JP2013073938A - 調理容器に含まれる液体を加熱するための方法、及び誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導加熱装置によって、調理容器に含まれる液体を加熱するための方法を提供する。
【解決手段】誘導加熱コイルを有する共振回路を含み、前記方法は、ａ）共振回路のパラメータ値、特に共振回路の自然共鳴振動の継続期間（Ｔｐ）を連続的に決定すること、パラメータ値は、調理容器底部の温度に依存する、ｂ）予め規定された加熱電力設定値、特に最大加熱電力設定値で、特に調理容器底部に加熱電力を供給するために共振回路に高周波方形波電圧（ＵＲ）を付与すること、ｃ）液体の沸点を決定するためにパラメータ値の時間プロファイルを評価すること、ｄ）沸点が決定された後、予め規定された期間（ＴＲ）にわたって予め規定された量だけ加熱電力設定値を減少すること、ｅ）予め規定された期間が経過した後、現在のパラメータ値（ＰＭ）を決定し、記憶すること、及びｆ）記憶されたパラメータ値に依存する設定値にパラメータ値を調整することを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、誘導加熱装置によって、調理容器に含まれる液体を加熱するための方法、及びその方法を実施するための誘導加熱装置に関する。

誘導加熱装置では、交番磁界が誘導加熱コイルによって発生され、前記交番磁界は、加熱される調理容器（それは強磁性材料から構成される底部を有する）に渦電流を誘導し、磁化損失を作り、その結果として調理容器が加熱される。

誘導加熱コイルは、誘導加熱コイル及び一つ以上のコンデンサを含む共振回路の構成部品である。誘導加熱コイルは通常、フェライト芯を組み合わせて有する、平坦で螺旋巻きのコイルとして設計され、例えば誘導ホブのガラスセラミック表面の真下に配置される。この場合において、誘導加熱コイルは、加熱される調理器具と関連する共振回路の誘導部品及び抵抗部品を形成する。

共振回路を駆動又は励起するために、例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの主電源周波数を有する低周波数主電源ＡＣ電圧がまず整流され、次いで半導体スイッチによって高い周波数を有する励起又は駆動信号に変換される。励起信号又は駆動電圧は通常、２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの範囲の周波数を有する方形波電圧である。励起信号を発生するための回路はまた、（周波数）変換器と称される。

設定加熱電力設定値の関数として調理容器への加熱電力供給を設定するための様々な方法が知られている。

第一の方法では、励起信号又は方形波電圧の周波数は、出力もしくは供給される加熱電力、又は所望の電力変換の関数として変化される。加熱電力出力を設定するためのこの方法は、共振回路がその共振周波数で励起されるときに最大加熱電力が出力されることを利用する。励起信号の周波数と共振回路の共振周波数の間の差が大きいほど、出力される加熱電力が低い。

しかしながら、もし誘導加熱装置が複数の共振回路を持つなら、例えばもし誘導加熱装置が異なる誘導調理ポイントを持つ誘導ホブを形成し、異なる加熱電力が共振回路のために設定されるなら、干渉ノイズに導きうるうなりが励起信号の異なる周波数の重なりによって生じうる。

かかるうなりから生じる干渉ノイズを避ける加熱電力を設定するための一つの方法は、加熱電力の実効値が励起信号のパルス幅を変化することによって設定される一定の励起器周波数での励起信号のパルス幅変調である。しかしながら、高いスイッチオン及びスイッチオフ電流は、一定の励起器周波数でパルス幅を変化することによってこの種の実効値制御の場合において半導体スイッチで生成され、その結果として広帯域及び高エネルギー干渉スペクトルが生成される。

例えば特定の加熱時間プロファイルを生成し、沸点を決定し、かつ／又は自動調理機能を実現することができるためには、このように誘導加熱される調理容器底部の温度を決定することが望ましいことが多い。

ＤＥ １０ ２００９ ０４７ １８５ Ａ１は、誘導加熱装置及び方法を開示し、そこでは調理容器底部の温度依存強磁性が高い分解能で測定され、調理容器底部の温度を決定するために評価される。

本発明は、誘導加熱装置によって、調理容器に含まれる液体を加熱するための方法、及びその方法を実施するための誘導加熱装置を提供する目的に基づいており、その方法及び誘導加熱装置は、特にＤＥ １０ ２００９ ０４７ １８５ Ａ１に開示された測定原理に基づいて、温度制御可能な方法で沸騰を実施することができる。

本発明は、請求項１の特徴を有する方法、及び請求項８の特徴を有する誘導加熱装置によってこの目的を達成する。

この方法は、誘導加熱装置によって、調理容器に含まれる液体（例えば水）を加熱し、かつ沸騰しつづけるために使用され、誘導加熱装置は、誘導加熱コイルを有する共振回路を含む。この方法は、次の工程を含む：ａ）共振回路の少なくとも一つのパラメータ値、特に共振回路の自然共振周波数又は自然共振周波数に属する継続期間を連続的に又は周期的に決定すること、但し、そのパラメータ値は、調理容器の温度、特に調理容器底部の温度に依存する（特にＤＥ １０ ２００９ ０４７ １８５ Ａ１に記載）、ｂ）予め規定された加熱電力設定値、特に最大加熱電力設定値で、調理容器に、特に調理容器底部に加熱電力を供給する目的のために共振回路に高周波方形波電圧の形の駆動信号を付与すること、但し、共振回路への高周波方形波電圧の付与は、少なくとも一つのパラメータ値を決定する工程時に、特に主電源ＡＣ電圧のゼロ交差の領域で短かく中断されることが好ましい、ｃ）液体の沸点を決定するために、少なくとも一つのパラメータ値の時間プロファイルを評価するか、又はパラメータ値から誘導される変数の時間プロファイルを評価すること、例えば少なくとも一つのパラメータ値又は誘導される変数の変化を決定し、次いでその変化が予め規定された値より低いか又は高いか、特に予め規定された値より低いときに沸点が確立される、ｄ）沸点が決定された後、予め決められた期間にわたって予め規定された量だけ加熱電力設定値を減少すること、ｅ）予め規定された期間が経過した後、特に予め規定された期間が経過した直後、現在のパラメータ値を決定し、記憶すること、及びｆ）記憶されたパラメータ値に依存する設定値に少なくとも一つのパラメータ値を調整すること、但し通常の加熱電力決定変数は作動変数、例えば方形波電圧の周波数及び／又は方形波電圧のパルス幅もしくはパルス占有率として使用されることができる。本発明によれば、この種のパラメータ設定値は結果として自動化された方法で決定され、前記パラメータ設定値は最適な継続沸騰段階を有する継続した沸騰を可能にする。なぜなら、沸点が確認された後に設定されるパラメータ値は、設定値を計算するために理想的に好適であるからである。

発展例では、予め規定された期間は、１秒〜５０秒、好ましくは３秒〜２０秒の範囲にある。

発展例では、加熱電力設定値が予め規定された期間にわたって減少される予め規定された量は、設定継続沸騰段階の関数として、特に相対的に高い継続沸騰段階の場合に、予め規定された期間にわたる加熱電力設定値が相対的に低い継続沸騰段階と比較して少ない量だけ減少されるように決定される。

発展例では、パラメータ値の設定値は、記憶されたパラメータ値に等しい。

発展例では、加熱電力設定値は、予め規定された期間にわたって最大加熱電力設定値の１０％〜５０％に減少される。

発展例では、パラメータ値の設定値を決定するために、記憶されたパラメータ値からオフセット量が差し引かれる。そこでは設定継続沸騰段階が小さいほど、オフセット量が大きい。

発展例では、上述の工程の後、次の工程が行なわれる：パラメータ値から誘導される、例えば逆数を形成することによって誘導される変数又はパラメータ値の時間プロファイルを評価すること、例えば液体中への調理される製品の導入のため、パラメータ値又はパラメータ値から誘導される変数が監視時間間隔内で最大量より多く変化するとき、続く方策のための設定値に加熱電力設定値を調整すること、及び工程ｃ）〜ｇ）を繰り返すこと。もしパラメータ値または誘導される変数が監視時間間隔内で最大量より少なく変化するなら、液体は、例えばＰＩコントローラのための案内変数として前もって確認された設定値を使用して優しく再加熱されることができる。このようにして、調理される製品（これは液体に深刻な冷却効果を持つ）が最適な態様で導入されることができる。なぜなら、迅速な再加熱と次いで継続した沸騰が直ちに実施されることができるからである。

誘導加熱装置は、誘導加熱コイルを有する共振回路、及び上述の方法を実施するために設計される制御装置を有する。

本発明は、本発明の好ましい実施形態を示す図面を参照して以下に記載されるだろう。
図１は、誘導加熱コイルを有する共振回路を持ち、かつ制御装置を持つ誘導加熱装置を概略的に示す。 図２は、調理容器中の水の温度の時間プロファイル（その水は、図１に示される誘導加熱装置によって加熱される）、誘導加熱装置によって調理容器に供給される加熱電力の時間プロファイル、及び共振回路の自然共鳴振動の継続期間の時間プロファイルを概略的に示す。

図１は、誘導加熱コイル１及びコンデンサー２，３を有する共振回路４、及び電源装置７を有する誘導加熱装置９を概略的に示し、電源装置７は、従来の方法で例えば５０Ｈｚの主電源周波数を有する低周波数主電源ＡＣ電圧ＵＮを整流し、制御装置８によって制御され、次いで半導体スイッチ（図示せず）によって２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの範囲の周波数を有する方形波電圧ＵＲに前記電圧ＵＮを変換し、そこでは方形波電圧ＵＲは、調理容器５の強磁性底部に加熱電力を供給するために共振回路４又はその誘導加熱コイル１に付与される。

コンデンサー２，３は、従来のように中間回路電圧の極ＵＺＫ＋とＵＺＫ−の間で直列でループ化され、コンデンサー２，３の接続ノードは誘導加熱コイル１の接続部に接続されている。

誘導加熱装置９は測定手段（さらに詳細に示されず）を有し、測定手段は、共振回路４の自然共鳴振動の継続期間Ｔｐ（図２参照）の形で共振回路４のパラメータ値の連続的又は周期的な決定を可能にし、継続期間Ｔｐは調理容器底部の温度に依存し、即ち温度の増加とともに同様に増加する。なぜならば、実効インダクタンスは、調理容器底部の温度が増加すると増加し、それゆえ共振周波数が減少し、継続期間が対応して増加するからである。継続期間Ｔｐは、例えばマイクロコントローラのタイマーによって決定されることができる。

測定手段の設計及び基本的な機能、測定方法、及び加熱電力設定に関しては、ＤＥ １０ ２００９ ０４７ １８５ Ａ１を参照されたい。前記文献は、繰り返しを避けるためにこの点に関して参考として本明細書の内容に組み込まれる。

図２は、図１に示された誘導加熱装置９によって加熱される調理容器又はポット５中の水６の温度Θの時間プロファイル、誘導加熱装置によって調理容器５に供給される加熱電力Ｐ（定格加熱電力の％）の時間プロファイル、及び加熱及び続く沸騰のための本発明による方法が実施されるときの共振回路４の自然共鳴振動の継続期間Ｔｐの時間プロファイルを示す。

制御装置８は、共振回路４の自然共鳴振動の継続期間Ｔｐを連続的かつ周期的に決定し、この目的のために、加熱電力供給は短かく中断され、共振回路４の自然共振操作に対して切り換えがなされる。これらの段階は、低い時間分解能のため、図２に示されていない。

時間間隔Ｉでは、高周波方形波電圧ＵＲは、水６をできるだけ迅速に沸騰させるために最大加熱電力設定値で共振回路４に付与される。いわゆるブーストとしての最大加熱電力設定値は定格加熱電力の約１．６倍である。

制御装置８は、沸点を決定するために継続期間Ｔｐの時間プロファイルを評価する。時間間隔Ｉの終わりに、継続期間Ｔｐの増加は、予め規定された最小値以下に減少する。これは、水６が沸騰していることを示す。時間間隔Ｉの開始時の継続期間Ｔｐの短かい減少はその機能原理に固有のものであり、沸騰を示すものとして制御装置８によって評価されない。

続く時間間隔ＩＩでは、加熱電力設定値は、約２０秒の予め規定された期間ＴＲにわたって予め規定された量だけ減少され、そこでは予め規定された量は、使用者によって選択される続く沸騰段階の関数として決定される。

時間間隔ＩＩでは、水温Θは、水の高い熱容量のためにわずかにだけ減少するが、継続期間Ｔｐによって表わされるポット底部の温度は、値ＰＭに減少し、それは制御装置８に記憶され、それは案内変数として所望の続く沸騰電力に対応する。

続く時間間隔ＩＩＩでは、継続期間Ｔｐは、好適な加熱電力供給によって、記憶されたパラメータ値ＰＭに調整される。

沸点の自動識別後、多かれ少なかれ強力な続く沸騰が通常望まれる。続く沸騰の強さは、ポット５に供給される加熱電力に依存する。様々ないわゆる「ウォールディグリー（ｗａｌｌ ｄｅｇｒｅｅｓ）」は、様々な加熱電力を供給することによって達成されることができる。

この目的のため、誘導加熱装置９は、複数の選択可能な続く沸騰段階、例えば９つの異なる続く沸騰段階を与える。

段階１及び２は、７５〜９５℃の温度で煮立てるために与えられる。ポット底部の温度制御に対応する継続期間Ｔｐの制御又は温度制御は、それに応じてここで採用される。温度制御装置のための案内変数ＰＭは沸点から導かれる。この目的のため、沸点が識別された後、電力は定格又は最大電力の約１０％〜２０％に低下されることができ、約３秒〜２０秒後、継続期間の現在の測定値ＰＭから、図２に示されたのと同じ方法ではなく、段階１において約１５Ｋに相当するオフセット量を、及び段階２において約５Ｋに相当するオフセット量をマイナスしたものが、温度制御装置又は継続期間制御装置のための案内変数として採用される。

段階３〜９は、最小の続く沸騰電力を割り当てられ、それはアンダーシュートされてはならず、所望のウォールディグリーに依存して使用者によって選択されることができる。

沸騰工程を継続するために、食品が添加された後であっても、使用者が何ら行動をとる必要性なしで、続く沸騰状態が維持されるか又は再び迅速に達成されることが有益である。これは、図２に示されるように、沸点が検出された後に選択された続く沸騰段階に対応する値に加熱電力を低下することによって確保され、継続期間Ｔｐの測定された値ＰＭは、数秒、例えば３〜２０秒の落ち着き時間後に設定値として採用される。ポット底部の温度はこの設定値に調整されることができ、そこでは最小加熱電力は、続く沸騰段階に従って選択されたウォールディグリーに対して設定加熱電力の値より低く低下することができない。

食品が添加されるとき、ポット底部で検出されかつ続く加熱のために使用されることができる温度は一般に低下する。食品の種類に依存して、様々な続く加熱方策を使用することができる。それゆえ、高い泡立ち傾向を有する食品に対しては、穏やかな続く加熱が選択されることができ、一方、泡立ち傾向が全くない食品に対しては強力な続く加熱が適用されることができる。

食品の添加は、沸騰温度の変化を起こしうる。これは、定格の続く沸騰電力で確立される設定温度（始めに測定された沸騰温度）より高い又は低い温度によって検出されることができる。この場合において、設定温度が修正される。

ポット底部の温度は、食品によって吸収される熱のために食品の添加直後に低下する。食品の種類及び量によって、小さい又は大きい温度変化が生み出される。温度変化の大きさ及びスピードによって、様々な続く加熱戦略が本発明に従って適用されることができる。例えば、１０秒未満の３Ｋより多い低下は、沸騰が再び確認されるまで高い電力（＞７５％）での強力な一定の続く加熱に導き、沸騰が再び確認されたら、強力な続く加熱が終了される。

温度のより小さい低下は、例えばＰＩコントローラのための案内変数として前に検出された設定変数での穏やかな続く加熱に導く。

継続期間の形の共振回路のパラメータ値の代わりに、他の／追加のパラメータ値、例えば共振回路電圧の大きさ、誘導加熱コイルを横切る電圧、共振回路電流の大きさ、及び／又は共振回路電圧と共振回路電流の間の位相シフトを使用することもできることは言うまでもない。

本発明は、並列共振回路又は直列共振回路（フルブリッジ駆動）において使用できることは言うまでもない。

Claims (8)

1. 誘導加熱装置（９）によって、調理容器（５）に含まれる液体（６）を加熱するための方法であって、誘導加熱装置が、誘導加熱コイル（１）を有する共振回路（４）を含み、前記方法が以下の工程を含むことを特徴とする方法：
   ａ）共振回路のパラメータ値、特に共振回路の自然共鳴振動の継続期間（Ｔｐ）を連続的に決定すること、但し、そのパラメータ値は、調理容器、特に調理容器底部の温度に依存する、
   ｂ）予め規定された加熱電力設定値、特に最大加熱電力設定値で、調理容器に、特に調理容器底部に加熱電力を供給する目的のために共振回路に高周波方形波電圧（ＵＲ）を付与すること、
   ｃ）液体の沸点を決定するためにパラメータ値の時間プロファイルを評価すること、
   ｄ）沸点が決定された後、予め規定された期間（ＴＲ）にわたって予め規定された量だけ加熱電力設定値を減少すること、
   ｅ）予め規定された期間が経過した後、現在のパラメータ値（ＰＭ）を決定し、記憶すること、及び
   ｆ）記憶されたパラメータ値に依存する設定値にパラメータ値を調整すること。
2. 予め規定された期間が１秒〜３０秒の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 加熱電力設定値が予め規定された期間にわたって減少される予め規定された量が、設定継続沸騰段階の関数として決定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. パラメータ値の設定値が、記憶されたパラメータ値に等しいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 加熱電力設定値が、予め規定された期間にわたって最大加熱電力設定値の１０％〜５０％に減少されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
6. パラメータ値の設定値を決定するために、記憶されたパラメータ値からオフセット量が差し引かれ、設定継続沸騰段階が小さいほど、オフセット量が大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 以下の工程を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の方法：
   −パラメータ値の時間プロファイルを評価すること、及び
   −パラメータ値が監視時間間隔内で最大量より多く変化するとき、
   −続く方策のための設定値に加熱電力設定値を調整すること、及び
   −工程ｃ）〜ｆ）を繰り返すこと。
8. 以下のものを有することを特徴とする誘導加熱装置（９）：
   −誘導加熱コイル（１）を有する共振回路（４）、及び
   −請求項１〜７のいずれかに記載の方法を実施するように設計された制御装置（８）。

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