JP5111468B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Description

この発明は、赤外線センサで調理容器から放射される赤外線を検出し、赤外線量に基づき調理容器の温度を求め、温度制御を行う誘導加熱調理器に関するものである。

従来、この種の誘導加熱調理器として、例えば「第１の加熱電力量で加熱を開始してから第１の所定時間内に赤外線センサの出力が第１の所定の出力を超えた場合、前記第１の加熱電力量より低い第２の加熱電力量で加熱し、前記第２の加熱電力量で加熱を開始後に積算電力が所定値を超えると前記第１の加熱電力量に復帰して加熱を行う構成とし…」、「赤外線センサの出力が第１の所定の出力より大きな第２の所定の出力に到達したら加熱を停止する。」（例えば、特許文献１参照）というものが提案されている。

特開２００９−０５４４３９号公報（請求項３、請求項４、第６図）

赤外線センサは受光した赤外線量Ｐと赤外線センサ自体の温度Ｔｏを読み込み、鍋の赤外線放射率をε、ステファン・ボルツマン定数をσ、鍋温度をＴａとするとＰ＝σ（εＴａ⁴−Ｔｏ⁴）となる。鍋の赤外線放射率εは、図３で示されるように鍋の材質、表面状態により０．１６から０．８６までの値をとる可能性がある。すなわち、従来のサーミスタをトッププレートに押し当てて、間接的に鍋温度を検知する方式に比べ応答が速いが、鍋の赤外線放射率が分からず、誤差が大きいという問題がある。そのため、赤外線センサの出力により温度フィードバックは行わず、赤外線センサの出力が所定値を越えたら、鍋が高温になっていると判定して、電力制限を行う。

しかしながら、従来（特許文献１）の制御は、所定時間内に赤外線センサの出力が第１の所定の出力を越えた場合は、負荷が軽いと判断して第１の加熱電力量より低い第２の加熱電力量で加熱するものであるが、第２の加熱電力が小さいと鍋温度が一気に下がり、調理ができなくなる。また、第２の加熱電力が第１の加熱電力に近く、比較的大きい値であると、温度が上昇し続け、第２の所定値を越えてしまう。この場合は加熱を停止する為、鍋温度が一気に下がり、この場合も調理ができなくなる。また、復帰が所定時間後となるので、この間、温度が下がり続ける、という問題点があった。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、赤外線センサが鍋温度が高温になったことを検知して電力制限を行う際に、急激に鍋温度が下がり調理ができなくなったり、使用者が電力低下感を感じることがないようにした誘導加熱調理器を提供する。

この発明に係る誘導加熱調理器は、調理物を加熱する調理容器が載置されるトッププレートと、誘導磁界を発生し、前記調理容器を加熱する加熱コイルと、前記トッププレートの裏面に接触して設けられた接触式温度センサと、前記トッププレートの下方に配置され、前記調理容器から放射された赤外線を前記トッププレートを介して検出する赤外線センサと、前記トッププレートの裏面から放射される赤外線量を前記接触式温度センサの温度に基づいて求め、前記赤外線センサが受光した赤外線量から前記トッププレートの裏面から放射される赤外線量を減算し、その減算結果に基づいて前記調理容器の温度を検知する温度検知手段と、設定された加熱量に基づいて前記加熱コイルへの入力電力を制御する制御手段とを備え、前記温度検知手段が検知した前記調理容器の温度が第１の所定値以上となった場合には、前記第１の所定値より低い第２の所定値以下になるまで、設定された加熱量での加熱を中断し、少なくとも２種類以上の異なった入力電力を組み合わせた入力電力パターンであって、その全ての入力電力が設定された加熱量よりも小さく、且つ零よりも大きい加熱量の入力電力からなる入力電力パターンを繰り返して前記調理容器を加熱するものである。

この発明によれば、赤外線センサより検知した調理容器の温度が第１の所定値以上となった場合には、第１の所定値より低い第２の所定値以下になるまで、単に投入電力を下げるのではなく、２種類以上の異なった入力電力を含んだ所定の入力電力パターンで電力を投入する。これにより、負荷が重い場合でも、誤差により温度を高く求めてしまい、低い温度で制御が働いてしまった場合でも、一律に鍋温度を下げるのではなく、温度の上げ下げを行うことで、少なくとも、温度が上がっている期間は調理が行える。また、赤外線センサより検知した温度が、第１の所定値以上となっても、加熱停止を行わず、所定の電力パターンで制御を行うので、調理ができなくなる問題がない。したがって、この発明によれば、急激に鍋温度が下がり調理ができなくなったり、使用者が電力低下感を感じたりすることがなく、使い勝手の良い誘導加熱調理器を提供することができる。

この発明の実施の形態１に係る誘導加熱調理器の構成図である。 この発明の実施の形態１に係る誘導加熱調理器の動作を示すタイミングチャートである。 トッププレート材、鍋材料及び表面状態による赤外線放射率を示した図である。 軽負荷時の鍋温度の上昇値及び下降値を示した図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る誘導加熱調理器の側面から見た構成図である。
図１において、１は交流電源であり、２はトッププレートである。３は鍋（加熱容器）であり、トッププレート２上に載置される。４は加熱コイルであり、トッププレート２上に載置された鍋３を誘導加熱する。５は赤外線センサであり、トッププレート２上に載置された鍋３の底部等から放射される赤外線をトッププレート２を介して検知する。６は接触式温度センサであり、例えばサーミスタ又は熱電対から構成され、鍋３の温度をトッププレート２を介して計測する。７はトッププレート２の下面に印刷された遮光手段（遮光膜）であり、誘導加熱調理器の内部が外側から見えないようにしている。但し、赤外線センサ５の上部に位置する部位については、遮光手段７を設けないようにし（或いはその印刷面積を小さくして）赤外線が透過するようにしてある。８は制御回路であり、９は交流電源１を高周波に変換して加熱コイル４へ電力を供給するインバータである。制御回路８は、例えばマイクロコンピュータ等から構成されて誘導加熱調理器の全体を制御するものであるが、特に、本実施の形態においては、赤外線センサ５が検知した赤外線量に基づいて鍋３の底部温度を求める温度検知手段８ａとしての機能を備えている。勿論、温度検知手段８ａは、制御回路８の内部ではなく、制御回路８の外部にその専用の演算回路を設けるようにしてもよい。

次に、図１の誘導加熱調理器の動作を説明する。
使用者が投入電力（火力）を設定して加熱スタートボタン（図示せず）を押すと、インバータ９は加熱コイル４に所定の周波数の電力を供給する。加熱コイル４に所定の周波数の電力が供給されると、加熱コイル４から磁束が発生し、鍋３を誘導加熱する。赤外線センサ５の上部に位置するトッププレート２の部位は、遮光手段７を有していないため、鍋３が加熱されることで放射される赤外線を赤外線センサ５は受光する。接触式温度センサ６は、サーミスタ又は熱電対で構成されており、鍋３の温度をトッププレート２を介して計測する。制御回路８は、赤外線センサ５が受光した赤外線量を読み込むとともに、接触式温度センサ６が計測した温度を読み込む。温度検知手段８ａは、赤外線センサ５が受光した赤外線量に基づいて鍋３の底部の温度を求める。制御回路８は、どちらか一方の温度が、所定値、例えば２７０℃となった場合には、使用者が指示して設定された加熱量での加熱を中断して所定の入力電力パターンで鍋３を加熱する。

ここで、温度検知手段８ａが赤外線センサ５が受光した赤外線量に基づいて鍋３の温度を求める方法について説明する。
赤外線センサ５が受光する赤外線は、図１のＡ、Ｂ、Ｃに示すように大きく３種類のものがある。Ａは鍋３が直接放射する赤外線である。Ｂはトッププレート２の鍋積載面から放射される赤外線であり、鍋３と接触しているため、鍋温度とほぼ同等の温度を示す。Ｃはトッププレート２の裏面から放射される赤外線であり、トッププレート２を伝わった鍋３の熱により赤外線を放射するので、鍋３の熱に対して遅れる。

トッププレート２の素材としては、ガラスが用いられているが、ガラスの赤外線放射率は図３に示されるように、約０．８４程度と高いことが知られている。制御回路８は、赤外線センサ５から、受光赤外線量Ｐと図示していないが、赤外線センサ５の内部に組み込まれた温度センサにより周囲温度Ｔｏを読み込む。受光赤外線量Ｐの中には、Ｃのトッププレート裏面から放射される赤外線Ｃが含まれているため、温度検知手段８ａは、接触式温度センサ６の温度に応じて、赤外線Ｃに相当する分を減算する。減算された受光赤外線量Ｐ１には、鍋３から直接放射される赤外線Ａとトッププレート２の鍋接触面から放射される赤外線Ｂが含まれる。鍋３の赤外線放射率は０．１６〜０．８６までの値をとる可能性があるが、トッププレート２の赤外線放射率は約０．８４であるので、温度検知手段８ａは、赤外線放射率εを０．８４とし、Ｐ１＝σ（εＴａ⁴−Ｔｏ⁴）により鍋温度Ｔａを算出する。

以上のような動作で、鍋３の温度を遅れなく検出することができるが、例えば、赤外線放射率が０．１６の低い鍋の場合には、Ａの赤外線量が少なく、温度を低く検知するおそれがある。また、赤外線放射率が０．８６の鍋の場合には、Ａの赤外線量が大きく、温度を高く検知し、例えば２７０℃を検知した場合には最大で±６０℃の誤差が生じる。

図２は、本実施の形態の動作を示したタイミングチャートである。
使用者が指定して設定された投入電力、例えば図２に示す１．５ｋＷで加熱を開始すると、赤外線センサ５による鍋温度計測が開始する。温度検知手段８ａ（赤外線センサ５）により検知された温度が第１の所定温度、例えば２７０℃に達した場合には、強弱を含んだ入力電力パターン、例えば、２００Ｗと１ｋＷとを５秒ごとに繰り返す。温度検知手段８ａ（赤外線センサ５）により検知された温度が、第２の所定値、例えば２５０℃以下となった場合には、使用者の指定した投入電力に戻して加熱を継続する。なお、２つの電力値（２００Ｗ、１ｋＷ）の内の少なくとも１つは、設定されている電力（１．５ｋＷ）よりも小さな電力に設定されているものとする。

ところで、炒め物調理時等においては、食材の量が多い、すなわち高負荷の場合は、強弱の電力パターンを繰り返す事で、少なくとも、鍋温度が一気に下がることがなく、温度を維持できる。また、電力強時に温度が上昇するので、使用者が電力（火力）低下感を感じることがない。このため、急激に鍋温度が下がり調理ができなくなったり、使用者が電力低下感を感じたりすることがなく、使い勝手の良い誘導加熱調理器を提供することができる。
また、食材の量が少ない低負荷の場合や、実際の鍋温度が３３０℃のときに、温度検知手段８ａが２７０℃と温度検知した場合でも、強弱のパターンを繰り返す事で、第１の所定値以上に鍋温度が上がるのを防止でき、油の発火温度３６０℃には到達しない安全な誘導加熱調理器を提供することができる。
また、例えば誤差が大きく、実際の鍋温度が２１０℃の時、温度検知手段８ａが２７０℃と温度検知した場合であっても、投入電力を停止することなく、所定の入力電力パターンで加熱を行うので、実際の鍋温度が低いのにも係わらず、調理ができなくなるという課題を解決できる。
また、第１の所定温度を２００℃から３００℃にすることで、例えば６０℃の誤差があったとしても、油の発火温度３６０℃には達せず、そして、揚げ物調理に必要な最低油温１４０℃を下回ることがない。

また、第１の所定温度を２７０℃とすることで、誤差が大きく、実際の鍋温度が３３０℃のときに、温度検知手段８ａが２７０℃と温度検知した場合であっても、油の発火温度の３６０℃以下に確実に制御でき、安全な誘導加熱調理器を提供することができる。

また、赤外線センサ５が受光した赤外線に基づいて検知された鍋温度が第１の所定温度以上になった場合には、強弱の電力パターンの弱電力（最小電力値）からはじめるようにする。これにより、第１の所定温度より温度を下げる方向の制御から始めるため、実際の鍋温度が３３０℃のときに、温度検知手段８ａが２７０℃と温度検知した場合であっても、第１の所定温度以上に鍋温度が上がるのを防止でき、油の発火温度３６０℃には到達しない安全な誘導加熱調理器を提供することができる。

実施の形態２．
次に、第１の所定温度、第２の所定温度、入力電力パターン及び繰り返し周期の関係についての一具体例を実施の形態２として説明する。

投入電力をＷ（Ｗ）、投入時間ｔ（秒）、加熱効率をηとすると鍋に投入されるエネルギーは、ηＷｔ（ワット秒＝ジュール）となる。また、鍋の比熱をＣ1（cal/g・℃）、鍋重量をＮ（ｇ）、食材の比熱をＣ２（cal/g・℃）、食材重量をＳ（ｇ）とすると、これらを１度上昇させるためのエネルギーは、
（Ｃ１・Ｎ＋Ｃ２・Ｓ）（ｃａｌ／℃）
となる。これをジュールに変換すると
４．１８６（Ｃ１・Ｎ＋Ｃ２・Ｓ）（Ｊ／℃）となる。
すなわち、投入電力に対して鍋の上昇温度Δｔは
Δｔ＝４．１８６（Ｃ１・Ｎ＋Ｃ２・Ｓ）／ηＷｔ
で表すことができる。
誘導加熱調理器の加熱効率は約９０％、標準的な鍋の重量は８００ｇ、標準的な鍋の比熱は０．１３（cal/g・℃）である。一方、鍋から逃げる熱は、２００℃〜３００℃の範囲で標準的な鍋で１．２℃／秒であることを実験的に求めた。
以上より投入電力Ｗ（Ｗ）、投入時間ｔ（秒）を投入したときの温度上昇は、鍋から逃げる熱も考慮した場合、最も負荷が軽い状態、すなわち、Ｓ＝０のときは、
Δｔ＝４．１８６（０．１３・８００）／０．９Ｗｔ−１．２・ｔとなる。
Ｗを１００から２０００Ｗ、ｔを１から１０秒の間で変化させた場合の計算例を図４に示す。

図４の例において、図２のように２００Ｗと１ｋＷとを５秒ごとに繰り返した場合には、２００Ｗ投入時の温度降下は３．９℃、１０００Ｗ投入時の上昇温度は４．３℃となり、これを繰り返す事で、軽負荷であっても温度が上がりすぎることを防ぎ、負荷が重い場合であっても、１０００Ｗを投入することで、使用者に火力低下感を感じさせない調理を行うことができる。

入力電力が５００Ｗ以下（小加熱量）であれば、軽負荷であっても温度が下降方向に動き、５００Ｗ超から１５００Ｗ（中加熱量）であれば、短時間で急激に温度が上昇するのが抑えられ、油の発火温度３６０℃には到達しない安全な誘導加熱調理器が提供できる。

図４に示すように、投入電力の強弱は５秒間隔で行うことで、温度のリップル幅が１０℃以下に抑えられ、使用者に火力低下感を感じさせない調理を行うことができる。また、１０秒以下であれば、温度のリップル幅を使用者に火力低下感を感じさせない許容範囲に収めることができる。

なお、上記の説明においては、小加熱量として入力電力が５００Ｗ以下の例について説明したが、その下限値は０Ｗであっても良い。

１ 交流電源、２ トッププレート、３ 鍋（加熱容器）、４ 加熱コイル、５ 赤外線センサ、６ 接触式温度センサ、７ 遮光手段、８ 制御回路、８ａ 温度検出手段、９ インバータ。

Claims (6)

1. 調理物を加熱する調理容器が載置されるトッププレートと、
   誘導磁界を発生し、前記調理容器を加熱する加熱コイルと、
   前記トッププレートの裏面に接触して設けられた接触式温度センサと、
   前記トッププレートの下方に配置され、前記調理容器から放射された赤外線を前記トッププレートを介して検出する赤外線センサと、
   前記トッププレートの裏面から放射される赤外線量を前記接触式温度センサの温度に基づいて求め、前記赤外線センサが受光した赤外線量から前記トッププレートの裏面から放射される赤外線量を減算し、その減算結果に基づいて前記調理容器の温度を検知する温度検知手段と、
   設定された加熱量に基づいて前記加熱コイルへの入力電力を制御する制御手段と
   を備え、
   前記温度検知手段が検知した前記調理容器の温度が第１の所定値以上となった場合には、前記第１の所定値より低い第２の所定値以下になるまで、設定された加熱量での加熱を中断し、少なくとも２種類以上の異なった入力電力を組み合わせた入力電力パターンであって、その全ての入力電力が設定された加熱量よりも小さく、且つ零よりも大きい加熱量の入力電力からなる入力電力パターンを繰り返して前記調理容器を加熱することを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 前記温度検知手段が検知した前記調理容器の温度が前記第２の所定温度以下になると、使用者が設定した投入電力に戻して加熱を継続することを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。
3. 前記第１の所定値は、２００℃から３００℃の温度であることを特徴とする請求項１又は２記載の誘導加熱調理器。
4. 前記調理容器の温度が前記第１の所定値以上になった場合に前記入力電力パターンで加熱するときには、前記２種類以上の入力電力の内、最小の入力電力による加熱から開始することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の誘導加熱調理器。
5. 前記入力電力パターンは、
   入力電力が５００Ｗ以下の小加熱量と、５００Ｗを超えて１５００Ｗまでの中加熱量と
   を所定時間間隔で交互に繰り返すことを特徴とする請求項１乃至４記載の何れかに記載の誘導加熱調理器。
6. 前記所定時間間隔は１秒以上１０秒以下の時間であることを特徴とする請求項５記載の誘導加熱調理器。

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