JP2013251136A - 加熱調理器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】演算部22は、トッププレート2の表面と被加熱物の底面との間の隙間距離を推定する隙間量判定処理を行うステップと、推定した隙間距離に応じて第一の補正係数及び第二の補正係数の少なくとも一方を導出するステップと、赤外線温度検知部24の出力値に第一の補正係数を掛けて赤外線温度補正値を得るステップと、トッププレート温度検知部25の出力値に第二の補正係数を掛けてトッププレート温度補正値を得るステップと、赤外線温度補正値からトッププレート温度補正値を差し引いた値を被加熱物温度とするステップとを含む被加熱物温度検知処理を実行する。
【選択図】図15
Description
また、バンドパスフィルターによって赤外線センサに受光されるトッププレートからの放射線の割合が小さくなっているとはいっても、鍋を加熱していくとトッププレートの温度も上昇し、赤外線センサはトッププレート自身が放射する赤外線放射エネルギーも受光する。したがって、鍋からの赤外線のみを抽出するためには、赤外線センサの出力からトッププレートからの赤外線放射エネルギー分を除かなくてはならない。
また、エネルギー計算は、ステファン・ボルツマンの式で示される通り出力温度に対して4乗の計算式となり、計算負荷が増大することとなる。
[加熱調理器の構成]
図1は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器の上面図である。
誘導加熱調理器100は、本体1と、本体1の上面に配置されるトッププレート2とを有し、トッププレート2の上に載置される鍋やフライパン等の被加熱物を、本体1の内部に設けられた誘導加熱手段により加熱する。本実施の形態1では、トッププレート2の左側手前、右側手前、及び中央側奥に、それぞれ加熱口6が設けられている。なお、以降の説明では、被加熱物のことを「鍋」と称する場合がある。
トッププレート2に設けられた加熱口6の下部には、加熱コイル14が配置されている。本実施の形態1では、加熱コイル14は、略環状の内側加熱コイル14aと、その外側に設けられた略環状の外側加熱コイル14bとを備えた二重環形状である。内側加熱コイル14aと外側加熱コイル14bとの間には略環状の隙間が設けられており、この隙間を、隙間15と称する。加熱コイル14は、加熱コイル14を収容する加熱コイル支持部16により、トッププレート2の下面との間に所定距離をおいて保持されている。
ここで、赤外線センサ12として用いられるサーモパイルセンサの構成例を説明する。
図3(a)は、集光レンズ型のサーモパイルセンサ(赤外線センサ12)を示している。図3(a)に示す赤外線センサ12は、上面に設けられた凸形状の集光レンズ121と、内部に設けられたサーモパイルチップ122及び自己温度検出サーミスタ123とがパッケージ化されたものである。集光レンズ121を凸形状とすることで、赤外線センサ12の視野範囲を絞り、外乱光の影響を抑制している。
図4は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器のトッププレートの透過特性を示すグラフである。図4のグラフは、厚さ約4mmの耐熱性の高い結晶化ガラスで構成されたトッププレート2の透過率τを一例として示している。また、図5は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器のトッププレートの透過特性と各温度での分光放射輝度曲線との関係を示すグラフである。図5では、鍋の温度が150℃、200℃、250℃である場合の分光放射輝度曲線とトッププレート2の透過率τとを示している。
赤外線センサ12は、加熱コイル14の近傍を流れる冷却風が直接当たらないように、周囲をセンサケース18で覆われている。赤外線センサ12の周囲の雰囲気温度が一様となるように、赤外線センサ12はセンサケース18に空間距離を保ちながら保持されている。センサケース18は、加熱コイル支持部16にタッピングネジなどで止められる、あるいは加熱コイル支持部16と一部が一体で形成されるなどしており、トッププレート2と赤外線センサ12との間の距離が一定に保たれている。
なお、トッププレート2のどのような位置に被加熱物である鍋が載置されるかは不定であり、また鍋の形状も不定であるため、より広い範囲の温度を検出し、かつ低コストで実現することを優先させて、赤外線温度検知部24とトッププレート温度検知部25とを離して配置しても構わない。
火力設定キー31は、「弱火」キー、「中火」キー、「強火」キー、及び「3kW」キーで構成されており、使用者は、これらのキーを用いて4段階の火力のいずれかを設定することができるようになっている。火力に応じて個別にキーを設けることで、使用者は、必要な火力の設定を一回の操作で入力できるようになっている。
(構成)
次に、鍋の温度の推定に関連する構成について、さらに説明する。
赤外線センサ12は、上述の通り、鍋底から放射される赤外線エネルギーと、トッププレート2が熱伝導により加熱されることによってトッププレート2の下面から放射される赤外線エネルギーとを検出することとなる。
また、赤外線センサ12の集光面(図3に例示した集光レンズ121、平板124)の上面と下面の少なくとも一方には、ZnS、SiO、Ge等の薄膜が蒸着され、薄膜の膜厚や量により3.0μm〜4.5μmの波長帯域にピーク値で50%以上の透過率を有するバンドパスフィルターを有している。
まず、トッププレート2の放射特性は、キルヒホッフの法則[吸収率(α)+透過率(τ)+反射率(ρ)=1]により示される。トッププレート2の透過率τの透過特性は図4にて示されており、また、トッププレート2は、3.0μm〜4.5μmの領域では反射よりも吸収が大部分を占めている。
このため、上述のキルヒホッフの法則より、吸収率(α)=放射率(ε)で表され、トッププレート2の放射特性は、図7のように表される。
ただし、3.0μm〜4.5μm以外の波長領域、特にトッププレート2の放射特性の影響の大きい波長領域(4.5μm〜10μm)は、前述のバンドパスフィルターにて遮られて赤外線センサ12にほとんど受光されない。
図8は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器のバンドパスフィルターの透過特性の一例を示すグラフである。図8では、バンドパスフィルターの透過特性とトッププレート2の透過特性とを並べて表示している。バンドパスフィルターは、3.4μm〜4.2μmの範囲に最大90%程度の透過率を有するフィルターとなっている。なお、図8で例示するバンドパスフィルターは、2.8μmよりも波長の短い領域にも透過特性を有しているが、トッププレート2の放射特性、透過特性を勘案するとこの波長領域はトッププレート2からの放射の影響を受ける領域ではないため、バンドパスフィルターにより当該領域を遮蔽する必要はない。
隙間量判定処理とは、鍋の底面とトッププレート2の表面との間の隙間距離を推定する処理である。ここで、隙間距離とは、鍋の底面とトッププレート2の表面との間の隙間の高さ距離をいい、鍋の底面がトッププレート2の表面から浮いている高さをいう。鍋の底面が反っている場合や、トッププレート2と鍋との間に物が挟まっているような場合等には、鍋底面とトッププレートとの間に隙間(空気層)ができるので、その隙間の高さ距離を検出する。
このため、鍋底とトッププレート2の表面との隙間距離を、接触式温度センサ17により検知される温度上昇量によって判定することができる。
本実施の形態1では、鍋底の放射率は、加熱開始から所定時間経過後の赤外線温度検知部24により検知される温度上昇値により判断される。赤外線温度検知部24の所定時間での温度上昇値を比較すると、放射率が高い鍋底においては温度上昇値が大きくなり、放射率が低い鍋底は温度上昇値が小さくなるため、このことを利用して鍋底の放射率を判定する。
次に、本実施の形態1の誘導加熱調理器100における実際の加熱制御と被加熱物の温度を検知する被加熱物温度推定処理について、揚げ物調理を例に図10〜図12のフローチャートを参照して説明する。図10は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器の隙間距離判定処理を中心に説明するフローチャートである。
図10において、電源がONされ(S101)、操作部3のメニューキー32にて揚げ物モードが選択されると(S102)、制御部23は、設定温度を決定する(S103)。揚げ物の温度は、料理メニュー(例えば、「てんぷら」、「とんかつ」、「から揚げ」等)によって異なるため、このような料理メニューが設定された場合にはその料理メニューに対応した温度に設定する。
次に、制御部23は、このときの赤外線温度検知部24の出力IR_t50を、Tir50として記憶部21に記憶させ、タイマーカウンタをスタートさせる(S202)。
次に、演算部22は、ステップS205で算出したTir80とTir50との差分値ΔT_IR(すなわち、加熱開始50秒後から80秒後の間の上昇値)と、図14に例示する差分値の閾値(ΔIRの閾値)とを対比して鍋の放射率を推定する放射率推定処理を行う(S206)。鍋の隙間距離に応じてトッププレート2からの赤外線の影響が異なるため、放射率を推定する際の閾値は、図14に示すように、鍋の隙間距離レベルに応じて異なる値を用いている。例えば、隙間距離がレベルG0である場合には、ステップS205で算出したΔT_IRと、レベルG0に対応するΔIRの閾値(40℃)とを対比することにより、鍋の放射率を推定する。なお、図14に示すテーブルは、実験等によって得た値のテーブルであり、予め記憶部21に記憶されているものである。
鍋の温度推定値Tn=α×IR−β×TH ・・・(1)
ただし、式(1)の符号は以下の通りである。
IR:赤外線温度検知部24の出力値
TH:トッププレート温度検知部25の出力値
α:第一補正係数
β:第二補正係数
しかしながら、マイコンなどの演算部22による4乗の計算は負荷が大きくなるため、本実施の形態1では、実験結果から求めた上記簡略的な式(1)を採用している。
図12は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器の予熱温度制御を説明するフローチャートである。図12では、鍋の温度推定値Tnに基づいて鍋を設定温度に到達させる際に、設定温度よりも高い温度に上昇してしまうこと、いわゆるオーバーシュートを防ぐ制御を説明する。
本実施の形態2で示す誘導加熱調理器は、基本的な構成は実施の形態1と同様である。本実施の形態2の誘導加熱調理器は、鍋底とトッププレート2との間の隙間距離、及び鍋底の反射率を判定する方法が実施の形態1と異なるものであり、本実施の形態2では、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
したがって、加熱開始から所定時間後までにおける、(赤外線温度検知部24の出力値−トッププレート温度検知部25の出力値)の関係式の傾きと変化量とに基づいて、載置されている鍋の隙間距離(浮き有り/無し)、及び放射率(放射率高/低)を判定することができる。なお、図17〜図19では、隙間距離については浮き有り/無しの2種類に区別し、放射率については放射率高/低の2種類に区別しているが、隙間距離及び放射率の区分数についてはこれらに限定されず、検知精度を考慮して任意の区分数を採用することができる。
Claims (19)
- 被加熱物が載置されるトッププレートと、
前記トッププレートの下に配置された加熱手段と、
前記トッププレートの下に設けられ、上方から放射される赤外線を検知する赤外線センサと、
前記赤外線センサの出力値を温度換算する赤外線温度検知手段と、
前記トッププレートの温度を検知するトッププレート温度検知手段と、
前記赤外線温度検知手段と前記トッププレート温度検知手段の検知結果に基づいて、被加熱物の温度の推定値である被加熱物温度を算出する演算部とを備え、
前記演算部は、
前記トッププレートの表面と前記被加熱物の底面との間の隙間距離を推定する隙間量判定処理を行うステップと、
推定した前記隙間距離に応じて第一補正係数及び第二補正係数の少なくとも一方を導出するステップと、
前記赤外線温度検知手段の出力値に前記第一補正係数を掛けて赤外線温度補正値を得るステップと、
前記トッププレート温度検知手段の出力値に前記第二補正係数を掛けてトッププレート温度補正値を得るステップと、
前記赤外線温度補正値から前記トッププレート温度補正値を差し引いた値を前記被加熱物温度とするステップとを含む被加熱物温度推定処理を実行する
ことを特徴とする加熱調理器。 - 前記演算部は、
前記加熱手段による加熱を開始してからの前記トッププレート温度検知手段の出力値の上昇量に基づいて、前記隙間量判定処理を行う
ことを特徴とする請求項1記載の加熱調理器。 - 前記トッププレート温度検知手段の出力値の上昇量は、前記加熱手段による加熱を開始したときの前記トッププレート温度検知手段の出力値に対する、加熱を開始してから所定時間が経過したときの前記トッププレート温度検知手段の出力値の上昇量である
ことを特徴とする請求項2記載の加熱調理器。 - 前記演算部は、
前記加熱手段による加熱を開始してからの前記赤外線温度検知手段の出力値の上昇量、及び推定した前記隙間距離に基づいて、前記被加熱物の底面の放射率を推定する放射率推定処理を実行し、
前記第一補正係数と前記第二補正係数の少なくとも一方を、推定した前記隙間距離及び前記放射率に基づいて導出する
ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の加熱調理器。 - 前記赤外線温度検知手段の出力値の上昇量は、前記加熱手段による加熱を開始して第一時間が経過したときの前記赤外線温度検知手段の出力値に対する、前記第一時間が経過した後に第二時間が経過したときの前記赤外線温度検知手段の出力値の上昇量である
ことを特徴とする請求項4記載の加熱調理器。 - 前記演算部は、
前記加熱手段による加熱を開始してからの前記トッププレート温度検知手段の検知結果及び前記赤外線温度検知手段の検知結果の関係式の変化量に基づいて、前記隙間量判定処理を行うとともに、前記被加熱物の底面の放射率を推定する放射率推定処理を実行し、
前記第一補正係数と前記第二補正係数の少なくとも一方を、推定した前記隙間距離及び前記放射率に基づいて導出する
ことを特徴とする請求項1記載の加熱調理器。 - 前記第二補正係数は、
前記放射率が同等であれば、前記隙間距離が大きい場合には前記隙間距離が小さい場合と比べて小さい値である
ことを特徴とする請求項4〜請求項6のいずれか一項に記載の加熱調理器。 - 前記第一補正係数は、
前記放射率が同等であれば、前記隙間距離が大きい場合には前記隙間距離が小さい場合と比べて大きい値である
ことを特徴とする請求項4〜請求項7のいずれか一項に記載の加熱調理器。 - 前記第一補正係数は、
前記隙間距離が同等であれば、前記放射率が高い場合には前記放射率が低い場合と比べて小さい値である
ことを特徴とする請求項4〜請求項8のいずれか一項に記載の加熱調理器。 - 前記第二補正係数は、前記隙間距離が同等であれば、前記放射率が高い場合には前記放射率が低い場合と比べて大きい値である
ことを特徴とする請求項4〜請求項9のいずれか一項に記載の加熱調理器。 - 前記演算部は、
前記隙間量判定処理の結果に基づいて前記トッププレートと前記被加熱物の底面とが接していると判定した場合には、前記トッププレート温度検知手段の出力値を、前記被加熱物温度とする
ことを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載の加熱調理器。 - 前記演算部は、
前記隙間量判定処理の結果に基づいて前記トッププレートと前記被加熱物の底面とが接していると判定した場合には、前記トッププレート温度検知手段の出力値と、前記赤外線温度検知手段の出力値のうち、高い値を前記被加熱物温度とする
ことを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載の加熱調理器。 - 前記被加熱物の温度を設定温度に保つための加熱制御を行う調理メニューの実行を指示する入力部を備え、
前記演算部は、前記入力部へ指示入力が行われると、前記被加熱物温度推定処理を実行する
ことを特徴とする請求項1〜請求項12のいずれか一項に記載の加熱調理器。 - 前記演算部は、
前記加熱手段による加熱を開始したときの前記トッププレート温度検知手段の検出値に応じて、前記隙間距離を推定する際の基準を異ならせる
ことを特徴とする請求項2、請求項3、並びに請求項2に従属する請求項4及び請求項5のいずれか一項に記載の加熱調理器。 - 複数の前記トッププレート温度検知手段を備え、
前記演算部は、前記複数のトッププレート温度検知手段の出力値のうち最も高い温度に基づいて、前記隙間量判定処理を行う
ことを特徴とする請求項2、請求項3、並びに請求項2に従属する請求項4及び請求項5のいずれか一項に記載の加熱調理器。 - 複数の前記トッププレート温度検知手段を備え、
前記演算部は、前記複数のトッププレート温度検知手段の出力値の平均値を用いて、前記隙間量判定処理を行う
ことを特徴とする請求項2、請求項3、並びに請求項2に従属する請求項4及び請求項5のいずれか一項に記載の加熱調理器。 - 前記赤外線センサは、
前記トッププレートの透過特性において赤外線を透過する波長帯域である3.0μm〜4.5μmに透過特性50%以上のピーク値を有するバンドパスフィルターを受光部上面に備えた
ことを特徴とする請求項1〜請求項16のいずれか一項に記載の加熱調理器。 - 前記バンドパスフィルターは、シリコンを基材として用いている
ことを特徴とする請求項17に記載の加熱調理器。 - 前記赤外線センサはサーモパイルである
ことを特徴とする請求項1〜請求項18のいずれか一項に記載の加熱調理器。
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