JP4557732B2 - コンロ - Google Patents

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    • HELECTRICITY
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    • H05B2213/07Heating plates with temperature control means

Description

本発明は、被加熱物を加熱する加熱手段と、天板の下方側に位置して前記被加熱物から放射された赤外線における互いに異なる複数の波長域夫々についての赤外線強度を検出する赤外線強度検出手段と、その赤外線強度検出手段にて検出される前記複数の波長域夫々についての赤外線強度の関係に基づいて前記被加熱物の温度を検出する温度検出手段とを備えたコンロに関する。
上記構成のコンロは、加熱手段により加熱される鍋等の被加熱物の温度を検出するにあたって、被加熱物から放射された赤外線における互いに異なる複数の波長域夫々についての赤外線強度を赤外線強度検出手段によって検出して、その赤外線の強度に基づいて被加熱物の温度を検出する構成とすることで、被加熱物の温度を放射率の違いに拘らず正確に検出できるようにしている。そして、その検出された被加熱物の温度に基づいて、被加熱物の温度制御を行ったり、被加熱物における過度の温度上昇を回避させるために加熱手段の加熱作動を緊急停止させる等の処理を行えるようにしたものである。
そして、このような構成のコンロにおいて、従来では、次のように構成されたものがあった。
すなわち、天板に形成された加熱用の開口の下方側に、前記加熱手段としてのガス燃焼式のバーナが設けられ、このバーナにて形成される火炎が前記開口を通して被加熱物を加熱するように構成され、天板に形成された前記開口の下方に位置させる状態で赤外線強度検出手段が設けられ、この赤外線強度検出手段により前記加熱用の開口を通して被加熱物から放射された赤外線の強度を検出するように構成されたものがあった(例えば、特許文献1参照。)。
特開2002−340339号公報
上記従来構成においては、天板に形成された前記加熱用の開口の下方に位置させる状態で赤外線強度検出手段が設けられ、加熱用の開口を通して被加熱物から放射された赤外線の強度を検出するように構成されていることから、次のような不利があった。
すなわち、前記加熱手段としてのバーナによって被加熱物を加熱する場合に、その被加熱物はバーナの加熱作用により高温になり高強度の赤外線を放射することになるが、被加熱物以外にも加熱されて高温になる物体がある。例えば、被加熱物を載置支持するためにバーナによる火炎形成箇所にまで延びる状態で設けられる五徳や火炎を形成するバーナ本体等は高温になっているから、高強度の赤外線を放射していることになる。
しかし、上記従来構成においては、前記赤外線強度検出手段は天板に形成された加熱用の開口を通して赤外線を受光するように設けられる構成であるから、前記赤外線強度検出手段に対しては、被加熱物から放射された赤外線だけでなく上記したような被加熱物以外の他物から放射される赤外線が入射されることになるので、被加熱物以外の他物から放射される赤外線の情報も含めた状態で被加熱物の温度を求めることになり、被加熱物以外の他物から放射される赤外線の情報が要因となって、被加熱物の温度を正確に求めることができないものとなる。
本発明の目的は、被加熱物から放射される赤外線の強度を適正に検出して、被加熱物の温度を正確に検出することが可能となるコンロを提供する点にある。
本発明に係るコンロは、被加熱物を加熱する加熱手段と、天板の下方側に位置して前記被加熱物から放射された赤外線における互いに異なる複数の波長域夫々についての赤外線強度を検出する赤外線強度検出手段と、その赤外線強度検出手段にて検出される前記複数の波長域夫々についての赤外線強度の関係に基づいて前記被加熱物の温度を検出する温度検出手段とを備えたコンロであって、その第1特徴構成は、前記被加熱物の底部から放射された赤外線を前記天板の下方側に向けて通過案内する光案内路が形成された案内路形成部材が、前記被加熱物の底部に接触する状態で設けられ、前記赤外線強度検出手段が、前記案内路形成部材から離間する状態で設けられ、且つ、前記被加熱物から放射されて前記光案内路を通過した赤外線における前記赤外線強度を検出するように構成され、前記被加熱物を載置する被加熱物載置用の突起が、円周方向に沿って均等に並べられた状態で、かつ、平面視において、その突起が並ぶ円周の中心からの放射方向に沿って長い形状に形成される状態で前記天板に設けられ、前記突起のうち、前記案内路形成部材の少なくとも一部を構成する突起において、前記光案内路が、その突起における前記放射方向の中央よりも前記中心側に形成されている点にある。
第1特徴構成によれば、被加熱物の底部から放射された赤外線が前記案内路形成部材に形成された光案内路にて天板の下方側にまで通過案内され、赤外線強度検出手段によりその赤外線強度が検出されることになる。前記案内路形成部材は、被加熱物の底部に接触する状態で設けられることから、被加熱物の底部と光案内路の上側の入口部分との間は隙間が無い又は殆ど無い状態となるので、被加熱物の底部から放射された赤外線が光案内路を通して天板の下方側に位置する赤外線強度検出手段に向けて良好に案内されるが、被加熱物以外の他物からの赤外線は光案内路に入り込み難く、そのような被加熱物以外の他物からの赤外線が赤外線強度検出手段にて検出されることを阻止することができる。
しかも、赤外線強度検出手段は案内路形成部材から離間する状態で設けられるから、被加熱物と接触することによって、案内路形成部材自身が高温になることがあっても、赤外線強度検出手段が案内路形成部材と接触して熱が伝わって高温になることがなく、赤外線強度検出手段自身が温度上昇して赤外線を検出するときの検出誤差が大きくなる不利を回避でき、赤外線強度を適正に検出することが可能となる。
従って、被加熱物から放射される赤外線の強度を適正に検出して、被加熱物の温度を正確に検出することが可能となるコンロを提供できるに至った。
また、第1特徴構成によれば、前記被加熱物載置用の突起に被加熱物を載置すると、被加熱物の底面は天板の上面より高くなるため、天板と被加熱物との間に隙間が形成されることになる。従って、加熱手段がバーナにて構成されるものであれば、従来の五徳と同様な機能を持たせることができ、燃焼排ガスが前記隙間から被加熱物の側方部に沿って天板上方に流出できるようになるから、被加熱物の底面だけでなく側方部も伝熱面として利用できることになり、熱効率及び熱出力を高いものにすることが可能となる。又、突起の高さを低くすることにより、優れた美観を呈するコンロにすることも可能である。
本発明の第2特徴構成は、第1特徴構成に加えて、前記案内路形成部材が、前記光案内路が形成された前記突起と、前記天板における前記光案内路が形成された前記突起の下方に位置する突起支持部分とによって構成されている点にある。
本発明の第特徴構成は、第1又は第2特徴構成に加えて、前記案内路形成部材は、前記光案内路の内面が高光反射率になるように構成されている点にある。
特徴構成によれば、前記光案内路の内面が高光反射率になるように構成されているので、被加熱物から放射された赤外線が光案内路の内部を通過するときに、光案内路内面にて吸収される量が少ないものとなり、吸収によって途中で減衰するおそれが少なく良好に光案内路を通して赤外線強度検出手段に向けて案内することができる。
本発明の第特徴構成は、第1特徴構成〜第特徴構成のいずれかに加えて、前記案内路形成部材は、光の通過を阻止する遮光性部材にて構成されている点にある。
特徴構成によれば、前記案内路形成部材が遮光性部材にて構成されるから、光案内路の横側外方から外部の赤外線が侵入してくることがなく、極力、被加熱物の底部から放射された赤外線だけを光案内路を通過させて赤外線強度検出手段にて良好に受光することが可能となる。
本発明の第特徴構成は、第1特徴構成〜第特徴構成のいずれかに加えて、前記赤外線強度検出手段が、赤外線の波長範囲のうちのCO2及びH2Oが吸収する波長領域以外の範囲内に設定された波長域の赤外線強度を検出するように構成されている点にある。
特徴構成によれば、赤外線の波長範囲のうちのCO2及びH2Oが吸収する波長領域以外の範囲内に設定された波長域の赤外線強度を検出する構成となっているから、被加熱物が放射した赤外線の強度を正確に検出することができ、高精度の温度検出が可能となる。
すなわち、空気中にはCO2とH2Oが存在するが、このようなCO2とH2Oにより特定の波長領域の赤外線が吸収されることになる。そこで、このようなCO2とH2Oにより吸収される赤外線の波長領域を避けた波長域範囲となるように、赤外線強度検出手段が、赤外線の波長範囲のうちのCO2及びH2Oが吸収する波長領域以外の範囲内に設定された波長域の赤外線強度を検出するように構成することによって、CO2及びH2Oにて赤外線が吸収されることによる影響を受けることなく、被加熱物が放射した赤外線の強度を正確に検出することができ、高精度の温度検出が可能となる。
以下、本発明に係るコンロの実施形態を図面に基づいて説明する。
図1に、本発明に係るコンロとして構成されたビルトイン式のコンロ100の概略図を示している。このコンロ100は、システムキッチンのカウンター101に開口された設置部102に設けられ、図2に示すように、耐熱性を備える材質からなる平板状の天板1と、燃料ガスGを燃焼させて天板に形成された加熱用の開口2を通して火炎Fを形成して被加熱物Nを加熱するバーナ3と、そのバーナ3の作動を制御する燃焼制御部4等を備えて構成されている。
天板1は、平面状の上面を有し、その上面はカウンター101の上面と略同一平面状になるように構成してあり、加熱用の開口2は一般的な被加熱物Nの外形よりも若干小さい内径を有する円形の開口であり、この加熱用の開口2は不使用時には蓋等により塞ぐこともできる。
前記バーナ3は、ブンゼン燃焼式のバーナとして構成され、燃料供給路5を通じて供給される燃料ガスGを噴出するガスノズル6、そのガスノズル6から燃料ガスGが噴出されると共に、その燃料ガスGの噴出に伴う吸引作用により燃焼用空気Aが供給される混合管7、及び、内周部に混合気を噴出する複数の炎口3aを備えて混合管7から混合気が供給される環状ケーシング部材3b等を備えて構成されている。前記燃料供給路5には、前記ガスノズル6への燃料ガスGの供給を断続する燃料供給断続弁8と、ガスノズル6への燃料ガスGの供給量を調節する燃料供給量調節弁9とが設けられ、バーナ3の環状ケーシング部材3b内の下方には、加熱用の開口2を介して煮零れした煮汁等を受けるための汁受皿10が設けられる。
さらに、天板1の上面における開口2の周囲には、図3に示すように、載置された被加熱物Nと天板1との間に燃焼排ガスを外部に流出させる隙間Sを形成するための4つの被加熱物載置用の突起11が開口2を中心として周方向に均等に配置した状態で設けられている。これらの各突起11は、図4に示すように平面視形状が長円形状であり、周縁部が水平方向視で傾斜面となる状態で構成され、雑巾等の清掃具で天板の上面を掃除する際に清掃具が突起11に引っかかり難くなるような形状となっている。
図2に示すように、被加熱物Nを載置すると、その被加熱物Nはその底面が各被加熱物載置用の突起11に接触して載置支持されるので、被加熱物Nの底面は天板1の上面より高い位置になる。そのため、天板1と被加熱物Nとの間に隙間Sが形成され、燃焼排ガスが隙間Sから被加熱物Nの底面から周壁部に沿って天板1の上方に流出できるようになる。従って、隙間Sから流出した燃焼排ガスにより被加熱物Nを横側方からも加熱できるため、被加熱物Nの底面だけでなく周壁部も伝熱面として利用できることになり、熱効率及び熱出力を高く維持できる。
さらに、このコンロには、天板1の下方側に位置して被加熱物Nから放射された赤外線における互いに異なる複数の波長域夫々についての赤外線強度を検出する赤外線強度検出手段としての赤外線強度検出部12と、その赤外線強度検出部12により検出される前記複数の波長域夫々についての赤外線強度の関係に基づいて被加熱物の温度を検出する温度検出手段としての温度検出部13とが設けられている。さらに、赤外線強度検出部12は、赤外線の波長範囲のうちの空気中に存在するCO2及びH2Oが吸収する波長領域以外の範囲内に設定された波長域の赤外線強度を検出するように構成されている。
また、このように検出された被加熱物Nの温度の検出情報は燃焼制御部4に出力され、この燃焼制御部4は、被加熱物Nの温度の検出情報に基づいて、燃料供給断続弁8と燃料供給量調節弁9を制御し、被加熱物Nの自動温度制御や過昇温時の緊急停止制御等を行うように構成されている。
説明を加えると、図2、図3に示すように、前記4個の被加熱物載置用の突起11のうちのいずれか1つの突起11において、その突起11並びにその下方に位置する天板1の突起支持部分1Aを上下方向に沿って光を通過させることが可能な光案内路Mが形成されている。この光案内路Mは上下方向に貫通するように中空状に形成され、この光案内路Mの下方側に位置させて、前記赤外線強度検出部12が天板1の突起支持部分1Aから下方に向けて少し離間させた状態で設けられている。このように構成することで、赤外線強度検出部12は被加熱物Nの底部から放射されて前記光案内路Mを通過した赤外線の強度を良好に検出することができる構成となっている。
従って、光案内路Mが形成された被加熱物載置用の突起11と、天板1における突起11を支持する突起支持部分1Aとによって、被加熱物Nの底部から放射された赤外線を天板1の下方側に向けて通過案内する光案内路Mが形成された案内路形成部材20を構成することになる。被加熱物載置用の突起11は被加熱物Nを載置支持するものであるから、前記案内路形成部材20は被加熱物Nの底部に接触する状態で設けられることになる。又、前記案内路形成部材20が天板1に一体的に設けられて天板1にて支持される状態で設けられ、しかも、案内路形成部材20の少なくとも一部が天板1に設けられた被加熱物載置用の突起11にて構成されることになる。
そして、前記被加熱物載置用の突起11及び前記天板1は、共にバーナ3による加熱に耐え得る耐熱性を有することは勿論、光の通過を阻止する遮光性を備えた部材にて構成されている。従って、被加熱物Nの底部から放射された赤外線は光案内路Mを通過して赤外線強度検出部12にて良好に受光することができ、横側方の外方から外部の赤外線が光案内路Mに侵入して赤外線強度検出部12にて受光されることを阻止することができる。
次に、赤外線強度検出部12について説明する。
図5に示すように、赤外線強度検出部12は、赤外線の波長域が互いに異なる2個のバンドパスフィルタ41a,41bと、それら2個のバンドパスフィルタ41a,41bを通過した赤外線を各別に検出する2個の赤外線検出素子42a,42bとを備えて構成して、被加熱物Nから放射される赤外線における互いに異なる2つの波長域夫々についての赤外線強度を検出するように構成されている。ちなみに、前記バンドパスフィルタ41a,41bは、後述するように設定される所定の波長域の赤外線のみを選択的に透過させるように構成されている。
説明を加えると、光入射用の開口部44を備えたパッケージング43内に、前記開口部44を通じて入射する赤外線を検出可能なように、前記2個の赤外線検出素子42a,42bを並べて設け、前記開口部44における一方の赤外線検出素子42aに対して赤外線が入射する部分に一方のバンドパスフィルタ41aを設け、前記開口部44における他方の赤外線検出素子42bに対して赤外線が入射する部分に他方のバンドパスフィルタ41bを設けている。又、パッケージング43内には、前記2個の赤外線検出素子42a,42bを駆動させる駆動部45が設けられる。更に、前記2個のバンドパスフィルタ41a,41bの表面の全面を覆うように、赤外線を透過可能なカバー部材46を設けて、そのカバー部材46にて前記2個のバンドパスフィルタ41a,41bを保護する構成となっている。
上記夫々のフィルタ11a,11bが選択的に透過させる赤外線の波長域の範囲は、通常空気中に存在するCO2とH2Oにより吸収される赤外線の波長領域を避けた波長域となるように設定されている。このような波長域の赤外線の強度を検出することで、上記被加熱物Nが放射した赤外線の強度を正確に検出することができ、高精度の温度検出が可能となる。
具体的に説明すると、赤外線の波長範囲のうち、1.5μm以上且つ1.8μm以下の範囲、2.1μm以上且つ2.4μm以下の範囲、3.5μm以上且つ4.2μm以下の範囲、及び9.0μm以上且つ11.5μm以下の範囲では、空気中のCO2とH2Oによる赤外線の吸収が無い又は弱いので、前記選択的に透過させる赤外線の波長域としては、1.5μm以上且つ1.8μm以下の範囲内、2.1μm以上且つ2.4μm以下の範囲内、3.5μm以上且つ4.2μm以下の範囲内、及び9.0μm以上且つ11.5μm以下の範囲内に設定することができる。
次に、前記赤外線検出素子42a,42bについて説明を加える。
PbS(硫化鉛)又はPbSe(セレン化鉛)を赤外線セルとして用いて構成した赤外線検出素子42a,42bは、1.5μmから5.0μmの範囲内の赤外線を常温(300K)の動作温度にて検出可能であり、しかも、3.1μm以上且つ4.2μm以下の範囲内の赤外線に対する感度が比較的高くて検出出力が大きい。
従って、上述のような2つの波長域を、3.1μm以上且つ4.2μm以下の範囲内に設定する場合、赤外線検出素子42a,42bを、PbS(硫化鉛)又はPbSe(セレン化鉛)を赤外線セルとして用いて構成するのが好ましい。
次に、前記温度検出部13により被加熱物Nの温度を求める処理について説明する。尚、以下の説明では、前記2つの波長域をλ1,λ2にて示す。ちなみに、波長域λ2の方が波長域λ1よりも長波長側になる。
図6に、予め実験により求めた被加熱物Nの温度と前記赤外線強度検出部12における前記2つの波長域λ1,λ2夫々についての出力値(赤外線強度に対応する)との関係を示す。ちなみに、この図4に示す関係は、放射率(輻射率)εが0.92の被加熱物を用いて得たものである。
又、図7に、被加熱物Nの温度と、赤外線強度検出部12における波長域λ1に対応する出力値と波長域λ2に対応する出力値との比である出力比(前記赤外線強度比に対応する)との関係(以下、温度対赤外線強度比の関係と記載する場合がある)を示す。
ちなみに、この図7に示す温度対赤外線強度比の関係は、以下のようにして求めたものである。
即ち、放射率の異なる複数の被加熱物夫々について、被加熱物Nの温度を複数の温度に異ならせて、複数の温度夫々について前記出力比を得る。そして、そのように放射率εの異なる複数の被加熱物Nについて得たデータに基づいて、温度と出力比との関係の近似式を求めて、その求めた近似式を温度対赤外線強度比の関係としてある。
従って、放射率εが種々に異なる被加熱物N夫々の温度対赤外線強度比の関係を、共通の1つの温度対赤外線強度比の関係とすることができるのである。
上述のように求めた図7に示す如き温度対赤外線強度比の関係を、前記温度検出部13の記憶部(図示省略)に記憶させてある。
そして、前記温度検出部13は、赤外線強度検出部12における波長域λ1に対応する出力値と波長域λ2に対応する出力値との出力比(前記赤外線強度比に対応する)を求め、記憶している温度対赤外線強度比の関係から被加熱物Nの温度を求める。このような出力値の比をとることで被加熱物Nの温度をその被加熱物Nの放射率に依存することなく正確に検出することができるのである。
そして、前記温度検出部13にて求められた温度の情報は燃焼制御部4に出力され、燃焼制御部4は、この温度検出部13にて求められる温度の情報に基づいて、前記燃料供給断続弁8、前記燃料供給量調節弁9等を制御することにより、被加熱物Nの自動温度制御、被加熱物Nの過昇温時の緊急停止制御等を行うように構成されている。
〔別実施形態〕
以下、別実施形態を説明する。
(1) 上記実施形態では、前記被加熱物載置用の突起11を平面視形状が長円形状となるように構成したが、図8に示すように平面視形状が矩形状になるようにしてもよく、各種の形状を採用することができる。
(2) 上記実施形態では、前記被加熱物載置用の突起は天板とは別体にて構成して、天板1の上面に取り付ける構成としたが、前記突起を天板とを同じ材質によって一体成形して構成してもよい。このように構成すると、突起と天板とは隙間なく形成できるため、突起と天板との境界部分にゴミが溜まり難くなる。
上記実施形態では、前記案内路形成部材を光案内路の内面が光高反射率になるように構成したが、このような構成に限らず光案内路の内面を光低反射率になるように構成してもよく、光案内路を中空状の挿通孔にて構成するものに代えて、光案内路を赤外線透過性材料によって構成してもよい。
) 上記実施形態では、前記加熱手段として、混合気を環状ケーシング部材から内向きに噴出させて燃焼させる内炎式バーナにて構成するものを示したが、混合気を外向き上方に噴出させるブンゼン燃焼式のバーナを備えたコンロとして構成してもよい。
) 上記実施形態では、赤外線強度検出手段が、2個のバンドパスフィルタ41a,41bを通過した赤外線を各別に検出する2個の赤外線検出素子42a,42bを備えて、被加熱物Nから放射される赤外線における互いに異なる2つの波長域夫々についての赤外線強度を検出するように構成したが、このような構成に代えて、1つの赤外線検出素子に対して2個のバンドパスフィルタが交互に作用するように位置を切り換えて、その切り換えた状態の夫々における赤外線検出素子の検出値を用いて、互いに異なる波長域の赤外線強度を検出する構成としてもよい。
) 上記実施形態では、前記温度検出手段により温度を求める処理として、被加熱物の温度を2つの波長域夫々についての赤外線強度の比に基づいて求める構成としたが、このような構成に代えて次のように構成してもよい。
例えば、予め、放射率の異なる複数の被加熱物を用いて、被加熱物の温度を複数の温度に異ならせて、複数の温度夫々について、前記複数の波長域夫々についての赤外線強度を得て、そのように得た前記複数の波長域夫々についての赤外線強度を、前記複数の温度夫々に対応させた状態でマップデータにして記憶させておく。そして、前記マップデータから、前記赤外線強度検出手段にて検出される前記複数の波長域夫々についての赤外線強度の関係に一致する又は類似する赤外線強度の関係を求めると共に、その求めた赤外線強度の関係に対応する温度を求め、その求めた温度を被加熱物の温度とするように構成する。
ちなみに、この場合は、前記複数の波長域としては、上記実施形態のように2つの波長域でも良いし、3つ以上の波長域でも良い。
コンロの設置状態を示す概略図 コンロの概略構成図 コンロの斜視図 突起を示す図 赤外線強度検出手段の縦断面図 被加熱物の温度と赤外線強度検出部の出力との関係を示す図 被加熱物の温度と赤外線強度検出部の出力比との関係を示す図 別実施形態の突起を示す図
符号の説明
1 天板
2 開口
3 バーナ
12 赤外線強度検出手段
13 温度検出手段
20 案内路形成部材
100 コンロ
M 光案内路

Claims (5)

  1. 被加熱物を加熱する加熱手段と、天板の下方側に位置して前記被加熱物から放射された赤外線における互いに異なる複数の波長域夫々についての赤外線強度を検出する赤外線強度検出手段と、その赤外線強度検出手段にて検出される前記複数の波長域夫々についての赤外線強度の関係に基づいて前記被加熱物の温度を検出する温度検出手段とを備えたコンロであって、
    前記被加熱物の底部から放射された赤外線を前記天板の下方側に向けて通過案内する光案内路が形成された案内路形成部材が、前記被加熱物の底部に接触する状態で設けられ、
    前記赤外線強度検出手段が、前記案内路形成部材から離間する状態で設けられ、且つ、前記被加熱物から放射されて前記光案内路を通過した赤外線における前記赤外線強度を検出するように構成され
    前記被加熱物を載置する被加熱物載置用の突起が、円周方向に沿って均等に並べられた状態で、かつ、平面視において、その突起が並ぶ円周の中心からの放射方向に沿って長い形状に形成される状態で前記天板に設けられ、
    前記突起のうち、前記案内路形成部材の少なくとも一部を構成する突起において、前記光案内路が、その突起における前記放射方向の中央よりも前記中心側に形成されているコンロ。
  2. 前記案内路形成部材が、前記光案内路が形成された前記突起と、前記天板における前記光案内路が形成された前記突起の下方に位置する突起支持部分とによって構成されている請求項1記載のコンロ。
  3. 前記案内路形成部材は、前記光案内路の内面が高光反射率になるように構成されている請求項1又は2記載のコンロ。
  4. 前記案内路形成部材は、光の通過を阻止する遮光性部材にて構成されている請求項1〜3のいずれか1項に記載のコンロ。
  5. 前記赤外線強度検出手段が、赤外線の波長範囲のうちのCO 2 及びH 2 Oが吸収する波長領域以外の範囲内に設定された波長域の赤外線強度を検出するように構成されている請求項1〜4のいずれか1項に記載のコンロ。
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