляет собой высокоскоростной нагрев с использованием микроволн в качестве одного из режима микроволнового нагрева.
1
В случае, когда выбран высокоскоростной нагрев как условие нагрева, частоту, на которой передаваемая мощность имеет минимальное значение (такую как частота f на фиг.12), устанавливают как частоту колебаний на этапе S317, и поток обработки переходит на этап S318.
На этапе S318 напряжение возбуждения части 312 первого микроволнового усиления и/или части 314 основного микроволнового усиления устанавливают так, что первая часть 10a генерирования микроволн генерирует вторую выходную мощность, используемую как номинальный выход.
Далее начинается действие основного нагрева при второй выходной мощности на этапе S318 (этап S319). При действии основного нагрева поток обработки переходит на этап S320, и определяют, превышает или нет абсолютное значение отраженной мощности, детектируемой частью 330a детектирования мощности, заданное значение (отношение отраженной мощности составляет не более чем 10% от номинального выхода при работе первой части 10a генерирования микроволн со второй выходной мощностью, используемой как номинальный выход). В случае, когда абсолютное значение отраженной мощности не превышает заданное значение, поток обработки переходит на этап S321. В случае, когда абсолютное значение превышает заданное значение, поток обработки переходит на этап S322. На этапе S322 напряжением возбуждения части 312 предварительного усиления микроволн и/или части 314 основного усиления микроволн управляют для его уменьшения так, чтобы абсолютное значение отраженной мощности отрегулировать так, чтобы оно не превысило заданное значение, и поток обработки переходит на этап S321.
На этапе S321 определяют ход нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева. Что касается такого хода нагрева, когда время обработки нагрева установлено, как условие нагрева, определяют, прошло или нет время обработки нагрева. Когда время обработки нагрева еще не прошло, поток обработки возвращается на этап S320. Когда время обработки нагрева прошло, нагрев заканчивают.
Следует отметить, что в случае, когда средство для детектирования физической информации предмета 101, предназначенного для нагрева, такой как температура поверхности, размер, количество и т.п., относящейся к предмету 101, предназначенному для нагрева, предоставляют в микроволновом нагревательном устройстве в соответствии с третьим вариантом осуществления, можно определить, закончен или нет нагрев в соответствии с сигналом детектирования средства детектирования физической информации. Например, в случае, когда средство детектирования температуры используется, как средство детектирования физической информации, определяют, достигла или нет температура требуемого уровня (такого как 75°C). В случае, когда температура еще не достигла требуемого уровня, поток обработки возвращается на этап S320. В случае, когда температура достигла требуемого уровня, действие нагрева заканчивают. В случае, когда предусмотрено средство для детектирования размера или количества, относящегося к предмету 101, предназначенному для нагрева, время действия нагрева, предварительно определенное в отношении диапазона каждого из размера и количества, выделяют в соответствии со способом обработки, таким как способ варки, и окончание действия нагрева может быть определено в соответствии с тем, прошло ли время действия нагрева.
Как описано выше, путем управления частью 311 микроволновых колебаний для генерирования частоты, на которой передаваемая мощность, детектируемая частью 330a детектирования мощности, имеет минимальное значение, делают максимальным количество микроволновой энергии, передаваемой из первой части 105 подачи в первую нагревательную камеру 100a и поглощаемой предметом 101, предназначенным для нагрева, таким образом, что может быть выполнена обработка высокоскоростного нагрева для предмета 101, предназначенного для нагрева.
Далее будет описан случай, когда условие нагрева представляет собой однородный нагрев предмета 101, предназначенного для нагрева, в качестве другого одного из режимов микроволнового нагрева.
При управлении однородным нагревом, описанным ниже, используется множество резонансных режимов, генерируемых в нагревательной камере 100, описанной в представленном выше первом варианте осуществления.
В случае, когда определяют, что условие нагрева представляет собой однородный нагрев на этапе S316, показанном на фиг.13, поток обработки переходит на этап S323 по фиг.14.
1
На этапе S323 частоту, на которой переданная мощность имеет минимальное значение (такую как частота f на фиг.12), устанавливают как частоту колебаний, и поток обработки переходит на этап S324.
На этапе S324 напряжение возбуждения части 312 предварительного усиления микроволн и/или части 314 основного усиления микроволн устанавливают так, чтобы первая часть 10a генерирования микроволн генерировала вторую выходную мощность, используемую как номинальный выход. Далее начинается действие основного нагрева со второй выходной мощности, установленной на этапе S324 (этап S325). В действии основного нагрева поток обработки переходит на этап S326, и определяют, превышает или нет абсолютное значение отраженной мощности, детектируемой частью 330a детектирования мощности, заданное значение, например, отношение отраженной мощности, составляет не более чем 10% от номинального выхода при работе первой части 10a генерирования микроволн на второй выходной мощности, используемой как номинальный выход. В случае, когда абсолютное значение отраженной мощности не превышает заданное значение, поток обработки переходит на этап S327. В случае, когда абсолютное значение превышает заданное значение, поток обработки переходит на этап S328. На этапе S328 напряжением возбуждения части 312 предварительного усиления микроволн и/или части 314 основного усиления микроволн управляют для его уменьшения таким образом, что абсолютное значение регулируют так, чтобы оно не превышало заданное значение, и поток обработки переходит на этап S327.
На этапе S327 определяют, достигло ли текущее время воздействия заданной длительности, регулируя время работы с одинаковой частотой. В случае, когда время воздействия еще не достигло заданной длительности, поток возвращается на этап S326. В случае, когда время воздействия достигло заданной длительности, поток обработки переходит на этап S329.
2
На этапе S329 устанавливают частоту, на которой переданная мощность представляет собой второе наименьшее значение (такую как частота f на фиг.12) среди группы частот колебаний, на которых передаваемая мощность, детектируемая частью 330a детектирования мощности, имеет чрезвычайно малое значение, и поток обработки переходит на этап S330.
1
Следует отметить, что в случае характеристической кривой, показанной на фиг.12, имеются две частоты, на которых передаваемая мощность имеет чрезвычайно малое значение, и эти две частоты переключают и выбирают. Однако на характеристической кривой, показанной как один пример на фиг.12, частота, на которой отношение переданной мощности не превышает 10%, является единственной в полосе в непосредственной близости к частоте f. Таким образом, для выполнения однородного нагрева, необходимо выполнять такое управление, чтобы уменьшить выходную мощность, остановить переключение и выбрать частоты, на которых передаваемая мощность имеет чрезвычайно малое значение, или ограничить время действия.
В случае, когда имеется три или больше частот, на которых передаваемая мощность имеет чрезвычайно малое значение, эти частоты переключают и выбирают последовательно от частоты, на которой передаваемая мощность низкая, до частоты, на которой передаваемая мощность высокая. При таком переключении и выборе, когда частота достигает значения, при котором передаваемая мощность имеет максимальное чрезвычайно малое значение, частоту однократно возвращают до значения, при котором передаваемая мощность имеет минимальное чрезвычайно малое значение, и затем частоты, на которых передаваемая мощность имеет более высокое значение, можно последовательно переключать и выбирать. В качестве альтернативы частоты, на которых передаваемая мощность имеет малое значение, можно реверсивно и последовательно переключать и выбирать после частоты, на которой передаваемая мощность имеет максимальное чрезвычайно малое значение.
На этапах S330-S332 выполняют те же действия управления, что и на этапах S326-S328, описанных выше. Когда время действия на текущей частоте колебания достигает заданной длительности на этапе S332, поток обработки переходит на этап S333.
На этапе S333 выполняют то же действие управления, что и на этапе S321, описанном выше. Когда определяют, что обработка нагрева не закончена, поток обработки возвращается на этап S329. Когда определяют, что обработка нагрева закончена, действие по нагреву заканчивают.
Как описано выше, в результате управления частью 311 микроволновых колебаний для последовательного генерирования частот из группы частот, на которых передаваемая мощность, детектируемая частью 330a детектирования мощности имеет чрезвычайно малое значение, количество микроволновой энергии, подаваемой из первой части 105 подачи в первую нагревательную камеру 100a и поглощаемой предметом 101, предназначенным для нагрева, делают максимальным, и распределение микроволн в пространстве нагревательной камере, в которую подают микроволны из первой части 105 подачи, изменяется таким образом, что может быть выполнен однородный нагрев предмета 101, предназначенного для нагрева.
Далее будет описан случай, когда условие нагрева представляет собой нагрев с эффектом жарки предмета 101, предназначенного для нагрева. Нагрев посредство жарки представляет собой режим нагрева с использованием проводимости и излучения.
На этапе S314, показанном на фиг.13, выбирают содержание управления в соответствии с условием нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева.
В случае, когда условие нагрева представляет собой нагрев с эффектом жарки предмета 101, предназначенного для нагрева, поток обработки переходит на этап S334, показанный на фиг.15.
11
На этапе S334 часть 321 микроволновых колебаний второй части 10b генерирования микроволн работает на заранее определенной частоте f колебаний, при этом напряжение возбуждения части 322 предварительного усиления микроволн и/или части 324 основного усиления микроволн установлено таким образом, что вторая часть 10b генерирования микроволн генерирует номинальный выход, и начинается работа части 10b генерирования микроволн.
3
На этапе S335 напряжение возбуждения части 312 предварительного усиления микроволн и/или части 314 основного усиления микроволн устанавливают так, чтобы первая часть 10a генерирования микроволн генерировала первую выходную мощность на частоте fколебаний, на которой передаваемая мощность, детектируемая частью 330a детектирования мощности, имеет максимальное значение. Затем начинается действие основного нагрева с выходной мощностью, установленной на этапах S334 и S335 (этап S336). При действии основного нагрева поток обработки переходит на этап S337, и определяют, превышает или нет отраженная мощность, детектируемая частью 330b детектирования мощности, заданное значение (значение, при котором отношение отраженной мощности соответствует 10% выхода второй части 10b генерирования микроволн). В случае, когда отраженная мощность не превышает заданное значение, поток обработки переходит на этап S338. В случае, когда отраженная мощность превышает заданное значение, поток обработки переходит на этап S339. На этапе S339 напряжением возбуждения части 322 предварительного усиления микроволн и/или части 324 основного усиления микроволн управляют так, чтобы его уменьшить так, чтобы отрегулировать отраженную мощность с тем, чтобы она не превышала заданное значение, и поток обработки переходит на этап S338.
На этапе S338 определяют ход нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева. Что касается такого хода нагрева, определяют, прошло или нет время обработки нагрева, введенное как условие нагрева. В случае, когда время обработки нагрева еще не прошло, поток обработки возвращается на этап S337. В случае, когда время обработки нагрева прошло, нагрев заканчивают.
Как описано выше, при нагреве посредством жарки в микроволновом нагревательном устройстве по третьему варианту осуществления путем управления частью 311 микроволновых колебаний для генерирования частоты, на которой передаваемая мощность, детектируемая частью 330a детектирования мощности, имеет максимальное значение, сводят к минимуму количество микроволновой энергии, подаваемой из первой части 105 подачи в первую нагревательную камеру 100a, и поглощаемой предметом 101, предназначенным для нагрева. Поэтому микроволновая энергия, подаваемая из второй части 106 подачи во вторую нагревательную камеру 100b, будет максимальной, и микроволны подают из третьей части 107 подачи во вторую нагревательную камеру 100b. Таким образом, в виде суммы микроволн, подаваемых из второй части 106 подачи, и микроволн, подаваемых из третьей части 107 подачи, количество микроволновой энергии, поглощаемой слоем 104 поглотителя микроволн, будет максимальным, и скорость генерирования тепла слоем 104 поглотителя микроволн будет максимальной, так что нагрев с эффектом жарки предмета 101, предназначенного для нагрева, может быть выполнен с высокой скорости.
Следует отметить, что в микроволновом нагревательном устройстве по третьему варианту осуществления режим микроволнового нагрева и режим нагрева посредством проводимости и излучения могут быть выполнены не только относительно независимо друг от друга, но также могут быть скомбинированы друг с другом и могут быть выполнены как режим составного нагрева.
Действие по управлению нагревом в микроволновом нагревательном устройстве в соответствии с третьим вариантом осуществления было описано выше. Далее будут описаны эффекты в результате действий управления нагревом.
В результате изменения частоты колебаний части 311 микроволновых колебаний в ее заданном частотном интервале по всей полосе пропускания (переменный диапазон), после начала нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева, импеданс нагрузки, если первую нагревательную камеру 100a рассматривать со стороны первой части 105 подачи, может быть изменен. В результате можно произвольно выбирать изменение импеданса нагрузки, таким образом, отношение между количеством микроволновой энергии, подаваемой из первой части 105 подачи в первую нагревательную камеру 100a и поглощенной предметом 101, предназначенным для нагрева, и количеством микроволновой энергии, поглощаемой в первой части 105 подачи, подаваемой из второй части 106 подачи во вторую нагревательную камеру 100b через циркулятор 317, и поглощаемую слоем 104 поглотителя микроволн, используя частоту колебаний, как параметр. В результате предмет 101, предназначенный для нагрева, можно эффективно нагревать в соответствии с требуемым условием нагрева.
Импеданс нагрузки изменяется даже на одной и той же частоте из-за формы, типа и количества предмета 101, предназначенного для нагрева, размещенного в первой нагревательной камере 100a. Однако в результате выбора оптимальной частоты колебаний, импеданс нагрузки, если первую нагревательную камеру 100a рассматривать со стороны первой части 105 подачи, сводят близко к выходу импеданса части 10a генерирования микроволн, таким образом, что отраженная мощность в первой части 105 подачи, или мощность передачи во вторую часть 106 подачи могут быть уменьшены. Таким образом, путем использования частоты колебаний, при которой отраженная мощность в первую часть 105 подачи или передаваемая мощность во вторую часть 106 подачи имеет наименьшее значение, количество тепла, принимаемого из микроволновой энергии предметом 101, предназначенным для нагрева, становится максимальным таким образом, что предмет 101, предназначенный для нагрева, может быть нагрет с высокой скоростью.
В группе частот, на которых отраженная мощность в первую часть 105 подачи или передаваемая мощность во вторую часть 106 подачи имеет чрезвычайно малое значение на частотной характеристике, путем последовательного переключения частот в группе частот и подачи в первую нагревательную камеру 100a можно изменять распределение микроволн, генерируемое в пространстве в первой нагревательной камере 100a. В результате это способствует однородному нагреву предмета 101, предназначенного для нагрева, и слоя 104 поглотителя микроволн.
Как описано выше, в микроволновом нагревательном устройстве в соответствии с третьим вариантом осуществления в первой нагревательной камере 100a, в которой размещен предмет 101, предназначенный для нагрева, можно эффективно выполнять высокоскоростной нагрев или однородный нагрев предмета 101, предназначенного для нагрева, используя описанное выше управление выбором частоты.
В микроволновом нагревательном устройстве по третьему варианту осуществления существует большое количество частот, на которых велика отраженная мощность из первой нагревательной камеры 100a в первую часть 105 подачи, или переданная мощность во вторую часть 106 подачи. В микроволновом нагревательном устройстве по третьему варианту осуществления, используя частоты, на которых велика мощность микроволн, подаваемых из второй части 106 подачи во вторую нагревательную камеру 100b, можно способствовать нагреву с эффектом жарки предмета 101, предназначенному для нагрева, одновременно с направлением нагрева (внутренний нагрев) предмета 101, предназначенного для нагрева. Таким образом, при нагреве с эффектом жарки выбирают частоту, на которой отраженная мощность в первую часть 105 подачи или переданная мощность во вторую часть 106 подачи максимальна, и первая часть 10a генерирования микроволн работает на этой выбранной частоте. Таким образом, количество тепла, принимаемого из микроволн в предмет 101, предназначенный для нагрева, в первой нагревательной камере 100a, в которой размещен предмет 101, предназначенный для нагрева, сводится к минимуму, и отраженная микроволновая энергия, не поглощенная в первой нагревательной камере 100a, и возвращаемая в первую часть 105 подачи, будет максимальной. Отраженные микроволны передают во вторую часть 106 подачи через циркулятор 317, и подают из второй части 106 подачи во вторую нагревательную камеру 100b.
При нагреве с эффектом жарки микроволны подают из второй части 10b генерирования микроволн во вторую нагревательную камеру 100b с наилучшей эффективностью. Поэтому микроволны как из первой части генерирования микроволн 10a, так и из второй части 10b генерирования микроволн подают во вторую нагревательную камеру 100b, при этом слой 104 поглотителя микроволн поглощает их микроволновую энергию, и слой 104 поглотителя микроволн генерирует тепло с высокой скоростью. Тепло, генерируемое слоем 104 поглотителя микроволн, передают в соединенную часть 103 перегородки. Часть 103 перегородки при высокой температуре излучает тепло в первую нагревательную камеру 100a, в которой размещен предмет 101, предназначенный для нагрева. Поскольку предмет 101, предназначенный для нагрева, принимает излучаемое тепло, слой 104 поглотителя микроволн не достигает теплового насыщения, и подаваемые микроволны могут быть, по существу, на 100% поглощены. В результате в микроволновом нагревательном устройстве по третьему варианту осуществления нагрев с эффектом жарки может быть выполнен с высокой скоростью для предмета 101, предназначенного для нагрева.
Как описано выше, в микроволновом нагревательном устройстве по третьему варианту осуществления, выходная мощность частей 10a, 10b генерирования микроволн, подаваемая в нагревательную камеру 100, может быть, по существу, полностью поглощена предметом 101, предназначенным для нагрева, и слоем 104 поглотителя микроволн. Таким образом, выходная мощность частей 10a, 10b генерирования микроволн может быть, по существу, на 100% поглощена при обработке нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева. Поэтому в микроволновом нагревательном устройстве по третьему варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением может быть предусмотрено нагревательное устройство, имеющее отличные характеристики экономии энергии.
Следует отметить, что в случае, когда слой 104 поглотителя микроволн достигает теплового насыщения и способность поглощения микроволн становится насыщенной, генерируется отраженная мощность из второй нагревательной камеры 100b во вторую часть 106 подачи и в третью часть 107 подачи. Эта отраженная мощность, соответственно, отражается в первую часть 10a генерирования микроволн и во вторую часть 10b генерирования микроволн, и существует риск того, что полупроводниковые элементы, используемые как активные элементы первой части 10a генерирования микроволн и второй части генерирования 10b микроволн, подвергнутся тепловому разрушению. Для предотвращения такого теплового разрушения в микроволновом нагревательном устройстве по третьему варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением, когда отраженная мощность от каждой из второй части 106 подачи и третьей части 107 подачи превышает заданный уровень (такой как значения, соответствующие 10% номинального выхода частей 10a, 10b генерирования микроволн), напряжением возбуждения, соответствующим одной из частей 312, 322, 314, 324 усиления микроволн, управляют для его уменьшения. В результате управления, выполняемого таким образом, величина тепловых потерь под действием усиления уменьшается, и уменьшается отраженная мощность, в результате чего может быть надежно предотвращено тепловое разрушение полупроводниковых элементов.
В микроволновом нагревательном устройстве по третьему варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением, управление нагревом с эффектом жарки может быть выполнено только на частоте, на которой передаваемая мощность во вторую часть 106 подачи будет максимальной, или управление может быть выполнено для качания частоты в пределах определенной полосы, используя частоту, на которую передаваемая мощность передатчика во вторую часть 106 подачи будет максимальной, в качестве центральной частоты (например, 10 МГц). В результате управления качаниями частоты весь слой 104 поглотителя микроволн равномерно нагревается. Таким образом, можно эффективно выполнить нагрев с эффектом жарки предмета 101, предназначенного для нагрева, имеющего большую площадь поверхности.
При нагреве с эффектом жарки выход первой части 10a генерирования микроволн может представлять собой номинальный выход, используемый в качестве второй выходной мощности. Поскольку весь поглотитель микроволн равномерно нагревается при номинальной выходной мощности и качании частоты, нагрев с эффектом жарки предмета, предназначенного для нагрева, имеющего большую площадь нижней поверхности, может быть дополнительно эффективно выполнен. Выбор различных способов управления нагревом с эффектом жарки, описанным выше, может быть заранее установлен в соответствии с формой, типом, количеством и т.п. предмета 101, предназначенного для нагрева.
(Четвертый вариант осуществления)
Ниже ссылкой на приложенные фиг.16-20 будет описано микроволновое нагревательное устройство по четвертому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.16 показана блок-схема, представляющая конфигурацию микроволнового нагревательного устройства по четвертому варианту осуществления. На фиг.17 показан частотный характеристический график микроволнового нагревательного устройства по четвертому варианту осуществления. На фиг.18-20 показаны блок-схемы последовательности операций, представляющие действия в микроволновом нагревательном устройстве по четвертому варианту осуществления. При описании четвертого варианта осуществления составляющие элементы, имеющие те же функции и конфигурации, что и в описанном выше первом варианте осуществления, обозначены теми же номерами ссылочных позиций, и описание первого варианта осуществления будет приложено к их описанию.
На фиг.16 часть 10 генерирования микроволн в микроволновом нагревательном устройстве по четвертому варианту осуществления имеет часть 11 микроволновых колебаний, сформированную с использованием полупроводникового элемента, делитель 412 мощности, предназначенный для разделения выхода части 11 микроволновых колебаний на два и вывода этих разделенных выходов, части 413a, 413b предварительного усиления микроволн, в которые вводят выходные сигналы, разделенные в делителе 412 мощности, и части 415a, 415b основного усиления микроволн, соответственно, для дополнительного усиления выходов частей 413a, 413b предварительного усиления микроволн. В микроволновом нагревательном устройстве по четвертому варианту осуществления один из выходных сигналов, разделенных в делителе 412 мощности, вводят в часть 418 изменения фазы таким образом, что можно регулировать фазу, и подают из части 418 изменения фазы, в часть 413a предварительного усиления микроволн через канал 414a передачи микроволн. Другой один из выходных сигналов, разделенных в делителе 412 мощности, непосредственно вводят в часть 413b предварительного усиления микроволн через канал 414b передачи микроволн. Выходы частей 415a, 415b основного усиления микроволн, соответственно, направляют в выходные части 416a, 416b через каналы 417a, 417b передачи микроволн. Части 413a, 413b предварительного усиления микроволн и части 415a, 415b основного усиления микроволн, соответственно, сформированы с использованием полупроводниковых элементов.
Как описано выше, в микроволновом нагревательном устройстве по четвертому варианту осуществления предусмотрена часть 418 изменения фазы, между делителем 412 мощности и частью 413a предварительного усиления микроволн из двух частей предварительного усиления микроволн. Часть 418 изменения фазы сформирована с использованием диода переменной емкости, в котором значение емкости изменяется в соответствии с приложенным напряжением. В результате увеличения приложенного напряжения увеличивается величина задержки фазы. Переменный диапазон величины задержки фазы, внесенной частью 418 изменения фазы, находится в диапазоне от нуля до 180 градусов.
Часть 10 генерирования микроволн сформирована на диэлектрической подложке, изготовленной из материала с низкими диэлектрическими потерями. Упомянутые части 413a, 413b усиления микроволн и части 415a, 415b основного усиления микроволн сформированы с помощью цепей, имеющих электропроводные структуры, сформированные на одной поверхности диэлектрической подложки. Для предпочтительной работы полупроводниковые элементы, используемые как усилительные элементы частей 413a, 413b, 415a, 415b усиления микроволн, цепи согласования, соответственно, предусмотрены на входных сторонах и на выходных сторонах полупроводниковых элементов.
В каналах 414a, 414b, 417a, 417b передачи микроволн, каналы передачи, имеющие характеристический импеданс 50 Ом, сформированы в виде последовательных структур, предусмотренных на одной поверхности диэлектрической подложки.
Часть 11 микроволновых колебаний части 10 генерирования микроволн имеет функцию изменения частоты, состоящую в генерировании частот от 2400 МГц до 2500 МГц.
Как показано на фиг.16, в микроволновом нагревательном устройстве по четвертому варианту осуществления предусмотрена нагревательная камера 100, в которую помещают предмет 101, предназначенный для нагрева, нагревательная камера, в которую подают микроволны, выводимые из части 10 генерирования микроволн. В нагревательной камере 100 дверца для помещения предмета 101, предназначенного для нагрева, и его извлечения (не показана) предусмотрена на поверхности одной стенки, формирующей нагревательную камеру 100. В нагревательной камере 100, поверхности других стенок, кроме поверхности стенки, на которой предусмотрена дверца, формируют с помощью закрывающих пластин, изготовленных из металлических материалов таким образом, чтобы микроволны, подаваемые в нагревательную камеру 100, были заключены внутри нагревательной камеры. Часть 103 перегородки, расположенная и размешенная на заданном расстоянии от поверхности 102 нижней стенки нагревательной камеры, таким образом, что отделяется пространство в нагревательной камере, часть перегородки, на которой установлен предмет 101, предназначенный для нагрева, предусмотрена внутри нагревательной камеры 100. Поэтому пространство в нагревательной камере разделено частью 103 перегородки на первую нагревательную камеру 100a, в которой размещен предмет 101, предназначенный для нагрева в верхнем пространстве относительно части 103 перегородки, и вторую нагревательную камеру 100b, используемую как нижнее пространство относительно части 103 перегородки. Эта часть 103 перегородки изготовлена из металлического материала. На поверхности (задней поверхности) части 103 перегородки, на стороне, противоположной поверхности установки предмета, предназначенного для нагрева, то есть на поверхности, обращенной во вторую нагревательную камеру 100b, предусмотрен и плотно прикреплен слой 104 поглотителя микроволн, используемый как поглотитель микроволновой энергии, который содержит материал, поглощающий микроволны.
В нагревательной камере 100 предусмотрены две первые части 105a, 105b подачи, предназначенные для подачи микроволн в первую нагревательную камеру 100a, в которой размещен предмет 101, предназначенный для нагрева, и две вторые части 106a, 106b подачи, предназначенные для подачи микроволн во вторую нагревательную камеру 100b, одна поверхность стенки которой сформирована со слоем 104 поглотителя микроволн. Две первые части 105a, 105b подачи, соответственно, расположены на поверхности левой стенки и на поверхности правой стенки первой нагревательной камеры 100a таким образом, что они обращены друг к другу. Две вторые части 106a, 106b подачи, соответственно, размещены на левой поверхности стенки и правой поверхности стенки второй нагревательной камеры 100b так, что они обращены друг к другу.
Так же как и слой 104 поглотителя микроволн в описанном выше первом варианте осуществления, основной материал слоя 104 поглотителя микроволн, закрывающего заднюю поверхность части 103 перегородки, представляет собой материал, поглощающий микроволны, сформированный путем смешивания феррита и материала полимерной смолы. Слой поглотителя микроволн закрепляют на поверхности соединения задней поверхности части 103 перегородки, на которой предусмотрено покрытие, устойчивое к теплу.
Следует отметить, что соединительная поверхность части 103 перегородки сформирована в виде выпукло-вогнутой форму, и площадь поверхности слоя 104 поглотителя микроволн увеличивается таким образом, что характеристики поглощения микроволн, подаваемых во вторую нагревательную камеру 100b, улучшаются.
Как показано на фиг.16, выходы из части 10 генерирования микроволн, соответственно, передают в первые части 105a, 105b подачи через циркуляторы 419a, 419b, формирующие невозвратные схемы циркуляционного типа, и подают в первую нагревательную камеру 100a. Отраженные микроволны, соответственно, возвращаемые из первой нагревательной камеры 100a в циркуляторы 419a, 419b через первые части 105a, 105b подачи, соответственно, передают во вторые части 106a, 106b подачи с помощью циркуляторов 419a, 419b. Таким образом, циркуляторы 419a, 419b формируют так, чтобы передавать отраженные микроволны, возвращаемые из первых частей 105a, 105b подачи в циркуляторы 419a, 419b вторых частей 106a, 106b подачи.
Части 420a, 420b детектирования мощности, соответственно, расположены в каналах передачи между циркуляторами 419a, 419b и во вторых частях 106a, 106b подачи. Части 420a, 420b детектирования мощности, соответственно, детектируют величины мощности микроволн, соответственно, передаваемых из циркуляторов 419a, 419b во вторые части 106a, 106b подачи, и величины мощности отраженных микроволновых излучений, соответственно, возвращаемых из второй нагревательной камеры 100b циркуляторов 419a, 419b через вторые части 106a, 106b подачи.
В микроволновом нагревательном устройстве по четвертому варианту осуществления предусмотрена часть 421 управления для управления действиями части 10 генерирования микроволн. Часть 421 управления принимает сигналы, детектируемые частями 420a, 420b детектирования мощности, выполняет различную обработку, и затем выполняет переменное управление частотой колебаний части 11 микроволновых колебаний.
Части 420a, 420b детектирования мощности сформированы с помощью направленных ответвителей, имеющих степень связи приблизительно 40 дБ, и детектируют величины мощности, составляющие приблизительно 1/10000 переданной и отраженной мощности микроволн. Сигналы мощности, детектируемые частями 420a, 420b детектирования мощности, обозначающие количество энергии, соответственно, выпрямляют с использованием диодов детектирования волны (не показаны), сглаживают конденсаторами (не показаны) и выводят. Их выходные сигналы подают в часть 421 управления.
Далее ссылкой на фиг.17-20 будут описаны действия микроволнового нагревательного устройства по четвертому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением, сформированного, как описано выше.
На фиг.17 показан характеристический график, представляющий один пример детектирования сигналов частями 420a, 420b детектирования мощности в микроволновом нагревательном устройстве по четвертому варианту осуществления. На фиг.17 по горизонтальной оси графика обозначены частоты (МГц), и по вертикальной оси обозначены отношения (%) суммы мощности (передаваемой мощности), детектируемой частями 420a, 420b детектирования мощности, предназначенными для передачи во вторые части подачи, и суммы мощности (отраженной мощности), возвращаемой из вторых частей 106a, 106b подачи в циркуляторы 419a, 419b относительно суммы выходов части 10 генерирования микроволн. Характеристическая кривая G410 обозначает отношение переданной мощности, и характеристическая кривая G411 обозначает отношение отраженной мощности.
1
2
3
Характеристическая кривая G410, обозначающая переданную мощность, имеет частоты f, f, на которых значения переданной мощности чрезвычайно малы, и частоту f, на которой переданная мощность имеет максимальное значение. Характеристическая кривая G411, обозначающая отраженную мощность, представляет характеристику, в соответствии с которой, хотя частоты находятся на более низком уровне по всей полосе частот, мощность, отражаемая из второй нагревательной камеры 100b во вторые части подачи, несколько повышена в области высокой частоты в этой полосе частот. Отраженную мощность генерируют, благодаря поглощающей способности слоя 104 поглотителя микроволн и характерного изменения в соответствии с изменением импеданса слоя 104 поглотителя микроволн, в результате поглощения микроволн и генерирования тепла.
Следует отметить, что на графике, показанном на фиг.17, прямая линия G412, представленная пунктирной линией, обозначает, что отношение отраженной мощности, когда часть 10 генерирования микроволн работает с номинальным выходом, составляет 10%. Когда достигают этот уровень 10%, то есть превышают абсолютное значение отраженной мощности, соответствующее 10% номинального выхода, используемого как опорное значение, часть 421 управления выполняет такое управление, чтобы переключить рабочую частоту части 11 микроволновых колебаний на другую частоту, и/или выполняет управление для снижения напряжения возбуждения частей 413a, 413b, 415a, 415b предварительного усиления микроволн для уменьшения выхода части 10 генерирования микроволн.
Ниже со ссылкой на блок-схемы последовательности операций, показанные на фиг.18-20, будет подробно представлен пример управления микроволновым нагревательным устройством по четвертому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением.
Предмет 101, предназначенный для нагрева, поместили в нагревательную камеру 100 и установили на часть 103 перегородки, условие нагрева установили с помощью части операции (не показана), и нажали ключ начала нагрева так, что был сгенерирован сигнал начала нагрева (этап S411 на фиг.18). Часть 421 управления, в которую был введен сигнал начала нагрева, генерирует выходной сигнал управления для установки части 10 генерирования микроволн на первую выходную мощность, такую как мощность меньше 100 Вт, и начала действия (этап S412). В это время часть 421 управления подает заданное напряжение возбуждения мощности в части 413a, 413b предварительного усиления микроволн и в части 415a, 415b основного усиления микроволн. Часть 421 управления также выводит сигнал управления, состоящий в установке исходной частоты колебаний части 11 микроволновых колебаний, например, на 2400 МГц, и начинает действие колебаний части 11 микроволновых колебаний. Таким образом, на исходном этапе часть 10 генерирования микроволн выводит микроволновую мощность меньше чем 100 Вт на частоте, например 2400 МГц, в качестве первой выходной мощности.
Затем на этапе S413 частоту колебаний части 11 микроволновых колебаний изменяют на более высокую частоту, начиная с 2400 МГц на исходном этапе, с шагом 1 МГц (например, 1 МГц за 10 миллисекунд), и изменяют до 2500 МГц в качестве верхнего предела диапазона изменения частоты. При таком действии изменения частоты, соответственно, сохраняют передаваемую мощность и отраженную мощность, полученные из частей 420a, 420b детектирования мощности, и поток обработки переходит на этап S414.
На этапе S414 содержание управления выбирают в соответствии с условиями нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева. В случае, когда условие нагрева представляет собой нагрев с эффектом жарки предмета 101, предназначенного для нагрева, поток обработки переходит на этап S430, показанный на фиг.20. В случае, когда условия нагрева будут другими, чем нагрев эффектом жарки, поток обработки переходит на этап S415. Случай, когда условие нагрева являются другими, чем нагрев с эффектом жарки, обозначает такой случай, когда предмет 101, предназначенный для нагрева нагревают или размораживают, используя, в основном, микроволны.
1
2
На этапе S415 выделяют частоты, на которых сумма получаемой мощности, получаемой из частей 420a, 420b детектирования мощности, имеет чрезвычайно малое значение на частотной характеристической кривой (такие как частоты f, f на фиг.17), и поток обработки переходит на этап S416. На этапе S416 выбирают следующую процедуру управления в соответствии с условиями нагрева любого одного из высокоскоростного нагрева и однородного нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева. В случае, когда условие нагрева представляет собой высокоскоростной нагрев, поток обработки переходит на этап S417. В случае однородного нагрева, поток обработки переходит на этап S423, показанный на фиг.19. Высокоскоростной нагрев и однородный нагрев представляют собой режимы нагрева с использованием микроволн.
Вначале будет описан случай, когда условие нагрева представляет собой высокоскоростной нагрева с использованием микроволн, в качестве одного из режимов нагрева с использованием микроволн.
1
В случае, когда выбирают высокоскоростной нагрев как условие нагрева, частоту, на которой передаваемая мощность имеет минимальное значение (такую как частота f на фиг.17), устанавливают как частоту колебаний на этапе S417, и поток обработки переходит на этап S418.
На этапе S418 напряжение возбуждения частей 413a, 413b предварительного усиления микроволн и/или частей 415a, 415b основного усиления микроволн устанавливают так, что часть 10 генерирования микроволн генерирует вторую выходную мощность, используемую как номинальный выход.
Далее начинается действие основного нагрева при второй выходной мощности, установленной на этапе S418 (этап S419). При действии основного нагрева поток обработки переходит на этап S420, и определяют, превышает или нет отраженная мощность, детектируемая каждой из частей 420a, 420b детектирования мощности, заданное значение (значение, соответствующее 10% номинального выхода части 10 генерирования микроволн). В случае, когда отраженная мощность не превышает заданное значение, поток обработки переходит на этап S421. В случае, когда отраженная мощность превышает заданное значение, поток обработки переходит на этап S422. На этапе S422 напряжением возбуждения частей 413a, 413b предварительного усиления микроволн и/или частей 415a, 415b основного усиления микроволн управляют с целью его уменьшения таким образом, чтобы отрегулировать отраженную мощность так, чтобы она не превышала заданное значение, и поток обработки переходит на этап S421.
На этапе S421 определяют ход нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева. Что касается этого хода нагрева, когда время обработки нагрева установлено как условие нагрева, определяют, прошло или нет время обработки нагрева. В случае, когда время обработки нагрева еще не прошло, поток обработки возвращается на этап S420. В случае, когда время тепловой обработки прошло, действие нагрева заканчивается.
Следует отметить, что в случае, когда средство для детектирования физической информации предмета 101, предназначенного для нагрева, такой как температура поверхности, размер, количество и т.п., относящейся к предмету 101, предназначенному для нагрева, предусмотрено в микроволновом нагревательном устройстве по четвертому варианту осуществления, можно определить, закончен нагрев или нет в соответствии с сигналом детектирования средства детектирования физической информации. Например, в случае, когда средство детектирования температуры используется как средство детектирования физической информации, определяют, достигла или нет температура требуемого уровня (например, 75°C). В случае, когда температура еще не достигла требуемого уровня, поток обработки возвращается на этап S420. В случае, когда температура достигла требуемого уровня, действие нагрева заканчивается. В случае, когда предусмотрено средство для детектирования размера или количества, относящегося к предмету 101, предназначенному для нагрева, время действия нагрева, заранее определенное относительно диапазона каждого из размера и количества, выделяют в соответствии со способом обработки, таким как способ варки, и окончание действия нагрева может быть определено в соответствии с тем, прошло или нет время действия нагрева.
Как описано выше, путем управления частью 11 микроволновых колебаний для генерирования частоты, на которой передаваемая мощность, детектируемая каждой из частей 420a, 420b детектирования мощности, имеет минимальное значение, количество микроволновой энергии, подаваемой из первых частей 105a, 105b подачи в первую нагревательную камеру 100a и поглощаемая предметом 101, предназначенным для нагрева, будет максимальной так, что может быть выполнена обработка высокоскоростного нагрева для предмета 101, предназначенного для нагрева.
Далее будет описан случай, когда условие нагрева представляет собой однородный нагрев предмета 101, предназначенного для нагрева, в качестве другого одного из режимов микроволнового нагрева.
Для управления однородным нагревом, описанным ниже, используют множество резонансных режимов, генерируемых в нагревательной камере 100, описанной выше в первом варианте осуществления.
В случае, когда определяют, что условие нагрева представляет собой однородный нагрев на этапе S416, показанном на фиг.18, поток обработки переходит на этап S423 по фиг.19.
1
На этапе S423 частоту, на которой передаваемая мощность имеет минимальное значение (такую как частота f на фиг.17), устанавливают как частоту колебаний, и поток обработки переходит на этап S424.
На этапе S424 напряжение возбуждения частей 413a, 413b предварительного усиления микроволн и/или частей 415a, 415b основного усиления микроволн устанавливают так, что часть 10 генерирования микроволн генерирует вторую выходную мощность, используемую как номинальный выход. Далее поток обработки переходит на этап S425.
На этапе S425 напряжением, приложенным к части 418 изменения фазы, управляют так, что изменяется величина задержки фазы. Величина изменения задержки фазы установлена заранее по таким значениям как 45, 90 и 180 градусов, и величину задержки фазы увеличивают по мере того, как поток обработки переходит на этап S425. В такой процедуре управления величиной задержки управляют с целью ее уменьшения при достижении максимальной величины задержки и снова увеличивают при достижении минимальной величины задержки.
На следующем этапе S426 определяют, превышает или нет отраженная мощность, детектируемая каждой из частей 420a, 420b детектирования мощности, заданное значение, такое как значение, соответствующее 10% номинальной выходной мощности части 10 генерирования микроволн. В случае, когда отраженная мощность не превышает заданное значение, поток обработки переходит на этап S427. В случае, когда отраженная мощность превышает заданное значение, поток обработки переходит на этап S428. На этапе S428 напряжением возбуждения частей 413a, 413b предварительного усиления микроволн и/или частей 415a, 415b основного усиления микроволн управляют с целью его уменьшения таким образом, что отраженную мощность регулируют так, чтобы она была не больше, чем заданное значение, и поток обработки переходит на этап S427.
На этапе S427 определяют, достигло или нет текущее время воздействия заданной длительности, регулируя время работы по той же величине задержки фазы. В случае, когда текущее время действия еще не достигло заданной длительности, поток обработки возвращается на этап S426. В случае, когда текущее время действия достигло заданной длительности, поток обработки переходит на этап S429.
На этапе S429 выполняют то же управление, что и на этапе S422, описанном выше. В случае, когда обработка нагрева еще не закончилась, поток обработки возвращается на этап S425. В случае, когда определяют, что обработка нагревом закончена, действие нагрева заканчивают. В случае, когда поток обработки возвращается на этап S425, величину задержки фазы увеличивают или уменьшают, и поток обработки переходит на этап S426.
Как описано выше, путем временного изменения разности фаз микроволн, излучаемых из множества частей 105a, 105b, 106a, 106b подачи в нагревательную камеру на одной частоте при действии нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева, распределение микроволн в пространстве в нагревательной камере изменяется таким образом, что однородный нагрев или концентрация локального нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева, и слоя 104 поглотителя микроволн могут быть выполнены.
Далее будет описан случай, когда условие нагрева представляет собой нагрев с эффектом жарки предмета 101, предназначенного для нагрева. Нагрев с эффектом жарки представляет собой режим нагрев за счет теплопроводности и излучения.
На этапе S414, показанном на фиг.18, выбирают содержание управления в соответствии с условием нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева. В случае, когда условие нагрева представляет собой нагрев с эффектом жарки предмета 101, предназначенного для нагрева, поток обработки переходит на этап S430, показанный на фиг.20.
3
На этапе S430 частоту колебаний части 11 микроволновых колебаний устанавливают на частоту, при которой передаваемая мощность имеет максимальное значение (такую, как частота f на фиг.17), и поток обработки переходит на этап S431.
На этапе S431 напряжение возбуждения частей 413a, 413b предварительного усиления микроволн и/или частей 415a, 415b основного усиления микроволн устанавливают так, что часть 10 генерирования микроволн генерирует вторую выходную мощность, используемую как номинальная выходная мощность. Далее поток обработки переходит на этап S432, выполняют то же управление, что и на этапе S425, описанном выше, и поток обработки переходит на этап S433.
На этапе S433 выполняют то же управление, что и на этапе S426, описанном выше, так, что определяют, превышает или нет отраженная мощность заданное значение. В случае, когда отраженная мощность не превышает заданное значение, поток обработки переходит на этап S434. В случае, когда отраженная мощность превышает заданное значение, поток обработки переходит на этап S435. На этапе S435 напряжением возбуждения частей 413a, 413b предварительного усиления микроволн и/или частей 415a, 415b основного усиления микроволн управляют с целью его уменьшения так, что отраженную мощность регулируют так, чтобы она не превышала заданное значение, и поток обработки переходит на этап S434.
На этапе S434 определяют, достигло или нет текущее время действия заданной длительности, регулирующей время работы по той же величине задержки фазы. В случае, когда текущее время действия еще не достигло заданной длительности, поток возвращается на этап S433. В случае, когда текущее время действия достигло заданной длительности, поток переходит на этап S436.
На этапе S436 определяют ход нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева. Что касается хода нагрева, определяют, прошло или нет время обработки нагрева, введенное как условие нагрева. В случае, когда время обработки нагрева еще не прошло, поток обработки возвращается на этап S432. В случае, когда время обработки нагревом прошло, действие нагрева заканчивается. В случае, когда поток обработки возвращается на этап S432, величина задержки фазы увеличивается или уменьшается на заданное значение, и поток обработки переходит на этап S433.
Как описано выше, при нагреве с эффектом жарки в микроволновом нагревательном устройстве по четвертому варианту осуществления путем управления частью 11 микроволновых колебаний для генерирования частоты, на которой передаваемая мощность, детектируемая каждой из частей 420a, 420b детектирования мощности, имеет максимальное значение, величина микроволновой энергии, подаваемая из первых частей 105a, 105b подачи в первую нагревательную камеру 100a и поглощаемой предметом 101, предназначенным для нагрева, является минимальной, и величина микроволновой энергии, подаваемой из вторых частей 106a, 106b подачи во вторую нагревательную камеру 100b, и потребляемой слоем 104 поглотителя микроволн, становится максимальной. Таким образом, это может способствовать нагреву с эффектом жарки предмета 101, предназначенного для нагрева.
Управление частью 418 изменения фазы при управлении нагревом с эффектом жарки способствует равномерному нагреву всей области слоя 104 поглотителя микроволн. Поэтому что касается нагрева с эффектом жарки, большое количество предметов 101, предназначенных для нагрева, можно расположить по отдельности, или предмет 101, предназначенный для нагрева, имеющий большую площадь нижней поверхности, при этом нагревательная камера в микроволновом нагревательном устройстве по четвертому варианту осуществления имеет эффект более широкой передачи тепла. Таким образом, можно эффективно выполнять нагрев с эффектом жарки.
Следует отметить, что в микроволновом нагревательном устройстве по четвертому варианту осуществления режим микроволнового нагрева и режим нагрева за счет теплопроводности и излучения могут быть не только соответственно выполнены независимо, но также могут быть скомбинированы друг с другом и выполнены как составной режим нагрева.
Действие по управлению нагревом в микроволновом нагревательном устройстве по четвертому варианту осуществления описано выше. Ниже будут описаны эффекты действий управления нагревом.
В результате изменения частоты колебаний части 11 микроволновых колебаний через заданный частотный интервал по всей полосе частот (переменный диапазон) после начала нагрева предмета 101, предназначенного для нагрева, импеданс нагрузки можно изменять, если рассматривать первую нагревательную камеру 100a со стороны первых частей 105a, 105b подачи. В результате изменения импеданса нагрузки, таким образом, отношение между количеством микроволновой энергии, подаваемой из первых частей 105a, 105b подачи в первую нагревательную камеру 100a и поглощаемой предметом 101, предназначенным для нагрева, и количеством отраженной микроволновой энергии, возвращаемой из первой нагревательной камеры 100a в первые части 105a, 105b подачи, подаваемой из вторых частей 106a, 106b подачи во вторую нагревательную камеру 100b через циркуляторы 419a, 419b и поглощаемой слоем 104 поглотителя микроволн, можно произвольно выбирать, используя частоту колебаний, как параметр. В результате предмет 101, предназначенный для нагрева, можно эффективно нагревать в соответствии с требуемыми условиями нагрева.
Импеданс нагрузки изменяется даже на одной и той же частоте в зависимости от формы, типа и количества предмета 101, предназначенного для нагрева, размещенного в первой нагревательной камере 100a. Однако путем выбора оптимальной частоты колебаний, импеданс нагрузки, если первую нагревательную камеру 100a рассматривать со стороны первых частей 105a, 105b подачи, приводят близко к выходному импедансу части 10 генерирования микроволн, таким образом, чтобы можно было уменьшить отраженную мощность в первые части 105a, 105b подачи, или переданная мощность во вторые части 106a, 106b подачи. Таким способом, путем использования частоты колебаний, на которой отраженная мощность в первые части 105a, 105b подачи, или переданная мощность во вторые части 106a, 106b подачи имеет наименьшее значение, количество тепла, получаемого из микроволновой энергии предметом 101, предназначенным для нагрева, будет максимальным, таким образом, что предмет 101, предназначенный для нагрева, может быть нагрет с высокой скоростью.
На частоте, на которой сумма отраженной мощности в первые части 105a, 105b подачи или сумма переданной мощности во вторые части 106a, 106b подачи имеет минимальное значение на частотной характеристике, путем временного изменения разности фаз микроволн, излучаемых из первых частей 105a, 105b подачи, можно изменять распределение микроволн, генерируемых не только в первой нагревательной камере 100a, но также и во второй нагревательной камере 100b. В результате это может способствовать однородному нагреву предмета 101, предназначенного для нагрева и слоя 104 поглотителя микроволн.
Как описано выше, в микроволновом нагревательном устройстве по четвертому варианту осуществления в первой нагревательной камере 100a, в которой размещен предмет 101, предназначенный для нагрева, можно эффективно выполнять высокоскоростной нагрев или однородный нагрев предмета 101, предназначенного для нагрева, используя описанное выше управление выбора частоты и управление изменением фазы.
В микроволновом нагревательном устройстве по четвертому варианту осуществления имеется большое количество частот, на которых сумма отраженной мощности из первой нагревательной камеры 100a в первые части 105a, 105b подачи или сумма передаваемой мощности во вторые части 106a, 106b подачи велика. В микроволновом нагревательном устройстве по четвертому варианту осуществления путем использования частот, на которых величина микроволновой мощности, подаваемой из вторых частей 106a, 106b подачи во вторую нагревательную камеру 100b, велика, реализуется нагрев с эффектом жарки предмета 101, предназначенного для нагрева. Таким образом, выбирают частоту, на которой сумма отраженной мощности в первые части 105a, 105b подачи или сумма переданной мощности во вторые части 106a, 106b подачи является максимальной, и часть 10 генерирования микроволн работает на этой выбранной частоте. В результате работы части 10 генерирования микроволн, таким образом, количество тепла, принимаемого из микроволн в предмет 101, предназначенный для нагрева в первой нагревательной камере 100a, в которой размещен предмет 101, предназначенный для нагрева, будет минимальным. Микроволны, не поглощенные в первой нагревательной камере 100a и отраженные в первые части 105a, 105b подачи, передают во вторые части 106a, 106b подачи через циркуляторы 419a, 419b, соответственно, и подают во вторую нагревательную камеру 100b. Микроволны, подаваемые во вторую нагревательную камеру 100b, поглощаются слоем 104 поглотителя микроволн, таким образом, что слой 104 поглотителя микроволн генерирует тепло. Генерируемое тепло слоя 104 поглотителя микроволн передают в часть 103 соединенной перегородки. Часть 103 перегородки при высокой температуре излучает тепло в первую нагревательную камеру 100a, в которой размещен предмет 101, предназначенный для нагрева. Поскольку предмет 101, предназначенный для нагрева, принимает излучаемое тепло, слой 104 поглотителя микроволн не достигает теплового насыщения, и подаваемые микроволны могут быть, по существу, на 100% поглощены. В результате в микроволновом нагревательном устройстве по четвертому варианту осуществления внутренняя часть предмета 101, предназначенного для нагрева, нагревается микроволнами в первой нагревательной камере 100a, и поверхность предмета 101, предназначенного для нагрева, поджаривается или подрумянивается под действием тепла от части 103 перегородки таким образом, что нагрев с эффектом жарки предмета 101, предназначенного для нагрева, может быть выполнен с чрезвычайно высокой скоростью.
Как описано выше, в микроволновом нагревательном устройстве по четвертому варианту осуществления выходная мощность части 10 генерирования микроволн, подаваемая в нагревательную камеру 100, может быть, по существу, полностью поглощена предметом 101, предназначенным для нагрева, и слоем 104 поглотителя микроволн. Таким образом, выходы части 10 генерирования микроволн могут быть по существу, на 100% поглощены при тепловой обработке предмета 101, предназначенного для нагрева. Поэтому в микроволновом нагревательном устройстве по четвертому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением может быть предусмотрено нагревательное устройство, имеющее отличную характеристику сохранения энергии.
Следует отметить, что в случае, когда слой 104 поглотителя микроволн достигает теплового насыщения и происходит насыщение способности поглощения микроволн, отраженная мощность генерируется из второй нагревательной камеры 100b во вторые части 106a, 106b подачи. При этом отраженная мощность отражается в часть 10 генерирования микроволн через циркуляторы 419a, 419b, и существует риск того, что произойдет тепловое разрушение полупроводниковых элементов, используемых как активные элементы части 10 генерирования микроволн. Для предотвращения такого теплового разрушения в микроволновом нагревательном устройстве по четвертому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением, когда отраженная мощность от каждой из вторых частей 106a, 106b подачи превышает заданный уровень (такой как значение, соответствующее 10% номинальной выходной мощности части 10 генерирования микроволн), напряжением возбуждения, соответствующим одной из частей 413a, 413b, 415a, 415b усиления микроволн, управляют для его уменьшения. Путем управления, таким образом, количество тепловых потерь в результате действия усиления уменьшается, и отраженная мощность уменьшается, что позволяет надежно предотвратить тепловое разрушение полупроводниковых элементов.
В микроволновом нагревательном устройстве по четвертому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением управление нагревом с эффектом жарки может быть выполнено только на частоте, на которой передаваемая мощность в каждую из вторых частей 106a, 106b подачи является максимальной, или управление может быть выполнено для качаний частоты в пределах определенной полосы, для качаний частоты, на которой передаваемая мощность в каждой из вторых частей 106a, 106b подачи является максимальной, используемой в качестве центральной частоты (например, 10 МГц). В результате управления качаниями частоты таким образом весь слой 104 поглотителя микроволн будет равномерно нагрет. Таким образом, нагрев с эффектом жарки предмета 101, предназначенного для нагрева, имеющего большую площадь нижней поверхности, может быть эффективно выполнен.
Выбор различных способов управления нагревом с эффектом жарки, описанным выше, может быть предварительно установлен в соответствии с формой, типом, количеством и т.п. предмета 101, предназначенного для нагрева.
(Пятый вариант осуществления)
Ниже со ссылкой на приложенные фиг.21 и 22, будет описано микроволновое нагревательное устройство по пятому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.21 показана блок-схема, представляющая конфигурацию микроволнового нагревательного устройства по пятому варианту осуществления. На фиг.22 показан частотный характеристический график микроволнового нагревательного устройства по пятому варианту осуществления. При описании пятого варианта осуществления составляющие элементы, имеющие те же функции и конфигурации, что и в описанном выше первом варианте осуществления, будут обозначены теми же номерами ссылочных позиций, и описание первого варианта осуществления будет приложено к их описанию.
На фиг.21 в части 10 генерирования микроволн предусмотрены две части 511, 512 микроволновых колебаний, сформированные с использованием полупроводниковых элементов. В части 10 генерирования микроволн выход первой части 511 микроволновых колебаний из двух частей микроволновых колебаний подают в часть 513a предварительного усиления микроволн через канал 514a передачи микроволн, и выход части 513a предварительного усиления микроволн передают и дополнительно усиливают в части 515a основного усиления микроволн. Выход части 515a основного усиления микроволн направляют в выходную часть 516a через канал 517a передачи микроволн.
Аналогично выход второй части 512 микроволновых колебаний на другой стороне подают в часть 513b предварительного усиления микроволн через канал 514b передачи микроволн, и выход части 513b предварительного усиления микроволн подают и дополнительно усиливают в части 515b основного усиления микроволн. Выход части 515b основного усиления микроволн направляют в выходную часть 16b через канал 517b передачи микроволн.
Части 513a, 513b предварительного усиления микроволн и части 515a, 515b основного усиления микроволн в части 10 генерирования микроволн, соответственно, сформированы с использованием полупроводниковых элементов. Часть 10 генерирования микроволн сформирована на диэлектрической подложке, изготовленной из материала с малыми диэлектрическими потерями.
Части 513a, 513b предварительного усиления микроволн и части 515a, 515b основного усиления микроволн сформированы цепями, имеющими электропроводные структуры, предусмотренные на одной поверхности диэлектрической подложки. Для предпочтительной работы полупроводниковых элементов, используемых как усилительные элементы частей 513a, 513b, 515a, 515b усиления микроволн, цепи согласования, соответственно, предусмотрены на входных сторонах и на выходных сторонах полупроводниковых элементов.
В каналах 514a, 514b, 517a, 517b передачи микроволн формируют каналы передачи, имеющие характеристический импеданс 50 Ом, используя проводящие структуры, предусмотренные на одной поверхности диэлектрической подложки.
Части 511, 512 микроволновых колебаний части 10 генерирования микроволн, соответственно, имеют функции переменной частоты, состоящие в генерировании частот в диапазоне от 2400 МГц до 2500 МГц.
Как показано на фиг.21, микроволновое нагревательное устройство по пятому варианту осуществления имеет нагревательную камеру 100, имеющую две нагревательные камеры 100a, 100b, в которых по отдельности размещены два предмета 101a, 101b, предназначенные для нагрева. Выходы частей 10 генерирования микроволн, соответственно, подают в нагревательные камеры 100a, 100b.
В нагревательной камере 100 дверца для размещения предметов 101a, 101b, предназначенных для нагрева внутри нее и извлечения из нее (не показана), предусмотрена на поверхности одной стенки, формирующей нагревательную камеру 100. В нагревательной камере 100 другие поверхности стенки, кроме поверхности стенки, в которой предусмотрена дверца, сформированы закрывающими пластинами, изготовленными из металлических материалов таким образом, что микроволны, поступающие в нагревательную камеру 100, заключены внутри нагревательной камеры. Часть 103 перегородки, расположенная на заданном расстоянии от поверхности 102 нижней стенки нагревательной камеры так, что она разделяет пространство в нагревательной камере, часть перегородки, на которую устанавливают предмет 101a, предназначенный для нагрева, предусмотрена внутри нагревательной камеры 100. Поэтому пространство в нагревательной камере разделено частью 103 перегородки на первую нагревательную камеру 100a, в которой размещен предмет 101a, предназначенный для нагрева, в верхнем пространстве относительно части 103 перегородки, и вторую нагревательную камеру 100b, а которой размещен предмет 101b, предназначенный для нагрева, в нижнем пространстве относительно части 103 перегородки. Часть 103 перегородки изготовлена из металлического материала.
В нагревательной камере 100 предусмотрены две части 105, 108 подачи, предназначенные для подачи микроволн в первую нагревательную камеру 100a, в которой размещен предмет 101a, предназначенный для нагрева, и две части 106, 107 подачи, предназначенные для подачи микроволн во вторую нагревательную камеру 100b, в которой размещен предмет 101b, предназначенный для нагрева. Две части 105, 108 подачи в первой нагревательной камере 100a, соответственно, размещены на поверхности левой стенки и на поверхности правой стенки первой нагревательной камеры 100a так, что они обращены друг к другу. Две части 106, 107 подачи во второй нагревательной камере 100b, соответственно, расположены на поверхности левой стенки и на поверхности правой стенки второй нагревательной камеры 100b так, что они обращены друг к другу.
Микроволны из первой части 511 микроволновых колебаний в части микроволн 10 генерирования усиливают и подают в первую часть 105 подачи для подачи микроволн в первую нагревательную камеру 100a. Микроволны из второй части 512 микроволновых колебаний в части 10 генерирования микроволн усиливают и подают в третью часть 107 подачи, для подачи микроволн во вторую нагревательную камеру 100b.
Как показано на фиг.21, микроволны из первой части 511 микроволновых колебаний в части 10 генерирования микроволн усиливают и передают в первую часть 105 подачи через циркулятор 518a, используемый как невозвратный контур циркуляционного типа, и затем подают в первую нагревательную камеру 100a. Отраженные микроволны, не поглощенные в первой нагревательной камере 100a и возвращенные в циркулятор 518a через первую часть 105 подачи, передают во вторую часть 106 подачи через циркулятор 518a и передают во вторую нагревательную камеру 100b.
Микроволны из второй части 512 микроволновых колебаний в части 10 генерирования микроволн усиливают и передают в третью часть 107 подачи через циркулятор 518b, используемый как невозвратный контур циркуляционного типа, и затем подают во вторую нагревательную камеру 100b. Отраженные микроволны, не поглощенные во второй нагревательной камере 100b и возвращенные в циркулятор 518b через третью часть 107 подачи, передают в четвертую часть 108 подачи через циркулятор 518b и подают в первую нагревательную камеру 100a.
Четвертая часть 108 подачи, предусмотренная в первой нагревательной камере 100a, расположена в положении на боковой поверхности стенки, где связь с микроволнами, излучаемыми из первой части 105 подачи, слабая. Вторая часть 106 подачи, предусмотренная во второй нагревательной камере 100b, предусмотрена в положении на боковой поверхности стенки, где связь с микроволнами, излучаемыми из третьей части 107 подачи, слабая или имеет форму облучающей антенны.
Часть 519a детектирования мощности расположена в канале передачи между циркулятором 518a и второй частью 106 подачи. Часть 519a детектирования мощности, соответственно, детектирует величину мощности микроволн, передаваемых из циркулятора 518a во вторую часть 106 подачи, и величину мощности отраженных микроволн, возвращаемых из второй нагревательной камеры 100b в циркулятор 518a через вторую часть 106 подачи. Ее сигналы детектирования передают в часть 520 управления.
Часть 519b детектирования мощности расположена в канале передачи между циркулятором 518b из двух циркуляторов и четвертой частью 108 подачи. Часть 519b детектирования мощности, соответственно, детектирует величину мощности микроволн, передаваемых из циркулятора 518b в четвертую часть 108 подачи, и величину мощности отраженных микроволн, возвращаемых из первой нагревательной камеры 100a в циркулятор 518b через четвертую часть 108 подачи. Сигналы детектирования передают в часть 520 управления.
В микроволновом нагревательном устройстве по пятому варианту осуществления часть 520 управления управляет действиями части 10 генерирования микроволн и, соответственно, управляет действиями первой части 511 микроволновых колебаний и второй части 512 микроволновых колебаний. Часть 520 управления принимает сигналы, детектируемые частями 519a, 519b детектирования мощности, выполняет различную обработку и затем, соответственно, выполняет управление изменением частот колебаний первой части 511 микроволновых колебаний и второй части 512 микроволновых колебаний.
Части 519a, 519b детектирования мощности сформированы с помощью направленных ответвителей, имеющих степень связи приблизительно 40 дБ, и детектируют величины мощности, составляющие приблизительно 1/10000 мощности передаваемых и отражаемых микроволн. Сигналы мощности, детектируемые частями 519a, 519b детектирования мощности, обозначающие величины мощности, соответственно выпрямляют с помощью диодов детектирования волны (не показаны), сглаживают конденсаторами (не показаны) и выводят. Их выходные сигналы подают в часть 520 управления.
На фиг.22 показан характеристический график, представляющий один пример сигналов детектирования частей 519a, 519b детектирования мощности в микроволновом нагревательном устройстве по пятому варианту осуществления. На фиг.22 на горизонтальной оси графика обозначены частоты (МГц), и на вертикальной оси обозначены отношения (%) суммы мощности (передаваемой мощности), детектируемой частью 519a детектирования мощности, которая должна быть передана во вторую часть подачи, и мощности (передаваемой мощности), детектируемой частью 519b детектирования мощности, передаваемой в четвертую часть подачи, и сумму мощностей (отраженной мощности), возвращаемых из второй части 106 подачи в циркулятор, и мощности (отраженной мощности), возвращаемой из четвертой части 108 подачи в циркулятор, относительно суммы выходов части 10 генерирования микроволн. Характеристическая кривая G510 обозначает отношение передаваемой мощности, и характеристическая кривая G511 обозначает отношение отраженной мощности.
1
2
3
На характеристической кривой G510 показано, что передаваемая мощность имеет частоты f, f, на которых значения передаваемой мощности чрезвычайно малы, и частоту f, на которой передаваемая мощность имеет максимальное значение. На характеристической кривой G511, на которой представлена отраженная мощность, обозначено, что существует полоса частот, где отраженная мощность, возвращаемая из второй части 106 подачи и из четвертой части 108 подачи в циркуляторы, генерируется в области высоких частот, хотя частоты имеют низкий уровень во всей полосе частот. Однако на характеристической кривой G511, обозначающий отраженную мощность, отношение отраженной мощности не превышает 10%, и это отношение подавляется так, что не возникают какие-либо проблемы в части 10 генерирования микроволн.
Следует отметить, что на графике, показанном на фиг.22, прямой линией G512, показанной пунктирной линией, обозначено, что отношение отраженной мощности, когда часть 10 генерирования микроволн работает с номинальным выходом, составляет 10%. Когда происходит превышение такого 10%-ного уровня, то есть абсолютное значение отраженной мощности соответствует 10% номинального выхода, используемого как опорное значение, часть 520 управления выполняет управление переключением частот колебаний в частях 511, 512 микроволновых колебаний на другие частоты и/или выполняет управление для уменьшения напряжения возбуждения частей 513a, 513b, 515a, 515b предварительного усиления микроволн для уменьшения выходов части 10 генерирования микроволн.
В микроволновом нагревательном устройстве по пятому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением, которое сформировано, как указано выше, при выполнении управления выбором частоты в первой нагревательной камере 100a, в которой расположен предмет 101a, предназначенный для нагрева, и во второй нагревательной камере 100b, в которой размещен предмет 101b, предназначенный для нагрева, как описано выше в первом-четвертом вариантах осуществления, можно эффективно выполнять высокоскоростной нагрев или однородный нагрев предметов 101a, 101b, предназначенных для нагрева.
Кроме того, в микроволновом нагревательном устройстве по пятому варианту осуществления предметы 101a, 101b, предназначенные для нагрева, могут быть нагреты с использованием микроволн одновременно как в первой нагревательной камере 100a, так и во второй нагревательной камере 100b. В этом случае часть 520 управления управляет первой частью 511 микроволновых колебаний для генерирования частоты, на которой отражение на предмет 101a, предназначенный для нагрева, размещенный в первой нагревательной камере 100a, будет минимальным. В то же время часть 520 управления аналогично управляет второй частью 512 микроволновых колебаний для генерирования частоты, на которой отражение на предмет 101b, предназначенный для нагрева, расположенный во второй нагревательной камере 100b, будет минимальным.
Как описано выше, в микроволновом нагревательном устройстве по пятому варианту осуществления в состоянии колебаний, при котором частота колебаний первой части 511 микроволновых колебаний и частота колебаний второй части 512 микроволновых колебаний отличаются друг от друга, два предмета 101a, 101b, предназначенные для нагрева, могут быть нагреты одновременно. Поэтому в микроволновом нагревательном устройстве по пятому варианту осуществления микроволновая энергия, генерируемая частью 10 генерирования микроволн, может эффективно поглощаться предметами 101a, 101b, предназначенными для нагрева.
(Шестой вариант осуществления)
Ниже со ссылкой на приложенную фиг.23 будет описано микроволновое нагревательное устройство по шестому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.23 показана блок-схема, представляющая конфигурацию микроволнового нагревательного устройства по шестому варианту осуществления.
На фиг.23 в микроволновом нагревательном устройстве по шестому варианту осуществления в части 10 генерирования микроволн предусмотрена часть 11 микроволновых колебаний, предназначенная для генерирования микроволн, часть 612 предварительного усиления микроволн, в которую подают выход части 11 микроволновых колебаний через канал 613 передачи микроволн, для усиления выхода, и часть 614 основного усиления микроволн, предназначенная для дальнейшего усиления выхода части 612 предварительного усиления микроволн. В части 10 генерирования микроволн также предусмотрен канал 616 передачи микроволн для направления выхода части 614 основного усиления микроволн в выходную часть 615. Часть 11 микроволновых колебаний, часть 612 предварительного усиления микроволн и часть 614 основного усиления микроволн сформированы с использованием полупроводниковых элементов. Как описано выше, в части 10 генерирования микроволн микроволны из части 11 микроволновых колебаний усиливают в части 612 предварительного усиления микроволн, и, кроме того, выход части 612 предварительного усиления микроволн дополнительно усиливают в части 614 основного усиления микроволн и выводят из части 615 выхода.
Часть 10 генерирования микроволн сформирована на диэлектрической подложке 617, изготовленной из материала с малыми диэлектрическими потерями. Часть 612 предварительного усиления микроволн и часть 614 основного усиления микроволн сформированы в виде схем, имеющих электропроводные структуры, сформированные на одной поверхности диэлектрической подложки 617. Для предпочтительной работы полупроводниковых элементов, используемых в качестве усилительных элементов частей 612, 614 усиления микроволн, соответственно, предусмотрены согласующие цепи на сторонах входа и на сторонах выхода полупроводниковых элементов.
В каналах 613, 616 передачи микроволн каналы передачи, имеющие характеристический импеданс 50 Ом, сформированы с помощью электропроводных структур, предусмотренных на одной поверхности диэлектрической подложки 617.
Часть 11 микроволновых колебаний части 10 генерирования микроволн имеет функцию изменения частоты, состоящую в генерировании частот в диапазоне от 2400 МГц до 2500 МГц.
Как показано на фиг.23, в микроволновом нагревательном устройстве по шестому варианту осуществления предусмотрена первая нагревательная камера 100a, в которой размещен предмет 101, предназначенный для нагрева, причем в первую нагревательную камеру подают микроволны, выводимые из части 10 генерирования микроволн, и вторая нагревательная камера 100b.
В первой нагревательной камере 100a дверца для размещения предмета 101, предназначенного для нагрева, и его извлечения (не показана), предусмотрена на поверхности одной стенки, формирующей первую нагревательную камеру 100a. В первой нагревательной камере 100a другие боковые поверхности стенок, кроме боковой поверхности стенки, в которой предусмотрена дверца, сформированы с помощью закрывающих пластин, изготовленных из металлических материалов таким образом, что микроволна, подаваемая в первую нагревательную камеру 100a, будет заключена внутри нагревательной камеры.
Как показано на фиг.23, слой 104a поглотителя микроволн, используемый как поглотитель микроволн, который содержит материал, поглощающий микроволны, расположен на поверхности стенки, на внешней стороне нижней стенки первой нагревательной камеры 100a. Слой 104b поглотителя микроволн, который содержит поглощающий микроволны материал, расположен на поверхности стенки, на внешней стороне верхней стенки первой нагревательной камеры 100a. Вторая часть 106 подачи расположена во второй нагревательной камере 100b, в которой часть боковых поверхностей стенки сформирована в виде слоев 104a, 104b поглотителя микроволн. Вторая часть 106 подачи подает микроволны во вторую нагревательную камеру 100b. Так же как и слой 104 поглотителя микроволн в описанном выше первом варианте осуществления основные материалы слоев 104a, 104b поглотителя микроволн представляют собой материалы, поглощающие микроволны, сформированные в результате смешивания феррита и материала полимерной смолы. Слои поглотителя микроволн закреплены на поверхностях второй нагревательной камеры 100b, на которых предусмотрено теплоустойчивое покрытие.
Следует отметить, что соединенные поверхности поверхностей стенки второй нагревательной камеры 100b, на которых закреплены слои 104a, 104b поглотителя микроволн, сформированы с приданием им выпукло-вогнутой формы, и площади поверхности слоев 104a, 104b поглотителя микроволн увеличены так, что характеристики поглощения микроволн, подаваемых во вторую нагревательную камеру 100b, могут быть улучшены. Кроме того, слои поглотителя микроволн расположены на всех других поверхностях стенки, исключая поверхность одной стенки, в которой предусмотрена дверца для размещения предмета 101, предназначенного для нагрева, в первой нагревательной камере 100a и извлечения его из нее, так что характеристики поглощения микроволн могут быть дополнительно улучшены.
Как показано на фиг.23, выход из части 10 генерирования микроволн передают в первую часть 105 подачи через циркулятор 618, формирующий невозвратный контур циркуляционного типа, и подают в первую нагревательную камеру 100a. Отраженные микроволны, возвращаемые из первой нагревательной камеры 100a в циркулятор 618 через первую часть 105 подачи, передают во вторую часть 106 подачи с помощью циркулятора 618. Таким образом, циркулятор 618 сформирован так, что он передает отраженные микроволны, возвращаемые из первой части 105 подачи в циркулятор 618 во второй части 106 подачи.
Часть 619 детектирования мощности расположена в канале передачи между циркулятором 618 и второй частью 106 подачи. Часть 619 детектирования мощности, соответственно, детектирует величину мощности микроволн, передаваемых из циркулятора 618 во вторую часть 106 подачи, и величину мощности отраженных микроволн, возвращаемых из второй нагревательной камеры 100b в циркулятор 618 через вторую часть 106 подачи.
В микроволновом нагревательном устройстве по шестому варианту осуществления предусмотрена часть 620 управления, предназначенная для управления действиями части 10 генерирования микроволн. Часть 620 управления принимает сигналы, детектируемые частью 619 детектирования мощности, выполняет различную обработку и затем выполняет управление с изменением частоты колебаний части 11 микроволновых колебаний.
Часть 619 детектирования мощности сформирована с использованием направленного соединителя, имеющего степень соединения приблизительно 40 дБ, и детектирует величину мощности, составляющую приблизительно 1/10000 передаваемой и отраженной микроволновой мощности. Сигналы мощности, детектируемые в части 619 детектирования мощности, обозначающие величины мощности, выпрямляют с помощью диода детектирования волны (не показан), сглаживают с помощью конденсатора (не показан) и выводят. Ее выходные сигналы подают в часть 620 управления.
С помощью микроволнового нагревательного устройства по шестому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением, сформированного, как описано выше, при выполнении управления выбором частоты в первой нагревательной камере 100a, в которой размещен предмет 101, предназначенный для нагрева, как описано в выше первом варианте осуществления, можно эффективно выполнять высокоскоростной нагрев, однородный нагрев или нагрев посредством предмета 101, предназначенного для нагрева.
В микроволновом нагревательном устройстве по шестому варианту осуществления часть 11 микроволновых колебаний выполняет колебания на выбранной частоте, и микроволны эффективно поглощаются предметом 101, предназначенным для нагрева, в первой нагревательной камере 100a, таким образом, что можно выполнить высокоскоростной нагрев или однородный нагрев.
В микроволновом нагревательном устройстве по шестому варианту осуществления путем выбора частоты, на которой поглощение микроволны в первой нагревательной камере 100a является минимальным и обеспечения выполнения колебаний частью 11 микроволновых колебаний на выбранной частоте, практически вся энергия микроволны, выводимой частью 10 генерирования микроволны, может быть подана во вторую нагревательную камеру 100b. Во второй нагревательной камере 100b слои 104a, 104b поглотителя микроволн, расположенные и плотно закрепленные на поверхностях верхней и нижней стенок первой нагревательной камеры 100a, поглощают микроволны, подаваемые во вторую нагревательную камеру 100b, генерируют тепло, излучают тепло в первую нагревательную камеру 100a, и быстро повышают температуру в первой нагревательной камере 100a, таким образом, что предмет 101, предназначенный для нагрева, может быть облучен этим теплом и нагрет.
Следует отметить, что в микроволновом нагревательном устройстве по шестому варианту осуществления с такой структурой передачи, что микроволну, подаваемую из второй части 106 подачи, эффективно передают во второй нагревательную камеру 100b, и она надежно поглощается отдельно расположенными слоями 104a, 104b поглотителя микроволн, вся энергия микроволны, подаваемая во вторую нагревательную камеру 100b, может быть эффективно поглощена слоями 104a, 104b поглотителя микроволн.
Промышленная применимость
В микроволновом нагревательном устройстве в соответствии с настоящим изобретением микроволна, подаваемая в нагревательную камеру, может быть, по существу, на 100% поглощена в нагревательной камере таким образом, что микроволновое нагревательное устройство имеет отличные характеристики экономии энергии. Таким образом, микроволновое нагревательное устройство можно применять в различных устройствах, таких как устройства для разогрева пищи, в которых используется диэлектрический нагрев, устройства для нагрева материала или устройства для производства полупроводников.