JP3797369B2 - マイクロ波加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は多様な食品等の被加熱物をすみやかに良好な品質を維持しつつ、加熱するマイクロ波を利用した加熱装置に関するものである。

従来この種の加熱装置としては、例えば特公昭５５−５１５４１号公報に記載の食品解凍式調理炉が知られていた。図５はその構成を示すものであり、密閉自在な炉１内の天井２に攪拌器３を備え、その近くにマグネトロン照射部４が配設される。炉１内には着脱自在な食品載置棚５を有し、その下方に水、油等の液入皿６が配され、さらにその下方にガス、電熱等の加熱器７が設けられる。これらマグネトロン照射部４および液入皿６と加熱器７の組み合わせにより、上方からはマグネトロン照射による加熱、下方からは沸騰水によるスチーム加熱を併用できるものである。

かかる構成により、食品の加熱に当たってはマグネトロン照射による内部加熱と、水蒸気によるスチーム加熱の併用を献立種別に対応して選定できる。さらに水蒸気が発生するので冷凍パン、冷凍ケーキ類の解凍や醗酵焼き上げの全工程のパン、ケーキ加工器としても利用できる旨の記載がある。

しかしながら、このような従来の加熱装置においては、液入皿の中に水を入れた場合、水蒸気が沸点（常圧では１００℃）を超えることはなく、加熱室に供給されるのはかかる飽和温度以下の蒸気である。このような蒸気は食品表面を濡らしてしまう。特に食品が冷凍である場合には、未解凍な時点で食品表面に著しい結露が発生する。このため、冷凍パンなどを解凍すると食品の乾燥は防げるものの、本来カリッとしてほしい表皮がべたついて、触感を大きく損ねる。

本発明はこのような従来の課題の解消を図るもので、過熱蒸気で食品等の被加熱物を包み込み、マイクロ波で多様な被加熱物を良好に加熱するために過熱蒸気を発生させうるシステムを実現しようとするものである。

また、本発明は発生させた過熱蒸気が加熱室内で飽和温度以下にならないよう、過熱蒸気であり続けられる構成を実現するものである。

さらに、本発明は過熱蒸気を有効に利用して被加熱物の加熱が行える構成を実現するものである。

本発明の目的を達成するために、被加熱物を収容する加熱室と、この加熱室に蒸気を供給しうる蒸気発生手段と、加熱室内にあって過熱蒸気の温度の低下を防止する過熱蒸気維持手段と、被加熱物にマイクロ波を照射するマイクロ波発生手段と備え、前記過熱蒸気維持手段はマイクロ波を吸収して発熱する電波吸収体で形成し、かつ加熱室内の側壁レールにより被加熱物の種類や形状に応じて最適な位置に配設する構成を有し、被加熱物を前記過熱蒸気維持手段の上に直接載置することにより、吸熱したエネルギーを熱板として被加熱物に有効に伝導させるとともに過熱蒸気を満たす空間を可変にでき効率良く加熱できる構成である。

本発明のマイクロ波加熱装置は、過熱蒸気維持手段により、過熱蒸気を簡便に発生させることができる。また、被加熱物をこの過熱蒸気維持手段の上に直接載置することにより、吸熱したエネルギーを熱板として被加熱物に有効に伝導させ、マイクロ波に固有の定在波の存在に基づく加熱ムラを改善できる。

また、被加熱物の種類や形状、分量に合わせて過熱蒸気維持手段を加熱室内の適切な位置に着脱することにより、過熱蒸気を満たす空間を可変にでき、効率良く短時間に加熱を行える。

本発明は上記した構成によって、過熱蒸気を簡便に発生させることができる。

また、加熱室に供給された過熱蒸気が飽和温度以下にならないよう、過熱蒸気であり続けられる。また、マイクロ波を吸収して昇温し、熱板効果を発揮して過熱蒸気の温度の低下を妨げる。また、フェライト等の電波吸収体を塗布もしくはモールドした隔壁、あるいは加熱室に設けた電熱源も同様に熱板効果を発揮して過熱蒸気の温度の低下を妨げる。

さらに、被加熱物に合わせて過熱蒸気を有効に利用できる。少なくとも加熱室の上面に設けた過熱蒸気維持手段は、加熱室に導かれた過熱蒸気の天井面での結露およびそれによる被加熱物への落下を防止し、被加熱物の質の低下を防げる。あるいは少なくとも加熱室の下面に設けた過熱蒸気維持手段は、被加熱物をこの過熱蒸気維持手段の上に直接載置することにより、吸熱したエネルギーを熱板として被加熱物に有効に伝導させ、マイクロ波に固有の定在波の存在に基づく加熱ムラを改善できる。また、被加熱物に合わせて過熱蒸気維持手段を加熱室内の適切な位置に着脱することにより、過熱蒸気を満たす空間を可変にでき、効率良く短時間に加熱を行える。さらに、少なくとも加熱室の下面に設けた透孔を有する過熱蒸気維持手段は、導かれた過熱蒸気がこの透孔を通過する際に熱を付加されて再蒸発し、過熱蒸気に戻すことができる。

以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する。

図２は本発明に係わるマイクロ波加熱装置の外観図である。本体８の前面には扉体９が開閉自在に軸支され、食品が収容される加熱室の開口を閉塞している。操作盤１０には加熱指令キー１１が配され、一桁あるいは数桁で入力されるコードが食品の種類や分量、保存温度（冷凍かチルド保存か）、加熱完了温度など、加熱法に影響を与える因子と対応づけされており、これを後述する制御部に指令する。本体の右側面には給水タンク１２が着脱自在に配設される。

図１は本発明の一実施例を示す加熱室の正面断面図であり、加熱室１３にはマイクロ波を照射するマイクロ波発生手段であるマグネトロン１４と、蒸気発生手段である蒸気発生器１５とが結合されている。

蒸気発生器１５は耐熱ガラスあるいはセラミックなどの非磁性体から成るボイラ１６と、これに内蔵される強磁性多孔体ヒータ１７、これにボイラ外から非接触で給電するインバータコイル１８から構成される。このボイラ１６には給水タンク１２より給水ポンプ１９を介して水が滴下される。インバータコイル１８にはインバータ電源２０により周波数の高い電圧が給電され、誘導加熱により強磁性多孔体ヒータ１７を直接加熱するので、熱伝導のためのロスがなく、すみやかに１００℃以上に立ち上がる。その温度および給水量は制御部２１により自在に制御され、簡便に過熱蒸気を発生させることができる。

さて、過熱蒸気が加熱室に供給されても、加熱室が冷たいと蒸気の温度は急激に低下し、飽和温度を割ってしまう。加熱室内で過熱蒸気であり続けるのはとても困難なことなのである。そこで本発明では、加熱室１３の上下面に過熱蒸気維持手段たる昇温隔壁２２を配設している。これは側壁レール２３上に着脱自在に載置され、加熱室内に供給された過熱蒸気が飽和温度以下に低下することを防止するため、これを昇温もしくは再蒸発させる構成である。過熱蒸気維持手段の具体的な構成としてはいくつかの実施例がある。

まず、過熱蒸気維持手段を水分を吸収しうるセラミック等の多孔体よりなる隔壁で形成する実施例を説明する。昇温隔壁として素焼きの厚みのある板を用いると、加熱室に導かれた過熱蒸気の一部はこれに吸収される。そしてマイクロ波によって再び加熱され、再蒸発する。このとき、セラミック内部の水蒸気は急激に膨張して内圧が高まり、沸点は１００℃以上に達するよう構成できる。つまり、仮に昇温隔壁表面で結露しても、再び過熱蒸気に返してやることができるのである。このような昇温隔壁の被加熱物と向き合わない側、すなわち天井側と床側に釉薬を塗れば、再蒸発した過熱蒸気は被加熱物側にしか吹き出さず、ロスなく蒸気を活用することができる。また、内圧を上げる点でも有利である。

次に、過熱蒸気維持手段を水分を吸収しうる紙や布等の繊維質を含む隔壁で形成する実施例を説明する。これも上記の構成と同様に加熱室に導かれた過熱蒸気の一部を吸収し、マイクロ波によって再び加熱して再蒸発させる。セラミックのように内圧が上がることはないが、蒸気を効率良く吸収できるので、天井から被加熱物への結露水の落下を確実に防止できる。

さらに、過熱蒸気維持手段を撥水性の誘電体、例えば結晶化ガラスや両面に釉薬を施したセラミックより成る隔壁で形成することもできる。これは蒸気を吸収して再蒸発させることはできないが、マイクロ波で加熱され、熱板となって加熱室に導かれた過熱蒸気を昇温する。

また、過熱蒸気維持手段をマイクロ波を吸収して発熱するフェライト等の電波吸収体を塗布もしくはモールドした隔壁で形成してもよい。蒸気を吸収して再蒸発させることはできないが、マイクロ波で効率的に加熱され、熱板となって加熱室に導かれた過熱蒸気を昇温する。また、マイクロ波をかなり吸収するので被加熱物に到達するマイクロ波を低減し、その加熱ムラを和らげる効果がある。

最後に、過熱蒸気維持手段を加熱室に設けた電熱源で形成する例を示す。これはオーブンレンジとして知られる加熱装置に本発明を適用するものであり、加熱室に配設された電熱源により過熱蒸気を昇温するものである。

制御部２１は加熱指令キー１１から入力された加熱指令コードを解読し、メモリ２４から指定された加熱条件を読み出す。加熱条件としては蒸気発生器１５の制御データ、すなわちインバータコイル１８への入力制御データ、と給水ポンプ１９への給水量制御を示すデータ、マグネトロン１４への給電条件を示すデータとが記憶されている。これらのデータは各々のブロックの時系列データ的な制御値であってもよいし、ある数式であっても構わない。数式の場合には制御部２１はこれを演算して時系列データを得て、この時系列データに則り、インバータコイル１８への入力制御と給水ポンプ１９への給水量制御、マグネトロン１４への給電を制御して加熱の進行に応じて加熱室１３内に導入される過熱蒸気の温度と量、食品の温度があらかじめ定められた値になるように制御する。

さて被加熱物２５は透孔を有する載置皿２６の上に載置される。載置皿２６は下面の昇温隔壁２２に接触しないよう脚部を有する。上面の昇温隔壁２２は複数の側壁レール２３により図示の例では３つの位置に配設自在である。かかる構成により、被加熱物の種類や形状に応じて上面の昇温隔壁２２を最適な位置に配設することで、過熱蒸気が満たされる空間を小さく限定でき、より効率的に被加熱物２５を加熱することができる。

図３は本発明における加熱中の加熱室内の過熱蒸気の温度とマイクロ波の供給状態を示す線図である。図（ａ）は加熱室内が１２０℃に達するまでの立ち上がり期間Ｒをマイクロ波の照射を停止している。これは例えばしゅうまいのような蒸しものの温め直しや冷凍の盛りつけ弁当のような異種の材料が混在し加熱ムラがでやすい食品の加熱に効果を発揮した。

ここで過熱蒸気について簡単に述べておくと、過熱蒸気はある圧力下での飽和温度以上の温度にある水蒸気を言い、例えば常圧（１気圧）では１００℃以上の水蒸気を指す。このような過熱蒸気で食品など水分を含む被加熱物を加熱すると過熱蒸気の温度が１００℃以下に下がるまでは被加熱物から水を蒸発させる能力を持ち、また乾いた物体を加熱しても相手を濡らすことがない。そして高い熱エネルギーを有するので、被加熱物の表面で効果的に熱交換が行われる。過熱蒸気は産業界では食品加工等の分野で乾燥手段として利用が始まったばかりである。

一方、マイクロ波加熱ではマイクロ波が被加熱物の内部まで深く浸透し、被加熱物の内外を同時に加熱することはよく知られている。ところが、加熱室はマイクロ波にとって一種の空洞共振器であるから定在波が立ち、平面的な加熱パターンを見ると電界強度の強い箇所と弱い箇所が交互に現れる。これが電子レンジ固有のいわゆる加熱ムラを生じる原因である。

ここで過熱蒸気の持つ大きな熱エネルギーに注目し、しかも被加熱物を濡らさないという特性に着目したのが本発明である。すなわち、図３（ａ）の加熱パターンによれば、過熱蒸気が例えばすばやく冷凍の盛りつけ弁当を包み込み、ムラなく表面を解凍し始める。一方、マイクロ波はその性質上、弁当の四隅から入りやすく逆に中央は昇温させにくいため、単独で解凍するとまず四隅が溶け始め、いったん溶け始めた部位があると水は氷の千倍以上の誘電損失を有するため、その箇所にマイクロ波が集中する。ところが、本発明では過熱蒸気の助けを借りて冷凍弁当の氷のままの中央部も四隅と変わらず解凍を進める。そしていったん溶け始めれば、マイクロ波の四隅への集中は緩和される。

この効果は通常の飽和蒸気でも得られる。だが、飽和蒸気だと冷凍弁当の表面でたちまち結露し、加熱が進む間もどんどん表面を濡らしていく。しゅうまいやハンバーグなら少々水分を含む方が出来映えが改善されるが、焼き魚では問題となる。そして何よりごはんは結露水が垂れ落ちては致命的である。過熱蒸気では食品が含む水分を瞬時に沸騰させるため、表面を濡らすことがなく、この点で調理の出来映えを飛躍的に改善できた。

図（ｂ）は加熱室内が加熱中に蒸気の温度を変更する例を示しており、前半は６０℃程度の中湿状態に、後半は一気に１２０℃の過熱蒸気に切り換えている。マイクロ波も順次低減していく構成である。これは例えば冷凍パンやフライなど表面をカリッと仕上げたい食品の加熱に効果を発揮した。すなわち、前半の飽和温度以下の薄い蒸気で食品の乾燥を防ぎながら、マイクロ波による加熱ムラをわずかながら緩和し、後半の過熱蒸気で一気に表面を乾燥させるのである。

なお、前半の蒸気の温度は食品に合わせて最適に選択される。冷凍パンでは図示の６０℃程度、フライではもう少し高めの８０℃程度が実験では良好な結果を得た。また、しゅうまいや肉まんのような蒸しものの温め直しでは１００℃の飽和蒸気でたっぷり食品に水分を吸収させるのが、良好な結果につながった。

図４は別な実施例を示す加熱室の正面断面図であり、マグネトロン１４は本実施例では加熱室の天井と底面に２本配設されている。この上下給電は業務用の電子レンジで汎用されている実用技術であり、良好な電界分布を維持しながら高出力が得られる。そして、被加熱物２５は載置皿ではなく底面の昇温隔壁２２上に直接載置される。底面の昇温隔壁には透孔２７が穿たれ、蒸気発生器１５から過熱蒸気は加熱室１３の底面に吐出される。

かかる構成では底面の昇温隔壁２２がマイクロ波を吸収して温度上昇し、その熱を直接被加熱物に伝達するので、加熱の効率が良好である。また、過熱蒸気はいたん加熱室底面に吐出されるため、加熱完了後に扉体を開放し、被加熱物を取り出す際、誤って吐出される高温の過熱蒸気に触れる心配もない。加熱室に導入された過熱蒸気は昇温隔壁２２の透孔２７を通過する際に、効果的に熱を与えられて温度の低下を防止できる。また、少なくとも加熱室の下面に設けた透孔を有する過熱蒸気維持手段は、導かれた過熱蒸気がこの透孔を通過する際に熱を付加されて再蒸発し、過熱蒸気に戻すことができる。

なお、過熱蒸気維持手段である昇温隔壁は、図１および図３のいずれの実施例でも加熱室の上下に設けたが、もちろん、加熱室の上面にだけ設けても良いし、逆に加熱室の下面にだけ設けても構わない。要するに、加熱室に導入された過熱蒸気に十分な熱を付与できれば、どちらか一方だけでも差し支えないし、その設置場所は側壁や後壁面であってもよい。扉体を除く五面を昇温隔壁とする構成も考えられるし、扉体をものぞき窓を廃して昇温隔壁とすることが可能である。

なお、本実施例ではセンサなどの検知手段を設けず、入力手段より入力された加熱方法に従い、記憶手段の中にあらかじめ定められた加熱条件に則り、加熱を進める構成を示したが、加熱室の環境を計測し、蒸気発生器への給電をフィードバックする検知手段を設けても良い。かかる検知手段としては温度検知手段や湿度検知手段がある。

蒸気発生器も本実施例に掲げたものに限定されるものではなく、過熱蒸気を発生しうるものなら利用可能である。例えば、ボイラ内に超音波振動子を設け、微細な水滴を発生させてこれを熱源で加熱し、過熱蒸気を発生させる構成も考えられる。

本発明の一実施例を示す加熱室の正面断面図 同加熱装置の外観図 （ａ）同加熱シーケンスの一実施例を示す線図（ｂ）同加熱シーケンスの別な実施例を示す線図 本発明の別な実施例を示す加熱室の正面断面図 従来の食品解凍式調理炉の加熱室の正面断面図

符号の説明

１３ 加熱室
１４ マグネトロン（マイクロ波発生手段）
１５ 蒸気発生器（蒸気発生手段）
２２ 昇温隔壁（過熱蒸気維持手段）

Claims (1)

1. 被加熱物を収容する加熱室と、この加熱室に蒸気を供給しうる蒸気発生手段と、加熱室内にあって過熱蒸気の温度の低下を防止する過熱蒸気維持手段と、被加熱物にマイクロ波を照射するマイクロ波発生手段と備え、前記過熱蒸気維持手段はマイクロ波を吸収して発熱する電波吸収体で形成し、かつ加熱室内の側壁レールにより被加熱物の種類や形状に応じて最適な位置に配設する構成を有し、前記過熱蒸気維持手段に透孔を設け、この透孔を通過するように蒸気発生手段からの過熱蒸気を前記過熱蒸気維持手段の下方に供給し、かつ前記過熱蒸気維持手段より上方に被加熱物を載置する構成としたマイクロ波加熱装置。
   
   

Images