JP2015139588A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】清掃性を損ねることなく、局所沸騰させることが可能な誘導加熱調理器を提供する。
【解決手段】加熱調理器１００は、本体１と、磁力線を透過する鍋基材で構成され、本体１に着脱自在に収容される鍋状容器５と、本体１に設けられ、鍋状容器５を誘導加熱する加熱コイル１０と、鍋状容器５に設置され、鍋基材よりも磁力線を透過しにくい磁性材１４と、を有している。
【選択図】図３Ｂ

Description

本発明は、鍋状容器に渦電流を誘起して、鍋状容器を加熱する誘導加熱調理器に関するものである。

従来の加熱調理器では、加熱調理器の一種である炊飯器において、「炊飯器本体と、前記炊飯器本体に装備する鍋と、前記鍋を加熱する加熱手段と、前記炊飯器本体を覆う蓋と、前記鍋の温度を検出する鍋温度検出手段と、前記鍋温度検出手段の出力に応じた所定の炊飯シーケンスに従って前記加熱手段を制御する加熱制御手段とを備え、前記鍋は底部内面にディンプルを複数設け、前記ディンプル形成部より中央側に鍋中心を中心とする環状に形成する壁部を設ける」ようにしたものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１０２９２５号公報（図１等）

特許文献１に記載されているような従来の加熱調理器では、鍋底に沸騰核の形成を促すディンプル形状と、ディンプルで発生した気泡を上昇させるために環状に形成した壁部を設けて、炊上工程の初期に鍋の略中央部にかに穴を生成する構成としていた。

鍋などの調理容器の底面及び側面は、通常、清掃性の観点から凹凸はできるだけ避けて作られている。また、鍋内部にディンプルなどの凹凸を設けることは、鍋の清掃作業の際に汚れつまりの原因になったり、塗装はがれの基点となったりする可能性がある。

また、ディンプルなどの凹凸は、鍋状容器が板金プレス加工で生成されている場合には、プレスして底面を押し上げることとなり、コイルからの距離が離れることとなる。コイルからの距離が離れるということは、誘導加熱の効果を妨げる方向に働くことを意味し、局所的に加熱効率が下がり、ひいては温度が下がる傾向になるという課題が生じる。
また、鍋状容器が別の成型手段や削り加工などで生成されている場合、ディンプルなどの凹凸の部分だけ、熱容量が大きくなる。そのため、やはり局所的かつ相対的に温度が下がりやすくなってしまうという課題が生じる。

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あり、清掃性を損ねることなく、局所沸騰させることが可能な誘導加熱調理器を提供することを目的としている。

本発明に係る誘導加熱調理器は、本体と、磁力線を透過する鍋基材で構成され、前記本体に着脱自在に収容される鍋状容器と、前記本体に設けられ、前記鍋状容器を誘導加熱する加熱手段と、少なくとも前記鍋状容器の内面部に設置され、前記鍋基材よりも磁力線を透過しにくい磁性材と、を有しているものである。

本発明の誘導加熱調理器によれば、磁力線を透過しやすい鍋状容器に対して、磁力線を吸収して発熱しやすい磁性材を設置したので、磁性材の発熱により、局所的に沸騰させることで、沸騰核を形成しやすくし、沸騰時の蒸気の通り道を生成しやすくできる。

本発明の実施の形態に係る誘導加熱調理器の構成の一例を概略的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る誘導加熱調理器の要部断面を示す要部断面図である。 本発明の実施の形態に係る誘導加熱調理器の鍋を透過する磁力線を模式的に示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る誘導加熱調理器の鍋を透過する磁力線を模式的に示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る誘導加熱調理器の沸騰泡生成時の状態を模式的に示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る誘導加熱調理器の鍋の磁性材の配置例を示す上面図である。 本発明の実施の形態に係る誘導加熱調理器の鍋の磁性材の別の配置例を示す上面図である。

以下、本発明に係る誘導加熱調理器の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

図１は、本発明の実施の形態に係る誘導加熱調理器（以下、加熱調理器１００と称する）の構成の一例を概略的に示す斜視図である。図２は、加熱調理器１００の要部断面を示す要部断面図である。図１及び図２に基づいて、加熱調理器１００の構成及び動作について説明する。この加熱調理器１００は、被加熱物（米や水等）を入れた鍋状容器（鍋５）が挿入され、鍋５に渦電流を誘起して加熱する誘導加熱調理器である。

加熱調理器１００は、本体１を備えている。本体１の内部には、被加熱物１５を入れて調理できる鍋５が着脱自在に収容可能になっている。つまり、本体１には、鍋５が挿入可能な開口部が形成されている。そして、外蓋２が、本体１の開口部を上面から開閉自在に覆うようになっている。外蓋２は、閉じられたときに、本体１に設けられている係止部などでひっかけて閉じる方式となっている。そして、外蓋２が本体１の開口部を閉じた状態で係止部が外れると図示省略のヒンジを支点として外蓋２が上方へ開く仕組みとなっている。

また、外蓋２の上面には、操作パネル３が設けられている。操作パネル３は、加熱調理器１００の加熱時間や仕上がりなどを設定入力し、かつ設定や運転状態を表示するものである。また、操作パネル３は、図示しない制御装置に対して、設定された内容に対応した制御信号を送信する。制御装置は、受信した制御信号により、加熱調理器１００の加熱状態をコントロールする。具体的には、制御装置は、後述する加熱コイル１０などの加熱手段に対して、加熱量や時間を指示し、適切な調理仕上がりになるよう加熱調理を実施する。なお、操作パネル３のうち操作部分とパネル部分とを別々に設ける構成としてもよい。

外蓋２には、蒸気カートリッジ４が着脱可能に取り付けられる。蒸気カートリッジ４は、本体１の内部の被加熱物１５が加熱された際に発生する蒸気を逃がす作用と、蒸気の凝縮水や被加熱物の吹き零れを受けて被加熱物側に戻す作用と、を有する。

鍋５は、上面のみ開口した略円筒状、厚みはおよそ５ｍｍの容器である。開口側の端部はフランジを有しており、持ちやすさや収納しやすさに配慮した構成となっている。使用者は、鍋５に被加熱物１５を投入して加熱を実施する。被加熱物１５は、例えば水と米からなる米飯や、肉、野菜、液体と調味料からなるカレーが挙げられるが、調理種を特に限定するものではない。

鍋５の底部外側には鍋温度センサ６が設けられている。鍋温度センサ６は、一例としてサーミスタにて構成され、本体１の底面部からバネにて上方に付勢されることで、鍋５に接触し、鍋５の温度を検知する。鍋温度センサ６は、温度に応じて、検知電圧として図示しない制御装置に信号として送信する。制御装置は、取得した検知電圧から鍋５の温度を推定することで、鍋５の目的温度に対して熱源のフィードバックをかける。こうすることで、被加熱物１５を所望の仕上がりとする役割を果たす。

外蓋２の本体１側には内蓋７が設置されている。具体的には、内蓋７は、外蓋２に対して、鍋５側に対向すべく着脱可能に設置されている。内蓋７は、被加熱物１５の付着等により汚れた場合には水洗いが可能なように、フッ素加工を施して撥水性を持たせている場合もある。

内蓋７の外周には蓋パッキン８が設けられている。蓋パッキン８は、鍋５のフランジ部と内蓋７とを接触および密閉する作用を有する。つまり、蓋パッキン８は、本体１の側面からの蒸気漏洩や熱漏洩による効率低下回避、使用者に対する高温蒸気接触の危険性回避の役割を果たす。

鍋５に底部外側には、加熱手段である加熱コイル１０が設けられている。加熱コイル１０は、インバータ回路（図示せず）から高周波電流が供給され、高周波磁界を発生することで加熱コイル１０と磁気結合した鍋５の加熱コイル対向面とが励磁され、鍋５の底面に渦電流が誘起される。この渦電流と鍋５の持つ抵抗によりジュール熱を生じ、鍋５の底面が発熱して加熱が行われる。

なお、本体１の内部にはコイルベース９が設置されている。コイルベース９は、外側が加熱コイル１０を固定可能になっており、内側が鍋５を収納できる形状となっている。

また、鍋５および被加熱物１５は、内蓋７に設けられた蓋ヒータ１１、コイルベース９に設けられた胴ヒータ１２からも加熱される。

蓋ヒータ１１は、外蓋２と内蓋７の間に設けられており、ニクロム線などで構成され、被加熱物１５や鍋５を上部から加熱する。蓋ヒータ１１は、鍋５の底面を加熱する加熱コイル１０の出力として比して小さい出力のものであり、補助的な加熱源として利用する。蓋ヒータ１１は、内蓋７に付着する凝縮水を低減させる作用もある。

胴ヒータ１２は、コイルベース９の外側に設けられており、ニクロム線などで構成され、鍋５や被加熱物１５を側面から加熱する。蓋ヒータ１１と同じく、胴ヒータ１２は、補助的な加熱源であるが、鍋５との距離が近いため、蓋ヒータ１１と比較して鍋５ならびに被加熱物１５を加熱する効果は高い。

次に、鍋５の構成と加熱動作について説明する。
鍋５は、磁力線を透過しやすい鍋基材を有している。鍋基材は、非磁性、高抵抗のカーボン焼結体（炭素を主成分とする焼結体）で構成されている。カーボン焼結体は、比透磁率が略１であり、誘導加熱に適さないと思われがちだが、ＳＵＳ３０４同等の抵抗率（７．２×１０^−７Ωｍ）を有している。式（１）で表されるように、投入される鍋５への電力としてはコイル電流、周波数などを適切に選択すれば、十分に電磁誘導加熱が可能である。また、カーボン焼結体は熱伝導率がよいため、短時間に鍋の温度が均一に上昇しやすい特性を持つ。

ところで、誘導加熱を検討する際に用いられる重要な指標として、電流浸透深さがある。渦電流の表皮効果により、電流密度が０．３６８倍に減少する点が浸透深さであり、この数値が大きい方が、被加熱材の奥まで加熱されやすいことを意味している。電流浸透深さは、式（２）で表すことが可能である。

ここで、周波数２０ＫＨｚと想定した場合、加熱調理器１００の鍋５を構成しているカーボン焼結体の電流浸透深さは式（２）から１１ｍｍとなる。鍋５の鍋厚みが５ｍｍの場合は、「浸透深さ」＞「鍋厚み」の関係にあることがわかる。すなわち、磁気結合における磁力線は、カーボン焼結体の鍋５で全量発熱として利用されない状態、言い換えれば磁力線が突き抜けるような関係にあることがわかる。

図３Ａ及び図３Ｂは、加熱調理器１００の鍋５を透過する磁力線を説明するための模式図である。図３Ａは、加熱調理器１００に磁性材を設置しない場合の鍋５を透過する磁力線を示している。図３Ｂは、加熱調理器１００に磁性材を設置した場合の鍋５を透過する磁力線を示している。図３Ａ及び図３Ｂに基づいて、加熱調理器１００の鍋５を透過する磁力線について詳しく説明する。図３Ａ及び図３Ｂに示す矢印は、磁力線１６を表している。

図３Ａから、加熱コイル１０の電流の周辺には磁界が発生していることがわかる（図３Ａに示す磁力線１６）。磁力線１６は、鍋５の壁面を通りこして鍋５の内側まで通り抜けている。

加熱調理器１００は、図３Ｂに示すように、鍋５の内面部に磁性材１４を設置するようにしている。磁性材１４は、鍋基材よりも磁力線を透過しにくい材料で構成されている。磁性材１４としては、一例としてフェライト、あるいはフェライトを含んだ混合金属粉、あるいは磁性を持ったステンレス材が挙げられる。または、鉄粉などで磁性材１４を構成してもよい。なお、鍋基材よりも磁力線を透過しにくい材料とは、鍋基材よりも透磁率が小さい材料のことである。

図３Ｂに示す通り、鍋５の基材を通り抜けた磁力線１６は、鍋５の内面に位置する磁性材１４を発熱させる分布となる。磁性材１４の浸透深さは、１ｍｍ以下〜数μｍであるので、略薄い磁性材を設置することで磁力線１６を有効利用して発熱することが可能となる。

磁性材１４は、鍋５の表面に定着性を高めるブラストをかけた後に塗装する方法、噴霧器やスパッタリングなどを用いて蒸着や溶着する方法、シート状の磁性材料を接着剤などで接着する方法、鍋５の表面に設置部を設けて嵌めこんで接合する方法などを適用することで設置可能である。

なお、鍋５の内面であって、磁性材１４の上層には保護塗装１３が設けられている。保護塗装１３は、例えばフッ素塗装などで構成される。保護塗装１３を設けることにより、鍋５の内側の撥水性を高めることで使用者の清掃しやすさを確保することができるとともに、鍋５の基材および磁性材１４を保護できる。磁性材１４は、極めて薄い構成（２０〜３０μｍ）とすることができるので、上層に５０〜数百μｍの保護塗装１３を形成しても、定着性に与える影響は小さい。また、実使用上、鍋５の内側は、ぼほ段差のない構成（つまり平滑に）することが可能である。そのため、使用者の清掃性を損ねることなく、磁性材１４の適用が可能となる。

図４は、加熱調理器１００の沸騰泡生成時の状態を模式的に示す模式図である。図４に基づいて、加熱調理器１００の沸騰泡生成時の状態について説明する。

磁性材１４は、電流浸透深さが極めて小さく（１ｍｍ以下〜数μｍ）、鍋５を通り抜けてくる磁力線１６を吸収して発熱する。そのため、磁性材１４が設置してある箇所は、設置していない箇所より高温となる。加熱を続けていくと、高温部から上昇対流が促進されるとともに、沸騰温度近くまで上昇した際には、局所的に飽和温度以上となって沸騰泡１７が発生する（局所沸騰）。

この沸騰泡１７は、被加熱物１５に対して、攪拌効果を有する。加えて、沸騰泡１７は、米飯のような最終的に液体が略消失するような食品に対しては、調理終了時にいわゆる「カニ穴」を形成することにも寄与している。「カニ穴」が形成されると、鍋５の底面部から蒸気を上部に通すことができ、蒸気による熱伝達と、鍋５の底面に残りがちな水分の除去を促して、食品の仕上がりを向上させる効果を一層有することになる。

図５は、加熱調理器１００の鍋５の磁性材１４の配置例を示す上面図である。図６は、加熱調理器１００の鍋５の磁性材１４の別の配置例を示す上面図である。図５では、磁性材１４をランダムに配置した状態を示している。図６では、磁性材１４を周状及び周期的に配置した状態を示している。図５及び図６に基づいて、磁性材１４をランダム配置した場合の作用効果について説明する。

図５に示すように、鍋５の内部に効率よく発熱される部分（つまり磁性材１４の設置箇所であり沸騰核となる部分）をランダムに配置することにより、被加熱物１５の煮込み時の対流を乱した形で構成でき、例えば食材に対する味の浸透や味の均一性などを高める効果が得られる。

また、図６に示すように、磁性材１４を周状及び周期的な配置とすることも可能である。高温となる部分（つまり磁性材１４の設置箇所であり沸騰核となる部分）を周状及び周期的に配置することで、鍋５の底面中央から上昇して側面へ流れる対流、あるいは逆に、側面上部から底面中央へ下がっていく方向に流れる対流などの実現可能となり、所望の方向への対流実現が可能となる。例えば、麺茹でなどでは、対流により麺が動かされるため、団子状に麺が固まったりする不具合なく、麺に効率的に熱を与えることが可能となるなどの効果を発揮する。

磁性材１４を周状に配置するとは、磁性材１４をリング状に配置することである。磁性材１４を周期的に配置するとは、同様な形状の磁性材１４を所定の間隔で周方向に配置することである。なお、図６では、磁性材１４を周状及び周期的に配置したものを例に示しているが、磁性材１４を周状又は周期的な配置としてもよい。

本発明の活用例として、鍋状容器を有する業務用及び家庭用の誘導加熱調理器に適用することが可能である。

１ 本体、２ 外蓋、３ 操作パネル、４ 蒸気カートリッジ、５ 鍋、６ 鍋温度センサ、７ 内蓋、８ 蓋パッキン、９ コイルベース、１０ 加熱コイル、１１ 蓋ヒータ、１２ 胴ヒータ、１３ 保護塗装、１４ 磁性材、１５ 被加熱物、１６ 磁力線、１７ 沸騰泡、１００ 加熱調理器。

Claims (9)

1. 本体と、
   磁力線を透過する鍋基材で構成され、前記本体に着脱自在に収容される鍋状容器と、
   前記本体に設けられ、前記鍋状容器を誘導加熱する加熱手段と、
   少なくとも前記鍋状容器の内面部に設置され、前記鍋基材よりも磁力線を透過しにくい磁性材と、を有している
   ことを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 前記鍋基材は、
   炭素を主成分とする焼結体にて構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱調理器。
3. 前記鍋基材の厚さは、
   前記鍋基材の電流浸透深さよりも薄い
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の誘導加熱調理器。
4. 前記磁性材は、
   塗装、蒸着、接着、接合のいずれかにより、前記鍋状容器の内面部に設置されている
   ことを特徴とした請求項１〜３のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。
5. 前記磁性材の上層に撥水性を有する保護塗装を設ける
   ことを特徴とした請求項１〜４のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。
6. 前記保護塗装は、
   前記鍋状容器の内側を平滑にする
   ことを特徴とする請求項５に記載の誘導加熱調理器。
7. 前記磁性材は、
   複数個所に設置される
   ことを特徴とした請求項１〜６のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。
8. 前記磁性材は、
   ランダム配置される
   ことを特徴とした請求項７に記載の誘導加熱調理器。
9. 前記磁性材は、
   周状及び周期的の少なくともいずれかに配置される
   ことを特徴とした請求項７に記載の誘導加熱調理器。

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