JP2022091333A - 解凍加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、装置の大型化を抑制することができる解凍加熱調理器を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の解凍加熱調理器は、加熱室３内の食材６を誘電加熱により解凍する一対の電極（正極電極１ａ，負極電極１ｂ）と、前記一対の電極の誘電加熱により解凍された食材６を誘導加熱する加熱コイル２と、一対の電極、若しくは加熱コイル２へ供給する電力を切り替える切替スイッチ半導体５０を備えた。加熱コイル２は、一対の電極のうち下方に配置された電極の下方に配置する。解凍加熱調理器１００には、交流を直流に変換するコンバータ回路６０と、コンバータ回路に６０接続され、スイッチング動作を行う上アーム半導体３１及び下アーム半導体３２を有するインバータ回路３０とを備える。インバータ回路３０には、前記１対の電極と、切替スイッチ半導体５０を介して加熱コイル２とが並列に接続される。【選択図】 図１

Description

本発明は、解凍加熱調理器に関する。

家庭用の電子レンジでは、冷凍状態にある食材の調理を行う場合、解凍から加熱まで一貫してマイクロ波（周波数2.45GHz）を使って行う。マイクロ波は波長が短いため、食材が大きい場合は食材中心までマイクロ波が浸透せず解凍に時間を要する。また、解凍後の食材に含まれる水の誘電損率の方が解凍前の氷の誘電損率に比べて大きいため、氷から水になった部分から先に過剰に加熱してしまう解凍ムラが発生することがある。

これに対し、１～100MHzの高周波を用いる誘電加熱であれば、解凍前後の氷と水の誘電損率比が小さいため、ムラの少ない解凍に適していると言われており、業務用解凍機などでは高周波が活用されている。ただし，高周波はマイクロ波に比べると加熱に時間を要する。このよう背景から、高周波加熱とマイクロ波加熱を切り替え、解凍時は高周波加熱(13～40MHz)を使用し、加熱時はマイクロ波(2.45GHz)を使用する技術が一般的に知られている。

一方で、高周波加熱やマイクロ波加熱などの誘電加熱方式は食材内部から温める調理方法であるため、食材表面に焦げ目を付けるといったグリル調理を行う用途には不向きである。グリル調理には食材外部から加熱する必要がある。食材外部から加熱する方式としては例えば誘導加熱がある。この誘導加熱とマイクロ波加熱用いた調理器としては、特許文献１乃至３がある。

特許文献１には、箱状に形成されたケース本体内オーブン枠体を収容し、オーブン枠体の上部に電磁調理用器の加熱コイルを敷設した電子レンジが開示されている。オーブン枠体には導波管が接続され、この導波管にマグネトロンが接続されている。

また、特許文献２には、加熱調理器本体の下部にマグネトロンと、電磁誘導加熱コイルと、これらマグネトロンと電磁誘導加熱コイルへの電力供給を切り替えるリレーを設けた電磁誘導加熱付高周波加熱調理器が開示されている。

さらに特許文献３には、加熱調理器の下部に誘導加熱装置を設け、側部にマグネトロンを設けた加熱調理器が開示されている。

特許文献１乃至３では、マイクロ波による加熱に加え、電磁誘導による加熱機構を備えることにより、グリル調理を可能としている。

特開平１－１０７０１６号公報 特開平４－６５０９７号公報 特開２０１３－１２２９３３号公報

しかしながら、特許文献１乃至３では、マイクロ波を生成する電気回路と電磁誘導加熱用のコイルに電流を流す電気回路をそれぞれ独立に分けて設計しているため、切替スイッチが２つ以上必要となり構造が複雑となる。

また、電磁誘導の電流浸透深さは周波数を高くするほど小さくなる性質があるため、マイクロ波と同じ周波数帯が使えず、結果的に電磁誘導用とマイクロ波用それぞれ２種の発振器を準備するため経済性が悪く小型化が困難である。

本発明の目的は、構造を簡素化し、装置の大型化を抑制することができる解凍加熱調理器を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、加熱室内の被加熱物を誘電加熱により解凍する一対の電極と、前記一対の電極の誘電加熱により解凍された前記被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記一対の電極、若しくは前記加熱コイルへ供給する電力を切り替える切替スイッチを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、同じ周波数帯を使用する誘電加熱と誘導加熱を用いるようにしているので、電気回路を共有化でき、構造を簡素化し、装置の大型化を抑制することができる解凍加熱調理器を提供することができる。

本発明の実施例１に係る解凍加熱調理器の全体構成図である。 図１に示した各部電圧および各部温度の時系列データを示す図である。 本発明の実施例１に係る調理容器の断面図（一部抜粋）である。 一対の電極の間に発生する電場の方向（電気力線）を示す図である。 本発明の実施例２に係る解凍加熱調理器の全体構成図である。 図５の電極および加熱コイルの間に発生する電場の方向（電気力線）を示す図である。 本発明の実施例３に係る解凍加熱調理器の全体構成図である。 図７の電極およびコイルの間に発生する電場の方向（電気力線）である。

以下、本発明の実施例について添付の図面を参照しつつ説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、同様の説明は繰り返さない。

本発明の各種の構成要素は必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、一の構成要素が複数の部材から成ること、複数の構成要素が一の部材から成ること、或る構成要素が別の構成要素の一部であること、或る構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複すること、などを許容する。

図１は、本発明の実施例１に係る解凍加熱調理器の全体構成図である。解凍加熱調理器１００は筐体４にて外郭を構成している。筐体４には、食材６（被加熱物）を収容する加熱室３が備えられている。加熱室３内の食材６は、後述する誘導加熱、若しくは誘導加熱で加熱される。また、筐体４には、外部に引き出されたＡＣ電源コンセント７０が備えられている。ＡＣ電源コンセント７０は、家庭用であれば１００Ｖ・２０Ａ、業務用であれば２００Ｖ・１５Ａのものが用いられる。ＡＣ電源コンセント７０には電源線を介してコンバータ回路６０に接続される。このＡＣ電源コンセント７０から供給される交流は、コンバータ回路６０にて直流に変換され、変換された直流が後段にあるインバータ回路３０に供給される。コンバータ回路６０は、制御回路２０からのコンバータ回路駆動用信号２１によって制御される。

インバータ回路は、主に直流化によって歪んだ波形を平滑するための平滑コンデンサ３３と、上アーム半導体３１と、下アーム半導体３２からなる。上アーム半導体３１と下アーム半導体３２は、トランジスタとダイオード逆導通で並列接続したものである。トランジスタは、ここではＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）の例で示しているが，例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）でも良い。

上アーム半導体３１と下アーム半導体３２は交互にＯＮ/ＯＦＦとＯＦＦ/ＯＮとなるようにスイッチング動作しており、そのタイミングは駆動回路１０から送信されるゲート信号によって制御されている。駆動回路１０は制御回路２０からの駆動制御信号２３によって制御される。

インバータ回路３０の後段は、インピーダンス整合回路４０と切替スイッチ半導体５０（切替スイッチ）に分岐する。インピーダンス整合回路４０には一対の電極（正極電極１ａ，負極電極１ｂ）が接続され、切替スイッチ半導体５０には加熱コイル２が接続される。すなわち、インバータ回路３０には、一対の電極（正極電極１ａ，負極電極１ｂ）と、切替スイッチ半導体５０（切替スイッチ）を介して加熱コイル２とが並列に接続している。

ここで切替スイッチ半導体５０は上述したインバータ回路３０内の上下アーム半導体３１，３２のトランジスタと同じトランジスタであっても良い。

切替スイッチ半導体５０をＯＮにすると、加熱室３の中の共振コンデンサ５１と加熱コイル２に電流が流れ、ＯＦＦにすると加熱室３の中の正極電極１ａと負極電極１ｂの間に電場Ｅが印加される。この電場Ｅは電極間の電圧差Ｖと電極間距離ＸからＥ＝Ｖ／Ｘから求まる。この時の電気力線の状態を図４に示す。

図４は、一対の電極の間に発生する電場の方向（電気力線）を示す図である。図４に示すように電気力線１ｃは、正極電極から負極電極に向かって発生する。食材６はこの電場の中に置かれることで、誘電加熱される。ただし、食材６が加熱室３内に入ると、食材６の高さや誘電率によって加熱室３内のインピーダンスが変動するため、制御回路２０は、インピーダンス整合回路４０内の可変チョークコイル４１と可変コンデンサ４２の値を調整することで食材への出力が最大となるように制御する。これにより誘電加熱が実現でき食材をムラなく解凍できる。

加熱室３の中には、各部（特に電極や食材表面）の温度や電圧などの状態を計測するためのセンサが設けられており、センサで計測した加熱室内状態計測データ２２が制御回路２０に送信される。センサで計測した値が予め設定しておいた閾値を超えると、制御回路２０は、切替スイッチ半導体５０をＯＦＦからＯＮにする判断とする。

切替スイッチ半導体５０がＯＮになると、比較的インピーダンスの小さい加熱コイル２側に電流が流れる。加熱コイル２に電流が流れると磁場９が発生する。この磁場９は調理容器７も貫通するため、調理容器７や負極電極１ｂにこの磁場９を打ち消す方向に対して渦電流が発生する。渦電流が誘導されるとジュール熱が発生し結果的に電磁誘導加熱が実現できる。そして、電磁誘導加熱によって食材６がグリル調理される。

図２は、図１に示した各部電圧および各部温度の時系列データを示す図である。インバータ回路内の上アーム半導体３１aと下アーム半導体３１bは、それぞれで位相反転した状態で常にスイッチング動作している。図２において、負極電極の温度がＴ_ｔｈを超える時間ｔ₀のタイミングで切替スイッチ半導体５０がＯＦＦからＯＮになる。なお、電極そのものの許容温度や食材の過剰加熱を防止するために、モニタしている負極温度が異常値を示すときは、すべての動作をストップさせるためにインバータ回路内の半導体のスイッチング動作を停止する制御をする。

実施例１は、解凍加熱調理器に、誘電加熱のための一対の電極（正極電極１ａ，負極電極１ｂ）と電磁誘導加熱のための加熱コイル２を備えたことを特徴としている。誘電加熱のための一対の電極と電磁誘導加熱のための加熱コイル２への電力供給は、共通のインバータ回路３０によって行われ、１つの切替スイッチ半導体５０のＯＮ／ＯＦＦによって電力供給先を切り替えるようにしている。

実施例１での誘電加熱及び誘導加熱には、１～100MHzの高周波を用いる。好ましくは、例えば13.56MHz,27.12MHz,40,68MHzなどのISMバンド（Industrial Scientific and Medical Band）を共通の高周波帯として用いると良い。

実施例１によれば、誘電加熱と電磁誘導加熱のための電力供給を共通のインバータ回路３０で行い、１つの切替スイッチ半導体５０のＯＮ／ＯＦＦによって電力供給先を切り替えるようにしているので、装置の大型化を抑制することができる。また、装置が簡素化されるので、製品コストの増加を抑制することができる。

ここで、一連の動作を安全かつ安定的にスパーク放電など発生させずに解凍および加熱させるために、加熱室３内では正極電極１ａ、負極電極１ｂ、加熱コイル２の金属部が剥き出しにならないよう絶縁材８でコーティングもしくはモールドされている。絶縁材８は例えばセラミックや樹脂を使う。

また、実施例１では誘電加熱にて解凍を行い、電磁誘導加熱でグリル調理を行うため、調理容器７に対してもスパーク放電を抑制する対策が必要である。図３は、本発明の実施例１に係る調理容器の断面図（一部抜粋）である。

図３において、調理容器７は、調理容器７の基材を金属材料５ａで形成し、金属材料５ａの表面を非金属材料５bでコーティングしている。金属材料５ａは、の材料は磁性材が好ましく、例えば鉄、フェライト系ステンレス等を使用する。また、非金属材料５ｂは樹脂やセラミック等の絶縁材料が好適である。

実施例１の調理容器７では、スパーク放電を抑制することができるので、食材を載置した状態で、誘電加熱による解凍から電誘導加熱によるグリル調理まで行うことができ、操作性を向上することができる。

次に本発明の実施例２について説明する。図５は、本発明の実施例２に係る解凍加熱調理器の全体構成図である。実施例１（図１）では、負極電極１ｂの下に加熱コイル２を設置していたが、実施例２では加熱コイル２ｂを負極電極１ｂの上に配置し、さらに切替スイッチを下アーム側に１つ追加している。

実施例１（図１）の切替スイッチ半導体５０（切替スイッチ）は、本図では切替スイッチ半導体（上アーム側）５０ａに相当し、さらに実施例２ではコイル下流に切替スイッチ半導体（下アーム側）５０ｂを追加している。

図５に示す構造のように、加熱コイル２を食材６や調理容器７に近づけることにより、磁場９との結合をより強くすることが出来るため、電磁誘導によるグリル加熱時間を短縮できる効果がある。

図６は、図５の電極および加熱コイルの間に発生する電場の方向（電気力線）を示す図である。ここで、切替スイッチ半導体（上アーム側）５０aと切替スイッチ半導体（下アーム側）５０ｂを模式的にスイッチで表している。

切替スイッチ半導体（上アーム側）５０ａは解凍プロセスの誘電加熱時はＯＦＦし、グリル加熱プロセスの誘導加熱時はＯＮにするため、実施例１で示した切替スイッチ半導体５０と同等の動きをする。

一方で、切替スイッチ半導体（下アーム側）５０ｂはグリル加熱プロセスの誘導加熱時はＯＮにするが、解凍プロセスの誘電加熱時はＯＮでもＯＦＦでもどちらでも動作する。すなわち、加熱コイル２ｂが負極電極として機能する。解凍プロセスの誘電加熱時に切替スイッチ半導体（下アーム側）５０ｂをＯＮにすると、図６で示したように電気力線１ｃがコイル中央に向かって集まる分布を示す。これは加熱コイル２ｂ（兼 負極電極）そのものがモノポールアンテナのような形になっているため、食材中央のみを集中的に解凍したい場合（例えば，電極の面積に対して比較的食材が小さく短時間で解凍したいとき）に有効である。

また、図示はしていないが、解凍プロセスの誘電加熱時に切替スイッチ半導体（下アーム側）５０ｂをＯＦＦにすると加熱コイル２ｂは実質電気的には浮動電位となるため、図４で示したような正極電極１ａと負極電極１ｂの間でほぼ平行な電気力線となる電場になる。このような実施例１と同様の電気力線分布の場合、電極全体を均等に解凍したい場合に有効となる。

実施例２によれば、誘電加熱と電磁誘導加熱のための電力供給を共通のインバータ回路３０で行い、切替スイッチ半導体５０ａ，５０ｂのＯＮ／ＯＦＦによって電力供給先を切り替えるようにしているので、装置の大型化を抑制することができる。

次に本発明の実施例３について説明する。図７は、本発明の実施例３に係る解凍加熱調理器の全体構成図である。実施例３では実施例２（図５）の切替スイッチ半導体（上アーム側）５０aと正極電極１aを削除し、加熱コイル２ａに正極電極の機能を持たせ、一体化している。すなわち、実施例３は、一対の電極の何れか一方を加熱コイルと兼用したことを特徴とするものである。

これにより実施例３では、実施例１や実施例２に比べ、部品点数を最小限にし、その結果、組立性を向上させ、個々の部品の故障率を低下（＝製品寿命を向上）効果がある。また加熱室に出入りする配線ケーブルを最小化出来るため、同軸ケーブルやツイスト線やバスバなどを活用して正極と負極の相互配線インダクタンスを低減でき、さらには電磁場漏洩を抑制することができる。

図８は、図７の電極およびコイルの間に発生する電場の方向（電気力線）である。加熱コイル２ａ（兼 正極電極）そのものがモノポールアンテナのような形になっているため、食材中央のみを集中的に解凍したい場合（例えば，電極の面積に対して比較的食材が小さく短時間で解凍したいとき）に有効である。

実施例３によれば、実施例１の効果に加え、加熱コイル２ａに正極電極の機能を持たせ、兼用するようにしているので、部品点数を削減でき、組立性を向上することができる。さらに、実施例３によれば、部品点数を削減することにより、故障率を低減することができる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定するものではなく、様々な変形例が含まれる。上述した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定するものではない。

１…電極、１ａ…正極電極、１ｂ…負極電極、１ｃ…電気力線、２…加熱コイル、２ａ…加熱コイル（兼 正極電極）、２ｂ…加熱コイル（兼 負極電極）、３…加熱室、４…筐体、５ａ…金属材料、５ｂ…非金属材料、６…食材、７…調理容器、８…絶縁材、９…磁場、１０…駆動回路、２０…制御回路、２１…コンバータ回路駆動用信号、２２…加熱室内状態計測データ、２３…駆動制御信号、３０…インバータ回路、３１…上アーム半導体、３２…下アーム半導体、３３…平滑コンデンサ、４０…インピーダンス整合回路、４１…可変チョークコイル、４２…可変コンデンサ、５０…切替スイッチ半導体、５１…共振コンデンサ、６０…コンバータ回路、７０…ＡＣ電源コンセント、１００…解凍加熱調理器

Claims (6)

1. 加熱室内の被加熱物を誘電加熱により解凍する一対の電極と、
   前記一対の電極の誘電加熱により解凍された前記被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、
   前記一対の電極若しくは、前記加熱コイルへ供給する電力を切り替える切替スイッチを備えたことを特徴とする解凍加熱調理器。
2. 請求項１において、
   前記加熱コイルは、前記一対の電極のうち下方に配置された電極の下方に配置したことを特徴とする解凍加熱調理器。
3. 請求項１において、
   前記加熱コイルは、前記一対の電極の間に配置したことを特徴とする解凍加熱調理器。
4. 請求項２又は３において、
   交流を直流に変換するコンバータ回路と、前記コンバータ回路に接続され、スイッチング動作を行う上アーム半導体及び下アーム半導体を有するインバータ回路とを備え、
   前記インバータ回路には、前記一対の電極と、前記切替スイッチを介して前記加熱コイルとが並列に接続されたことを特徴とする解凍加熱調理器。
5. 請求項１において、
   前記一対の電極の何れか一方を前記加熱コイルと兼用したことを特徴とする解凍加熱調理器。
6. 請求項１乃至５の何れか１項において、
   前記被加熱物を載置する調理容器を備え、
   前記調理容器は磁性体の金属材料と、前記金属材料の表面にコーティングされた非金属材料から構成されたことを特徴とする解凍加熱調理器。

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