JP2007247958A - 調理器 - Google Patents

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Takamitsu Noda
臣光 野田
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Abstract

【課題】 マイクロ波加熱の機能を備えたものであっても、誘導加熱により均一な加熱を行なうことができる調理器を提供する。
【解決手段】 外箱2内に加熱室4内にマイクロ波を供給するマグネトロン10が配設され、外箱2内の上部に誘導加熱コイル11が配設されている。加熱室4内には、複数ターンを有するコイル状の発熱体21、22が着脱可能に配置されており、これらの発熱体21、22は、誘導加熱コイル11の磁束の作用により電圧が誘起されて電流が流れることにより発熱するようになっている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、マイクロ波加熱と誘導加熱の両機能を備えた調理器に関する。
従来より、マイクロ波加熱を主体とする調理器たる電子レンジにおいては、オーブン機能をももたせるべく強力な火力を得るために誘導加熱装置を組込んだものが考えられている。即ち、加熱室の底部に内部と仕切板によって仕切られた収納部が設けられ、この収納部に誘導加熱コイルが配設され、加熱室内に前記仕切板の上方に位置して閉ループ状をなす金属製の発熱体が配設された構成である(例えば特許文献1参照)。
特開平8−138864号公報
閉ループ状の発熱体に誘導加熱コイルの磁束が作用すると、発熱体に大きな誘導電流(短絡電流)が流れて高出力で発熱するが、発熱部は閉ループ状をなしているので、加熱領域全体にわって均一に加熱することはできない。例えば、均一加熱を行なわせるために加熱面積を大きくすると、ループの幅寸法が大になって、部分的に渦電流が流れるようになり、発熱部の温度むらが生じる不具合がある。また、公知例にあるように、径の異なる
複数の閉ループで構成した場合、各々の閉ループに流れる電流が異なることになり、各々の閉ループの発熱温度を均一にすることは困難であった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、マイクロ波加熱の機能を備えたものであっても、誘導加熱により均一な加熱を行なうことができる調理器を提供することにある。
本発明の調理器は、加熱室と、この加熱室内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、記加熱室外に設けられた誘導加熱コイルと、前記加熱室内に配設され、複数ターンを有するコイル状をなし、前記誘導加熱コイルの磁束の作用により電圧が誘起されて電流が流れることにより発熱する発熱体とを具備したことを特徴とする。
本発明は、誘導加熱コイルの磁束の作用によりコイル状の発熱体に電圧が誘起され、この誘起電圧に基づいて流れる電流により発熱体が発熱するので、発熱体の各部の電流密度を容易に略同一にでき、均一な加熱を行なうことができる。
(第1の実施例)
以下、本発明の解1の実施例について、図1乃至図6を参照しながら説明する。
調理器の断面図を示す図1及び図2において、調理器本体1は金属製の矩形状の外箱2内に前面が開口した金属製の矩形状の内箱3を配設してなるもので、内箱3の内部が加熱室4に形成されている。外箱2の前面部には、内箱3の開口部を開閉するための扉5が上下方向に回動可能に枢設されている。外箱2内には、内箱3に側方から隣接した位置に機械室6が形成されている。
図1に示すように、内箱3の底板(加熱室4の底部)3aには、励振口7が形成されており、その内箱3の底板3aには、励振口7を閉塞するようにして仕切板8が載置されている。この仕切板8は、マイクロ波加熱の使用時に、マイクロ波を透過させることを目的としてマイクロ波透過部材例えばセラミックで形成されている。内箱3の下方部には、励振口7と連通するようにして導波管9が配設されており、この導波管9には、機械室6内に位置してマイクロ波供給手段たるマグネトロン10が配設されている。導波管9は、マグネトロン10より発生したマイクロ波を反射させながら励振口7まで導く作用をなす。
図1及び図2に示すように、内箱3の天井板3bと外箱2の天井板2aとの間には、導体を同心の渦巻状に巻装してなる平板状の誘導加熱コイル11が配設されており、これと対向する内箱3の天井板3bには、後述するようにして多数の孔12、……が形成されている。そして、内箱3の天井板3bには、多数の孔12、……を閉塞するようにして断熱材13が配置され、この断熱材13と誘導加熱コイル11との間には、冷却用隙間14が形成されている。また、誘導加熱コイル11の上面にも、フェライト等の磁気損失の少ない磁性体15が配設されている。更に、内箱3の天井板3bの内面には、多数の孔12、……を閉塞するようにしてカバー16が配設されており、このカバー16は、マイクロ波に対して低損失の材料たる耐熱誘電材料例えばセラミックスにより構成されている。
加熱ユニット17は、図1及び図2に示すように、上下に分離可能な偏平状の筐体18を備えており、内箱3の左、右側板3c、3cの上部内面に設けられた支え体19、19に着脱可能に載置支持されている。筐体18の天井板18aには、開口20が形成されていて、この開口20を閉塞するようにして発熱体21が天井板18aの上面に取付けられており、この発熱体21は、前記誘導加熱コイル11に天井板3bを介して対向するようになっている。また筐体18内には、発熱体21に対向するようにして発熱体22が配設されており、発熱体21、22間には、被加熱物を載せるための例えば網状の支え体23が配設されている。
ここで、発熱体21、22は、例えばステンレス材料で板状に構成されたものである。即ち、発熱体21は、図4に示すように、帯状の導体を巻始め端21aから巻終り端21bに向かって時計方向(図4の平面図において)に同心の矩形渦巻状(コイル状)に巻回して構成され、従って、コイル部21cは加熱領域(外形寸法の範囲)に均一に配置されている。発熱体22は、図5に示すように、帯状の導体を巻始め端22aから巻終り端22bに向かって反時計方向(図5の平面図において)に同心の矩形渦巻状(コイル状)に巻回して構成され、従って、コイル部22cは加熱領域(外形寸法の範囲)に均一に配置されている。そして、発熱体21の巻始め端21a及び巻終り端21bは、発熱体22の巻始め端22a及び巻終り端22bに夫々電気的に接続されている。
尚、調理器本体1の機械室6内の上部には、送風ファン24が配設されていて、この送風ファン24は、誘導加熱時において、誘導加熱コイル11と断熱材13との間の隙間14に送風するようになっている。
ところで、内箱3の天井板3bに形成される多数の孔12、……は、次のように構成されている。今、図3に示すように、孔12、……として丸孔を三角形に配置した場合を想定し、天井板3bの板厚をT、マイクロ波の波長をλ、孔12の直径をD、孔12、12間のピッチをP、孔12、……の列間距離をQとすると、マイクロ波電界減衰量Sは、近似的に、
Figure 2007247958
のように計算できる。
ここで、例えば、D=5mm、P=6mm、T=0.5mmに設定したとすると、列間距離Qは、
Figure 2007247958
のように計算できる。
マグネトロン10が発生するマイクロ波の周波数は、通常2.45GHzであるので、λ=120mmとなる。従って、これらの数値を(1)式に代入してマイクロ波電界減衰量Sを求めると、S=26(dB)となる。これは、マイクロ波電力で1/400の減衰となり、妥当な数値である。即ち、天井板3bの板厚が0.5mmであった場合、孔12の直径Dを5mm、ピッチPを6mmに設定したとすると、孔12、……は、マイクロ波の充分な減衰効果をもつようになる。
さて、本実施例の電気的構成について図6を参照して説明する。
先ず、商用交流電源25に接続された周波数変換回路26について説明する。交流電源25の両端子にはダイオードブリッジからなる全波整流回路27の交流入力端子が接続され、これの直流出力端子の一方は、チョークコイル28を介して平滑用コンデンサ29の一端子に接続され、他方は平滑用コンデンサ29の他端子に接続されている。これら、全波整流回路27、チョークコイル28及び平滑用コンデンサ29により直流電源回路30が構成されている。
この直流電源回30の直流電源ライン30a、30bには、インバータ回路31が接続されている。このインバータ回路31は、次のように構成されている。直流電源ライン30a、30b間には、スイッチング素子例えばIGBT32、33が直列に接続され、これらに逆並列にフリーホイールダイオード34、35が接続され、さらに、直流電源ライン30a、30bにコンデンサ36、37が直列に接続されている。
マグネトロン10用の駆動回路38を構成するための高周波トランス39の一次コイル39aにおいて、一方の端子は、コンデンサ36、37の共通接続点に接続され、他方の端子は、切換手段たる切換スイッチからなるリレースイッチ40の固定接点aに接続されており、このリレースイッチ40の可動接点cは、IGBT32、33の共通接続点に接続されている。
上記高周波トランス39の二次側に、二次コイル39bとフィラメントコイル39cとが設けられており、二次コイル39bには倍電圧整流回路41が接続されている。この倍電圧整流回路41は、ダイオード42とコンデンサ43とを図示のように直列に接続した回路構成となっている。このダイオード42において、カソードは、マグネトロン10の陽極に接続されているとともにアースされ、アノードは、マグネトロン10の陰極の一方の端子に接続されている。そして、フィラメントコイル39cの両端子は、マグネトロン10の陰極(フィラメント兼用)の両端子に接続されている。
誘導加熱コイル11において、その一方の端子は、コンデンサ36、37の共通接続点に接続され、他方の端子は、リレースイッチ40の固定接点bに接続されており、以て、誘導加熱コイル11の駆動回路44が構成されている。尚、図6においては、発熱体21は、抵抗分21R及びインダクタンス分21Lを直列に接続した等価回路として示され、発熱体22は、抵抗分22R及びインダクタンス分22Lを直列に接続した等価回路として示され、夫々の両端子は接続されて、全体として閉ループに構成されている。
制御回路45は、マイクロコンピュータを主体として構成されたもので、図示はしないが、CPU、ROM、RAM等を備えていて、前記IGBT32、33をオンオフ制御するとともに、リレースイッチ40を切換え制御し、更に、送風ファン24を運転制御することによって、各種の加熱調理を実行させるようになっている。
尚、制御回路45は、次の原理に基づき、加熱ユニット17が内箱3内の支え体19、19に載置支持されている(加熱室4内にセットされている)か、或いは、内箱3内から取外されている(加熱室4内にセットされていない)かを検出するようになっている。即ち、誘導加熱コイル11に電圧を印加して電流を流した場合、この誘導加熱コイル11から発生する磁束がコイル状の発熱体21、22に作用して該発熱体21、22に電圧が誘起されている状態では(加熱室4内に加熱ユニット17がセットされているとき)、誘導加熱コイル11に印加される電圧と流れる電流の位相差が予め設定された基準値より小さいが、誘導加熱コイル11から発生する磁束が発熱体21、22に作用しない状態では (加熱室4内に加熱ユニット17がセットされていないとき)、誘導加熱コイル11に印加される電圧と流れる電流の位相差が予め設定された基準値より大となるものである。
次に、本実施例の作用につき説明する。
先ず、マイクロ波加熱を行う場合について述べる。この場合には、使用者は、扉5を開放して内箱3内から加熱ユニット17を取外しておく。そして、制御回路45は、マイクロ波加熱が選択されたときには、リレースイッチ40を可動接点c−固定接点a間が閉成(オン)するように切換え制御し、また、加熱室4内に加熱ユニット17がセットされているか否かを検出する。
制御回路45は、インバータ回路31のIGBT32,33を高い周波数のデューティー比でオンオフ制御するようになる。これにより、周波数変換回路26は、商用交流電源25の50Hz或いは60Hzの商用電源電圧を例えば25kHzの高周波電圧に変換してリレースイッチ40の可動接点c−固定接点a間を介して高周波トランス39の一次コイル39aに印加する。従って、その一次コイル39aに高周波電流が流れ、二次コイル39b及びフィラメントコイル39cに高周波電圧が誘起される。
二次コイル39bに誘起された高周波電圧は、倍電圧整流回路41により高電圧化されてマグネトロン10に印加され、以て、マグネトロン10が発振動作する。これにより、マグネトロン10からの2.45GHzのマイクロ波が導波管9を経て加熱室4内に供給され、以て、マイクロ波による加熱調理(電子レンジ調理)が行なわれる。
尚、制御回路45は、マイクロ波加熱に先立って加熱室4内に加熱ユニット17がセットされていることを検出したときには、インバータ回路31のIGBT32、33の制御は行なわず(マイクロ波加熱を開始させず)、代りに、図示しない表示器にその旨を表示させ、或いは、警報器に報知動作を行なわせるようになっている。
次に、誘導加熱によりグリル調理を行なう場合について述べる。この場合には、使用者は、内箱3内の支え体19、19に加熱ユニット17を載置支持させ、支え体23に被加熱物(本実施例では、2枚のパン)46を載せる。しかして、制御回路45は、誘導加熱が選択されたときには、リレースイッチ40を可動接点c−固定接点b間が閉成(オン)するように切換え制御し、また、加熱室4内に加熱ユニット17がセットされているか否かを検出する。
制御回路45は、インバータ回路31のIGBT32,33を高い周波数のデューティー比でオンオフ制御し、周波数変換回路26は、25kHzの高周波電圧をリレースイッチ40の可動接点c−固定接点a間を介して誘導加熱コイル11に印加する。従って、その誘導加熱コイル11に高周波電流が流れ、コイル状の発熱体21、22に高周波電圧が誘起される。そして、発熱体21、22に誘起される高周波電圧の極性は、図6に示すようになって、加算される方向となり、しかも、互いに巻始め端21a、22a及び巻終り端21b、22bが夫々電気的に接続されて全体として閉ループを構成しているので、各発熱体21、22は、その抵抗分21R、22Rに応じた電流が流れて発熱するようになる。従って、発熱体21、22により、被加熱物(2枚のパン)46の両面が焼かれ、グリル調理たるトースト機能が得られる。そして、以上のような、誘導加熱中においては、制御回路45は、送風ファン24を運転させるようになっており、送風ファン24は、誘導加熱コイル11と断熱材13との間の隙間14に送風を行なって、誘導加熱コイル11の冷却を行なう。また、断熱材13により内箱3内の熱が誘導加熱コイル11に伝達されることも防止される。
尚、制御回路45は、誘導加熱に先立って、例えば誘導加熱調理器で一般的に行なわれている鍋の有無検知と同様な技術である誘導加熱コイルに流れる無効電流が大きいことにより、加熱室4内に加熱ユニット17がセットされていないことを検出したときには、インバータ回路31のIGBT32、33の制御は行なわず(誘導加熱を開始させず)、代りに、図示しない表示器にその旨を表示させ、或いは、警報器に報知動作を行なわせるようになっている。
このように本実施例によれば、外箱2内上部に誘導加熱コイル11を配設し、内箱3内上部にコイル状の発熱体21、22を有する加熱ユニット17を着脱可能に配設したので、発熱体21、22間の支え体23に被加熱物(2枚のパン)46を載せて、誘導加熱コイル11からの磁束を発熱体21、22に作用させることにより被加熱物46の両面を加熱することができ、グリル調理を行なうことができる。この場合、発熱体21、22は、複数ターンを有するコイル状をなして、そのコイル部21c、22cが加熱領域に均一に配置されているので、被加熱部46の両面を均一に加熱することができ、パン両面に一様に焦げ目を形成するトースト機能を得ることができる。特に、発熱体21、22のコイル部21c、22cのターン数は種々設定が可能であるので、従来の閉ループ状の発熱体とは異なり、発熱面積を大きくすると渦電流が発生するというようなことはなく、発熱効率をよくすることができる。尚、トーストは、通常はグリル調理とはいわないのであるが、本実施例では、焦げ目をつける焼き調理を意図としているので、あえてグリル調理と称している。
また、誘導加熱コイル11と対向する内箱3の天井板3bには、多数の孔12、……が形成されているので、誘導加熱コイル11の磁束の作用により天井板3bに渦電流が流れて天井板3b発熱することを極力防止することができ、それだけ磁束の損失をなくすことができる。同様に、誘導加熱コイル11の上面に磁性体15を配設するようにしたので、誘導加熱コイル11と対向する外箱2の天井板2aに誘導加熱コイル11の磁束による渦電流が発生することを防止することができる。
更に、内箱3の天井板3bに多数の孔12、……を形成したことにより、マイクロ波加熱時にこの孔12、……からマイクロ波が外箱2内に放出される虞が生じるが、本実施例では、マイクロ波電界減衰量Sが妥当な値となるように孔12、……の直径D及びピッチPを設定するようにしたので、マイクロ波の外箱2内への放出を極力防止することができる。
また、加熱ユニット17の発熱体21、22は、電磁誘導により発熱する構成であって、外部との電気的接続は必要ないものであり、従って、加熱ユニット17を内箱3(加熱室4)内に対して容易に着脱し得る構成とすることができる。これにより、マイクロ波加熱時において加熱ユニット17を内箱3内から取外しておけば、加熱ユニット17がマイクロ波加熱を疎外することはなく、また、内箱3内の清掃時において加熱ユニット17を内箱3内から取外しておけば、加熱ユニット17が掃除の邪魔にならない。
尚、内箱3の天井板3bに多数の孔12、……があると、内箱3内部の清掃時特に天井板3bの内面(下面)の清掃時に邪魔になって清掃性が悪くなるが、本実施例では、天井板3bの内面にカバー16を配設して12、……が邪魔にならないようにし、以て、清掃性を確保するようにしている。
しかも、制御回路45は、加熱ユニット17が加熱室4内にセットされているか否かを検出する機能を有していて、マイクロ波加熱時に加熱ユニット17が加熱室4内にセットされているときには、そのマイクロ波加熱の開始を行なわず、誘導加熱時に加熱ユニット17が加熱室4内にセットされていないときには、その誘導加熱の開始を行なわないようにしたので、無駄な電力消費をなくすことができるばかりでなく、安全性に優れたものになる。
その上、マグネトロン10の駆動回路38用に設けられた周波数変換回路26をリレースイッチ40により切換えて誘導加熱コイル11の駆動回路44に用い、その制御もマグネトロン10用の制御回路45により兼用して行なうようにしたので、回路構成が簡単になる。
尚、上記実施例では、被加熱物46としてパンを例示したが、両面焼きが必要な被加熱物全般に使用可能である。
(第2の実施例)
図7は本発明の第2の実施例であり、図6と同一部分には同一符号を付して示し、以下異なる部分について説明する。
発熱体47は、発熱体22の代りに設けられたもので、例えばステンレス材料で板状に構成されたものである。即ち、発熱体47は、帯状の導体を連続した波状例えば矩形波状に配置して構成されたもので、図7では抵抗分47Rを等価的に示している。そして、この抵抗分47Rの両端子は、発熱体21の抵抗分21R及びインダクタンス分21Lの等価回路の両端子に電気的に接続されている。即ち、発熱体47は、発熱体21のインダクタンス分21Lのようなインダクタンス分を有しないので、誘導加熱コイル11の磁束が作用しても電圧を誘起することはないが、発熱体21が誘起する電圧により抵抗分47Rに応じた電流が流れて発熱するようになる。この実施例の場合も、発熱体47の導体は、加熱領域に均一に配置されている。
従って、この第2の実施例によっても第1の実施例と略同様の効果を得ることができる。尚、発熱体47も、第1の実施例と同様に、発熱体21等とともに加熱ユニットを構成して、加熱室4(図1参照)内に着脱可能に配置するようになっている。
(第3実施例)
上記第1の実施例では、内箱3の天井板3bに多数の孔12、……を形成して高周波磁界により誘起される渦電流による損失の低減を図るようにしてが、この実施例では、浸透深さδの大きな材料を用いて内箱3(或いはその天井板3bのみ)を製作して、高周波磁界による損失の減少を図るようにしたものである。
例えば、非磁性のステンレス材料の場合、体積抵抗ρ=89μΩcmで透磁率μ=1であるので、高周波磁界の周波数f=25kHzの例で浸透深さδと体積抵抗ρとの関係
たる(3)式を利用し、更に、天井板3bの板厚をTcm、誘導加熱コイル11が対向する天井板3bの表面の電流をIS 、板厚Tでの電流をIT とすると、渦電流の残存率Aは(4)式で計算できる。
Figure 2007247958
Figure 2007247958
ここで、上記(3)式及び(4)式より、板厚T=0.05cmのときの渦電流の残存率A=85%、板厚T=0.03cmのときの渦電流の残存率A=90%となる計算結果から、発熱体21、22への高周波電界の損失は、板厚T=0.05cmのときは15%、板厚T=0.03cmのときは10%になり、この程度の板厚の非磁性のステンレス材料で内箱3(或いは天井板3bのみ)を製作することにより、孔12、……を設けなくても誘導加熱による調理が可能になる。尚、この場合のマイクロ波(2.45GHz)の浸透深さはδ=9μmであり、充分に遮蔽効果が期待できる。
以上のように、この第3の実施例によれば、内箱3の天井板3bに多数の孔12、……を設けなくても高周波磁界による損失の減少を図ることができ、従って、カバー16を設けなくても清掃性を確保することができる。
(その他の実施例)
本発明は、上記し且つ図面に示す実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形、拡張が可能である。
上記第1の実施例において、発熱体22を省略し、残りの発熱体21の巻始め端21aと巻終り端21bとを電気的に接続するようにしてもよい。勿論、発熱体21も加熱ユニットとして構成して、着脱可能に加熱室4内に配置する。
第1の実施例の加熱ユニット、第2の実施例の加熱ユニット、発熱体21或いは22のみで構成された加熱ユニットを全て備えて、誘導加熱調理の種類に応じて選択して用いるようにしてもよい。
発熱体としては、帯状或いは線状のニクロム線或いはSUS材を、マイカ或いはセラミック等の耐熱絶縁体に図8に示すように巻きつけたものでも上記実施例と同様な効果が得られる。また、発熱体は、筒状の抵抗体を使用しても同様な効果が得られる。
発熱体のコイル形状については、図9に示すような円形渦巻状のものでも同様な効果が得られる。円盤状のピザを焼く場合には、このような円状の方がピザに効率的に熱を与えることができる。このように、誘導加熱コイル11の高周波磁束と結合して、発熱体に電圧を誘起する形状であればよく、非加熱対象に対応した形状の変更が可能である。
発熱体は、マイクロ波加熱時にマイクロ波の障害にならない構成にすれば、加熱室4内に固定して設けてもよい。
本発明の第1の実施例を示す縦断側面図 縦断正面図 内箱の天井板の部分平面図 発熱体の平面図 別の発熱体の平面図 電気的構成説明図 本発明の第2の実施例を示す図6相当図 発熱体の他の実施例図 発熱体の形状変形例図
符号の説明
図面中、2は外箱、3は内箱、3bは天井板、4は加熱室、10はマグネトロン(マイクロ波供給手段)、11は誘導加熱コイル、12は孔、17加熱ユニット、18外筐、21、22は発熱体、23は支え体、26は周波数変換回路、31はインバータ回路、38駆動回路、40はリレースイッチ、44は駆動回路、45は制御回路、46は被加熱物、47は発熱体を示す。

Claims (3)

  1. 加熱室と、
    この加熱室内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、
    前記加熱室外に設けられた誘導加熱コイルと、
    前記加熱室内に配設され、複数ターンを有するコイル状をなし、前記誘導加熱コイルの磁束の作用により電圧が誘起されて電流が流れることにより発熱する発熱体とを具備したことを特徴とする調理器。
  2. 発熱体の他に発熱体を有し、その発熱体間に被加熱物が配置されることを特徴とする請求項1記載の調理器。
  3. 発熱体は、加熱室内に着脱可能に配置されることを特徴とする請求項1又は2記載の調理器。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012009163A (ja) * 2010-06-22 2012-01-12 Mitsubishi Electric Corp 誘導加熱調理器
JP2012094433A (ja) * 2010-10-28 2012-05-17 Mitsubishi Electric Corp 加熱装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012009163A (ja) * 2010-06-22 2012-01-12 Mitsubishi Electric Corp 誘導加熱調理器
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