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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikrowellenverarbeitungsvorrichtung bzw. Mikrowellenbehandlungsvorrichtung.
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Technischer Hintergrund
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In der diesbezüglichen Technologie sind verschiedene Mikrowellenverarbeitungsvorrichtungen dieser Art zum gleichförmigen Erhitzen einer zu erhitzenden Portion vorgeschlagen worden. In Bezug auf eine Mehrfachstromzufuhr ist eine Radiofrequenzheizvorrichtung bzw. Radiofrequenzerwärmungsvorrichtung vorgeschlagen worden, in der die Mode einer von einem Magnetron erzeugten Mikrowelle kontinuierlich verändert wird, in dem abwechselnd zwei Stromzufuhranschlüsse durch Schiebemittel geschlossen werden, die von einer Magnetspule bzw. einem Magnetventil oder dergleichen gebildet werden (siehe z. B. Patentdokument 1).
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Ferner wurde in Bezug auf eine Leerraumwandoberfläche bzw. Kavitätswandoberfläche eine Radiofrequenzheizvorrichtung bzw. Radiofrequenzerwärmungsvorrichtung vorgeschlagen, in der ein ungleicher bzw. unebener Abschnitt zum Reduzieren einer Kontaktfläche zwischen einem zu erwärmenden Objekt und einer unteren Oberfläche gebildet ist (siehe z. B. Patentdokument 2).
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Dokumente aus dem Stand der Technik
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Patentdokumente
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- Patentdokument 1: JP A 59-029397
- Patentdokument 2: JP A-2003-307317
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Zusammenfassung der Erfindung
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Von der Erfindung zu lösende Aufgabe
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In einer Radiofrequenzheizvorrichtung gemäß der verwandten Technologie wird ein Mechanismus Teile wie ein Lüfter bzw. Mischlüfter, ein rotierender Tisch oder eine rotierende Antenne hinzugefügt, um die auf die Heizkammer bzw. Erwärmungskammer auftretende Mikrowelle zu rühren bzw. zu durchmischen.
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Ferner wird in dem oben genannten Patentdokument 1 die Mikrowelle konzentriert und von einer Struktur zerstreut, in der Strom an einer Mehrzahl von Abschnitten zugeführt wird. In dem oben genannten Patentdokument 2 wird die Mikrowelle durch eine Struktur konzentriert und zerstreut, in der die Kavitätsoberfläche eingerichtet ist, uneben zu sein.
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Jedoch verursachen das Hinzufügen der Rotationsmechanismusteile, der Stromzuführteile und das Verarbeiten der Kavitätswandoberfläche einen nachteiligen Effekt, demzufolge die Kapazität der Heizkammer bzw. Erwärmungskammer reduziert wird und zusätzlich die Kosten tendenziell wachsen, so dass ein Ergebnis produziert wird, das dem Bedürfnis zur Verkleinerung und Kostenreduktion der Vorrichtung entgegensteht.
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Um das oben beschriebene Problem in der diesbezüglichen Technologie zu lösen, ist es eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, eine Mikrowellenverarbeitungsvorrichtung bereitzustellen, die ein gleichförmiges Erwärmen bzw. Erhitzen ohne Hinzufügen mechanischer Teile oder einer Verarbeitung realisiert.
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Mittel zur Aufgabenlösung
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Um das oben genannte Problem aus der verwandten Technologie zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Mikrowellenverarbeitungsvorrichtung bzw. Mikrowellenbehandlungsvorrichtung bereit, die enthält: eine Heizkammer bzw. Erwärmungskammer bzw. Erhitzungskammer, die ein zu erwärmendes bzw. zu erhitzendes Objekt aufnimmt; einen Oszillator, der ein Quellensignal einer Heizfrequenz bzw. Erwärmungsfrequenz bzw. Erhitzungsfrequenz ausgibt, einen Leistungsverstärker, der ein Halbleiterelement verwendet, das die Ausgabe des Oszillators leistungsverstärkt; eine Stromzufuhr bzw. Leistungszufuhr, die eine Ausgabe des Leistungsverstärkers zu der Erhitzungskammer zuführt; einen Leistungsdetektor, der eine einfallende Leistung detektiert, die von dem Leistungsverstärker zu der Leistungszufuhr zugeführt wurde, und reflektierte Leistung detektiert, die von der Leistungszufuhr zu dem Leistungsverstärker reflektiert wurde; und einen Controller bzw. eine Steuereinrichtung, die eine Oszillationsfrequenz des Oszillators und des Leistungsverstärkers steuert, wobei die Leistungszufuhr wenigstens auf einer Wandfläche bzw. Wandoberfläche angeordnet ist, die die Erwärmungskammer definiert, und wobei der Controller den Leistungsverstärker dazu veranlasst, einen Betrieb mit geringer Ausgabe durchzuführen, bevor das Erwärmen beginnt, die von dem Leistungsdetektor detektierte reflektierte Leistung detektiert, während die Oszillationsfrequenz des Oszillators in einem vorbestimmten Frequenzintervall bzw. Frequenzbereich verändert wird, einer Mehrzahl von Punkten von Erwärmungsfrequenzen des Oszillators bestimmt, in dem die einigen obersten Punkte von Minimalpunktfrequenzen der detektierten reflektierten Leistung verwendet werden, und eine Frequenzsprungerwärmung innerhalb einer vorbestimmten Einheitszeit für die Mehrzahl von Erwärmungsfrequenzen durchführt.
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Dies erlaubt eine zeitliche Diffusion der Heizverteilung, was eine Wirkung hervorruft, derzufolge verhindert wird, dass das zu erwärmende Objekt lokal erwärmt wird.
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Vielmehr führt der Controller die Steuerung so durch, dass die Leistung für jede der Frequenzen, die auf das erwärmende Objekt einfällt, im Wesentlichen dieselbe ist, indem Zeitfaktoren, die basierend auf den detektierten auf die extrahierten Frequenzen in Mikrowellen erwärmen bezogenen detektierten Leistungsinformationen unter Verwendung der einigen obersten bzw. höchsten Punkten von Minimalpunktfrequenzen der extrahierten reflektierten Leistung erhalten wurden, multipliziert werden.
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Folglich ist die einfallende Lastleistung pro Frequenz im Wesentlichen dieselbe durch die Wichtungsfaktoren unter Verwendung der Zeitfaktoren der Frequenzen, so dass eine weitere Verbesserung der Endqualität der gleichförmigen Erwärmung realisiert wird, obwohl die reflektierte Leistung bei den ausgewählten Frequenzen d. h. die Intensitäten der auf das zu erwärmende Objekt einfallenden Leistung, sich unterscheiden.
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Ferner ist der Effekt, demzufolge eine ungleichmäßige Erwärmung verhindert wird, hoch insbesondere in einer Mikrowellenverarbeitungsvorrichtung vom Einzelleistungszuführtyp, die keinen Mikrowellenmischungsmechanismus aufweist, obwohl sowohl Einzelleistungszufuhr als auch Mehrfachleistungszufuhr effektive Technologien sind.
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Vorteile der Erfindung
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Die Mikrowellenverarbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwirklicht ein gleichförmiges Erhitzen bzw. Erwärmen des zu erwärmenden Objekts nur durch Systemsteuerung, indem die Erwärmungsverteilung in der Erwärmungskammer verändert wird, ohne dass ein Drehmechanismus oder die Erwärmungskammerkapazität erhöht wird, durch Frequenzsprungerwärmung unter Verwendung einer Mehrzahl von Frequenzen mit niedriger reflektierter Leistung.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Mikrowellenverarbeitungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine Ansicht einer Leistungsdetektionscharakteristik der Mikrowellenverarbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 ist eine Ansicht einer Leistungsdetektionscharakteristik der Mikrowellenverarbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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4 ist eine Ansicht einer Leistungsdetektionscharakteristik der Mikrowellenverarbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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5 ist ein Steuerungsflussdiagramm der Mikrowellenverarbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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6 ist ein Steuerflussdiagramm der Mikrowellenverarbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausührungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
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Ein erster Aspekt der Erfindung stellt eine Mikrowellenverarbeitungsvorrichtung bereit, die enthält: eine Erwärmungskammer, die ein zu erwärmendes Objekt aufnimmt; einen Oszillator, der ein Ausgabesignal einer Erwärmungsfrequenz ausgibt, einen Leistungsverstärker, der ein Halbleiterelement verwendet, das eine Ausgabe des Oszillators leistungsverstärkt; eine Leistungszufuhr, die eine Ausgabe des Leistungsverstärkers zu der Erwärmungskammer zuführt; einen Leistungsdetektor, der eine einfallende, von dem Leistungsverstärker zu der Leistungszufuhr zugeführte Leistung und eine reflektierte, von der Leistungszufuhr zu dem Leistungsverstärker reflektierte Leistung detektiert; und einen Controller bzw. eine Steuerungseinheit, der bzw. die eine Oszillationsfrequenz des Oszillators und des Leistungsverstärkers steuert, wobei die Leistungszufuhr wenigstens auf einer Wandfläche bzw. Wandoberfläche, die die Erwärmungskammer definiert, angeordnet ist, und wobei der Controller den Leistungsverstärker dazu veranlasst, einen Betrieb mit geringer Ausgabe vor Beginn des Erwärmen durchzuführen, die von dem Leistungsdetektor detektierte reflektierte Leistung detektiert, während die Oszillationsfrequenz des Oszillators in einem vorbestimmten Frequenzbereich verändert wird, eine Mehrzahl von Punkten von Erwärmungsfrequenzen des Oszillators durch Verwendung der höchsten bzw. obersten einigen Punkte von Minimalpunktfrequenzen der detektieren reflektierten Leistung bestimmt und eine Frequenzsprungerwärmung bzw. Frequenzsprungerhitzung innerhalb einer vorbestimmten Einheitszeit für die Mehrzahl der Erwärmungsfrequenzen durchführt. Dies führt dazu, dass das Problem ungleichmäßigen Erhitzens bzw. Erwärmen aufgrund einer lokalen Konzentration der Mikrowelle auf den zu erwärmenden Objekt gelöst wird, indem die Mikrowellenerwärmungsverteilung in der Erwärmungskammer nur durch Systemsteuerung ohne Hinzufügen eines Mikrowellenmischmechanismus' wie eines Mischlüfters verändert wird.
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Folglich werden Hinzufügen eines mechanischen Teils und Verarbeitung unnötig, kein nachteiliger Effekt, der Erwärmungskammerkapazität opfert, wird verursacht und ferner werden keine Komponentenkosten verursacht, so dass das oben genannte Arbeiten bzw. die oben genannte Funktionsweise ohne jeglichen Kostenzuwachs erhalten werden kann. Ferner produziert die oben geschriebene Struktur insbesondere in einer Mikrowellenverarbeitungsvorrichtung mit einer Einzelleistungszufuhrstruktur, die keinen Mischmechanismus aufweist, einen großen Effekt auf die Diffusion der Erwärmungsverteilung weil es im Allgemeinen schwierig ist, die Erwärmungsverteilung zu ändern.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung, insbesondere in dem ersten Aspekt der Erfindung, setzt der Controller einen vorbestimmten Schwellwert für ein Verhältnis der Einfallleistung zur reflektierten Leistung, der von der von dem Leistungsverstärker zu der Leistungszufuhr zugeführten Einfallsleistung bzw. einfallenden Leistung und der von der Leistungszufuhr zu dem Leistungsverstärker reflektierten Reflexionsleistung bzw. reflektierten Leistung und wählt die oberen bzw. obersten einigen unteren Punkte bzw. Niedrigpunkte bzw. Niedrigwerte der Reflexionsleistung, d. h. das Verhältnis der Einfallsleistung zur Reflexionsleistung, innerhalb eines Bereichs, der nicht mehr ist als der Schwellwert, als die Erwärmungsfrequenzen, die für das Frequenzsprungerwärmen verwendet werden. Dadurch wird ein hocheffizientes Erwärmen des zu erwärmenden Objekts realisiert.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung, insbesondere in dem ersten Aspekt der Erfindung, bestimmt der Controller eine Erhitzungszeit bzw. Erwärmungszeit bzw. Heizzeit für jede Erwärmungsfrequenz als eine Sprungperiode pro Frequenz mittels eines Zeitfaktors, der basierend auf der detektierten Leistungsinformation jeder der Mehrzahl von Erwärmungsfrequenzen erhalten wird. Dadurch wird die in das zu erwärmende Objekt absorbierte Leistung pro Erwärmungsfrequenz im Wesentlichen dieselbe, indem die Erwärmungszeit für die Erwärmungsfrequenzen, bei denen die Reflexionsleistung geringer ist, kürzer gemacht wird, d. h. bei denen die in das zu erwärmende Objekt absorbierte Leistung höher ist, und die Erwärmungszeit länger gemacht wird für die Erwärmungsfrequenzen, bei denen die Reflexionsleistung höher ist, d. h. bei denen die in das zu erwärmende Objekt absorbierte Leistung geringer ist, so dass verhindert wird, dass das zu erwärmende Objekt lokal erwärmt wird.
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Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung, insbesondere in dem dritten Aspekt der Erfindung, führt der Controller die Steuerung so aus, dass eine auf jede der Mehrzahl von Erwärmungsfrequenzen einfallende Lastleistung im Wesentlichen dieselbe ist in dem Frequenzsprungerwärmen, das den basierend auf der für jede der Mehrzahl von Erwärmungsfrequenzen detektierten Leistungsinformation erhaltenen Zeitfaktor verwendet. Dadurch wird ein hochgenaues gleichförmiges Erwärmen realisiert.
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Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform beschränkt.
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(Erste Ausführungsform)
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1 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Mikrowellenverarbeitungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 1 enthält ein Mikrowellengenerator 11 einen Oszillator 12, der strukturiert ist, indem ein Halbleiterelement verwendet wird, einen Leistungsverstärker 13, der strukturiert ist, indem ein Halbleiterelement verwendet wird, das die Ausgabe des Oszillators 12 leistungsverstärkt, und eine Leistungszufuhr 15 enthält, die die von dem Leistungsverstärker 13 verstärkte Mikrowellenausgabe in eine Heizkammer bzw. Erwärmungskammer 14 abstrahlt. Der Mikrowellengenerator 11 enthält, ferner einen Leistungsdetektor 16, der auf einem Mikrowellenübertragungspfad, der den Leistungsverstärker 13 und die Leistungszufuhr 15 verbindet, eingefügt ist und die von der Leistungszufuhr 15 zu dem Leistungsverstärker 13 reflektierte Leistung und die von dem Leistungsverstärker 13 zu der Leistungszufuhr 15 zugeführte einfallende Leistung detektiert. Der Mikrowellengenerator 11 enthält auch eine Steuereinrichtung bzw. einen Controller 17, der den Leistungsverstärker 13 über die einfallende Leistung und die reflektierte Leistung, die von dem Leistungsdetektor 16 detektiert werden, steuert.
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Ferner weist die Mikrowellenverarbeitungsvorrichtung der ersten Ausführungsform die Heizkammer 14 auf, die die von einer im Wesentlichen würfelförmigen, ein zu erwärmendes Objekt 18 aufnehmenden Struktur gebildet wird; und die Heizkammer 14 enthält eine linke Wandfläche, eine rechte Wandfläche, eine untere Wandfläche, eine obere Wandfläche und eine Rückwandfläche, die aus einem Metallmaterial hergestellt sind, eine Öffnungs-/Schließtür (nicht gezeigt), die sich zum Aufnehmen des zu erwärmenden Objekts 18 öffnet und schließt, und einen Platzierungstisch 19, auf den das zu erwärmende Objekt 18 platziert wird, und so strukturiert ist, dass sie die zugeführte Mikrowelle innen einfängt bzw. eine Falle für die zugeführte Mikrowelle bildet. Und die Leistungszufuhr 15, an die die Ausgabe des Mikrowellengenerators 11 übertragen wird und die die Mikrowelle abstrahlend in die Heizkammer 14 zuführt, ist auf einer in der Heizkammer 14 enthaltenen Wandfläche angeordnet. Während eine Ansicht, in der die Leistungszufuhr 15 auf der Unterfläche bzw. unteren Fläche der Heizkammer 14 angeordnet ist, in der vorliegenden Ausführungsform gezeigt wird, ist die Anordnung der Papierzufuhr bzw. Leistungszufuhr nicht auf diejenige der vorliegenden Ausführungsform beschränkt sondern die Leistungszufuhr kann auf irgendeiner der in der Heizkammer 14 enthaltenen Wandflächen angeordnet sein.
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In dem Leistungsverstärker 13 sind Schaltkreise durch ein auf einer Oberfläche eines dielektrischen Substrats, das auf einem Material mit geringen dielektrischen Verlusten ausgebildet ist, geformten Leitermusters konstruiert, und ein passender Schaltkreis ist auf jeweils der Eingabeseite bzw. Inputseite und der Ausgabeseite bzw. Outputseite jedes Halbleiterelements so angeordnet, dass die Halbleiterelemente exzellent als Verstärkungselemente funktionieren.
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Der funktionale Blöcke verbindende Mikrowellenübertragungspfad bildet einen Übertragungsschaltkreis, dessen charakteristische Impedanz im Wesentlichen 50 Ω beträgt, mittels des auf einer Oberfläche des dielektrischen Substrats vorgesehenen Leitermusters. Zudem extrahiert der Leistungsdetektor 16 die Leistung einer so genannten reflektierten Welle, die von der Seite der Heizkammer 14 zu der Seite des Leistungsverstärkers 13 übertragen wird, und einer so genannten Einfallsleistung, die von der Seite des Leistungsverstärkers 13 zu der Seite der Heizkammer 14 übertragen wird. Bei einem Leistungskopplungsgrad von zum Beispiel ungefähr –40 dB extrahiert der Leistungsdetektor 16 Leistungen von ungefähr 1/10000 der reflektierten Leistung bzw. Reflexionsleistung und der einfallenden Leistung bzw. Einfallsleistung. Diese Leistungssignale werden durch eine Detektionsdiode (nicht gezeigt) gleichgerichtet und durch eine Kapazität bzw. einen Kondensator (nicht gezeigt) geglättet und die entsprechenden Outputsignale bzw. Ausgabesignale werden in den Controller 17 eingegeben bzw. dienen als Input für den Controller 17.
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Der Controller 17 steuert die jeweils zu dem Oszillator 12 und dem Leistungsverstärker 13, die Komponenten des Mikrowellengenerators 11 sind, zugeführte Antriebsleistung basierend auf der Heizbedingung bzw. Erwärmungsbedingung für das zu erwärmende Objekt 18, die direkt von dem Benutzer eingegeben wird, oder basierend auf Erwärmungsinformationen bzw. Heizinformationen, die von dem Erwärmungszustand bzw. Erhitzungszustand bzw. Heizzustand des zu erwärmenden Objekts 18 während des Erwärmen bzw. Erhitzen bzw. Heizens erhalten werden, und den Detektionsinformationen von dem Leistungsdetektor 16, und der Controller 17 erhitzt das in der Heizkammer 14 aufgenommen zu erwärmende Objekt 18 optimal. Ferner ist in dem Mikrowellengenerator 11 ein Hitzeabstrahlungsmittel bzw. Wärmeabstrahlungsmittel (nicht gezeigt) zum hauptsächlichen Abstrahlen von Hitze bzw. Wärme, die von den in dem Leistungsverstärker 13 vorgesehenen Halbleiterelementen erzeugt wird, vorgesehen.
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2 bis 4 sind Leistungsdetektionscharakteristikansichten zum Erklären eines Verfahrens zum Extrahieren einer Minimalpunktfrequenz. Diese Figuren sind repräsentative Beispiele für den Fall, dass eine Mikrowelle in die Heizkammer 14, die jeweils unterschiedliche zu erwärmende Objekte aufnimmt, zugeführt wird, und die gekrümmten Linien zeigen jeweils in Prozent den Anteil bzw. das Verhältnis der Reflexionsleistung (Pr) zur Einfallsleistung (Pf), der bzw. das von dem Controller 17 basierend auf den von dem Leistungsdetektor 16 detektierten Signalen für das von dem Mikrowellengenerator 11 erzeugte Frequenzband, z. B. 2400 bis 2500 MHz, berechnet wird. Das heißt, die gekrümmten Linien in 2 bis 4 repräsentieren jeweils das Verhältnis 21 bis 23 Reflexionsleistung (Pr)/Einfallsleistung (Pf). Ferner ist in den Figuren das Niveau eines vorbestimmten Schwellwerts 25 durch die unterbrochene Linie angezeigt.
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2 zeigt einen Fall, in dem es eine Mehrzahl von Minimalpunkten in der Region von Pr/Pf unterhalb des Schwellwertes 25 gibt. In dem Fall der 2 sind die Minimalpunktfrequenzen als f11, f12 und f13 in aufsteigender Reihenfolge eingestellt und diese Frequenzen sind als die Heizfrequenzen bzw. Erwärmungsfrequenzen bzw. Erhitzungsfrequenzen, die für das Frequenzsprungheizen bzw. Frequenzsprungerwärmen bzw. Frequenzsprungerhitzen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, eingestellt.
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3 zeigt einen Fall, in dem es nur einen Minimalpunkt in der Region von Pr/Pf unterhalb des Schwellwerts 25 gibt. In dem Fall der 3 ist die Minimalpunktfrequenz als f21 eingestellt, die Schnittpunkte der Pr/Pf-Charakteristikkurve mit der Schwellwertlinie bzw. Schwellwertgeraden auf der Niedrigfrequenzseite und auf der Hochfrequenzseite sind als f22 bzw. f23 eingestellt, und diese Frequenzen sind als die für das Frequenzsprungerwärmen der vorliegenden Erfindung verwendete Heizfrequenzen ausgewählt.
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4 zeigt einen Fall, in dem es keinen Minimalpunkt in der Region von Pr/Pf unterhalb des Schwellwerts 25 gibt. In dem Fall der 4 ist die geringste Frequenz der Oszillationsfrequenzen als f31 eingestellt, die mittlere Frequenz zwischen der untersten Frequenz und der höchsten Frequenz ist als f32 eingestellt, die höchste Frequenz ist als f33 eingestellt und diese Frequenzen sind als die für das Frequenzsprungerwärmen der vorliegenden Erfindung verwendete Heizfrequenzen ausgewählt.
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Bezüglich der wie oben beschrieben strukturierten Mikrowellenverarbeitungsvorrichtung wird die Bedienung und Funktionsweise derselben unter Bezug auf 5 und 6 beschrieben werden.
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Zuerst wird das zu erwärmende Objekt 18 in der Heizkammer 14 aufgenommen, die Erwärmungsbedingung wird von einem Bedienungsabschnitt (nicht gezeigt) eingegeben und ein Erwärmungsstartsignal wird an den Controller 17 übertragen (Schritt S11). Dann bedient der Controller 17 eine Antriebsleistungsquelle (nicht gezeigt) basierend auf den von Schritt S11 übertragenen Informationen und führt dem Oszillator 12 Leistung bzw. Strom zu (Schritt S12).
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Im nächsten Schritt S13 wird ein Spannungssignal zugeführt, um die Oszillationsfrequenz des Oszillators 12 auf die niedrigste Frequenz, z. B. 2400 MHz zu setzen, die Oszillation wird gestartet und danach wird die Antriebsleistungsquelle bzw. Antriebsstromquelle so gesteuert, dass sie den Leistungsverstärker 13 bedient. Zu dieser Zeit wird aus dem Leistungsverstärker 13 eine erste Ausgabeleistung, z. B. eine Mikrowelle von weniger als 10 W, ausgegeben. Im nächsten Schritt S14 wird die Einfallsleistung Pf der Leistungszufuhr 15 zugeführt und die von der Leistungszufuhr 15 zu dem Leistungsdetektor 16 zurückkehrende Reflexionsleistung (Pr) werden von dem Leistungsdetektor 16 detektiert und die Detektionswerte werden in dem Controller 17 gespeichert. Im nächsten Schritt S15 wird bestimmt, ob die Oszillationsfrequenz die höchste Frequenz, z. B. 2500 MHz erreicht hat oder nicht. Wenn die Oszillationsfrequenz nicht 2500 MHz erreicht hat, schreitet der Prozess voran zu S19 und nachdem eine Quantität bzw. ein Wert, die bzw. der einer vorbestimmten Abtastfrequenz, z. B. 1 MHz, entspricht, der Oszillationsfrequenz hinzugefügt worden ist, wird eine Mikrowelle mit der aktualisierten Oszillationsfrequenz aufgegeben und der Prozess schreitet wiederum zu Schritt S14 und Schritt S15 voran. Wenn die Oszillationsfrequenz 2500 MHz erreicht hat, schreitet der Prozess zu Schritt S16 voran. Von der ersten Ausgabeleistung ausgegebene Mikrowelle wird angehalten.
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Im nächsten Schritt S17 wird die Pr/Pf-Charakteristik mit der Frequenz als Variabler aus dem Detektionswerten der Einfallsleistung (P1) und der Reflexionsleistung (Pr) jeder der in dem Controller 17 gespeicherten Frequenz berechnet. Betreffend diese Pr/Pf-Charakteristik ist die Einheit Prozent: %. Und weil, je geringer deren Wert ist, desto höher die in das zu erwärmende Objekt 18 absorbierte Leistung ist, ist die aus der Leistungszufuhr 15 zum Leistungsdetektor 16 zurückkehrende Reflexionsleistung gering, was anzeigt, dass die Heizeffizienz bzw. Erwärmungseffizienz für das zu erwärmende Objekt 18 hoch ist. Andererseits ist die von der Leistungszufuhr 15 zu dem Leistungsdetektor 16 zurückkehrende Reflexionsleistung hoch, was anzeigt, dass die Heizeffizienz gering ist, wenn Pr/Pf hoch ist, weil die in das zu erwärmende Objekt 18 absorbierte Leistung gering ist. Im nächsten Schritt S18 wird ein durch Addieren eines vorbestimmten Zahlenwerts bzw. numerischen Werts, z. B. 10% zum geringsten Pr/Pf-Wert der Pr/Pf-Charakteristik, die im vorhergehenden Schritt S17 berechnet wurde, erhalten wird als der vorbestimmte Schwellwert gesetzt.
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Im nächsten Schritt S20 wird bestimmt, ob es eine Mehrzahl von Minimalpunktfrequenzen in der Region unterhalb des in dem vorhergehenden Schritts S18 bezüglich der Pr/Pf-Charakteristik gesetzten Schwellwerts gibt oder nicht. Wie in 2 gezeigt, fährt der Prozess fort mit Schritt S21, wenn es eine Mehrzahl von Minimalpunktfrequenzen gibt, und die Frequenzen werden als f11, f12, f13, ... in aufsteigender Reihenfolge eingestellt. Somit zeigt dies an, dass die Frequenz, bei der Pr/Pf den geringsten Wert einnimmt, als f11 gesetzt wird. Andererseits fährt der Prozess mit Schritt S27 fort, wenn es keine Mehrzahl von Minimalpunktfrequenzen bei Schritt S20 gibt und es wird ferner bestimmt, ob es nur eine Minimalpunktfrequenz gibt oder nicht. Wie in 3 gezeigt, fährt der Prozess mit Schritt S28 fort, wenn es nur eine Minimalpunktfrequenz gibt, und die Minimalpunktfrequenz wird als f21 gesetzt und die Schnittpunkte der Pr/Pf-Charakteristikkurve mit der Schwellwertgeraden bzw. Schwellwertlinie auf der Niedrigfrequenzseite und der Hochfrequenzseite werden als f22 bzw. f23 gesetzt. Wie in 4 gezeigt fährt der Prozess mit Schritt S29 fort, wenn es keine Minimalpunktfrequenz gibt, d. h. wenn es keine Schnittstelle der Pr/Pf-Charakteristikkurve mit der Schwellwertgeraden gibt, und die unterste Frequenz der Oszillationsfrequenzen wird als f31 gesetzt, die mittlere Frequenz zwischen der untersten Frequenz und der höchsten Frequenz wird als f32 gesetzt und die höchste Frequenz wird als f33 gesetzt. In der folgenden Beschreibung wird ein repräsentativer Fall beschrieben werden, bei dem die drei Frequenzen f11, f12 und f13 als die Heizfrequenzen, die für das Frequenzsprungerwärmen bzw. Frequenzsprungheizen verwendet werden, gesetzt werden.
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Im nächsten Schritt S22 werden Wichtungsfaktoren der Erwärmungszeit bzw. Heizzeit bzw. Erhitzungszeit bei den Heizfrequenzen basierend auf den im vorhergehenden Schritt S21, Schritt S28 und Schritt S29 eingestellt bzw. gesetzten Heizfrequenzen berechnet. Der Wichtungsfaktor bzw. das Gewicht für jede Heizfrequenz wird als Bn bezeichnet und ist definiert als Ap(k – n + 1)/ΣApn. Hier ist Apn die Heizobjektabsorptionsleistungsrate für jede Heizfrequenz und ist definiert als 1 – (Prn/Pfn) und ΣApn ist definiert als die Gesamtsumme über Apn. Ferner ist n gleich dem Wert der Einheitsstellen einer zweistelligen Zahl, die auf die Heizfrequenz f, die im vorhergehenden Schritt S21, Schritt S28 und Schritt S29 gesetzt wurde, und k ist gleich der Zahl der Heizfrequenz. Zum Beispiel beträgt der Wichtungsfaktor B1, wenn die Heizfrequenz f11 ist, Ap(3 – 1 + 1)/ΣApn = Ap3/(Ap1 + Ap2 + Ap3). Wird die Heizzeit der Heizfrequenz f11, bei der die Reflexionsleistung die geringste ist, d. h. bei der die in das zu erwärmende Objekt absorbierte Leistung die höchste ist, als die kürzeste Zeit unter den drei Frequenzen gesetzt, weil sie proportional zur Erwärmungsobjektabsorptionsleistungsrate Ap3 der Heizfrequenz f13 ist, bei der die in das Objekt absorbierte Leistung die geringste unter den eingestellten bzw. gesetzten Frequenzen ist. Andererseits ist die Heizzeit der Heizfrequenz f13 als die längste Zeit eingestellt, weil sie proportional zu der Heizobjektabsorptionsleistungsrate Ap1 der Heizfrequenz f11 ist.
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Im nächsten Schritt S23 wird die Oszillationsfrequenz als f11 gesetzt und eine zweite Ausgabeleistung, z. B. eine Mikrowellenleistung von 20 W, wird ausgegeben. Unmittelbar danach wird bezüglich einer vorbestimmten Sprungperiode Th, z. B. einer Periode von einer Sekunde, eine Frequenzsprungerwärmung auch basierend auf dem durch den vorhergehenden Schritt S22 berechneten Wichtungsfaktor gestartet. Im Allgemeinen ist Frequenzspringen bzw. ein Frequenzsprungverfahren eine der Bandspreizverfahren, die für Datenkommunikation verwendet werden, und stellt eine Technologie dar, die eine Korrektur durch die bei unterschiedlicher Frequenz kommunizierten Daten erlaubt, selbst wenn ein Rauschen bei einer spezifizierten Frequenz aufritt, weil die Signalübertragungsfrequenz nacheinander nach jeder extrem kurzen Zeitperiode bzw. Zeitdauer verändert wird, z. B. alle 0,1 Sekunden. Hier wird ein Mikrowellenheizverfahren, bei dem das zu erwärmende Objekt sequentiell bei verschiedenen Frequenzen durch Verwendung einer Mehrzahl von Heizfrequenzen innerhalb der Sprungperiode Th erhitzt wird, als Frequenzsprungheizen bezeichnet. Hier wird die Energie Ein, die in das zu erwärmende Objekt 18 in der vorbestimmten Sprungperiode Th Sekunde absorbiert wird, als ein Ausdruck Pf·Σ(Apn·Pn)·Th definiert und die Einheit ist Joule: J. Zum Beispiel beträgt die Heizzeit der Heizfrequenz f11 pro Sprungperiode B1·Th Sekunde gemäß dem obigen Ein-Ausdruck.
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Das Frequenzsprungheizen bzw. Frequenzsprungerwärmen wird eine vorbestimmte Redetektionszeit Td, z. B. 5 Sekunden, der Pr/Pf-Charakteristik aus Schritt S24, der der nächste Prozess ist, wiederholt. Nachdem die Redetektionszeit Td erreicht worden ist, fährt der Prozess mit Schritt S25 fort, wenn das zu erwärmende Objekt 18 die vor dem Heizen bzw. Erwärmen gesetzte bzw. eingestellte Heizbedingung bzw. Erwärmungsbedingung erfüllt, fährt der Prozess mit Schritt S26 fort, und wenn das zu erwärmende Objekt 18 die Bedingung nicht erfüllt, kehrt der Prozess zu Schritt S14 zurück, die Pr/Pf-Charakteristik wird wieder erhalten und die Serie von Prozessen bis hin zu Schritt S25 wird wiederholt. In Schritt S26 wird die zweite Mikrowellenleistung angehalten, weil bestimmt wird, dass die Heizbedingung für das zu erwärmende Objekt 18 im vorhergehenden Schritt S25 erfüllt ist, und das Erwärmen bzw. Erhitzen des zu erwärmenden Objekts wird beendet.
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Indem so die Reflexionsleistung erhalten wird, d. h. indem die einigen oberen Punkte der Minimalpunktfrequenzen der Pr/Pf-Charakteristik erhalten werden, wird das Erwärmen durchgeführt, während die Reflexionsleistung zum Zeitpunkt des Erwärmens, zu dem eine vorbestimmte Leistung ausgegeben wird, minimiert wird, was ermöglicht, dass das zu erwärmende Objekt 18 die Energie der Mikrowelle effizient absorbiert. Ferner kann das zu erwärmende Objekt mit einer Vielzahl von Heizverteilungen durch eine Vielzahl eingestellter Frequenzen erwärmt werden, so dass eine Ungleichheit im Erhitzen reduziert wird, weil die Heizverteilung in der Heizkammer 14 durch die Mikrowelle sich unter den Frequenzen unterscheidet. Ferner können die in das zu erwärmende Objekt absorbierte Leistungen bei den eingestellten Heizfrequenzen pro Sprungperiode im Wesentlichen gleichgemacht werden, so dass ein hochgenaues gleichförmiges Heizen realisiert wird, indem ein Wichtungsfaktor für jede eingestellte Frequenz basierend auf der detektierten Leistungsinformation zugewiesen wird.
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Während die vorliegende Erfindung detailliert unter Bezug auf eine spezifische Ausführungsform beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann klar, dass verschiedene Veränderungen und Abwandlungen hinzugefügt werden können, ohne von Geist und Gehalt der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-202622 , eingereicht am 16. September 2011, deren Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Wie oben beschreiben erlaubt die erfindungsgemäße Mikrowellenverarbeitungsvorrichtung, die nicht nur einen existierenden Mikrowellenherd ersetzt, sondern auch ein gleichförmiges Erhitzen mittels nur einer einzelnen Antenne und Systemsteuerung erlaubt, die Realisierung einer Anbringung in einer Einbauküche und Aufnahme in verschiedene Vorrichtungen wie einen Kühlschrank und eine Verkaufsmaschine, die strengen mechanischen Beschränkungen unterliegen.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Mikrowellengenerator
- 12
- Oszillator
- 13
- Leistungsverstärker
- 14
- Heizkammer
- 15
- Leistungszufuhr
- 16
- Leistungsdetektor
- 17
- Controller
- 18
- zu erwärmendes Objekt
- 19
- Platzierungstisch
- 21, 22, 23
- Reflexionsleistung (Pr)/Einfallsleistung(Pf)-Verhältnis
- 25
- Schwellwert
