JP4722020B2 - 電磁誘導加熱調理器 - Google Patents

Description

本発明は、本体内に収容された調理物を加熱調理する電磁誘導加熱調理器に関するものである。

この種の電磁誘導加熱調理器として、蓋体を閉じたときに内蓋が内釜内の炊飯面まで下降して，炊飯物を覆うようにした炊飯器がある。この炊飯器の内蓋は，断熱材等で構成され，放熱と蒸気の発生とを抑えて省エネを実現している。また、その内蓋は回転可能で、内釜内の炊飯物を攪拌して温度むらが少なくなるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−１４０５７３号公報

前述した従来の電磁誘導加熱調理器では，炊飯面を内蓋で覆って放熱と蒸気の発生とを抑えているが、加熱コイルが内釜の下方のみに設けられているため、内釜の底部側と内蓋側との間に温度差が生じていた。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、簡単な構成で上方からの加熱も行うことができ、温度ムラを低減して均一な加熱を行うことが可能な電磁誘導加熱調理器を提供することを目的とする。

本発明に係る電磁誘導加熱調理器は、インバータ回路からの高周波電流により磁界を発生する電磁誘導体と、電磁誘導体によって発生した磁界による渦電流により発熱し、内部の調理物を加熱する調理容器と、調理容器内に着脱可能に収納され、調理容器内に収納される調理物のうち水面に浮くように構成された発熱体とを備え、調理容器の厚みは、電磁誘導体によって発生した磁界中の磁力線が通過するように、渦電流の浸透深さ以下に形成され、発熱体は、調理容器を通過した磁力線による渦電流により発熱し、調理容器内の調理物を加熱する。

本発明によれば、調理容器内に収納される調理物のうち水面に浮く発熱体を設けたので、調理容器の下方に位置する電磁誘導体による下からの加熱に加えて調理容器内の上方からの加熱も可能になり、そのため、調理容器内の下部から上部までの調理物を均一に加熱することができる。また、水の蒸気化によって水位が低下するにつれ発熱体から発せられる熱が徐々に高くなり、調理物への加熱を効率的に行うことができる。

以下、本発明に係る電磁誘導加熱調理器の好適な実施の形態について図面を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る電磁誘導加熱調理器の一例である炊飯器の構成を示す断面図、図２は実施の形態１における炊飯器の駆動回路を示す図である。
炊飯器の本体１内に固着された容器カバー２は、底部側の外面に電磁誘導体である加熱コイル３が配設され、底部中央に形成された孔部には温度センサ４が貫通して設けられている。また、容器カバー２のフランジ部には、例えば３箇所に凸状に形成された支持部材６が取り付けられている。この支持部材６は、後述する調理容器５を係止するためのものである。加熱コイル３は、容器カバー２の底部の外面に設けられた第１の加熱コイル３ａと、コーナー部の外面に設けられた第２の加熱コイル３ｂとでなり、各々の加熱コイル３ａ、３ｂは、スパイラル状に旋回されて直列に接続され、炊飯時に高周波電流が流れる。温度センサ４は、本体１の底部に固着された圧縮バネ４ａにより下方から支持されている。

鍋状の調理容器５（カーボン焼結体）は、容器カバー２に着脱可能に収納され、前述した第１および第２の加熱コイル３ａ、３ｂの高周波電流による高周波磁界によって誘導電流（渦電流）が生じ発熱する。本体１に開閉自在に係止された外蓋９は、係止材１０で連結された内蓋７を備え、上面に操作／表示部１２が設けられている。内蓋７は、調理容器５を覆うためのもので、周縁部に配置されたシール材の蓋パッキン８により、調理容器５のフランジ部との密閉性を得ている。外蓋９の中央部に設けられた蒸気口１１は、外蓋９および内蓋７を貫通し、内蓋７側に設けられた内弁１１ａと外蓋９側に設けられた外弁１１ｂとによって構成されている。

前述した加熱コイル３は、図２に示すようにインバータ回路２１と接続され、温度センサ４は、制御部２２と接続されている。インバータ回路２１の入力側には、商用電源の交流電圧を直流電圧に変換する整流回路２０が接続されている。また、外蓋９の上面に設けられた操作／表示部１２は、図示していないが、制御部２２と接続されている。

次に、実施の形態１の動作について図１、２を用いて説明する。調理物である所定量の米と米量に応じた水の入った調理容器５を容器カバー２内に収納して外蓋９を閉めると、内蓋７の蓋パッキン８が調理容器５のフランジ部に圧接され、調理容器５を密閉シールする。そして、操作／表示部１２の例えば炊飯スイッチ（図示せず）をオンして炊飯工程をスタートさせると、制御部２２は、インバータ回路２１を駆動して高周波電流を加熱コイル３ａ，３ｂに供給し、加熱コイル３ａ，３ｂに高周波磁界を発生させる。

加熱コイル３ａ，３ｂと磁気結合された調理容器５の底部およびコーナ部が励磁され、渦電流が誘起される。この渦電流と調理容器５の持つ抵抗とによるジュール熱により発熱し、調理容器５内の米と水を加熱する。調理容器５は、非磁性のカーボンが使用されているため比透磁率が１であり、調理容器５への投入電力を上げるには、下記の（１）式より抵抗率ρ（Ωｍ）を高くする必要がある。

抵抗率は、非磁性である18-8ステンレスの抵抗率（7.2×10^-7 ）以上を設定することにより、カーボンでも電磁誘導加熱が可能となる。そして、この調理容器５は、抵抗率略7.2 ×10^-7以上の高抵抗を有している。カーボンで構成された調理容器５は、クラッド材（AL1.7mm、SUS0.5mm ）の厚み方向の熱伝導率（87W/mK）に対して約1.3倍（113 W/mK ）の高熱伝導特性を持つため、短時間に調理容器５の温度が均一に上昇し、その結果、米に対して均一に効率よく加熱が行われる。

一方、電磁誘導加熱の浸透深さは、下記の（２）式で表される。

浸透深さは、周波数が20kHz のとき11mmとなり、調理容器５の厚みを浸透深さ以下にすることによって加熱コイル３ａ，３ｂの磁界中の磁力線が通り抜ける。
そこで、実施の形態１においては、図３に示すように、その磁力線で発熱する発熱体１３を調理容器５内に入れて上方からも米と水を加熱させるようにしている。発熱体１３は、SUS やカーボンといった磁性材で構成され，外形が調理容器５の形状に応じて例えば円形に形成されている。

例えば、SUS のクラッド材を用いた調理容器５内に水を張り、その中にSUS の磁性材からなる円形の発熱体１３をプラスチック部材（図示せず）で底上げした状態で収納して、加熱コイル３ａ、３ｂに高周波電流を供給したときの発熱体１３の温度と、炭素製（カーボン）の調理容器５内に水を張り、その中に前記の発熱体１３をプラスチック部材で底上げした状態で収納して、加熱コイル３ａ、３ｂに高周波電流を供給したときの発熱体１３の温度とをそれぞれ計測した場合、発熱体１３は、図４に示すように、SUS のクラッド材の調理容器５内に設置したときよりも、カーボン製の調理容器５内に設置したときの温度上昇が早く、調理容器５を通り抜けた磁力線の影響で発熱していることを確認できた。

つまり、実施の形態１においては、調理容器５にカーボン製（カーボン焼結体）のものを使用し、その中にSUS の磁性材からなる発熱体１３を入れて炊飯した場合、加熱コイル１３ａ、１３ｂからの高周波磁界による調理容器５の底部側の発熱と、その調理容器５を通過した磁力線による発熱体１３からの発熱とにより、その間の水と米とが加熱される。

このような発熱体１３によって，調理容器５の底部下方に位置する加熱コイル１３ａ、１３ｂによる下からの加熱に加えて，上方からの加熱も行えるので，下部から上部まで米と水を均一に加熱することが可能になり、このため、均一な炊き上がりを実現することができる。

実施の形態２．
実施の形態２は、炊飯時に変化する調理物の水の深さに応じて発熱体１３が変位するようにしたものである。その発熱体１３は、例えば図５に示すように、SUS の磁性材からなる発熱部１４と、その発熱部１４の外周に縁部として設けられた水よりも比重の軽い浮子部１５とからなっている。つまり、その浮子部１５は、発熱部１４を水面に浮かせる浮力を有している。

このように構成された発熱体１３を米と水の入った調理容器５に収納すると、その発熱体１３は、図１０に示すように、浮子部１５により水層１７の上面（水面）に浮く。この状態で炊飯をスタートした場合は、調理容器５の底部側が加熱コイル１３ａ、１３ｂからの高周波磁界による渦電流により発熱し、発熱体１３の発熱部１４が調理容器５を通過した磁力線（高周波磁界）による渦電流により発熱し、調理物の米層１６と水層１７を下方と上方とから加熱する。この加熱により、調理容器５内の水層１７が蒸気化して行くと、水位が低下し、これに伴って水面上の発熱体１３も下がっていく。その際、調理容器５を通過した磁力線も強くなって発熱部１４に生じる渦電流が当初よりも大きくなり、発熱体１３の発熱部１４に発生する熱が高くなっていく。

以上のように実施の形態２によれば、水よりも比重の軽い浮子部１５を有する発熱体１３を調理容器５内の水層１７に浮かして炊飯するようにしたので、水層１７の蒸気化による水位低下につれ発熱体１３の発熱部１４から発せられる熱が徐々に高くなり、このため、調理物への加熱を効率的に行うことができる。また、発熱体１３で水層１７の上面を覆っているため、加熱時の放熱を抑えることができ、省エネに繋がるという効果がある。

なお、発熱体１３を水層１７の上面に浮くようにしたが、例えば図１１に示すように、水層１７の中に発熱体１３が浮くようにしてもよい。
このように発熱体１３が水層１７の中に浮くようにした場合、加熱時に最も温度差のある水層１７の中央部分を発熱部１４で加熱することができ、より効率よく均一に加熱することが可能になる。

実施の形態３．
実施の形態３は、例えば、図６に示すように外形が円板状に形成され、その内部が空洞になっている発熱体１３を備えたものである（図７参照）。この発熱体１３は、SUS の磁性材からなり、内部の空洞により発熱体１３そのものが水に浮くようになっている。

このように構成された発熱体１３を米と水の入った調理容器５に収納すると、発熱体１３は、内部の空洞により調理容器１３内の水層１７の上面に浮く。この状態で炊飯をスタートした場合は、調理容器５の底部側が加熱コイル１３ａ、１３ｂからの高周波磁界による渦電流により発熱し、発熱体１３が調理容器５を通過した磁力線による渦電流により発熱し、調理物の米層１６と水層１７を下方と上方とから加熱する。この加熱により、調理容器５内の水層１７が蒸気化して行くと、水位が低下し、これに伴って水面上の発熱体１３も下がっていく。その際、調理容器５を通過した磁力線も強くなって渦電流が当初よりも大きくなり、発熱体１３に発生する熱が高くなっていく。

以上のように実施の形態３によれば、内部が空洞の発熱体１３を調理容器５内の水層１７に浮かして炊飯するようにしたので、水層１７の蒸気化による水位低下につれ発熱体１３から発せられる熱が徐々に高くなり、このため、調理物への加熱を効率的に行うことができる。また、発熱体１３で水層１７の上面を覆っているため、加熱時の放熱を抑えることができ、省エネに繋がるという効果がある。

なお、発熱体１３を水層１７の上面に浮くようにしたが、例えば図１１に示すように、水層１７の中に発熱体１３が浮くようにしてもよい。
このように発熱体１３が水層１７の中に浮くようにした場合、加熱時に最も温度差のある水層１７の中央部分を発熱体１３で加熱することができ、より効率よく均一に加熱することが可能になる。

実施の形態４．
実施の形態４は、発熱体１３の中央部の厚みを外周縁部よりも厚く形成したものである。例えば図８に示すように、一方の面が凸状に形成され、SUS の磁性材からなる円形状の発熱部１４と、発熱部１４の外周に縁部として設けられた浮子部１５とからなっている。その浮子部１５は、発熱部１４を水面に浮かせる浮力を有している。

このように構成された発熱体１３を米と水の入った調理容器５に収納する際、凸状側を米層１６に向けて入れる。発熱部１４を凸状に形成した場合、平らな発熱部１４（実施の形態２）と比べ熱容量が大きくなるので、より効率的に均一に加熱することができる。また、発熱体１３で水層１７の上面を覆っているため、加熱時の放熱を抑えることができ、省エネに繋がるという効果がある。

なお、発熱体１３を水層１７の上面に浮くようにしたが、図１１に示すように、水層１７の中に発熱体１３が浮くようにしてもよい。
このように発熱体１３が水層１７の中に浮くようにした場合、加熱時に最も温度差のある水層１７の中央部分を発熱部１４で加熱することができ、より効率よく均一に加熱することが可能になる。

また、発熱部１４の一方の面を凸状にしたことを述べたが、両面を凸状にして水層１７の上面に、又はその中に浮くようにしてもよい。この構成により、一方の面のみを凸状にした発熱部１４と比べ、さらに熱容量が大きくなるので、より効率的に均一に加熱することができる。

実施の形態５．
実施の形態４では、一方の面が凸状に形成された発熱部１４を浮子部１５で水層１７の上面に浮かせるようにしたが、実施の形態５は、浮子部１５を用いることなく断面形状を図８と同じように形成し、その中を空洞にして水層１７の上面に浮くようにした発熱体１３（SUS の磁性材）を備えたものである。このように構成した場合、平らな発熱体１３（実施の形態３）と比べ、凸状の発熱体１３からの熱伝達がよくなるので、より効率的に均一に加熱することができる。

なお、発熱体１３を水層１７の上面に浮くようにしたが、図１１に示すように、水層１７の中に発熱体１３が浮くようにしてもよい。
このように、一方の面が凸状に形成された発熱体１３を水層１７の中に浮くようにした場合、加熱時に最も温度差のある水層１７の中央部分を発熱体１３で加熱することができ、より効率よく均一に加熱することが可能になる。

また、発熱体１３の一方の面を凸状に形成したことを述べたが、両面を凸状にして水層１７の上面に、又はその中に浮くようにしてもよい。この構成により、一方の面のみを凸状にした発熱体１３と比べ、さらに熱容量が大きくなるので、より効率的に均一に加熱することができる。

実施の形態６．
実施の形態６における発熱体１３は、SUS の磁性材からなり、例えば図９に示すように、外形が円板状に形成され、その面に多数の貫通孔１３ａが設けられている。これら貫通孔１３ａは、炊飯時に起こる底部からの熱水および気泡の対流によって形成される対流経路を確保するためのものである。
実施の形態６においては、米と水の入った調理容器５内に発熱体１３を入れた場合、発熱体１３は、図１２に示すように水に沈んで米層１６の上面で止まる。この状態で炊飯をスタートした場合、その発熱体１３は、前述したように調理容器５を通過した磁力線による電磁誘導によって発熱するので、予熱工程において米の温度を素早く上昇させ、吸水を促す。そして、炊飯工程では、発熱体１３に設けられた多数の貫通穴１３ａにより対流経路が確保されるので、炊き上がり時には、ご飯上に「かに穴」が作られる。

以上のように米層１６と水層１７との境目に発熱体１３を配置するようにしたので、温度ムラの低減が可能になり、効率的に均一に加熱することができるという効果がある。

前記の実施の形態では、発熱体１３を米層１６の上面に配置したが、発熱体１３を米層１６の中に配置するようにしても良い。このように、発熱体１３を米層１６の中に配置した場合、予熱工程において米の温度を素早く上昇させて吸水を促すことができ、効率的に均一に加熱することが可能になる。
また、前述した各実施の形態では、発熱体１３にSUS の磁性材を用いたことを述べたが、これに代えてカーボンの磁性材で発熱体１３を構成するようにしてもよい。また、熱伝導を向上するため，SUS の磁性材とALの熱伝導の良い金属とでなるクラッド材で発熱体１３を構成するようにしてもよい。
カーボンやクラッド材でなる発熱体１３を用いた場合でも、前述したように調理容器５を通過した磁力線により発熱するので、下方からの加熱に加えて上方からの加熱を可能とし，温度ムラを低減して均一な加熱を行うことができる。

本発明の実施の形態１に係る電磁誘導加熱調理器の一例である炊飯器の構成を示す断面図である。 実施の形態１における炊飯器の駆動回路を示す図である。 調理容器に発熱体を収納して示す外観斜視図である。 実施の形態１における発熱体の温度上昇特性図である。 実施の形態２における発熱体の外観を示す斜視図である。 実施の形態３における発熱体の外観を示す斜視図である。 図６におけるＡ−Ａの断面図である。 実施の形態４における発熱体の断面図である。 実施の形態４における発熱体の外観を示す斜視図である。 調理容器内の水層面に発熱体を浮かして示す断面図である。 調理容器内の水層の中に発熱体を浮かして示す断面図である。 調理容器内の米層の上面に発熱体を配置して示す断面図である。

符号の説明

１ 本体、２ 容器カバー、３ａ，３ｂ 加熱コイル、５ 調理容器、７ 内蓋、
９ 外蓋、１３ 発熱体、１３ａ 貫通穴、１４ 発熱部、１５ 浮子部、１６ 米層、１７ 水層。

Claims (7)

1. インバータ回路からの高周波電流により磁界を発生する電磁誘導体と、
   前記電磁誘導体によって発生した磁界による渦電流により発熱し、内部の調理物を加熱する調理容器と、
   該調理容器内に着脱可能に収納され、該調理容器内に収納される調理物のうち水面に浮くように構成された発熱体とを備え、
   前記調理容器の厚みは、前記電磁誘導体によって発生した磁界中の磁力線が通過するように、渦電流の浸透深さ以下に形成され、
   前記発熱体は、前記調理容器を通過した磁力線による渦電流により発熱し、前記調理容器内の調理物を加熱することを特徴とする電磁誘導加熱調理器。
2. 前記発熱体は、該発熱体の内部に空洞を形成したことを特徴とする請求項１記載の電磁誘導加熱調理器。
3. 前記発熱体は、該発熱体の外周縁部に水よりも比重の軽い部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の電磁誘導加熱調理器。
4. 前記発熱体は、ステンレスの磁性材からなっていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の電磁誘導加熱調理器。
5. 前記発熱体は、カーボンを主体とする磁性材からなっていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の電磁誘導加熱調理器。
6. 前記発熱体は、ステンレスの磁性材およびアルミの非磁性材からなるクラッド材で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の電磁誘導加熱調理器。
7. 前記発熱体は、中央部の厚みが外周縁部よりも厚く形成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の電磁誘導加熱調理器。

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