JP5247914B1 - 加熱調理器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】赤外線温度検知部24の出力値に第一補正係数αを掛けて得た赤外線温度補正値から、トッププレート温度検知部25の出力値に第二補正係数βを掛けて得たトッププレート温度補正値を差し引いて鍋温度推定値Tnを推定し、赤外線温度検知部24の出力値に第三補正係数γ(γ>α)を掛けて得た赤外線温度補正値から、トッププレート温度補正値を差し引いて過加熱監視温度Temを推定し、鍋温度推定値Tnが、操作部3により設定された目標温度に対応する被加熱物の温度である被加熱物目標値になるように、加熱コイル14を制御し、過加熱監視温度Temが、予め設定された被加熱物目標値よりも高い温度である第一過加熱抑制閾値を超えた場合には、加熱コイル14による加熱を停止させるあるいは火力を低下させる。
【選択図】図11
Description
また、バンドパスフィルターによって赤外線センサに受光されるトッププレートからの放射線の割合が小さくなっているとはいっても、鍋を加熱していくとトッププレートの温度も上昇し、赤外線センサはトッププレート自身が放射する赤外線放射エネルギーも受光する。したがって、鍋からの赤外線のみを抽出するためには、赤外線センサの出力からトッププレートからの赤外線放射エネルギー分を除かなくてはならない。
また、エネルギー計算は、ステファン・ボルツマンの式で示される通り出力温度に対して4乗の計算式となり、計算負荷が増大することとなる。
[加熱調理器の構成]
図1は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器の上面図である。
誘導加熱調理器100は、本体1と、本体1の上面に配置されるトッププレート2とを有し、トッププレート2の上に載置される鍋やフライパン等の被加熱物を、本体1の内部に設けられた誘導加熱手段により加熱する。本実施の形態1では、トッププレート2の左側手前、右側手前、及び中央側奥に、それぞれ加熱口6が設けられている。なお、以降の説明では、被加熱物のことを「鍋」と称する場合がある。
トッププレート2に設けられた加熱口6の下部には、加熱コイル14が配置されている。本実施の形態1では、加熱コイル14は、略環状の内側加熱コイル14aと、その外側に設けられた略環状の外側加熱コイル14bとを備えた二重環形状である。内側加熱コイル14aと外側加熱コイル14bとの間には略環状の隙間が設けられており、この隙間を、隙間15と称する。加熱コイル14は、加熱コイル14を収容する加熱コイル支持部16により、トッププレート2の下面との間に所定距離をおいて保持されている。
図3(a)は、集光レンズ型のサーモパイルセンサ(赤外線センサ12)を示している。図3(a)に示す赤外線センサ12は、上面に設けられた凸形状の集光レンズ121と、内部に設けられたサーモパイルチップ122及び自己温度検出サーミスタ123とがパッケージ化されたものである。集光レンズ121を凸形状とすることで、赤外線センサ12の視野範囲を絞り、外乱光の影響を抑制している。
図4は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器のトッププレートの透過特性を示すグラフである。図4のグラフは、厚さ約4mmの耐熱性の高い結晶化ガラスで構成されたトッププレート2の透過率τを一例として示している。また、図5は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器のトッププレートの透過特性と各温度での分光放射輝度曲線との関係を示すグラフである。図5では、鍋の温度が150℃、200℃、250℃である場合の分光放射輝度曲線とトッププレート2の透過率τとを示している。
赤外線センサ12は、加熱コイル14の近傍を流れる冷却風が直接当たらないように、周囲をセンサケース18で覆われている。赤外線センサ12の周囲の雰囲気温度が一様となるように、赤外線センサ12はセンサケース18に空間距離を保ちながら保持されている。センサケース18は、加熱コイル支持部16にタッピングネジなどで止められる、あるいは加熱コイル支持部16と一部が一体で形成されるなどしており、トッププレート2と赤外線センサ12との間の距離が一定に保たれている。
なお、トッププレート2のどのような位置に被加熱物である鍋が載置されるかは不定であり、また鍋の形状も不定であるため、より広い範囲の温度を検出し、かつ低コストで実現することを優先させて、赤外線温度検知部24とトッププレート温度検知部25とを離して配置しても構わない。
火力設定キー31は、「弱火」キー、「中火」キー、「強火」キー、及び「3kW」キーで構成されており、使用者は、これらのキーを用いて4段階の火力(投入電力)のいずれかを設定することができるようになっている。火力に応じて個別にキーを設けることで、使用者は、必要な火力の設定を一回の操作で入力できるようになっている。
(構成)
次に、鍋の温度の推定に関連する構成について、さらに説明する。
赤外線センサ12は、上述の通り、鍋底から放射される赤外線エネルギーと、トッププレート2が熱伝導により加熱されることによってトッププレート2の下面から放射される赤外線エネルギーとを検出することとなる。
また、赤外線センサ12の集光面(図3に例示した集光レンズ121、平板124)の上面と下面の少なくとも一方には、ZnS、SiO、Ge等の薄膜が蒸着され、薄膜の膜厚や量により3.0μm〜4.5μmの波長帯域にピーク値で50%以上の透過率を有するバンドパスフィルターを有している。
まず、トッププレート2の放射特性は、キルヒホッフの法則[吸収率(α)+透過率(τ)+反射率(ρ)=1]により示される。トッププレート2の透過率τの透過特性は図4にて示されており、また、トッププレート2は、3.0μm〜4.5μmの領域では反射よりも吸収が大部分を占めている。
このため、上述のキルヒホッフの法則より、吸収率(α)=放射率(ε)で表され、トッププレート2の放射特性は、図7のように表される。
ただし、3.0μm〜4.5μm以外の波長領域、特にトッププレート2の放射特性の影響の大きい波長領域(4.5μm〜10μm)は、上述のバンドパスフィルターにて遮られて赤外線センサ12にほとんど受光されない。
図8は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器のバンドパスフィルターの透過特性の一例を示すグラフである。図8では、バンドパスフィルターの透過特性とトッププレート2の透過特性とを並べて表示している。バンドパスフィルターは、3.4μm〜4.2μmの範囲に最大90%程度の透過率を有するフィルターとなっている。なお、図8で例示するバンドパスフィルターは、2.8μmよりも波長の短い領域にも透過特性を有しているが、誘導加熱調理器100のトッププレート2の通常の使用温度である200℃程度であれば、トッププレート2の放射特性を考慮すると、トッププレート2から放射される赤外線エネルギーが赤外線センサ12に与える影響は小さい。このため、バンドパスフィルターが上述のような透過特性を有していても、赤外線センサ12の検知精度に与える影響は小さい。
隙間量判定処理とは、鍋の底面とトッププレート2の表面との間の隙間距離を推定する処理である。ここで、隙間距離とは、鍋の底面とトッププレート2の表面との間の隙間の高さ距離をいい、鍋の底面がトッププレート2の表面から浮いている高さをいう。鍋の底面が反っている場合や、トッププレート2と鍋との間に物が挟まっているような場合等には、鍋底面とトッププレートとの間に隙間(空気層)ができるので、その隙間の高さ距離を検出する。
このため、鍋底とトッププレート2の表面との隙間距離を、接触式温度センサ17により検知される温度上昇量と、記憶部21に予め設定された図10に示す隙間距離レベル設定テーブルによって判定することができる。
本実施の形態1では、鍋底の放射率は、加熱開始から所定時間経過後の赤外線温度検知部24により検知される温度上昇値により判断される。赤外線温度検知部24の所定時間での温度上昇値を比較すると、放射率が高い鍋底においては温度上昇値が大きくなり、放射率が低い鍋底は温度上昇値が小さくなるため、このことを利用して鍋底の放射率を判定する。
誘導加熱調理器100の制御部23は、赤外線温度検知部24とトッププレート温度検知部25の出力値に基づいて鍋の温度を推定し(推定した鍋の温度を「鍋温度推定値Tn」という)、その推定鍋温度が、操作部3にて設定された目標温度や調理メニューに応じて設定されている目標温度に対応した鍋の温度(「被加熱物目標値」という)となるように、高周波インバータ26を制御して加熱コイル14に供給する高周波電力を制御する。
鍋温度推定値Tn=α×IR−β×TH ・・・(1)
ただし、式(1)の符号は以下の通りである。
IR:赤外線温度検知部24の出力値
TH:トッププレート温度検知部25の出力値
α:第一補正係数
β:第二補正係数
しかしながら、マイコンなどの演算部22による4乗の計算は負荷が大きくなるため、本実施の形態1では、実験結果から求めた上記簡略的な式(1)を採用している。
なお、図12に示す補正係数設定テーブルは、予め実験等により求めた値により構成されており、記憶部21に記憶されているものである。
上述のように隙間距離と放射率とを用いることで精度よく鍋温度推定値Tnを算出することができるのであるが、例えば、トッププレート2が既に高温の状態で加熱を開始する場合もありトッププレート2の初期温度は一定ではなく、また、底面に凹凸を有する異形の鍋や板厚の薄い鍋等、不定の構造の鍋も使用されうる。そうすると、トッププレート2に与える放射や熱伝導形態が変化し、隙間距離や放射率が誤って検知され、算出した鍋温度推定値Tnに対して実際の鍋の温度が高温となり、例えば揚げ物調理中であれば油の温度が過度に高温化するおそれもある。
このようなイレギュラーな場合を考慮し、本実施の形態1では、上述のような加熱制御と並行して、過度の加熱を回避、抑制するための処理を実行する。
過加熱監視温度Tem=γ×IR−β×TH ・・・(2)
ただし、式(2)の符号は以下の通りである。
IR:赤外線温度検知部24の出力値
TH:トッププレート温度検知部25の出力値
γ:第三補正係数
β:第二補正係数
次に、被加熱物の温度を目標温度に略一定に保つための加熱制御と被加熱物の温度を検知する被加熱物温度検知処理について、揚げ物調理を例に図13、図14のフローチャートを参照して説明する。図13は、実施の形態1に係る誘導加熱調理器の隙間距離判定処理を中心に説明するフローチャートである。
図13において、電源がONされ(S101)、操作部3のメニューキー32にて揚げ物モードが選択されると(S102)、制御部23は、目標温度を決定する(S103)。揚げ物の温度は、料理メニュー(例えば、「てんぷら」、「とんかつ」、「から揚げ」等)によって異なるため、このような料理メニューが設定された場合にはその料理メニューに対応した温度を目標温度とする。
次に、制御部23は、このときの赤外線温度検知部24の出力IR_t50を、Tir50として記憶部21に記憶させ、タイマーカウンタをスタートさせる(S202)。
次に、演算部22は、ステップS205で算出したTir80とTir50との差分値ΔT_IR(すなわち、加熱開始50秒後から80秒後の間の上昇値)と、図11に例示する差分値の閾値(ΔIRの閾値)とを対比して鍋の放射率を推定する放射率推定処理を行う(S206)。鍋の隙間距離に応じてトッププレート2からの赤外線の影響が異なるため、放射率を推定する際の閾値は、図11に示すように、鍋の隙間距離レベルに応じて異なる値を用いている。例えば、隙間距離がレベルG0である場合には、ステップS205で算出したΔT_IRと、レベルG0に対応するΔIRの閾値(40℃)とを対比することにより、鍋の放射率を推定する。なお、図11に示すテーブルは、実験等によって得た値のテーブルであり、予め記憶部21に記憶されているものである。
本実施の形態2で示す誘導加熱調理器は、基本的な構成は実施の形態1と同様である。上述の実施の形態1では、揚げ物調理メニューを例に被加熱物の温度を略一定に保つ場合の動作制御を説明したが、本実施の形態2では、使用者が自ら火力を設定するマニュアル操作で加熱を行う場合の動作制御を説明する。本実施の形態2では、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
過加熱監視温度Tr_em=δ×IR−η×TH ・・・(3)
ただし、式(3)の符号は以下の通りである。
IR:赤外線温度検知部24の出力値
TH:トッププレート温度検知部25の出力値
δ:第四補正係数
η:第五補正係数
仮にこのような条件において高火力で空焼きが行われた場合、例えば数十秒で鍋の表面温度は300℃を超えてしまう可能性がある。そうすると、鍋の表面にフッ素加工が施されている場合にはそのフッ素加工が剥がれ、また、鍋が変形してしまうおそれもある。
空焼き監視温度Tr_fr=ζ×IR−η×TH ・・・(4)
ただし、式(4)の符号は以下の通りである。
IR:赤外線温度検知部24の出力値
TH:トッププレート温度検知部25の出力値
ζ:第六補正係数
η:第五補正係数
そして、制御部23は、所定周期で算出される空焼き監視温度Tr_frの値と過加熱抑制閾値とを比較し、空焼き監視温度Tr_frが過加熱抑制閾値に到達すると、加熱を停止するあるいは火力を低下させる。
なお、通常モード用の過加熱監視温度Tr_em及び空焼き監視温度Tr_frは、本発明の第三被加熱物温度に相当する。
Claims (3)
- 被加熱物が載置されるトッププレートと、
前記トッププレートの下に配置された加熱手段と、
前記被加熱物の目標温度を設定する操作手段と、
前記トッププレートの下に設けられ、上方から放射される赤外線を検知する赤外線センサと、
前記赤外線センサの出力値を温度換算する赤外線温度検知手段と、
前記トッププレートの温度を検知するトッププレート温度検知手段と、
前記赤外線温度検知手段と前記トッププレート温度検知手段の検知結果に基づく演算を行い、この演算結果に基づいて前記加熱手段を制御する制御手段と、
前記加熱手段による加熱を開始してからの前記トッププレート温度検知手段の出力値の上昇量に基づいて、前記トッププレートの表面と前記被加熱物の底面との間の距離である隙間距離を算出する隙間距離演算部と、
前記加熱手段による加熱を開始して第一時間が経過したときの前記赤外線温度検知手段の出力値に対する、前記第一時間が経過した後に第二時間が経過したときの前記赤外線温度検知手段の出力値の上昇量と、前記隙間距離とに基づいて、前記被加熱物の底面の放射率を算出する放射率演算部とを備え、
前記制御手段は、
前記赤外線温度検知手段の出力値に第一補正係数を掛けて得た赤外線温度補正値から、前記トッププレート温度検知手段の出力値に第二補正係数を掛けて得たトッププレート温度補正値を差し引くことによって、第一被加熱物温度を推定する被加熱物温度推定処理と、
前記赤外線温度検知手段の出力値に前記第一補正係数よりも大きい値である第三補正係数を掛けて得た赤外線温度補正値から、前記トッププレート温度補正値を差し引くことによって、第二被加熱物温度を推定する過加熱抑制用温度推定処理と、を実行し、
前記第一被加熱物温度が、前記操作手段により設定された目標温度に対応する被加熱物の温度である被加熱物目標値になるように、前記加熱手段を制御し、
前記第二被加熱物温度が、予め設定された前記被加熱物目標値よりも高い温度である第一過加熱抑制閾値を超えた場合には、前記加熱手段による加熱を停止させるあるいは火力を低下させる制御を行い、
前記第一補正係数及び前記第二補正係数の少なくとも一方は、
前記隙間距離又は前記放射率に応じて、予め記憶された値の中から選択されるものである
ことを特徴とする加熱調理器。 - 前記第一補正係数及び前記第二補正係数の少なくとも一方は、
前記隙間距離及び前記放射率に応じて、予め記憶された値の中から選択される
ことを特徴とする請求項1記載の加熱調理器。 - 被加熱物が載置されるトッププレートと、
前記トッププレートの下に配置された加熱手段と、
前記加熱手段へ投入する電力の目標値である目標電力をする操作手段と、
前記トッププレートの下に設けられ、上方から放射される赤外線を検知する赤外線センサと、
前記赤外線センサの出力値を温度換算する赤外線温度検知手段と、
前記トッププレートの温度を検知するトッププレート温度検知手段と、
前記赤外線温度検知手段と前記トッププレート温度検知手段の検知結果に基づく演算を行い、この演算結果及び前記操作手段にて設定された前記目標電力に基づいて前記加熱手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記赤外線温度検知手段の出力値に第四補正係数を掛けて得た赤外線温度補正値から、前記トッププレート温度検知手段の出力値に第五補正係数を掛けて得たトッププレート温度補正値を差し引くことによって、第三被加熱物温度を推定し、前記第三被加熱物温度が、予め設定された前記被加熱物の過度な高温化を抑制するための第二過加熱抑制閾値を超えると、前記加熱手段への電力投入を停止するあるいは投入する電力を低下させる加熱制御を行い、
前記加熱手段への電力投入を開始してから、前記トッププレート温度検知手段の出力値が、予め設定された閾値を超えるまでは、前記第四補正係数に代えて、前記第四補正係数よりも大きい値である第六補正係数を用いて前記加熱制御を行う
ことを特徴とする加熱調理器。
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