JP3700326B2 - High frequency heating element - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は食品の加熱・調理、衣類の乾燥などを実現する高周波利用装置、あるいは空間に存在する不要輻射を吸収する装置および不要輻射量を検知するセンサなどに適用される高周波発熱体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、高周波を吸収して発熱するこの種の部材は、たとえば、オーブン電子レンジなどの高周波加熱装置におけるヒータの代替への適用や前記高周波加熱装置の加熱室に設け加熱室内の電界強度を検出するデバイスの適用などが検討されている。
【0003】
オーブン電子レンジへの適用に関しては、電気ヒータ代替に対して、高周波発熱体に求められる性能は、温度の立ち上がりがよく、到達温度が高いことが必要条件としてあげられる。
【0004】
これに対する先行技術の一つとして、特開平6−223960号公報がある。同公報には、ハニカム構造のセラミック製耐火物からなる基体に酸化イリジウム、酸化ルテニウムおよび酸化ロジウムのうちの1種以上を担持させた高周波発熱体が開示されている。なお、基体の材料については、炭化珪素や磁器半導体などに対して加工性をよいコージィエライト質が好ましいと開示している。
【0005】
一方、加熱室内の電界強度を測定するものとして、たとえば特開平6−185740号公報がある。この公報によれば、加熱室内の所定位置に配置した高周波吸収発熱体が、この発熱体に印加される高周波電界強度に応じて発熱し昇温する。この発熱体の温度変化を検出して被加熱物の加熱状態を判断し高周波発生源の動作を制御することを開示している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ヒータ代替用の従来の高周波発熱体は、発熱体として到達温度が高くかつ立ち上がりの昇温特性がよいことを主眼として発熱体を構成する材料組成を主体に開示している。しかし、例えば高周波加熱装置の一つであるオーブン電子レンジに適用する場合、発熱体とある程度の間隔で離れた位置に存在する調理対象の食材を実用的に加熱調理するには、食材に所定の熱量を連続的に加える必要があるとともに食材の表面に焦げ目をつけるには表面温度を170℃以上に所定時間連続的に保持させる必要がある。所定の熱量を発生させるために発熱体に高周波を連続的に供給すると連続的な温度上昇により発熱体が融解する課題がある。従って、適当な周期にて高周波の供給を断続させる必要があるが、立ち上がりがよい性能を有する発熱体は熱容量が小さいため高周波の供給を停止すると急激に温度が低下するという課題を有していた。
【0007】
また、食材の大きさと比肩できる形状(例えば200mm角)とすると、発熱体表面に高周波の加熱分布を生じるため、昇温特性が低下する課題を有していた。
【0008】
さらには、高周波の電界強度に応じて発熱する部材へ適用される従来の高周波発熱体は、被加熱物である食品に吸収されず加熱室内に反射された高周波を吸収して発熱するものである。食品から反射された高周波は加熱室を形成する壁面で反射を繰り返し徐々に食品に吸収される。この場合、食品を含む加熱室内において、吸収と反射を繰り返す高周波は加熱室内に特定の高周波分布を形成する。この高周波分布は被加熱物の種類、量および形状によって変化することから、限定された複数の発熱体を配置したとしても被加熱物の加熱調理状態に対応した発熱特性を発熱体に呈させることは発熱体の構成に改良を加えない限りかなり困難であるという課題を有していた。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、高周波を吸収して発熱する耐火耐熱部材からなるハニカム構造体の基体と、使用する高周波体において高比誘電率を有する部材をハニカム構造体の前記基体に充填した構成からなる高周波発熱体としている。
【0010】
本発明によれば、高比誘電率の部材により、高周波発熱体に伝搬してきた高周波が高周波発熱体の構造内を伝搬する時にその伝搬速度を遅くすることができる。一方、構造体内の高周波を吸収し発熱する部材は、遅い伝搬速度の高周波を十分に吸収するので発熱が促進される。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明は、高周波を吸収して発熱する耐火耐熱部材からなるハニカム構造体の基体と、使用する高周波帯において高比誘電率を有する部材をハニカム構造体の前記基体に充填した構成からなる高周波発熱体としている。これにより、高比誘電率の部材は、高周波発熱体に伝搬してきた高周波が高周波発熱体の構造内を伝搬する時にその伝搬速度を遅くする。一方、構造体内の高周波を吸収して発熱する部材は、遅い伝搬速度の高周波から高周波エネルギを十分に吸収して発熱が促進される。
【0012】
また、高比誘電率の部材を付加させる構造体としたことにより、同一基体に対して、比誘電率を変えることで所望の使用する高周波に対応した高周波発熱体を構成することができる。
【0013】
また、高比誘電率の部材を高周波発熱体全域に分散配置させ、高周波からみた時の発熱体の実効比誘電率の均等化を図ることができる。これにより、あらゆる方向から伝搬してくる高周波に対してその伝搬速度を高周波発熱体内で低下させることができる。
【0014】
また、高比誘電率を有する部材をハニカム構造体の一端側に片寄って充填した構成としている。これにより、高周波を吸収する部材において実際的に高周波を吸収する領域を限定させ、熱容量を小さくして昇温特性を良好にさせることができる。
【0015】
また、高周波発熱体を通気性を有する構造体としている。これにより、高周波発熱体が発熱した熱量を離れた位置にある被加熱物に伝達させることができる。また、高周波発熱体をセンサとして使用する場合、高周波発熱体を通気により冷却して初期状態にリセットすることができる。
【0016】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【0017】
本発明の高周波発熱体に用いられる高周波を吸収して発熱する部材としては、従来より周知の様々な材料が用いられる。たとえば、フェライト、ペロブスカイト構造の組成を主成分とする磁器半導体、炭化珪素、カーボンブラック、木炭などの粉末あるいは焼結物であり、粉末の粒径あるいは焼結物の気孔率は特に限定されないが、好ましくは、発熱部材が絶縁体として作用するようにし、焼成に対しては助結材を選択する。
【0018】
高比誘電率の部材の比誘電率は、使用する高周波帯により適宜選択する。たとえば使用する高周波帯を電子レンジに用いられる2450MHz帯とした時には、その空間伝搬波長は約12cmであり、高比誘電率部材中を伝搬する時の実効伝搬波長がその比誘電率の平方根の逆数に比例することを考慮すると実用的な構造寸法が得られる比誘電率の値として10以上、200以下の材料が好ましい。
【0019】
この周波数帯で使用する高比誘電率の部材としては、たとえば、酸化チタン、ペロブスカイト構造の組成を主成分とする誘電体、助結材に酸化ベリウムを用いた炭化珪素があげられる。
【0020】
また、より高い周波数帯に対しては、比誘電率の値として上記の値と同等あるいは低い値の部材、たとえばアルミナ、窒化アルミ、ムライト、コージェライトなどが選択される。さらに、より低い周波数帯に対しては、比誘電率が200以上の部材、たとえばペロブスカイト構造の組成を主成分とする誘電体(SrTiO3↓,PbTiO3↓,PbZrO3↓,Pb(Zr1↓−↓x↓Tix↓)O3↓など)を選択することで高周波発熱体の構造をコンパクトに構成することができる。
【0021】
(実施例1)
図1は本発明の実施例1の高周波発熱体の構成図である。
【0022】
図において、高周波発熱体10は、前述した高周波を吸収し発熱する耐火耐熱部材を用いたハニカム構造からなる基体11と、ハニカム構造の貫通孔12群の一端から他端に亘って前述した高比誘電率の部材13群をハニカム構造において互い違いに貫通孔12群に充填した構成としている。
【0023】
ハニカム構造からなる基体11は、使用する高周波帯に対応して様々な構造を使用できるが、貫通孔の構造としては四角形が生産加工上便利である。また構造体はその機械的強度の保持に対して、たとえば貫通孔12群の密度は、50〜200セル/平方インチ、ハニカムの壁厚さは0.1〜1mmが望ましい。さらには、ハニカムの壁部の気孔率は、上限として60%程度まで選択できる。
高比誘電率の充填部材13群が焼結物の場合、無機結合材を用いて基体11に充填部材13群を固定する。また、高比誘電率の充填部材13群として粉末を用いた場合は、充填後、充填部の両端を無機結合材(図示していない)で封止し充填部材13群を基体11に収納保持する。
【0024】
なお、充填粉末を基体11に収納保持した後、数100度以上の高温にて高周波発熱体10本体を熱処理することができる。この方法によれば、たとえば充填部材13群として酸化チタンの粉末を利用した場合、高温処理によりルチル型酸化チタンへの相転移を確実に図り高比誘電率の充填部材とすることができる。
【0025】
次に動作、作用について説明する。
【0026】
電子レンジに使用されている2450MHz帯を使用する高周波帯として以下に説明する。
【0027】
ハニカム構造が貫通孔密度200セル/平方インチ、壁厚さ0.4mm、耐火耐熱部材11を炭化珪素とし、充填部材13群を酸化チタンとした場合、2450MHz帯における約12cmの自由空間伝搬波長を持つ高周波は高周波発熱体10の個々の貫通孔12群の配列を見分けることができずマクロ的に高周波発熱体10を認識する。この周波数における高周波発熱体の実効比誘電率を測定すると値は、約12であった。従って、2450MHz帯における高周波発熱体内の高周波伝搬波長は約35.3mmである。
【0028】
貫通孔方向の高周波発熱体10の厚さとして30mmを使用する場合、貫通孔方向より伝搬してきた高周波は高周波発熱体10の内部に約0.85波長分の高周波を存在させることができ、見かけ上の伝搬速度が遅くなる。基体11は、この伝搬速度が遅い高周波から高周波エネルギを吸収し発熱が促進される。
【0029】
また、充填部材12群は耐火耐熱部材であり基体11にとっては、熱負荷として作用するので、充填部材12群の存在により、熱容量を大きくさせることができる。
【0030】
上記高周波発熱体を30mm角とし高周波エネルギとして400Wを供給した時、700℃に到達するのに要した時間は100秒であった。また、高周波の供給を停止した後の300℃になるまでの温度下降率は、停止直後に約20℃の急な下降を呈した後は67℃/分であった。同一構造体で充填部材を使用しない場合、700℃には85秒で到達した。また、高周波供給停止後は、停止直後に約40℃の急な下降を呈した後、80℃/分で温度下降した。なお、上記試験において高周波発生部であるマグネトロンを冷却するために通気させた冷却風(1m3↑/分)が高周波発熱体を収納した加熱室の側面に設けた直径4mm,ピッチ7.5mmにて配列させた開孔より加熱室に流入している。
【0031】
上記試験によれば、充填部材により高周波発熱体の熱容量が増したことにより立ち上がり性能が幾分低下しているが、ヒータとの対比を考えると実用的には十分な性能である。また、高周波の供給停止直後の温度低下が約1/2に減少している。従って、高周波発熱体の融解を防止するために高周波の供給をたとえば10秒周期にて断続させた場合の、発熱体の温度低下は約30℃に抑えることができ、所望の熱量を被加熱物に供給して加熱調理をすることができる。
【0032】
さらに、実施例1の構造体は通気性を持ち空気を通気させることで、発熱体として作用させた時には、発生した熱を離れた位置にある被加熱物に伝達し、食品のグリル調理あるいは衣類の乾燥用熱流として使用できる。一方、センサとして作用させた場合、繰り返し調理を行う際に高周波発熱体を冷却してセンサ信号を初期状態にリセットさせることができる。
【0033】
(実施例2)
図2は本発明の実施例2の高周波発熱体の構成図である。
【0034】
図において、高周波発熱体14の図1と相違する構成は高比誘電率の部材15群をハニカム構造体の基体11の貫通孔の一端側に片寄らすとともにすべての貫通孔12群に充填したことである。
【0035】
次に動作、作用について説明する。基体および高比誘電率の部材は上述したものと同一のものを用いて説明する。
【0036】
充填側から見た高周波発熱体の実効比誘電率は、約52であった。従って、充填部材を含む高周波発熱体内での伝搬波長は、約17.0mmとなり、高周波発熱体の貫通孔方向の厚みを30mm、充填部材15群の貫通孔方向の充填長さを15mmとした場合、充填部材側に存在させることができる高周波は、0.88波長分相当となる。一方この充填部材が存在する領域での高周波を吸収し発熱する耐火耐熱部材の重量は実施例1と比べて少ないので、熱容量を小さくできる。この効果により、吸収する高周波エネルギはほぼ同じであるが、発熱をより促進させることができる。
【0037】
また、このようなハニカム構造とその貫通孔に高比誘電率の部材を充填する高周波発熱体の構造を電界強度検出用のセンサとして利用することができる。この種のセンサとして使用する場合、構造体内を伝搬する高周波をその実効伝搬波長の1/4以上に存在させるには、実施例1の構造と柔術の部材を用いた場合に貫通方向の厚さを9mm以上に、また実施例2のすべての貫通孔に充填した構成では、4.5mm以上にすればよい。また、実用上さらに薄くする必要がある場合は、充填部材として、比誘電率がより大きい部材を使用すればよい。構造体中に実効伝搬波長の1/4以上の高周波を存在させることにより、伝搬してきた微弱な高周波からも高周波エネルギを吸収して発熱による温度上昇をさせることができる。
【0038】
また、以上に示したように高比誘電率の部材を付加させる構造体としたことにより、同一基体に対して、比誘電率を変えることで所望の使用する高周波に対応した高周波発熱体を構成することができる。
【0039】
(実施例3)
図3は本発明の実施例3の高周波発熱体の構成図である。
【0040】
図における高周波発熱体16の基体17は、高比誘電率の部材からなるハニカム構造から構成している。基体17の貫通孔18群は、貫通孔方向の一端が無機材料からなる封止部材19群にて基体17と接着結合され、貫通孔の一端を閉止している。20群は、貫通孔18群の閉止されていない側から挿入付加した高周波を吸収して発熱する部材であり、使用する部材は前述した部材の中から選択できる。
【0041】
高周波を吸収して発熱する部材20群は、基材17と一体的な構造体とし長期に亘って繰り返し使用できる部材としたり、高周波エネルギを吸収して発熱燃焼し気体になって消滅する部材を使用することもできる。
【0042】
上述の長期使用する構造においては、貫通孔18群の他方の端面も封止部材にて閉止させる構成を用いることで、高周波を吸収し発熱する部材として粉末の材料の使用を容易にさせることができる。
【0043】
この場合、基体17のハニカム構造により粉末の流動を規制するので高周波発熱体の全域に粉末を所望状態に分散配置できる。
【0044】
次に作用と効果について説明する。
【0045】
基体17は高比誘電率の部材で構成したことにより、ハニカム構造体内を伝搬する高周波の伝搬速度を遅くする。これにより、ハニカム構造体は、高周波エネルギを自由空間に比べて時間的に長く滞在させることができる。この滞在時間はハニカム構造体の実効比誘電率の平方根に比例する。このような構造体中に高周波エネルギを吸収して発熱する部材20群を付加することにより、高周波エネルギを吸収し発熱する部材は、高周波エネルギを十分に吸収しそれによる発熱を促進できる。
【0046】
たとえば、カーボンブラックや木炭の粉末は高周波損失が大きいので、数100W以上の大きな高周波エネルギを供給させることで、短時間に赤熱する。
【0047】
このような現象を利用すれば、たとえば炭火焼きの調理が可能である。
【0048】
また、供給される高周波エネルギが空間を伝搬する不要輻射のように上記と比べて極めて低いエネルギの場合でも、その高周波エネルギを効果的に吸収する。このような現象を利用すれば、不要輻射を吸収する手段、例えば建物の壁材(断熱性も含む)あるいは高周波利用機器の不要輻射防止パーツに利用できる。
【0049】
このような高周波発熱体の構成によれば、使用する周波数帯において所望の高周波の吸収性能を備えた高周波吸収部材を選択することで、所望の発熱量あるいは吸収量を容易に得ることができる。
【0050】
なお、上記の実施例の説明においては、使用する周波数帯として電子レンジに使用されている2450MHz帯を一例として説明したが、他の周波数帯、たとえば移動無線帯、テレビ帯などへの本発明の構造体を適用できる。
【0051】
また、発熱部材は、オーブン電子レンジへの適用例として数100℃の高温に発熱するものや炭火焼きの例を説明したが、このような高温になるものに限定するものではなく、伝搬してきた高周波を効率よく吸収する部材であればよい。
【0052】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば以下の効果を有する。
【0053】
(1)高比誘電率の部材は、高周波発熱体内を伝搬する高周波の伝搬損度を遅くする。この高比誘電率の部材の周辺に存在する高周波を吸収して発熱する部材は、この遅い伝搬速度の高周波から高周波エネルギを十分に吸収して発熱を促進できる。
【0054】
(2)耐火耐熱部材の基体に高比誘電率の部材を付加する構成としたことにより、同一基体に対して比誘電率を変えることにより所望の使用する高周波に対応した発熱体を構成することができる。
【0055】
(3)ハニカム構造の基体に高比誘電率の部材を充填する構成により、高比誘電率の部材を高周波発熱体の全体に分散配置させ、高周波からみた時の発熱体の実効比誘電率の均等化をはかることができる。この結果、あらゆる方向から伝搬してくる講習はに対してその伝搬速度を高周波発熱体内で遅くすることができ、高周波エネルギの吸収促進および発熱促進を図ることができる。
【0056】
(4)高比誘電率を有する部材をハニカム構造体の一端側に片寄って充填した構成により、高周波を吸収する部材において実際的に高周波を吸収する領域を限定させ、熱容量を小さくして昇温特性を良好にさせることができる。
【0057】
(5)高周波発熱体を通気性を有する構造体としたことにより、高周波発熱体が発熱した熱量を離れた位置にある被加熱物に伝達させることができる。また、高周波発熱体をセンサとして使用する場合、高周波発熱体を通気により冷却して初期状態にリセットすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1の高周波発熱体の構成図
【図2】 本発明の実施例2の高周波発熱体の構成図
【図3】 本発明の実施例3の高周波発熱体の構成図
【符号の説明】
10、14、16 高周波発熱体
11 耐火耐熱部材からなるハニカム構造の基体
13、15 高比誘電率の部材
17 高比誘電率の部材からなるハニカム構造の基体
20 高周波を吸収し発熱する部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-frequency heating device applied to a high-frequency utilizing device that realizes heating / cooking of food, drying of clothes, or the like, a device that absorbs unnecessary radiation in a space, and a sensor that detects the amount of unnecessary radiation. is there.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, this type of member that absorbs high frequency to generate heat is applied to, for example, a heater in a high-frequency heating device such as an oven microwave oven, or is provided in the heating chamber of the high-frequency heating device to detect the electric field strength in the heating chamber. Application of devices is under consideration.
[0003]
Regarding application to an oven microwave oven, the performance required of a high-frequency heating element is a necessary condition for a high-frequency heating element with a high temperature rise and a high ultimate temperature, as opposed to an electric heater.
[0004]
One prior art for this is Japanese Patent Laid-Open No. 6-223960. This publication discloses a high-frequency heating element in which at least one of iridium oxide, ruthenium oxide and rhodium oxide is supported on a substrate made of a ceramic refractory having a honeycomb structure. It is disclosed that the base material is preferably cordierite having good workability with respect to silicon carbide, porcelain semiconductors and the like.
[0005]
On the other hand, there is JP-A-6-185740, for example, for measuring the electric field strength in the heating chamber. According to this publication, the high-frequency absorption heating element disposed at a predetermined position in the heating chamber generates heat according to the high-frequency electric field strength applied to the heating element and raises the temperature. It discloses that the temperature change of the heating element is detected, the heating state of the object to be heated is judged, and the operation of the high frequency generation source is controlled.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, conventional high-frequency heating elements for heater replacement mainly disclose the material composition that constitutes the heating elements with the main aim of having a high ultimate temperature as the heating element and good rising temperature rise characteristics. However, when applied to an oven microwave oven that is one of high-frequency heating devices, for example, in order to practically cook food to be cooked that exists at a certain distance from the heating element, a predetermined amount of food is used. The amount of heat needs to be continuously applied, and the surface temperature must be continuously maintained at 170 ° C. or higher for a predetermined time in order to scorch the food surface. When a high frequency is continuously supplied to the heating element in order to generate a predetermined amount of heat, there is a problem that the heating element melts due to a continuous temperature rise. Therefore, it is necessary to intermittently supply the high frequency at an appropriate cycle. However, the heating element having a good start-up performance has a problem that the temperature rapidly decreases when the high frequency supply is stopped because the heat capacity is small. .
[0007]
In addition, when the shape is comparable to the size of the food (for example, 200 mm square), a high-frequency heating distribution is generated on the surface of the heating element, and thus there is a problem that temperature rise characteristics are deteriorated.
[0008]
Furthermore, the conventional high-frequency heating element applied to a member that generates heat in accordance with the high-frequency electric field strength absorbs the high frequency reflected in the heating chamber without being absorbed by the food to be heated and generates heat. . The high frequency reflected from the food is repeatedly reflected on the wall surface forming the heating chamber and gradually absorbed by the food. In this case, in the heating chamber containing food, the high frequency that repeats absorption and reflection forms a specific high frequency distribution in the heating chamber. Since this high-frequency distribution changes depending on the type, amount and shape of the object to be heated, even if a plurality of limited heating elements are arranged, the heating element exhibits heat generation characteristics corresponding to the cooking condition of the object to be heated. Had the problem that it was quite difficult unless improvements were made to the structure of the heating element.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a substrate of a honeycomb structure composed of a refractory and heat-resistant member that generates heat by absorbing a high frequency, and a member having a high relative dielectric constant in the high-frequency body used in the substrate of the honeycomb structure. The high-frequency heating element has a filled configuration.
[0010]
According to the present invention, the high relative permittivity member can reduce the propagation speed when the high frequency wave propagating to the high frequency heating element propagates through the structure of the high frequency heating element. On the other hand, a member that absorbs high frequency in the structure and generates heat sufficiently absorbs high frequency at a slow propagation speed, so that heat generation is promoted.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-frequency heat generation comprising a honeycomb structure base made of a fire-resistant and heat-resistant member that generates heat by absorbing high frequency, and a member having a high relative dielectric constant in the high-frequency band to be used. The body. As a result, the high relative permittivity member slows the propagation speed when the high-frequency wave propagating to the high-frequency heating element propagates through the structure of the high-frequency heating element. On the other hand, a member that generates heat by absorbing a high frequency in the structure sufficiently absorbs high frequency energy from a high frequency with a slow propagation speed and promotes heat generation.
[0012]
In addition, by using a structure to which a member having a high relative dielectric constant is added, a high-frequency heating element corresponding to a desired high frequency to be used can be configured by changing the relative dielectric constant of the same substrate.
[0013]
In addition, it is possible to disperse and dispose members having a high relative dielectric constant throughout the high-frequency heating element to equalize the effective relative dielectric constant of the heating element when viewed from the high frequency. Thereby, the propagation speed can be reduced in the high-frequency heating body with respect to the high-frequency waves propagating from all directions.
[0014]
In addition, a member having a high relative dielectric constant is filled at one end side of the honeycomb structure. Thereby, in the member which absorbs a high frequency, the area | region which actually absorbs a high frequency is limited, A heat capacity can be made small and a temperature rising characteristic can be made favorable.
[0015]
Further, the high-frequency heating element is a structure having air permeability. As a result, the amount of heat generated by the high-frequency heating element can be transmitted to an object to be heated at a remote position. Moreover, when using a high frequency heat generating body as a sensor, a high frequency heat generating body can be cooled by ventilation | gas_flowing and can be reset to an initial state.
[0016]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0017]
As a member that generates heat by absorbing a high frequency used in the high frequency heating element of the present invention, various known materials are used. For example, it is a powder or sintered material such as a ceramic, ceramic, silicon carbide, carbon black, charcoal, etc. whose main component is a ferrite, perovskite structure, and the particle size of the powder or the porosity of the sintered material is not particularly limited, Preferably, the heat generating member acts as an insulator, and an auxiliary material is selected for firing.
[0018]
The relative dielectric constant of the high dielectric constant member is appropriately selected depending on the high frequency band to be used. For example, when the high frequency band used is a 2450 MHz band used in a microwave oven, the spatial propagation wavelength is about 12 cm, and the effective propagation wavelength when propagating through a high relative permittivity member is the reciprocal of the square root of the relative permittivity. In view of the fact that it is proportional to the above, it is preferable to use a material having a relative dielectric constant of 10 or more and 200 or less that provides a practical structural dimension.
[0019]
Examples of the high dielectric constant member used in this frequency band include titanium oxide, a dielectric mainly composed of a perovskite structure, and silicon carbide using beryllium oxide as a binder.
[0020]
In addition, for a higher frequency band, a member having a relative permittivity value equal to or lower than the above value, such as alumina, aluminum nitride, mullite, cordierite, or the like is selected. Furthermore, for lower frequency bands, members having a relative dielectric constant of 200 or more, for example, dielectrics (SrTiO3 ↓, PbTiO3 ↓, PbZrO3 ↓, Pb (Zr1 ↓-↓ x ↓) whose main component is the composition of the perovskite structure. The structure of the high-frequency heating element can be made compact by selecting Tix ↓) O3 ↓ etc.
[0021]
(Example 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a high-frequency heating element according to
[0022]
In the figure, the high-
[0023]
The substrate 11 having a honeycomb structure can use various structures corresponding to the high-frequency band to be used, but a quadrangular through hole structure is convenient for production processing. In addition, for maintaining the mechanical strength of the structure, for example, the density of the through-hole 12 group is preferably 50 to 200 cells / in 2 and the wall thickness of the honeycomb is preferably 0.1 to 1 mm. Furthermore, the porosity of the wall portion of the honeycomb can be selected up to about 60% as an upper limit.
When the high dielectric constant filling member 13 group is a sintered product, the filling member 13 group is fixed to the base 11 using an inorganic binder. In addition, when powder is used as the high dielectric constant filling member 13 group, after filling, both ends of the filling portion are sealed with an inorganic binder (not shown), and the filling member 13 group is stored and held in the base 11. To do.
[0024]
The main body of the high-
[0025]
Next, the operation and action will be described.
[0026]
A description will be given below as a high frequency band using the 2450 MHz band used in the microwave oven.
[0027]
When the honeycomb structure has a through-hole density of 200 cells / square inch, a wall thickness of 0.4 mm, the refractory and heat-resistant member 11 is made of silicon carbide, and the filling member 13 group is made of titanium oxide, a free space propagation wavelength of about 12 cm in the 2450 MHz band is obtained. The high-
[0028]
When 30 mm is used as the thickness of the high-
[0029]
Further, the filling member 12 group is a refractory and heat-resistant member and acts as a heat load on the base 11, so that the heat capacity can be increased by the presence of the filling member 12 group.
[0030]
When the high frequency heating element was 30 mm square and 400 W was supplied as high frequency energy, the time required to reach 700 ° C. was 100 seconds. Further, the temperature decrease rate until the temperature reached 300 ° C. after the high-frequency supply was stopped was 67 ° C./min after a sudden decrease of about 20 ° C. immediately after the stop. When the filling member was not used in the same structure, the temperature reached 700 ° C. in 85 seconds. Further, after the high-frequency supply was stopped, the temperature dropped at 80 ° C./min after a sudden drop of about 40 ° C. immediately after the stop. In the above test, the cooling air (1 m3 ↑ / min) ventilated to cool the magnetron, which is the high frequency generator, is 4 mm in diameter and 7.5 mm in pitch provided on the side of the heating chamber containing the high frequency heating element. It flows into the heating chamber through the arranged holes.
[0031]
According to the above test, the start-up performance is somewhat lowered due to the increase in the heat capacity of the high-frequency heating element by the filling member, but the performance is practically sufficient considering the comparison with the heater. Further, the temperature drop immediately after the high frequency supply is stopped is reduced to about ½. Therefore, in order to prevent melting of the high-frequency heating element, the temperature drop of the heating element when the high-frequency supply is interrupted, for example, in a cycle of 10 seconds can be suppressed to about 30 ° C., and a desired amount of heat can be supplied. It can be heated and cooked.
[0032]
Furthermore, the structure of Example 1 has air permeability and ventilates air so that when it acts as a heating element, the generated heat is transmitted to an object to be heated at a distant position, and cooking of food or clothing It can be used as a heat flow for drying. On the other hand, when acting as a sensor, the high frequency heating element can be cooled and the sensor signal can be reset to the initial state when repeatedly cooking.
[0033]
(Example 2)
FIG. 2 is a configuration diagram of a high-frequency heating element according to the second embodiment of the present invention.
[0034]
In the figure, the configuration of the high-
[0035]
Next, the operation and action will be described. The substrate and the member having a high relative dielectric constant will be described using the same members as described above.
[0036]
The effective relative dielectric constant of the high-frequency heating element viewed from the filling side was about 52. Therefore, when the propagation wavelength in the high-frequency heating element including the filling member is about 17.0 mm, the thickness of the high-frequency heating element in the through-hole direction is 30 mm, and the filling length in the through-hole direction of the filling member 15 group is 15 mm. The high frequency that can be present on the filling member side is equivalent to 0.88 wavelengths. On the other hand, since the weight of the refractory and heat-resistant member that absorbs high frequency and generates heat in the region where the filling member exists is smaller than that of the first embodiment, the heat capacity can be reduced. Due to this effect, the high-frequency energy absorbed is almost the same, but heat generation can be further promoted.
[0037]
Further, such a honeycomb structure and a structure of a high-frequency heating element in which a member having a high relative dielectric constant is filled in the through hole can be used as a sensor for detecting electric field strength. When used as this type of sensor, in order to make the high-frequency wave propagating in the structure to be ¼ or more of the effective propagation wavelength, the thickness in the penetration direction when the structure of the first embodiment and the jiu-jitsu member are used. Is 9 mm or more, and in the configuration in which all the through holes of Example 2 are filled, it may be 4.5 mm or more. In addition, when it is necessary to make it thinner in practice, a member having a higher relative dielectric constant may be used as the filling member. By having a high frequency of 1/4 or more of the effective propagation wavelength in the structure, it is possible to absorb the high frequency energy from the weak high frequency that has propagated and raise the temperature due to heat generation.
[0038]
In addition, as described above, a high-frequency heating element corresponding to a desired high-frequency can be configured by changing the relative dielectric constant of the same substrate by adding a member having a high relative dielectric constant. can do.
[0039]
(Example 3)
FIG. 3 is a configuration diagram of a high-frequency heating element according to the third embodiment of the present invention.
[0040]
The
[0041]
The group of
[0042]
In the structure used for a long period of time, by using a configuration in which the other end face of the group of through holes 18 is also closed by a sealing member, it is possible to facilitate the use of a powder material as a member that absorbs high frequency and generates heat. it can.
[0043]
In this case, since the flow of the powder is regulated by the honeycomb structure of the
[0044]
Next, functions and effects will be described.
[0045]
Since the
[0046]
For example, carbon black or charcoal powder has a large high-frequency loss. Therefore, when high-frequency energy of several hundred W or more is supplied, the powder becomes red hot in a short time.
[0047]
If such a phenomenon is used, for example, charcoal-grilled cooking is possible.
[0048]
Further, even when the supplied high frequency energy is extremely low compared with the above, such as unnecessary radiation propagating in space, the high frequency energy is effectively absorbed. If such a phenomenon is used, it can be used as a means for absorbing unnecessary radiation, for example, a wall material of a building (including heat insulation) or an unnecessary radiation preventing part of a high-frequency utilizing device.
[0049]
According to such a configuration of the high-frequency heating element, a desired heat generation amount or absorption amount can be easily obtained by selecting a high-frequency absorption member having a desired high-frequency absorption performance in the frequency band to be used.
[0050]
In the description of the above embodiment, the 2450 MHz band used in the microwave oven is described as an example of the frequency band to be used. However, the present invention is applicable to other frequency bands such as a mobile radio band and a television band. Structures can be applied.
[0051]
In addition, the heating member has been described as an example of application to an oven microwave oven that generates heat to a high temperature of several hundred degrees Celsius or charcoal grilling, but it is not limited to such a high temperature and has propagated Any member that efficiently absorbs high frequency may be used.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, the present invention has the following effects.
[0053]
(1) A member with a high relative dielectric constant slows down the high-frequency propagation loss rate that propagates through the high-frequency heating element. A member that generates heat by absorbing a high frequency existing around a member having a high relative dielectric constant can sufficiently absorb high frequency energy from the high frequency of the slow propagation speed and promote heat generation.
[0054]
(2) A heating element corresponding to a desired high frequency can be configured by changing the relative permittivity of the same base by adding a member having a high relative permittivity to the base of the refractory and heat-resistant member. Can do.
[0055]
(3) The honeycomb structure substrate is filled with high relative dielectric constant members, so that the high relative dielectric constant members are dispersed throughout the high frequency heating element, and the effective relative dielectric constant of the heating element when viewed from the high frequency is Equalization can be achieved. As a result, a course propagating from all directions can be slowed down in the high-frequency heat generating body, and absorption of high-frequency energy and heat generation can be promoted.
[0056]
(4) The structure in which a member having a high relative dielectric constant is offset toward one end of the honeycomb structure and the region that actually absorbs the high frequency is limited in the member that absorbs the high frequency, and the heat capacity is reduced to raise the temperature. The characteristics can be improved.
[0057]
(5) Since the high-frequency heating element has a breathable structure, the amount of heat generated by the high-frequency heating element can be transmitted to the object to be heated at a remote position. Moreover, when using a high frequency heat generating body as a sensor, a high frequency heat generating body can be cooled by ventilation | gas_flowing and can be reset to an initial state.
[Brief description of the drawings]
1 is a configuration diagram of a high-frequency heating element of Example 1 of the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram of a high-frequency heating element of Example 2 of the present invention. FIG. 3 is a configuration of a high-frequency heating element of Example 3 of the present invention. Figure [Explanation of symbols]
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