JP2010042208A - 蒸気回収装置および加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】水槽の設置が水平でない場合でも、水槽に貯められた水量を正確に検知することができる蒸気回収装置を提供する。
【解決手段】蒸気回収装置は、炊飯器２００の本体１０に設置された水槽４０と、水槽４０が傾斜したときと傾斜する前とで、水槽４０に貯溜される水の水面が略変動しない位置にて検知するように配置された下限水位検知部５０ａおよび上限水位検知部５０ｂと、を有している。水槽４０の平面視における略中間部に、投光面２３および受光面２５を具備する反射透過部５５が形成され、下限水位検知部５０ａおよび上限水位検知部５０ｂを構成する下限投光部５１ａおよび上限投光部５１ｂは投光面２３に対向し、下限水位検知部５０ａおよび上限水位検知部５０ｂを構成する下限受光部５２ａおよび上限受光部５２ｂは受光面２５に対向している。
【選択図】図６

Description

本発明は蒸気回収装置および加熱調理器、水槽内に蒸気を供給して蒸気を回収する蒸気回収装置、および該蒸気回収装置を備えた加熱調理器に関するものである。

従来から、蒸気を水槽内に貯めた冷却水中に注入して復水（凝縮）するようにした蒸気回収装置が知られている。このとき、所定量の蒸気を復水しようとすると、これに対応するだけの冷却水が必要になるため、水槽内に貯まっている冷却水の量を検知する装置が各種開発されている。
例えば、プリズムと水との境界における屈折率と、プリズムと空気との境界における屈折率との相違を利用して、水槽内の液体の有無を検知する検知装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−３１１０７２号公報（第３頁、第５図）

しかしながら、特許文献１に開示された発明は、水槽の設置が水平でない場合、たとえば、当該水槽が装備された炊飯器が傾いて載置された場合、水槽に貯められた水量が、正確に検知されないという問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、水槽の設置が水平でない場合であっても、水槽に貯められた水量を正確に検知することができる蒸気回収装置、および該蒸気回収装置を有する加熱調理器を提供することを目的としている。

本発明に係る蒸気回収装置は、内部に貯溜される水によって蒸気を復水し回収する水槽と、
該水槽に貯溜される水の水位を検知する光学式水位検知手段と、
を有し、
前記光学式水位検知手段は、前記水槽が傾斜したときと傾斜する前とで、前記水槽に貯溜される水の水面が略変動しない位置にて検知するように配置されることを特徴とする。

本発明に係る蒸気回収装置は、光学式水位検知手段が、水槽が傾斜したときと傾斜していないときとで、水槽に貯溜される水の水面が略変動しない位置に配置されてなるから、水槽の姿勢（傾斜の有無や傾斜の程度）に左右されないで、水槽内の水位つまり水量を正確に検知することが可能になる。

以下、炊飯器を例に、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明するが、本発明に係る加熱調理器とは、炊飯器に限定するものではなく、蒸気を発生または蒸気を回収する機能を有する調理器を指すものである。なお、各図において同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、また、複数の部材について共通する内容を説明する場合には、名称を形容する「下限、上限」や符号の添え字「ａ、ｂ」の記載を省略する場合がある。

［実施の形態１］
図１〜図５は、本発明の実施の形態１に係る加熱調理器を説明するものであって、図１の（ａ）は外観を模式的に示す斜視図、図１の（ｂ）は内部を透視して示す斜視図、図２の（ａ）は基本的な構成部材を模式的に示す側面図、図２の（ｂ）は基本的な構成部材を模式的に示す平面視の断面図、図２の（ｃ）は一部（水槽）を示す斜視図、図３は蒸気処理後の水温温度を示す相関図、図４は水位検知手段の原理を説明する平面視の断面図、図５は水位検知手段の配置を一部透視して示す斜視図である。

（炊飯器）
図１および図２において、炊飯器１００は、本体１０の内部に内鍋９０が着脱可能に収納されるものであって、本体１０は下部筐体１１と、下部筐体１１にヒンジ部１４によって開閉自在に軸支された上部筐体１２（蓋体に同じ）とから形成されている。上部筐体１２の外面（上面に同じ）には、動作状況等を示す表示部１６と、操作要領等を入力する操作部１７とが配置され、上部筐体１２の前面（側端部に同じ）には、上部筐体を開放可能にするロック解除ボタン１８が設置されている。

（蒸気回収装置）
また、上部筐体１２には着脱可能に内蓋１３が取り付けられ、内蓋１３は、上部筐体１２が本体１０の上面開口部を覆った際に、内鍋９０の上面開口部を覆って内部を密閉状態にするものである。そして、内蓋１３の中央部には蒸気導管３０の一方の端部が着脱可能に装着されている。
さらに、内鍋９０の脇に水槽２０が設置され、水槽２０には蒸気を取り込むための蒸気パイプ３１が挿入されている。なお、蒸気パイプ３１の上端は、上部筐体１２が本体１０の上面開口部を覆った際に、蒸気導管３０の他方の端部に連通するものである。
したがって、炊飯中に内鍋９０において発生した蒸気は、蒸気導管３０および蒸気パイプ３１を経由して、水槽２０に貯まっている水中に供給されて復水するから、蒸気が炊飯器１００の外部に漏洩することがない。
なお、蒸気パイプ３１を水槽２０の外部に配置して、蒸気パイプ３１の下端を水槽２０の低い位置（底面に近い位置）において水槽２０に連通させてもよい。

（水槽）
水槽２０は、透明素材（例えば、ポリスチレン等）によって形成された横長の略直方体であって、本体１０の前面側の水槽前面２９の角部Ｈおよび角部Ｊが円弧状に形成されている。そして、本体１０の後面側の水槽後面２１（角部Ａ〜角部Ｇの範囲）は、幅方向の中央付近において断面略Ｗ字状の反射透過部５５が形成されている。
すなわち、反射透過部５５が形成されている水槽２０は平面視において略対称形状であって、検知範囲における水面の平面形状は略線対称である。そして、その対称線（位置Ｄ−位置Ｉを含む線に同じ）を挟んで、投光側傾斜面２２（位置Ｂ−位置Ｃを結ぶ線を含む）および投光面２３（位置Ｃ−位置Ｄを結ぶ線を含む）からなる断面二等辺三角形の投光側凹部２４と、受光面２５（位置Ｄ−位置Ｅを結ぶ線を含む）および受光側傾斜面２６（位置Ｅ−位置Ｆを結ぶ線を含む）からなる断面二等辺三角形の受光側凹部２７とを有している（図２の（ｃ）参照）。

なお、説明の便宜上、水槽２０（反射透過部５５が形成されている）として面対称形状のものを例示しているが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、非対称形状であって、水槽２０が傾斜した前後で、貯溜される水の水位が略変動しない位置に、反射透過部５５が形成されていればよい。
なお、任意形状の水槽を左右に傾斜した場合、左右方向の一方側では水面が上昇し、左右方向の他方側では水面が下降するから、両者の境界に水位が変動しない位置が存在する。また、任意形状の水槽を前後に傾斜した場合、前後方向の一方側では水面が上昇し、前後方向の他方側では水面が下降するから、両者の境界に水位が変動しない位置が存在する。同様に、任意形状の水槽を左右および前後方向（斜め方向）に傾斜した場合には、その傾斜方向に対応して、水位が変動しない位置が存在する。すなわち、水槽の何れの位置についても、その位置を水位が変動しない位置にするような傾斜方向が存在する。

したがって、本発明における水位が略変動しない位置とは、傾斜方向が想定される水槽において、一義的に特定される位置、あるいは、傾斜方向が幾つかに限定されるような水槽において、限定的に特定される位置を指している。
例えば、少なくとも検知範囲に限って、水面の平面形状が略線対称形または略点対称形であって、対称線上若しくはその近傍、または対称点を通過して平面形状を二分する線上またはその近傍等に、反射透過部５５が形成されていれば、前記対称線または前記対称点を通過する線に対して垂直な面内で傾斜する限り、水位が略変動しない（これについては別途詳細に説明する）。
また、水槽２０を形成する素材は限定されるものではなく、少なくとも光路を形成しようとする範囲が、所定の光透過性を具備する素材（透明素材に同じ）によって形成されていればよい。

（水位検知部）
そして、反射透過部５５には、水槽２０の底面から所定の高さに下限水位検知部５０ａが対向配置され、下限水位検知部５０ａから所定の距離だけ上方に上限水位検知部５０ｂが対向配置されている。下限水位検知部５０ａは、投光側凹部２４に対向配置された下限投光部５１ａと受光側凹部２７に対向配置された下限受光部５２ａとを有する。
同様に、上限水位検知部５０ｂは、投光側凹部２４に対向配置された上限投光部５１ｂと受光側凹部２７に対向配置された上限受光部５２ｂとを有する。
したがって、水槽２０に貯蔵された水量は、前記２箇所において検知されるようになっている（なお、検知原理については別途詳細に説明する）。

（水位の設定について）
図３は、水槽２０に貯まっている水量を様々に変えて、蒸気処理（復水に同じ）を行った場合の蒸気処理後の水槽２０内の水温測定結果であって、縦軸は水温［℃］、横軸は水槽内の初期水量［ｍＬ］である。
すなわち、図３に示されるように、初期水量をＶ１以下にすると、水温は１００℃に達してしまい、蒸気を冷却することができないから、蒸気処理不能（復水不能）になる。
そこで、水槽２０を形成する材料の耐熱温度を考慮して初期水量を設定することになる。例えば、水槽２０を形成する樹脂材料の耐熱温度を考慮して、水温を９０℃以下にすることが好ましい場合には、Ｖ２以上の水量に設定する。なお、調理後の清掃時の火傷防止のため、水温６０℃以下が望ましい場合には、Ｖ３以上の水量にする。

このとき、水量を多くすると水槽２０が大型化するため、本体１０の小型化に逆行する。そのため、必要最少限の水量を精度よく設定すると共に、水量を精度よく検知することが必要になっている。
炊飯器１００では、下限水位検知部５０ａが蒸気回収（復水）に必要な必要最少限の水量を検知し、上限水位検知部５０ｂが復水完了時（炊飯終了時）において、水槽２０から水が溢れ出さない最大の初期水量を検知するものである。

（水位検知の原理について）
次に、図４を用いて水位検知の原理、すなわち、図４の（ａ）において水槽２０内に水がない場合（空気がある場合に同じ）を、図４の（ｂ）において水槽２０内に水がある場合、をそれぞれ説明する。

（空気がある場合）
図４の（ａ）において、投光部５１からの光は光路１ｒに沿って進み、水槽２０の投光面２３の外面から入射角４５°、屈折角２６°で水槽２０を形成する透明素材内に、光路２ｒに沿って入射する。このとき反射率は約５％程度であるから、大半の光量が透明素材内に入射している。
そして、水槽２０の投光面２３の内面に到達して光は、水槽２０内が空気であるため、スネルの法則より、反射角２６°屈折角４５°で、屈折して光路３ｒに沿って空気中を進むことになる。このとき、反射率は約５％で、約５％が透明素材内に反射されることになる。

そうすると、投光部５１からの光は、水槽２０内の空気中を光路１ｒに平行な光路３ｒに沿って進み、水槽２０の受光面２５の内面に、入射角４５°で入射するから、前記と同様に、屈折角２６°で屈折して透明素材に入射し、光路４ｒに沿って進む。さらに、受光面２５の外面において、前記と同様に、反射角２６°、屈折角が４５°となって屈折して光路５ｒに沿って空気中を進むことになる。
すなわち、光路１ｒと光路５ｒとは一致して同一直線上に位置するから、光路５ｒ上に受光部５２を配置しておけば、投光部５１において発光された光は、受光部５２において、受光されることになる。なお、透明素材への入射や反射によって、光量が減少するものの、発行された光の約８０％の光が受光部５２に入射する。

（水がある場合）
図４の（ｂ）において、投光部５１からの光は光路１ｒに沿って進み、水槽２０の投光面２３の外面から入射角４５°、屈折角２６°で水槽２０を形成する透明素材内に、光路２ｒに沿って入射する。このとき反射率は約５％程度であるから、大半の光量が透明素材内に入射している。
そして、水槽２０の投光面２３の内面に到達した光は、水槽２０内が水であるため、スネルの法則より、反射角２６°、屈折角３２°で、屈折して光路６ｒに沿って水中を進むことになる。このとき、反射率は約１％で、約１％が透明素材内に反射されることになる。

そうすると、投光部５１からの光は、水槽２０内の水中を光路１ｒに対しては１３°（＝４５−３２）だけ偏位した方向である光路６ｒに沿って進み、水槽２０の受光面２５の内面に、入射角５８°（＝９０−３２）、屈折角４５°で入射する。このとき、反射率は約２％である。
さらに、光路７ｒに沿って透明素材中を進んだ光は、受光面２５の外面において、入射角４５°、反射角５°となって、全反射となる。すなわち、反射率約１００％となって、受光面２５の外面に出て行くことがない。
すなわち、かかる全反射した光は、光路８ｒに沿って受光面２５の内面に到達し、入射角４５、反射角４５°、屈折角５８°で水槽２０内の水中に光路９ｒに沿って入射する。

以上より明らかなように、水がない場合に、投光部５１から投光された光が、受光部５２において受光可能なように、投光部５１および受光部５２を配置しておけば、水がある場合には、投光部５１に投光された光が、受光部５２において受光不能になるから、水の有無を検知することができる。

なお、以上は、投光部５１からの光が投光面２３の外面に入射角４５°で入射し、且つ、反射透過部５５が面対称形状であって、投光側傾斜面２２および投光面２３からなる断面二等辺三角形の投光側凹部２４と、受光面２５および受光側傾斜面２６からなる断面二等辺三角形の受光側凹部２７とを有するものを例示しているが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、反射透過部５５を非対称形状であって、断面不等辺三角形の投光側凹部２４や断面不等辺三角形の受光側凹部２７を有するものにして、前記入射角を適宜選定してもよい。
さらに、断面略Ｗ字状に替えて、側面の内側に突出する断面略三角形状や側面の外側に突出する断面略Ｖ字状であってもよい。

（水位検知部の配置位置の効果）
図５において、前記のように、炊飯器１００は、本体１０の前面側の略全幅を占める水槽２０が設置され、しかも、ここで用いる水槽２０は平面視および正面視において面対称形状になっている。そして、かかる対称面を挟むように、下限水位検知部５０ａおよび上限水位検知部５０ｂが配置されている。
したがって、炊飯器１００が水平に載置されない場合であっても、水槽２０内に貯められた水の水面（図５において太実線にて示す）は、前記対称線の位置において、すなわち、下限水位検知部５０ａの下限投光部５１ａおよび下限受光部５２ａの位置において、炊飯器１００が水平に載置された場合の水槽２０内に貯められた水の水面（図５において太破線にて示す）から、略変動しない。このとき、水面が上昇した側の体積と水面が下降した側の体積とが等しいから、炊飯器１００の載置状態に左右されることなく、正確な水量を検知することが可能になる。また、上限水位検知部５０ｂにおいても同様である。
そして、下限水位検知部５０ａによって水量が不足していることを検知した場合には、表示部１６に注水を促す表示がされ、上限水位検知部５０ｂによって水量が過剰であることを検知した場合には、表示部１６に排水を促す表示がされることになる。

以上のように、本願の蒸気回収装置は、水槽２０と、蒸気を取り込むための蒸気パイプ３１（図５において水槽２０の一方の短辺寄りに挿入されているが、挿入位置が限定されるものではなく、水槽２０の中間部に挿入されてもよい）と、下限水位検知部５０ａと、上限水位検知部５０ｂと、を有するものであるが、炊飯器１００に設置されるものに限定するものではなく、蒸気が発生してこれを回収する要請がある加熱調理器や給湯装置、あるいは各種蒸気発生装置等に、設置することができるものである。
そして、水槽２０は、側面が全周に渡って略同一厚さに形成され、断面略Ｗ字状の凹凸量が少なく狭い範囲に納まるから、樹脂成形性に優れ、かつ、寸法精度および面精度が向上すると共に、製造コストが安価になる。また、清掃が容易で、取り扱い易く、また、見た目にすっきりし、意匠性を高められている。
なお、以上は、炊飯器１００の前面側に水槽２０を配置したが、本発明はこれに限定するものではなく、炊飯器１００の側面に沿って配置したり、隅部に配置したりしてもよい。

なお、図５を参照して説明したように、水面が上昇した側の体積と水面が下降した側の体積とが等しい位置に、反射透過部５５が対向配置されていればよいから、本発明は水槽２０の形状（特に全体形状）を限定するものではない。例えば、少なくとも検知範囲に限って、水面の平面形状が略線対称形または略点対称形であって、対称線上若しくはその近傍、または対称点を通過して平面形状を二分する線上若しくはその近傍等であれば、前記対称線または前記対称点を通過する線に対して垂直な面内で傾斜する限り、水位が略変動しないから、前記対称線または前記対称点を通過する線上若しくはその近傍に反射透過部５５が対向配置されていればよい。
さらに、本発明は、厳密に水位が変動しない位置であることを要しないから、例えば、少なくとも検知範囲に限って、水面が平面視略Ｌ字状の略線対称形になるようにして、一方の辺を炊飯器の左右方向に対して平行に配置し、他方の辺を炊飯器の前後方向に対して平行に配置し、隅部（内側）または角部（外側）に反射透過部５５を対向配置してもよい。このとき、炊飯器が左右方向または前後方向等の何れの方向（左右方向および前後方向が合成された斜め方向を含む）に傾斜した場合、正確には対称線に対して垂直な面内で傾斜するものではないが、反射透過部５５が対向している位置における水位は略変動しないから、傾斜方向にかかわらず、水槽の水量を正確に検知することができる。

［実施の形態２］
図６〜図９は、本発明の実施の形態２に係る加熱調理器を説明するものであって、図６の（ａ）は基本的な構成部材を模式的に示す側面図、図６の（ｂ）は基本的な構成部材を模式的に示す平面視の断面図、図６の（ｃ）は一部（水槽）を示す斜視図、図７の（ａ）は水位検知手段を模式的に説明する平面視の断面図、図７の（ｂ）は水位検知手段の配置を模式的に示す正面図、図７の（ｃ）は水位検知手段の配置を模式的に示す側面図、図８は水位検知の原理を説明する一部の拡大平面図、図９は図１に示す加熱調理器に設置された蒸気回収装置の水位検知手段の配置を一部透視して示す斜視図である。なお、実施の形態１（図１〜５）と同じ部分にはこれと同じ符号を付す。

（水槽）
図６において、炊飯器２００の水槽４０は、透明素材（例えば、ポリスチレン等）によって形成された略直方体であって、本体１０の前面側の水槽前面４９の角部Ｈおよび角部Ｊが円弧状に形成されている。そして、本体１０の後面側の水槽後面４１（角部Ａ〜角部Ｇの範囲）は、幅方向の中央付近において断面略台形状の反射透過部５６が形成されている。
すなわち、反射透過部５６が形成されている水槽４０は平面視において面対称形状であって、検知範囲における水面の平面形状は略線対称である。そして、その対称線（位置Ｄ−位置Ｉを含む線に同じ）を挟んで、傾斜した投光面４２（位置Ｂ−位置Ｃを結ぶ線を含む、水槽４０内に陥入している）、平行面４３（位置Ｃ−位置Ｅを結ぶ線を含む、水槽後面４１に平行）、傾斜した受光面４４（位置Ｅ−位置Ｆを結ぶ線を含む）と、を有している（図２の（ｃ）参照）。

なお、説明の便宜上、水槽４０（反射透過部５６が形成されている）として面対称形状のものを例示しているが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、非対称形状であって、水槽４０が傾斜した前後で、貯溜される水の水位が略変動しない位置に、反射透過部５６が形成されていればよい（実施の形態１に同じ）。また、水槽４０を形成する素材は限定されるものではなく、少なくとも光路を形成しようとする範囲が、所定の光透過性を具備する素材（透明素材に同じ）によって形成されていればよい。

（水位検知部）
そして、反射透過部５６の投光面４２に対峙して、水槽４０の底面から所定の高さに下限水位検知部５０ａの下限投光部５１ａが配置され、下限投光部５１ａから所定の距離だけ上方に上限水位検知部５０ｂの上限投光部５１ｂが配置されている。また、傾斜面４４に対峙して、水槽４０の底面から所定の高さに下限受光部５２ａと、下限受光部５２ａから所定の距離だけ上方に上限受光部５２ｂが配置されている。

（水位検知の原理について）
次に、図７および図８を用いて水位検知の原理、すなわち、投光部５１から発せられた光が水槽２０の透明素材中を通過する挙動について説明する。
図７は水槽４０の一部を拡大して示す拡大平面図、図８は水槽４０における光の挙動を説明する部分断面図である。図７において、水槽４０の反射透過部５６において、投光部５１から発光された光の光路１ｓ〜６ｓを矢印で示している。

（水がない場合）
図７に示すように、投光部５１からの光は、光路１ｓを通って、投光面４２の外面（入射面に同じ）において屈折・透過して、透明素材内に入り、光路２ｓを通って投光面２３の内面（反射透過面に同じ）に至る。そして、水がない場合、全反射して、透明素材内を光路３ｓに沿って平行面４３に平行に（水槽前面４１に平行に同じ）進む。
そして、受光面４４の内面（反射面に同じ）において全反射して、透明素材内を光路４ｓに沿って投光面２３の外面（反射・透過面に同じ）に向かって進む。さらに、受光面４４の外面（反射・透過面に同じ）において屈折・透過し、水槽４０の外側に向かった光路５ｓに沿って進む。

（水がある場合）
一方、水がある場合には、投光部５１からの光は、光路１ｓを通って、投光面４２の外面（入射面に同じ）において屈折・透過して、透明素材内に入り、光路２ｓを通って投光面４２の内面（反射透過面に同じ）に至る。そして、水があるから、投光面４２の内面（屈折・透過面に同じ）において屈折・透過して、水中を光路６ｓに沿って水槽４０の内部方向に向かって進む。

以上より、実施の形態１と同様に、水がない場合に、投光部５１から投光された光が、受光部５２において受光可能なように、投光部５１および受光部５２を配置しておけば、水がある場合には、投光部５１に投光された光が、受光部５２において受光不能になるから、水の有無を検知することができる。

図８において、空気の屈折率ｎ₁ を１．００、水の屈折率ｎ₃ を１．３３、水槽４０を構成する透明素材（ポリスチレン）の屈折率ｎ₂ を１．５９として説明する。
なお、水槽４０内が空気の場合には、タンク内部の屈折率ｎ₃ は、１．００となる。また、屈折に関するスネルの法則、及び、反射・透過に関するフレネルの公式は、下記の通りである。

（式１） θ₁ ＝θ₃ （入射角と反射角とは等しい）
（式２） ｎ₁ ×ｓｉｎθ₁ ＝ｎ₂ ×ｓｉｎθ₂
ここで、
ｎ₁ ：媒質１（入射側）の屈折率
ｎ₂ ：媒質２（透過側）の屈折率
θ₁ ：入射角
θ₂ ：屈折角
θ₃ ：反射角

また、フレネルの公式より、臨界が入射面に対し垂直の場合の反射係数ｒｓ及び透過係数ｔｓを算出すると以下のようになる。
（式３） ｒｓ＝（ｎ₁ｃｏｓθ₁−ｎ₂ｃｏｓθ₂）／（ｎ₁ｃｏｓθ₁＋ｎ₂ｃｏｓθ₂）
＝−ｓｉｎ（θ₁−θ₂）／ｓｉｎ（θ₁＋θ₂）
（式４） ｔｓ＝２ｎ₁ｃｏｓθ₁／（ｎ₁ｃｏｓθ₁＋ｎ₂ｃｏｓθ₂）
そこで、スネルの法則を用いて入射角θ₁ のみを用いて書き換えると以下のようになる。
（式５） ｒｓ＝［ｃｏｓθ₁−｛（ｎ₂／ｎ₁）２ −（ｓｉｎθ₁）２｝０．５］／［ｃｏｓθ₁＋（ｎ₂／ｎ₁）２−（ｓｉｎθ₁）２｝０．５］
（式６） ｔｓ＝２ｃｏｓθ₁／［ｃｏｓθ₁＋｛（ｎ₂／ｎ₁）２−（ｓｉｎθ₁ ）２｝０．５］

臨界が入射面に対し水平の場合の反射係数ｒｐ及び透過係数ｔｐを算出すると以下のようになる。
（式７） ｒｐ＝（ｎ₁ｃｏｓθ₂−ｎ₂ｃｏｓθ₁）／（ｎ₁ｃｏｓθ₂＋ｎ₂ｃｏｓθ₁）
＝ｔａｎ（θ₁−θ₂）／ｔａｎ（θ₁＋θ₂）
（式８） ｔｓ＝２ｎ₁ｃｏｓθ₁／（ｎ₁ｃｏｓθ₂＋ｎ₂ｃｏｓθ₁）

さらに、スネルの法則を用いて入射角θ₁ のみを用いて書き換えると以下のようになる。
（式９） ｒｐ＝［−（ｎ₂／ｎ₁）２×ｃｏｓθ₁＋｛（ｎ₂／ｎ₁）２−（ｓｉｎθ₁）２｝０．５］／［（ｎ₂／ｎ₁）２×ｃｏｓθ₁＋｛（ｎ₂／ｎ₁）２−（ｓｉｎθ₁）２｝０．５］
（式１０） ｔｐ＝２×（ｎ₂／ｎ₁）×ｃｏｓθ₁／［（ｎ₂／ｎ₁）２×ｃｏｓθ₁＋｛（ｎ₂／ｎ₁）２−（ｓｉｎθ₁）２｝０．５］

次いで、反射率Ｒ及び透過率Ｔが以下のように求められる。入射エネルギーに対する反射エネルギーの比を反射率Ｒといい、入射エネルギーに対する透過エネルギーの比を透過率Ｔという。
（式１１） Ｒ＝ｒ₂ ＝１／２（ｒｓ₂＋ｒｐ₂）
（式１２） Ｔ＝ｔ₂ ×（ｎ₂ｃｏｓθ₂／ｎ₁ｃｏｓθ₁）
とそれぞれ表される。
屈折角θ２が９０°となる入射角を臨界角とよび、それ以上の入射角では、全反射が生じる。
すなわち、ｎ₁＞ｎ₂の場合に生じる（たとえば、水ｎ₁＝１．３３から空気ｎ₂＝１．００中に出る場合などの）臨界角θ₁ ｒｉｎは、以下の式で求められる。
（式１３） θ₁ｒｉｎ＝ｓｉｎ−１（ｎ₂／ｎ₁ ）

図８において、水槽４０の側面の厚み（水槽後面４１の厚み）をＨ₃ ＝２ｍｍ、投光面４２の外面の底辺をＷ₁ ＝３ｍｍで、平行面４３の深さ（投光面４２の外面の高さ）をＨ₁＝１．５ｍｍとした。また、水槽４０を成形するときの厚み変更の制約条件として、側面の一部の厚みを他の部分の厚みの２倍以内、好ましくは１．５倍以内とすることは可能である。ここでは、水槽４０の側面厚さをＨ₃ ＝２ｍｍとしたので、平行面４３の厚さをＨ₄ ＝Ｈ₃ ×１．５＝３ｍｍとした。

投光部５１からの光の入射角度を水槽４０の平面視の対称面からθ₁ ＝５°［ｄｅｇ］だけ左に傾いたものとして光路を追跡する。ちなみに、対称面に平行して投光された光の挙動を計算するには、θ₁ ＝０°とすればよい。
投光面４２の外面（入射面）の傾きを水槽４０の対称面に対して下にθｘとすると傾斜面の設定より、
θｘ＝ｔａｎ−１（１．５／３）＝２６．５７°となる。
また、投光面４２の内面（反射透過面）の傾きをθｙとする。光路１ｓの入射角は、
θ₂＝θ₁＋θｘ＝５＋２６．５７＝３１．５７°となる。スネルの法則より、屈折角は、θ₃ ＝ｓｉｎ−１｛（ｎ₁／ｎ₂）ｓｉｎ（θ₂ ）｝＝１９．２ｄｅｇとなり、光は光路２ｓを進む。

次いで、投光面４２の外面（反射透過面）で反射・透過が生じるが、反射後の光路３ｓが平行面４３に平行となるようにθｙを決めればよい。スネルの法則より、入射角θ₅ ＝反射角θ₅ であるから、光路３ｓと対称面とのなす角をθ₄ とすると、
θ₄ ＝θｘ−θ₃ ＝７．３ｄｅｇ
θ₅ ＝（９０−θ₄ ）／２＝４１．３ｄｅｇとなる。さらに、このθ₅ に対応する受光面４２の外面（反射透過面）の角度は、
θｙ＝９０−θ₅＝４８．７ｄｅｇとなる。

以上の条件においては、投光面４２の内面（反射透過面）における入射角θ₅ ＝４１．３ｄｅｇは、水槽４０と空気との界面における全反射条件を満たす。すなわち、水槽４０に水がない場合（空気の場合）全反射となり光線は１００％反射される。そうすると、全反射され光は光路３ｓに沿って透明素材内を進む。
一方、水槽４０内に水がある場合、反射率は約２％程度と低く、約９８％が水槽４０内部に透過して、光路６ｓに沿って水槽４０の内部に進む。このとき、ｎ₃ ＝１．３３（水）として、屈折角θ₆ は、
θ₆ ＝ｓｉｎ−１｛（ｎ₂ ／ｎ₃ ）×ｓｉｎθ₅ ｝＝５２．１°となる。

平行面４３の厚さをＨ₄ ＝３ｍｍとして、投光面４２の内面（反射透過面）の大きさを定めると、底辺Ｗ₂ ＝２．２ｍｍ、高さＨ２＝２．５ｍｍの直角三角形の斜辺となる。
水槽４０内が空気の場合は、光路３ｓに沿って進む光は、面対称位置に形成された受光面４４の内面（反射透過面）において全反射された後、受光面４４の外面（反射透過面）にて屈折・透過し、水槽４０の外部に出る。
このとき、受光部５２を、投光部５１に対して面対称に配置しておけば、水槽４０に水がない場合に、投光部５１が投光した光が受光部５２に受光されることになる。一方、水槽４０内に水がある場合は、光量のほとんどが水槽４０の内部に透過されるので、受光部５２にはほとんど到達しない（２％×２％＝０．０４％程度でしかない）。

これにより、受光部５２が受ける光量が多い場合には、水槽４０内が空気であり、光量がほとんどない場合には、水槽４０内が水であることが判別できる。
つまり、投光部５１から発光され、受光部５２で受光された光の光量が多いとき、水槽４０の内部には水位検知器５０が設置された位置にまで到達する量の水がないと判別することができる。一方、受光部５２で受光された光の光量が少ないとき、水位検知器５０が設置された位置にまで水位が到達していると判別することができる。

なお、投光部５１からの入射角度が対称面に対して５°［ｄｅｇ］傾斜した場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、対称面に平行であってもよい。このとき、θ₁ ＝０°として各角度の計算を行なうと、
θｘ＝２６．５７°
θ₂ ＝θｘ＝２６．５７°
θ₃ ＝ｓｉｎ−１｛（１．０／１．５９）ｓｉｎ（２６．５７）｝＝１６．３４°
θ₄ ＝θ₃ −θｘ＝１０．２３°
θ₅ ＝（９０−θ₄ ）／２＝３９．９°
θｙ＝９０−θ₅ ＝５０．１°
となり、この場合も、前述のθ₁ ＝５°と同様に、水槽４０内が空気である場合と水である場合とにより、投光面４２の内面（反射透過面）における挙動が異なり、前者では屈折して光路６ｓに向かい、後者では全反射して光路３ｓに向かう。

なお、厳密には、少し角度のずれた周辺光も受光部５２に到達して、その出力に寄与しているため、これらの光の到達が減少していく可能性もある。したがって、最適な角度は、これらの諸条件を用途に応じて検討して決定すればよい。

（水位検知部の配置位置の効果）
図９において、前記のように、炊飯器２００は、本体１０の前面側の略全幅を締める水槽４０が設置され、しかも、水槽４０は平面視および正面視において面対称形状になっている。そして、かかる対称面を挟むように、下限水位検知部５０ａおよび上限水位検知部５０ｂが配置されている。
したがって、炊飯器２００が水平に載置されない場合であっても、水槽４０内に貯められた水の水面（図９において太実線にて示す）は、前記対称面の位置において、すなわち、下限水位検知部５０ａの下限投光部５１ａおよび下限受光部５２ａの位置において、炊飯器２００が水平に載置された場合の水槽４０内に貯められた水の水面（図５において太破線にて示す）から、略変動しない。

このとき、水面が上昇した側の体積と水面が下降した側の体積とが等しいから（正確には、蒸気パイプ３１が挿入されているため僅かに相違する）、炊飯器１００の載置状態に左右されることなく、正確な水量を検知することが可能になる。また、上限水位検知部５０ｂにおいても同様である。
そして、下限水位検知部５０ａによって水量が不足していることを検知した場合には、表示部１６に注水を促す表示がされ、上限水位検知部５０ｂによって水量が過剰であることを検知した場合には、表示部１６に排水を促す表示がされることになる。

以上のように、本願の蒸気回収装置は、水槽４０と、蒸気パイプ３１と、下限水位検知部５０ａと、上限水位検知部５０ｂと、を有するものであるが、炊飯器２００に設置されるものに限定するものではなく、蒸気が発生してこれを回収する要請がある加熱調理器や給湯装置、あるいは各種蒸気発生装置等に、設置することができるものである。
そして、水槽４０は、側面の陥入部が簡素な形状（平面視台形状）になり、面対称であることから、樹脂成形性に優れ、かつ、寸法精度および面精度が向上すると共に、製造コストが安価になる。また、清掃が容易で、取り扱い易く、また、見た目にすっきりし、意匠性を高められている。

なお、以上は説明の便宜上、反射透過部５６を形成する投光面４２と傾斜面４４とが面対称形状であるものを例示しているが、本発明の水槽はこれに限定するものではない。
例えば、投光面４２と傾斜面４４とが非対称形状であって、水槽４０内に空気がある場合（投光部５１から発せられた光の光路上に水がない場合に同じ）に、投光部５１から発せられた光が投光面４２および受光面４４において主に全反射して、受光部５２に到達し、一方、水槽４０内に水がある場合（投光部５１から発せられた光の光路上に水がある場合に同じ）に、投光部５１から発せられた光が投光面４２において主に屈折透過して受光部５２に到達しないものまたは到達困難なものであればよい。
また、反射透過部５６の大きさや形状も限定するものではない。例えば、断面略台形形状の凹部に内鍋９０の一部が侵入可能なように、平行面４３を拡げると共に、投光面４２および傾斜面４４を内鍋９０の一部に沿って長く（凹み量を拡大するに同じ）してもよい。また、例えば、断面略台形状に替えて、平行面４３を具備しない断面略Ｖ字状あるいは断面略Ｌ字状であってもよい。
さらに、蒸気パイプ３１を水槽４０の外部に配置して、蒸気パイプ３１の下端を水槽４０の低い位置（底面に近い位置）において水槽４０に連通させてもよい。
また、以上は、炊飯器２００の前面側に水槽４０を配置したが、本発明はこれに限定するものではなく、炊飯器２００の側面に沿って配置したり、隅部に配置したりしてもよい。

以上より、本発明の蒸気回収装置は、水槽に貯えられた水量を正確に検知することができるから、各種蒸気発生装置あるいは各種蒸気処理装置の全体または部分として広く利用することができる。

本発明の実施の形態１に係る加熱調理器を説明する模式的に示す斜視図。 図１に示す加熱調理器の基本的な構成部材を模式的に示す側面図等。 図１に示す加熱調理器における蒸気処理後の水温温度を示す相関図。 図１に示す加熱調理器に設置された蒸気回収装置の水位検知手段の原理を説明する平面視の断面図。 図１に示す加熱調理器に設置された蒸気回収装置の水位検知手段の配置を一部透視して示す斜視図。 本発明の実施の形態２に係る加熱調理器の基本的な構成部材を示す側面図。 図６に示す加熱調理器に設置された蒸気回収装置の水位検知手段の配置を模式的に示す正面図等。 図６に示す加熱調理器に設置された蒸気回収装置の水位検知の原理を説明する一部の拡大平面図。 図６に示す加熱調理器に設置された蒸気回収装置の水位検知手段の配置を一部透視して示す斜視図。

符号の説明

１ｒ〜６ｒ：光路、１ｓ〜６ｓ：光路、１０：本体、１１：下部筐体、１２：上部筐体、１３：内蓋、１４：ヒンジ部、１６：表示部、１７：操作部、１８：ロック解除ボタン、２０：水槽（実施の形態１）、２１：水槽後面、２２：投光側傾斜面、２３：投光面、２４：投光側凹部、２５：受光面、２６：受光側傾斜面、２７：受光側凹部、２９：水槽前面、３０：蒸気導管、３１：蒸気パイプ、４０：水槽（実施の形態２）、４１：水槽後面、４２：投光面、４３：平行面、４４：受光面、４９：水槽前面、５０ａ：下限水位検知部、５０ｂ：上限水位検知部、５１ａ：下限投光部、５１ｂ：上限投光部、５２ａ：下限受光部、５２ｂ：上限受光部、５５：反射透過部（実施の形態１）、５６：反射透過部（実施の形態２）、５６ａ：下限水位検知部、５６ｂ：上限水位検知部、９０：内鍋、１００：炊飯器（実施の形態１）、２００：炊飯器（実施の形態２）。

Claims (9)

1. 内部に貯溜される水によって蒸気を復水し回収する水槽と、
   該水槽に貯溜される水の水位を検知する光学式水位検知手段と、
   を有し、
   前記光学式水位検知手段は、前記水槽が傾斜したときと傾斜する前とで、前記水槽に貯溜される水の水面が略変動しない位置にて検知するように配置されることを特徴とする蒸気回収装置。
2. 前記光学式水位検知手段が、前記水槽の平面視における略中間部に配置されることを特徴とする請求項１記載の蒸気回収装置。
3. 前記水槽に貯溜される水の水面の平面形状が略線対称形または略点対称形であって、
   前記略線対称形の対称線上若しくは該対称線の近傍に、または前記略点対称形の対称点を通過して前記平面形状を二分する線上若しくは該線の近傍に、前記光学式水位検知手段が配置されてなることを特徴とする請求項１または２記載の蒸気回収装置。
4. 前記光学式水位検知手段が、光を発する投光部と光を受ける受光部とを具備し、
   前記投光部および前記受光部が、前記水槽に形成された平面視において凹状または凸状の反射透過部に対峙することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の蒸気回収装置。
5. 前記水位検知手段が、それぞれ前記水槽の底面から所定の高さに設置された下限水位検知手段および上限水位検知手段を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の蒸気回収装置。
6. 前記水位検知手段が検知した検知結果を表示する表示部を有することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の蒸気回収装置。
7. 前記反射透過部が平面視において断面略台形状または断面略三角形状であって、
   前記投光部から発せられた光の光路上に水がない場合、前記投光部から発せられた光が前記反射透過部において主に全反射して前記受光部に到達し、
   前記投光部から発せられた光の光路上に水がある場合、前記投光部から発せられた光が前記反射透過部から水中に主に屈折透過して前記受光部に到達困難または到達不能としていることを特徴とする請求項４乃至６の何れかに記載の蒸気回収装置。
8. 内鍋が着脱自在に収納される本体と、
   該本体の上部開口部を開閉自在に閉塞する蓋体と、
   前記本体に設置された請求項１乃至７の何れかに記載の蒸気回収装置と、
   前記内鍋において発生した蒸気を前記蒸気回収装置に取り込むための蒸気導管と、
   を有することを特徴とする加熱調理器。
9. 前記蒸気回収装置の水槽が前記本体の前面側で略全幅に渡って配置されるものであることを特徴とする請求項８記載の加熱調理器。

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