JP2017094127A - 誘導加熱用スイッチ回路付き容器を使用した誘導加熱システム - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、誘導加熱用スイッチ回路付き容器と渦電流温度計の温度制御を使用した誘導加熱システムという名称で2011年7月14日に出願され、出願番号が第61/572,265号である仮出願、および同一の名称で2012年6月28日に出願され、出願番号が第61/690,511号である第2の仮出願であって、参照によってそれらの全内容が本書に組み込まれた2つの仮出願に対する利益を請求する。
発明の分野
本発明は、広く、自身の各部分毎の磁気誘導ジュール加熱を区別させるように設計された、食物加熱鍋のような改良された誘導加熱可能物品に関する。より具体的には、本発明は、そのような物品、その物品を使用した誘導加熱アセンブリ、および対応する方法に関する。誘導加熱可能物品は、合成樹脂材料で形成され、その物品のそれぞれ異なる部分にそれぞれ隣接した複数のゾーンを有する1つ以上のサセプタコイルを含み、そのサセプタコイルは、加えられた交番誘導磁界の影響下でそれぞれ異なる部分にそれぞれ異なるレベルのジュール加熱をすることができるのが好ましい。本発明の別の1形態では、誘導加熱される高エネルギ効率の食物加熱/加温テーブルは、ユーザに選定された温度レベルで個別に区別して加熱することができる様々なサイズの鍋を備える。
従来、容器および鍋は、容器または鍋の内容物を所望の温度レベルに維持するために、所望の温度に能動的に維持された表面の壁を備えていた。例えば、通常、コーヒーを入れるための水タンクは、直立した円筒状のステンレススチールのタンク壁の周囲に巻き付けられた抵抗加熱素子を使用し、さらに、タンクの底壁に隣接した同様の素子を有する。抵抗素子を通って流れる電流は、素子を加熱し、タンクの外壁に取り付けられた、または水の中に配置された熱センサを使用した温度フィードバックによって温度調節する。
本発明は、上述の問題を解消し、交番誘導磁界の影響下で区別してジュール加熱することができる誘導加熱可能物品を提供する。概して言えば、その物品は、合成樹脂材料で形成されかつ底および底から上向きに延びる側壁構造体を有するボディを含む。そのボディには、少なくとも1つの誘導加熱可能なサセプタコイルが固定され、加えられた交番磁界の影響下でそのコイルの内部にジュール加熱を発生させ、それによってそのボディを加熱するように動作可能である。重要なのは、サセプタコイルが、そのボディのそれぞれ異なる部分にそれぞれ隣接した複数のゾーンを有し、加えられた交番磁界の影響下でそのボディのそれぞれ異なる部分にそれぞれ異なるレベルのジュール加熱をすることができることである。好ましい形態では、そのボディは、底壁および前述の底壁から上向きに延びる側壁構造体を有する食物加熱鍋であり、底壁および側壁構造体の内側表面は、共同で食物保持キャビティを定義する。
まず図3を参照すると、本発明に記載の食物保持鍋10が示されている。鍋10は、商用食品産業の中で一般に使用される4分の1サイズの鍋の標準的な形状および寸法を有し、底壁12ならびに対向する側壁16と対向する端壁18とを含む側壁構造体14を有する。壁12、16、および18の内側表面は、共同で食物保持キャビティ20を定義する。鍋10の上側エッジには、外側に延びた連続的な周辺の縁22が設けられる。さらに、鍋10は、複数のゾーンから成る埋め込まれたサセプタコイル24を備え、そのサセプタコイルは、合成樹脂(例えば、マイラー(Mylar)(R)またはカプトン(Kapton)(R))のベースシート26を含み、そのベースシートは、シート26の外側の面に装着されかつ全体が符号28によって示された一連の導電性パターン配線を有する。さらに、端壁18のコイル24の一部は、記載された目的にとって重要な金属の温度検出ディスク30を有する。
図4のサセプタコイル24は、薄い合成樹脂のベースシート26を含み、そのベースシートは、その上側の面の上に印刷されたパターン配線28を有する。図示された一実施形態では、パターン配線28は、連続的であり、銅で形成されるが、電気的に、銀またはカーボンインクのような他の導電性材料が使用されても良い。この一実施形態は、コイル24とさらには鍋10の所望の調節可能なワット密度のジュール加熱をするために、主としてパターン配線の厚さにおける変化に依存する。
図1および8に示されるように、サセプタコイル24を備えた鍋10が、誘導ヒータ89の誘導ワークコイル88の上に置かれ、交番磁界を創出するのに適したエネルギがワークコイル88に与えられた場合に、コイル24とさらには鍋10が加熱される。誘導ヒータ89は、ワークコイル88に加えて、インバータ回路89aおよびマイクロプロセッサ89bを含む。
図6は、同様に、図3に示されたタイプの4分の1サイズの鍋に使用するように意図された別のサセプタコイル90を示す。同様に、コイル90は、薄い合成樹脂の裏当てシート92、およびその上に形成されかつ全体が符号94によって示された一連のパターン配線を有する。コイル24の場合には、コイル90は、それぞれ異なるジュール加熱特性を有する一連のゾーン、即ち、鍋10の底壁12への装着用の底ゾーン96と、鍋10の底壁12および側壁構造体14の間のエッジまたは境界に隣接した位置への装着用の、ゾーン96を取り囲む周辺ゾーン98と、鍋10の端壁18への装着用の、外側に延びかつ対向する端壁ゾーン100および102と、鍋10の側壁16への装着用の、外側に延びかつ対向する側壁ゾーン104、106と、を有する。
コイル90を備えた鍋の動作中には、鍋は、図1に見られるようにワークコイル88の上に置かれ、コイル90に結合するワークコイルには、交番誘導磁界を創出するためのエネルギが与えられる。ゾーン96は、コイル90の一次的エネルギ伝達領域であり、対応する誘導ワークコイル88よりも大きいサイズである。ゾーン96は、同様に、サセプタコイル90およびワークコイル88を有する二次的変圧器の主要部分として作用する。
図7は、図1に示された合成樹脂のハーフサイズの鍋10aに使用するように意図された、2つの構成要素の誘導加熱コイルアセンブリ160を示す。コイルアセンブリ160は、一体の合成樹脂の裏当てシート165の上に形成された、同一かつ鏡像対称の2つのコイル162および164で構成される。コイル162、164は、互いに電気的に絶縁され、所定のワークコイル88に対して4分の1サイズの鍋用のコイルと同様に動作するように設計される。コイル162、164の性質は同一なので、コイル162だけが詳細に記載されるであろう。
図1および2は、デッキ226を支持する垂直レッグ224を有する食物加温または加熱テーブル222を示す。デッキ226は、凹部が形成され、デッキの上側表面よりも下方にガラスまたはセラミック材料で形成された非導電性の底壁228を有する。底壁228の下側には、それぞれワークコイル88を有する合計8つの同一の誘導ヒータ89が、そのワークコイルが露出した状態で固定される。8つのヒータ89がデッキ226の長手方向に沿って2つ1組で配置されていることが分かるであろう。凹部が形成されたデッキは、図1の左側端部に示された1対の4分の1サイズの鍋10、鍋10に直接隣接したハーフサイズの鍋10a、鍋10aに隣接したフルサイズの鍋10bのような様々な食物保持鍋を保持するように設計される。前述のように、4分の1サイズの鍋10のそれぞれは、単一のサセプタコイル24を備えるのに対して、ハーフサイズの鍋10aは、同一のコイル162、164を有するコイルアセンブリ160を備える。フルサイズの鍋10bは、それぞれコイル162、164を有する2つのコイルアセンブリ160に相当する物を有する。
テーブル222の動作がユニット230を通して制御されることが直ぐに明らかになるであろう。ユーザ入力の所望の温度は、それぞれ個別の誘導ヒータ89の動作のために変動し、その選定によって、関連したサセプタコイルとさらには鍋または鍋の一部のそれぞれを加熱するために、関連したワークコイル88の動作が始まる。その加熱は、それぞれのヒータ89のためのアルゴリズムによって、インピーダンス変化および/または渦電流温度計の温度制御を使用して制御される。
第2の実施形態(図6)の誘導加熱可能なサセプタコイル90の設計は、複数のコイルゾーン96〜106、高および低閾値スイッチ152および158、ならびに温度ヒューズ154を使用する。従って、サセプタコイル90と誘導ヒータ89の内の1つのワークコイル88との相互作用の結果として、ユーザに選定された複数のそれぞれ異なる温度で、またはその温度付近で温度制御用の論理的なアルゴリズムを実行するために、誘導ヒータのマイクロプロセッサ89bを特定して使用することができる複数の個別の状態が得られる。以下の状態図(表1)は、これらの各状態を定義する。表2、3、および4には、本発明の記載されたモジュール式サセプタコイルを有するあらゆるサイズの鍋の温度を調節するために使用されるシンプルかつ典型的な制御アルゴリズムが記載されている。ユーザが入力240で「高」(表2)、「中」(表3)、または「低」(表4)を選択した場合には、ヒータ89のマイクロプロセッサ89bによって表2〜4のアルゴリズムが使用される。
Claims (10)
- ボディと、
前記ボディに固定され、交番磁界の影響下で内部にジュール加熱を発生させ、それによって前記ボディを加熱するように動作可能な少なくとも1つの誘導加熱可能なサセプタコイルと、
前記サセプタコイルに付設されて直接熱的接触し、前記サセプタコイルから電気的に絶縁された金属の渦電流温度計のセンサと、を有し、
前記センサは、交番磁界の影響下で、離間した磁界受信コイルによって検出可能な渦電流を中に発生させるように動作可能な導電性金属シートを有する誘導加熱可能物品。 - 前記サセプタコイルは、前記ボディのそれぞれ異なる部分にそれぞれが隣接した複数のゾーンを有し、前記複数のゾーンは、前記交番磁界の影響下で前記ボディの前記それぞれ異なる部分にそれぞれ異なるレベルのジュール加熱をすることができる請求項1に記載の誘導加熱可能物品。
- 前記複数のゾーンの内の1つのゾーンは、前記複数のゾーンの内の別の1つのゾーンの横断面積とは異なる横断面積を有し、または、前記別の1つのゾーンを形成する材料とは異なる電気抵抗率を有する材料で形成される請求項2に記載の誘導加熱可能物品。
- 前記ボディは、底壁および前記底壁から上向きに延びる側壁構造体を有する食物加熱鍋であり、前記底壁および前記側壁構造体の内側表面は、共同で食物保持キャビティを定義する請求項1〜3のいずれか1項に記載の誘導加熱可能物品。
- 前記食物加熱鍋は、前記底壁および前記側壁構造体を有する相互接続した内側および外側の接続シェルを含み、前記サセプタコイルは、前記内側および前記外側の接続シェルの間に挟まれる請求項4に記載の誘導加熱可能物品。
- 前記ボディは、合成樹脂材料で形成される請求項1〜5のいずれか1項に記載の誘導加熱可能物品。
- 前記ボディは、底および前記底から上向きに延びる側壁構造体を有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の誘導加熱可能物品。
- さらに、前記サセプタコイルに結合され、選択的に動作可能であり、かつ、前記複数のゾーンの内の1つのゾーンでジュール加熱が発生する時間を、前記複数のゾーンの内の別の1つのゾーンでジュール加熱が発生する時間に比べて変化させるように動作可能な少なくとも1つの温度スイッチを含む請求項2または3に記載の誘導加熱可能物品。
- 前記温度スイッチは、前記サセプタコイルが所定温度に達した時に動作可能である請求項8に記載の誘導加熱可能物品。
- 前記サセプタコイルは、複数の導電性パターン配線を有する請求項1〜9のいずれか1項に記載の誘導加熱可能物品。
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